MRI預(yù)測(cè)乳腺腫塊良惡性的研究進(jìn)展

胡 朝 綜述,羅光華 審校

(南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射影像中心,湖南 衡陽(yáng) 421001)

乳腺腫塊非常常見(jiàn),特別是育齡期婦女。超過(guò)25%的婦女會(huì)受到乳腺疾病的影響,這些病例中的絕大多數(shù)將在初級(jí)保健環(huán)境中作為新的乳腺腫塊出現(xiàn)[1]。乳腺腫塊的發(fā)生有很多原因,從生理性腺病到高度惡性的惡性腫瘤,需要一個(gè)經(jīng)過(guò)深思熟慮的懷疑指數(shù),以便及時(shí)診斷和干預(yù)。乳腺癌是婦女中最常見(jiàn)的惡性腫瘤,開(kāi)發(fā)有效的影像學(xué)檢查方法和手段來(lái)進(jìn)行乳腺疾病的篩查、診斷至關(guān)重要。目前,乳腺磁共振成像(MRI)已經(jīng)成為篩查高危患者、鑒別乳腺病變的最有效方法。一些新的MRI技術(shù),如超快動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI(UF-DCE MRI)、磁共振光譜(MRS)、功能磁共振成像、影像組學(xué)等提高了乳腺M(fèi)RI診斷的準(zhǔn)確性,同時(shí)減少了不必要的活檢[2]。

MRI在很早就已經(jīng)成為乳腺成像的一種非常有價(jià)值的工具,在乳腺各種疾病的評(píng)估中,其是除了乳腺鉬靶攝影和超聲檢查之外的一種最終的輔助成像方式[3]。乳腺M(fèi)RI最常用于高精度評(píng)估和描述惡性腫瘤。在無(wú)癥狀的高危婦女中,乳腺M(fèi)RI在乳腺各種良惡性腫塊檢測(cè)中的靈敏度明顯高于乳腺X線鉬靶攝影、超聲檢查或二者結(jié)合使用。目前,在臨床上廣泛涉及的乳腺M(fèi)RI檢查中,最常見(jiàn)的MRI成像方式包括動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)磁共振成像(DCE-MRI)、擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)和MRS等。這些成像方法被廣泛應(yīng)用于乳腺腫塊的診斷和治療評(píng)估[4]。本文對(duì)這些技術(shù)的最新研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

1 DCE-MRI

核磁共振具有非常好的軟組織對(duì)比度,可以清晰反映出人體組織間的物理及化學(xué)上的差異,但在顯示病變的特異性上比較差,常達(dá)不到定性診斷的要求。對(duì)比劑的使用可以對(duì)病灶鄰近的質(zhì)子產(chǎn)生效應(yīng),產(chǎn)生信號(hào)強(qiáng)度的改變,從而對(duì)病變組織與正常組織進(jìn)行判斷。隨著時(shí)間推移,乳腺腫塊及周圍組織信號(hào)強(qiáng)度差異改變?cè)絹?lái)越明顯,從而可得出不同的增強(qiáng)曲線圖。乳腺異常強(qiáng)化常被定義為其信號(hào)強(qiáng)度高于正常乳腺實(shí)質(zhì)。DCE-MRI通過(guò)評(píng)估獲取圖像的信號(hào)強(qiáng)度(SI)的變化(動(dòng)力學(xué)曲線)來(lái)區(qū)分良惡性病變。乳腺腫瘤動(dòng)力學(xué)曲線造影晚期SI低于早期SI,則其惡性概率高[5]。乳腺異常強(qiáng)化形式有灶性強(qiáng)化、腫塊性強(qiáng)化和非腫塊性強(qiáng)化。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)曲線描述的是注入對(duì)比劑后病變信號(hào)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的特征。在成像技術(shù)中,DCE-MRI提供形態(tài)學(xué)(如大小、邊緣、形狀)和血流動(dòng)力學(xué)信息,評(píng)估腫瘤血管狀況并定義增強(qiáng)動(dòng)力學(xué)曲線,其對(duì)乳腺癌診斷的靈敏度高于90%[6]。然而,DCE-MRI的特異度仍然很低(約為72%),通常需要繼續(xù)進(jìn)行活檢[7]。MILITELLO等[7]通過(guò)建立一個(gè)基于乳腺DCE-MRI的放射學(xué)預(yù)測(cè)模型,甚至僅使用最強(qiáng)增強(qiáng)相,結(jié)果顯示,其在鑒別乳腺良惡性病變方面具有良好的準(zhǔn)確性和特異性。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),利用DCE-MRI結(jié)合表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)對(duì)人表皮生長(zhǎng)因子受體2陽(yáng)性/激素受體陽(yáng)性乳腺癌的診斷具有良好的價(jià)值,提示DCE-MRI在乳腺腫塊良惡性鑒別中已經(jīng)起到非常重要的作用[8]。作者認(rèn)為,動(dòng)態(tài)增強(qiáng)曲線在乳腺腫塊的良惡性病變鑒別中起到的作用在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將會(huì)是無(wú)可替代的。

