弥散加权成像体素内不相干运动模型在乳腺癌诊疗中的应用进展

蒙 茗，薛华丹，李 媛，刘婧娟，金征宇

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院放射科，北京 100730

弥散加权成像体素内不相干运动模型在乳腺癌诊疗中的应用进展

蒙 茗，薛华丹，李 媛，刘婧娟，金征宇

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院放射科，北京 100730

体素内不相干运动模型可区分多b值弥散加权成像图像中的组织微循环灌注和真实水分子扩散信息，以定量/半定量地反映组织的功能状态和显微结构特征，在乳腺肿瘤中的应用越来越广泛。尤其在乳腺癌的鉴别诊断、病理分型评估和疗效监测方面具有应用价值。

弥散加权成像；体素内不相干运动模型；表观扩散系数；乳腺癌

流行病学数据显示，乳腺癌是中国女性发病率最高的癌症，且发病高峰年龄较西方女性提早了10岁，这不但对女性的健康形成严重威胁，而且引发了一系列社会卫生问题。由于乳腺癌早期一般无明显症状，多数患者在就诊时已处于局部中晚期，无法满足手术切除的要求。因此，在临床中早期发现、诊断乳腺癌，以及及时评估其进展和疗效的需求迫在眉睫。弥散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)通过反映生物体内的水分子扩散运动而成为一种定量/半定量评估组织微环境状态以及细胞分子功能的影像技术手段，在近年内得到迅猛发展[1- 2]。由于患者的接受度较高，乳腺DWI被越来越广泛地应用于临床检查中。传统的DWI以表观扩散系数(apparent diffusion coefficients，ADC)作为量化水分子扩散运动的指标，其值与水分子扩散能力成正比。但由于毛细血管网在器官中的伪随机性分布，血流灌注可引起体素水平的质子群相位不相干，导致测得的ADC值高于实际的水分子扩散。Le Bihan等[3- 4]学者提出的体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion，IVIM)双指数模型以多b值DWI为成像基础，可在无需对比剂的情况下区分病变组织内真实的水分子扩散和血流灌注的情况，在乳腺疾病的诊断、鉴别诊断及疗效监测中都颇具价值[5- 6]，但目前仍处于探索阶段。

DWI-IVIM在乳腺良恶性病变鉴别诊断中的应用

在一项前瞻性研究中，Liu 等[7]分别对40例乳腺癌、41例良性病变、30例单纯囊肿和39例乳腺正常者行多b值DWI扫描，共选取0～1000 s/mm2内的12个b值进行成像，用单指数模型计算ADC值，用IVIM双指数模型计算纯扩散系数ADCslow(D)、假扩散系数ADCfast(D*)和灌注比例f。结果显示D、D*、f、ADC值在乳腺癌、良性病变、单纯性囊肿和正常乳腺组织之间差异有统计学意义(P=0.000)；更进一步地分析显示乳腺癌患者的D和ADC显著小于良性病变、单纯囊肿和正常者(P均=0.000)，而f值却显著高于良性病变、单纯囊肿和正常者(P<0.001)。在区分良恶性病变中，D和ADC值展示出了极高的敏感度和特异度，曲线下面积分别为0.952和0.945；并且将D和f结合起来共同测量分析，可使诊断敏感度提高至98.75%。

此外，在另一项回顾性研究中，Bokacheva等[8]选取了26例乳腺癌和14例乳腺纤维腺瘤患者，其中35例施行了 0～1000 s/mm2内的9个b值DWI扫描，分别计算ADC、D、D*和f值，其分析结果与Liu等[7]的研究高度一致，即乳腺癌患者的f值显著高于纤维腺瘤者[(6.4±3.1)% 比(1.5±1.2)%，P<0.001]，而D值却显著低于纤维腺瘤者[(1.29±0.28)×10-3mm2/s 比(1.86±0.34)×10-3mm2/s，P<0.001]。Bokacheva等[8]同样也证实，在乳腺病变的诊断中，D和f的联合分析可提供更高的准确性。

IVIM模型将组织中扩散和灌注成分分开进行研究，D值以反映细胞构成为主，D*和f值以反映血管特征为主，在乳腺良恶性病变的鉴别诊断中极具价值[9- 11]。Liu 等[12]、王庆军等[13]和车树楠等[14]通过与乳腺动态对比增强磁共振成像的比较分析证明，在诊断肿块样乳腺良恶性病变方面，DWI-IVIM中的D值较常规乳腺动态对比增强磁共振成像更具有优势。