2 UF-DCE MRI

UF-DCE MRI是一種全新的方法,其可以在保持合理空間分辨率的同時(shí),在高時(shí)間解析度的對(duì)比后早期捕捉動(dòng)力學(xué)信息,分析時(shí)間強(qiáng)度曲線上坡的具體時(shí)間和形狀[9]。UF-DCE MRI可根據(jù)超快速動(dòng)脈增強(qiáng)曲線得出的新的動(dòng)力學(xué)參數(shù):最大斜率(MS,評(píng)估時(shí)間強(qiáng)度曲線的上坡)、增強(qiáng)時(shí)間(TTE,表示乳腺病變?cè)鰪?qiáng)的初始時(shí)間)、劑量到達(dá)時(shí)間(BAT)、動(dòng)脈和靜脈可視化時(shí)間間隔(AVI,表示乳腺動(dòng)靜脈增強(qiáng)的時(shí)間間隔)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型(EMM)。這些參數(shù)可區(qū)分惡性和良性乳腺病變。在主動(dòng)脈出現(xiàn)后10 s增強(qiáng)的病變可能是惡性的,在主動(dòng)脈出現(xiàn)后10～15 s內(nèi)增強(qiáng)的病變是不確定的,而在主動(dòng)脈出現(xiàn)后15 s內(nèi)增強(qiáng)的病變可能是良性的[10]。與良性病變相比,惡性病變MS較大,TTE較短,MS的辨別力優(yōu)于TTE和AVI[10]。這為UF-DCE MRI鑒別乳腺腫塊的良惡性提供了思路。只要建立一個(gè)模型,分析乳腺腫塊的超快速動(dòng)態(tài)增強(qiáng)曲線的各參數(shù)數(shù)值,精準(zhǔn)預(yù)測(cè)腫塊的良惡性將成為可能。OHASHI等[11]通過(guò)建立模型,使用UF-DCE MRI測(cè)量的MS和TTE、DWI測(cè)量的ADC及UF-DCE MRI和早期動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)MRI(DCE-MRI)的邊緣增強(qiáng)掃描來(lái)鑒定三陰性乳腺癌便是一個(gè)很好的例子。

KATAOKA等[9]分析了UF-DCE MRI參數(shù)診斷性能及與預(yù)后標(biāo)志物的關(guān)聯(lián),并討論了UF-DCE MRI在臨床應(yīng)用中的缺陷。目前,UF-DCE MRI并沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)方案,不同廠商和機(jī)構(gòu)的成像參數(shù)不同,包括脂肪抑制(或減脂)和注射造影劑的速度。有研究表明,與傳統(tǒng)的DCE MRI相比,UF-DCE MRI在預(yù)測(cè)病理完全緩解方面更敏感,能更準(zhǔn)確地估計(jì)殘余病變的大小[12]。由于快速M(fèi)RI掃描技術(shù)的進(jìn)步,UF-DCE MRI已成為在保持合理空間分辨率的情況下獲取動(dòng)力學(xué)信息的新方法。與傳統(tǒng)DCE-MRI相比,更短的掃描時(shí)間是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。UF-DCE MRI可以提供與預(yù)后因素相關(guān)的詳細(xì)血管信息,其在診斷小病變時(shí)特別有用[9]。OHASHI等[13]在一項(xiàng)研究中提出UF-DCE MRI可以取代傳統(tǒng)的DCE-MRI來(lái)評(píng)價(jià)乳腺惡性腫塊病變的形態(tài)學(xué)信息。盡管目前國(guó)內(nèi)關(guān)于UF-DCE MRI的研究較少見(jiàn),但其展現(xiàn)出來(lái)的研究潛力是很大的。相信在不久的將來(lái),UF-DCE MRI一定會(huì)在乳腺腫瘤MRI掃描中廣泛應(yīng)用起來(lái)。

3 DWI及ADC

DWI與ADC常作為DCE-MRI的輔助手段,用來(lái)提高診斷特異性[14-15]。此外,DWI可潛在地替代延遲期DCE-MRI,早期評(píng)估和預(yù)測(cè)治療效果,并且可能有潛力作為乳腺癌的獨(dú)立篩查工具[16]。常規(guī)DWI通過(guò)2個(gè)彌散加權(quán)因子b值(表征彌散敏感性)獲取,導(dǎo)出定量ADC(反映水分子在組織中的擴(kuò)散程度),這是臨床上應(yīng)用最廣泛的方法[17-18]。現(xiàn)代臨床MRI系統(tǒng)可以在更多的擴(kuò)散方向上獲得更多、更高的b值,這促進(jìn)了先進(jìn)DWI模型的發(fā)展[19]。MüRTZ等[20]將135例可疑增強(qiáng)病變患者分為良性病變組(30例)、惡性病變組(105例),結(jié)果顯示,可疑增強(qiáng)病變均表現(xiàn)為DWI高信號(hào),b值為800 s/mm2,特別是對(duì)于惡性病變,達(dá)到了100%的檢出率。提示DWI及ADC可以作為DCE-MRI的輔助手段,可提高對(duì)乳腺良惡性腫塊的預(yù)測(cè)準(zhǔn)度。在臨床工作中,一般是選取b值為800 s/mm2作為乳腺DWI的設(shè)定參數(shù)。但在近期的一項(xiàng)研究中,DAIMIEL等[21]通過(guò)加入不同的合成b值來(lái)評(píng)價(jià)DWI對(duì)腫瘤可見(jiàn)性和乳腺癌預(yù)測(cè)的價(jià)值時(shí)發(fā)現(xiàn),合成b值為1 200～1 500 s/mm2是病變顯著性的首選。合成b值的加入明顯能夠增強(qiáng)腫瘤的顯著性,尤其在致密乳腺中可明顯提高腫瘤的顯示能力。然而,其對(duì)DWI乳腺癌檢測(cè)的支持作用尚不明確。SACCENTI等[22]在最新的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn),b值為2 500 s/mm2時(shí)DWI(b2500DWI)的視覺(jué)評(píng)估具有實(shí)質(zhì)性的觀察者間一致性,其提供了比ADC和b800DWI更好的診斷性能。在乳腺影像報(bào)告和數(shù)據(jù)系統(tǒng)中加入b2500DWI的視覺(jué)評(píng)估可以提高乳腺M(fèi)RI的特異性,并且可以避免不必要的活檢,但其缺點(diǎn)是常規(guī)的1.5 T及3.0 T MRI均很難達(dá)到要求。因此,該技術(shù)在臨床上能否得到廣泛應(yīng)用還有待商榷。如果能夠在常規(guī)的1.5 T及3.0 T MRI中得到更高的b值,則可以明顯提升乳腺癌的檢出率,作者認(rèn)為這或許將會(huì)是未來(lái)重要研究方向之一。