DWI-IVIM在乳腺癌分子分型中的应用

乳腺癌作为一种复杂的异质性肿瘤，不同的临床特征、受体状态、分子亚型等使其表现出截然不同的生物学行为、临床治疗反应及预后，临床迫切希望通过影像学方法在术前对乳腺癌进行预后风险预测和分子亚型评估。Cho等[15]通过探索IVIM模型参数与不同亚型乳腺癌之间的关联得出，D*和f与激素受体的表达显著相关。不但如此，DWI相关成像生物学标志物与乳腺癌的分子预后因素和恶性程度密切相关。车树楠等[16]收集经病理证实的110例乳腺癌患者，且所有患者在手术或穿刺活检前均行多b值DWI扫描，结果显示，高侵袭性肿瘤患者的D值低于低侵袭性者(P=0.01)，而f值却高于低侵袭性者(P=0.01)；孕激素受体阳性者的D值低于阴性者(P=0.042)；Her- 2高表达型乳腺癌患者的D值明显高于Luminal型和三阴性型(P=0.026，P=0.048)；相关性分析显示：D值与乳腺癌病理分级、孕激素受体表达情况呈负相关，与Her2表达呈正相关；D*值与Her2表达呈正相关；f值与病理分级呈正相关。

此外，Kim等[17]也进行了类似的研究。他们对275例单侧乳腺癌患者的术前影像学检查与术后组织病理分型进行比较分析，结果显示，相较于正常组织，恶性肿瘤组织的D值更低，而f值则更高(P<0.001)。此外，Ki- 67高表达者的D值显著低于低表达者(P=0.019)；但从单指数模型中获得的ADC值差异无统计学意义(P=0.309)；在乳腺癌的众多病理分型中，Luminal B型(HER2 阴性) 的患者，其ADC值和D值均明显低于其他亚型(P<0.005)；在这项研究中，在Ki- 67高表达者和Luminal B型患者中，其肿瘤组织内部的水分子扩散率较低。

在探讨IVIM双指数模型在乳腺浸润性导管癌中的应用价值时，郭吉敏等[18]研究显示，83例病理确诊的浸润型导管癌患者(I级、Ⅱ级、Ⅲ级分别为17例、31例、35例)的术前多b值DWI成像参数与病理级别密切相关，其中3个不同病理级别患者之间的D值差异不但存在统计学意义(P=0.00)，而且随着病理级别的增加而降低；Ki- 67表达阳性组D值明显低于阴性组(P=0.00)。由此可知，IVIM模型参数在乳腺癌预后预测及分子亚型无创评估中具备潜在价值；其中D值可作为活体评价病理级别和判断预后的有效指标。

DWI-IVIM在乳腺癌转移瘤放疗及介入治疗疗效评估中的应用

由于乳腺癌早期症状不明显，部分患者在就诊时已有其他脏器的转移，如淋巴结转移、骨转移、肝转移等。肿瘤转移与患者的病情进展、预后、生存质量等密切相关，临床中对转移瘤的疗效监测也是重中之重。Gaeta等[19]选择了15例伴有骨转移的乳腺癌患者，在其放疗前、放疗3周后、放疗2及4个月后分别行4次骨转移灶的多b值DWI扫描，结果显示转移瘤组织的D值在放疗前与放疗后3周、2及4个月差异有统计学意义(P<0.001)；此外，随着治疗的进展，不同时间点的D*值也发生明显的变化(P<0.001)。Reischauer等[20]在针对另一项癌症骨转移的研究中显示，持续、动态的ADC值监测，可以早期预测机体对抗肿瘤治疗的抵抗，以便及时调整治疗方案。Raucci等[21]则证明了IVIM-DWI与全身弥散加权成像相结合可使骨转移灶的边缘强化，使其检测准确性与骨显像相近，从而能更精确地监测转移瘤的治疗效果。

Pieper等[22]在对一项乳腺癌肝转移瘤栓塞术疗效评价的研究中发现，21例平均年龄为54岁的乳腺癌患者一共有45个转移灶，在治疗3个月后，有32处转移灶的直径缩小(A组)，13处增大(B组)。治疗前A组的f值显著高于B组(P=0.001)，而两组之间的D值差异无统计学意义；通过介入栓塞治疗，A组的D值显著升高，f值却显著降低(P<0.0001)；B组的f值则呈现相反的升高趋势(P=0.001)；以D和f作为衡量治疗应答的指标，其敏感性分别达到87.9%和86.7%。以上研究表明，灌注相关参数D*和f可作为乳腺癌转移瘤的监测指标，在反映疗效的同时，也可指导进一步的治疗策略。