4 MRS

MRS是檢測(cè)組織內(nèi)生化信息和代謝產(chǎn)物的一種無(wú)創(chuàng)傷性技術(shù),其能幫助顯示良、惡性腫塊之間的代謝物差異。體內(nèi)質(zhì)子MRS被廣泛應(yīng)用于檢測(cè)含膽堿化合物的升高來(lái)區(qū)分乳腺惡性與良性[23]。此外,超極化13C和31P MRS的使用增強(qiáng)了對(duì)葡萄糖和磷脂代謝的理解。通過(guò)體外高分辨率核磁共振波譜和高分辨率魔角波譜(HRMAS),可以研究一系列生物標(biāo)本(完整組織、組織提取物和各種生物流體,如血液、尿液、乳頭抽吸液和細(xì)針抽吸液)的代謝譜。這些研究可以提供比體內(nèi)MRS更多的代謝物信息。通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)方法可對(duì)大量核磁共振譜數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析,對(duì)腫瘤亞型進(jìn)行分類,其顯示了開(kāi)發(fā)新的治療方法的巨大潛力[24]。磁共振質(zhì)子波譜是研究乳腺癌新陳代謝的一種有前途的非侵入性診斷技術(shù),其通過(guò)應(yīng)用點(diǎn)分辨光譜序列或來(lái)自包圍乳腺病變的MRI體素的刺激回波采集模式序列,可以在增強(qiáng)MRI后獲得光譜成像數(shù)據(jù)。總膽堿信號(hào)(tCho)可用來(lái)檢查乳腺惡性病變情況。除了tCho代謝產(chǎn)物,其他相關(guān)代謝產(chǎn)物,包括多種脂質(zhì),也可以被檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。MRS作為形態(tài)學(xué)和動(dòng)態(tài)MRI的輔助手段,已被廣泛研究,其可提高乳腺癌的診斷準(zhǔn)確性,避免不必要的良性活檢[24]。因此,MRS可用于從特定組織區(qū)域獲取化學(xué)光譜,隨后該光譜可轉(zhuǎn)換為臨床環(huán)境中有用的化學(xué)信息。由MRS產(chǎn)生的光譜代表了所有可觀察到的代謝物及其在感興趣區(qū)域的個(gè)別化學(xué)特征,每個(gè)代謝物峰的位置和特征由基礎(chǔ)化學(xué)式?jīng)Q定,每個(gè)代謝物峰下的面積代表代謝物濃度。測(cè)量的化學(xué)物質(zhì)及通常用于測(cè)量它們的技術(shù)往往針對(duì)特定疾病。3.23 ppm附近化合物共振的存在歸因于不同的化合物,如磷酸乙醇胺、膽堿、磷膽堿和甘油磷膽堿(后三者一起被簡(jiǎn)單地稱為tCho和非膽堿化合物,其在3.23 ppm時(shí)幾乎完全重疊。在惡性腫瘤中可檢測(cè)到tCho水平升高,這是由于細(xì)胞膜周轉(zhuǎn)增加所致[25]。MRS光譜可以定性和定量地分析,以區(qū)分組織狀況,如正常、良性、惡性、壞死或缺氧[24]。然而,由于腫瘤等各種因素,MRS在預(yù)測(cè)反應(yīng)方面的表現(xiàn)是有限的,盡管MRS具有高特異度(85%～100%),但其靈敏度仍然可變(44%～82%)。MRS的采集時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),為10～15 min,因?yàn)榇x物的檢測(cè)受到組織中代謝物濃度的限制。乳房MRS的微弱游動(dòng)和胸壁運(yùn)動(dòng)等常導(dǎo)致其頻譜質(zhì)量低。盡管MRS可用于檢測(cè)多種代謝物,但是在乳腺癌中主要局限于膽堿化合物[26-28]。除了上述局限性外,病灶大小也是MRS的一個(gè)特殊限制因素。病灶越小,MRS的靈敏度越低[26,29]。如果在今后的研究中能在保持MRS高特異度的同時(shí),提升其靈敏度,MRS的應(yīng)用將會(huì)取得突破性的進(jìn)展。

5 影像組學(xué)的應(yīng)用

影像組學(xué)是近些年來(lái)逐漸成為大熱門的一個(gè)研究方向,其通過(guò)從醫(yī)學(xué)影像圖像中高通量地提取并分析大量高級(jí)且定量的影像學(xué)特征,利用生物信息學(xué)來(lái)優(yōu)先考慮可用于臨床預(yù)測(cè)模型的關(guān)鍵特征,并與高度相關(guān)且可能冗余的特征區(qū)分開(kāi)[30],從而達(dá)到預(yù)測(cè)的目的。影像組學(xué)的流程大致包括標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)篩選和獲取、感興趣區(qū)圖像分割、高通量影像組學(xué)特征的提取、統(tǒng)計(jì)分析及模型建立[31]。近年來(lái),越來(lái)越多的研究者通過(guò)影像組學(xué)與人工智能的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)乳腺腫塊良惡性,甚至可對(duì)其病理分型進(jìn)行高精度預(yù)測(cè)。高微波等[32]在研究中通過(guò)建立DCE-MRI影像組學(xué)模型鑒別乳腺良惡性腫塊時(shí)發(fā)現(xiàn),曲線下面積(AUC)、準(zhǔn)確度、靈敏度、特異度及陽(yáng)性預(yù)測(cè)值均較高,均達(dá)到了0.9及以上,提示建立的鑒別乳腺良惡性腫塊模型的效能較好,具有非常重要的臨床意義。萬(wàn)宏燕等[33]在一項(xiàng)關(guān)于乳腺鉬靶的影像組學(xué)研究中發(fā)現(xiàn),影像組學(xué)特征分類器對(duì)乳腺腫塊型病灶的鑒別診斷能力最強(qiáng),AUC值為(0.82±0.02),其中長(zhǎng)徑大于2 cm的大腫塊較長(zhǎng)徑小于或等于2 cm的小腫塊具有更好的鑒別診斷效能。該研究采用頭尾位(CC位)、內(nèi)外斜位(MLO位)及MLO+CC位進(jìn)行建模,結(jié)果顯示,2個(gè)視角融合模型的診斷效果明顯好于單視角模型,其AUC值為0．955,靈敏度為100.0%,特異度為83.3%,可以有效地鑒別乳腺良、惡性腫塊。乳腺癌不同分子分型者M(jìn)RI影像組學(xué)相關(guān)參數(shù)及血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子表達(dá)存在相關(guān)性,臨床可通過(guò)MRI影像組學(xué)檢查對(duì)乳腺癌進(jìn)行診斷,從而指導(dǎo)臨床制定具有針對(duì)性的干預(yù)方案。影像組學(xué)的發(fā)展,帶給了人們無(wú)限的遐想,醫(yī)學(xué)影像與人工智能的結(jié)合可以更加精準(zhǔn)地診斷疾病,對(duì)于疾病的診治及預(yù)后判斷起至關(guān)重要的作用。

6 小結(jié)與展望

乳腺的良惡性預(yù)測(cè)技術(shù)逐漸成熟,各種成像技術(shù)的綜合運(yùn)用,明顯提升了乳腺腫塊的檢出率與預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性,且對(duì)于乳腺腫塊治療及預(yù)后情況的評(píng)估起到了不可替代的作用。作者認(rèn)為最核心與最重要的始終是乳腺的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)技術(shù),在未來(lái)的數(shù)年中,乳腺的DCE-MRI將依然是主導(dǎo)乳腺M(fèi)RI掃描的最重要的方法之一。因此,對(duì)乳腺動(dòng)態(tài)增強(qiáng)技術(shù)的進(jìn)一步深入研究是很有必要的,特別是超快速動(dòng)態(tài)增強(qiáng)曲線的研究,開(kāi)辟了動(dòng)態(tài)增強(qiáng)曲線研究新的里程碑。特別是影像組學(xué)與動(dòng)態(tài)增強(qiáng)技術(shù)的融合,給未來(lái)的研究方向指明了道路。