DWI-IVIM在乳腺癌新辅助化疗疗效评估中的应用

新辅助化疗主要用于局部进展期乳腺癌的手术前治疗，目的为控制肿瘤的发展、缩小肿瘤体积、改善患者的机体状态，从而满足施行手术治疗的条件，现已成为局部进展期乳腺癌的标准治疗方法。术前对新辅助化疗疗效的评估必不可少，所选择的技术方法也必须满足可动态监测、能检测化疗后的残余肿瘤、可及时调整治疗方案以确保最佳手术时机等多方面的要求。

DWI能够通过ADC值检测水分子在体内的扩散状态，进而获得组织细胞活性、结构内部特征等关键信息。有学者提出，新辅助化疗引起的ADC值改变不但发生在肿瘤体积缩小之前，而且与抗肿瘤疗效密切相关[23]。Li等[24]通过对42例处于Ⅱ/Ⅲ期乳腺癌患者的观察发现，在1个疗程的新辅助化疗结束后，运用ADC值相关分析，可显著区分达到病理完全缓解的患者(P<0.001)，并且敏感性、特异性、阳性预测值以及受试者工作特征曲线下面积分别达到0.92、0.78、0.69和0.88。为进一步阐述DWI- IVIM参数在早期监测抗肿瘤治疗疗效方面的作用，Che等[25]对36例局部晚期乳腺癌患者在新辅助化疗前、化疗2周期后分别行DWI-IVIM检查，结果显示，在化疗前病理学完全反应组的f值明显高于非病理学完全反应组(P=0.048)，在化疗2周期后，病理学完全反应组的D值明显高于、f值明显低于非病理学完全反应组，而此时两组病例间肿瘤体积和最大径差异无统计学意义，化疗2周期后病理学完全反应组的D和f值的变化量均明显高于非病理学完全反应组，在众多参数中，治疗前和治疗后D值的差异预测疗效的准确性最高(曲线下面积0.924)。提示IVIM模型，尤其是成像参数D和f可在乳腺癌新辅助化疗前预测、化疗早期监测肿瘤组织的病理学反应，为确定继续原治疗方案还是改变治疗方案提供客观依据。

综上，乳腺DWI- IVIM成像时选取足够多的低b值和高b值图像，通过区分扩散和灌注信息，所获得的影像学参数更能真实地反应组织的结构特征，极大地提高DWI诊断和评估疗效的准确性。然而，基于多b值DWI的乳腺IVIM成像依然存在空间分辨率较低的缺陷，且难以避免不同程度的图像变形，对小的病变常不能很好的显示；同时，目前国内外针对乳腺DWI- IVIM的研究较少，在b值的选择中尚无具体标准，因此，在实际工作中，还需要更深入地探索。

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Application of Intravoxel Incoherent Motion Model-based Diffusion Weighted Imaging in the Diagnosis and Therapy of Breast Cancer

MENG Ming，XUE Huadan，LI Yuan，LIU Jingjuan，JIN Zhengyu

Department of Radiology，PUMC Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100730，China

JIN Zhengyu Tel：010- 69155442，E-mail：zhengyu_jin@126.com

Intravoxel incoherent motion model-based diffusion weighted imaging can distinguish the microcirculation reperfusion and true diffusion of water molecules，which can quantitatively or semi-quantitatively reflect the functional state and microstructure features of tissues.Thus，this technique has increasingly been used in breast tumor，especially in the differential diagnosis，pathological classification，and curative effect monitoring of breast cancer.

diffusion weighted imaging；intravoxel incoherent motion model；apparent diffusion coefficient；breast cancer

583-586

公益性卫生行业科研专项(201402019)、国家科技部支撑计划项目(2012BAI23B06)和国家自然科学基金(81171390)Supported by the Health Industry Special Scientific Research Project(201402019)，National Key Technology Research and Development Program of China(2012BAI23B06)，and National Natural Sciences Foundation of China(81171390)

金征宇 电话：010- 69155442，电子邮件：zhengyu_jin@126.com

R445.2

A

1000- 503X(2017)04- 0583- 04

10.3881/j.issn.1000- 503X.2017.04.020

2016- 06- 06)