同时多层分段读出平面回波弥散加权成像鉴别乳腺良恶性肿瘤

李 雪，严福华，柴维敏，朱 宏，傅彩霞，刘 薇，孙 琨*

[1.上海交通大学医学院附属瑞金医院放射科，上海 200025；2.西门子(深圳)磁共振有限公司应用开发部，广东 深圳 518057]

乳腺癌在我国女性中的发病率位居恶性肿瘤第一，也是全球女性最常见的恶性肿瘤之一[1]。弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)及其表观弥散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)对于诊断乳腺癌、鉴别其分子分型及评估新辅助化疗疗效等具有显著价值[2]。采用多次激发分段读出图像，分段读出平面回波(readout segmented echo planar，RS-EP)序列较常规MRI呈现出更高的空间分辨率及更精确的ADC，但成像时间较长，导致扫描效率降低[3]。近年开发的同时多层(simultaneous multislice，SMS)成像技术又称多带(multi-band，MB)技术，可利用复合射频脉冲同时激发多个扫描层面，有效节省扫描时间[4]。本研究评价SMS技术用于乳腺RS-EP序列的可行性及全肿瘤直方纹理分析参数鉴别乳腺良恶性肿瘤的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2018年12月—2019年10月185例女性乳腺单发肿瘤患者，年龄16～84岁，平均(49.6±13.0)岁；根据肿瘤性质分为良性组(n=58)及恶性组(n=127)。纳入标准：①经MRI诊断为乳腺影像报告和数据系统(breast imaging reporting and data system，BI-RADS)4类或5类肿物；②经乳腺肿物穿刺活检或手术取得病理结果。排除标准：①MR检查前接受穿刺活检等有创检查；②影像学或病理学资料不完整；③DWI图像质量不佳。检查前患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Magnetom Aera 1.5T MR扫描仪，配备18通道双侧乳腺相控线圈。嘱患者俯卧，使双侧乳房自然悬垂于线圈内，头先进。采集乳房轴位SMS RS-EP DWI图像，参数：TR 3 800.0 ms，TE 90.0 ms，FOV 340 mm×340 mm，矩阵192×192，分段读出次数5，b=0、800 s/mm2，扫描时间3 min。平扫后以2.0 ml/s流率经上肢静脉注射钆喷酸葡胺(469.01 mg/ml，0.2 ml/kg体质量)，以相同流率跟注15 ml生理盐水，行动态对比增强MR(dynamic contrast enhanced MR, DCE-MR)扫描，参数：TR 4.58 ms，TE 1.89 ms，层厚1.5 mm，FOV 360 mm×360 mm；共采集5期图像，每个时相扫描时间为90 s。

1.3 图像分析 由具有2年和7年工作经验的放射科医师各1名(分别表示为R1和R2)，观察病变影像学表现，意见不一致时与第3名具有8年以上工作经验放射科医师商讨决定。以Siemens MR多参数分析软件对SMS RS-EP DWI图像行全肿瘤直方纹理分析，将b值为800 s/mm2的DWI图及ADC图导入软件；于b值为800 s/mm2的DWI多平面重建图像中勾画病灶ROI内、外初始种子点，以之分别代表病灶及其周围体素；软件据此三维分割病灶，必要时加以人工校正。软件基于三维分割结果自动计算出7个直方图参数，即平均值(Mean)、标准差(SD)、中位数(Median)、百分位数(5th、95th)、偏斜度(Skewness)及峰度(Kurtosis)，以及4个纹理参数，包括弥散熵(Diff-entropy)、弥散方差(Diff-variance)、对比度(Contrast)及熵(Entropy)。每名医师间隔≤7天操作2次，由第3名医师记录并汇总最终结果，以上参数取平均值作为结果。见图1、2。

图1 患者女，36岁，良性叶状肿瘤 A.轴位DWI图示右乳上部信号明显增高(箭)，边界较清晰；B.ADC图示右乳上部未见明显信号减低区(箭)，ADC值约1.62×10-3 mm2/s

1.4 统计学分析 采用SPSS 24.0及MedCalc 15.6.1统计分析软件。以±s表示计量资料，组间行独立样本t检验；以频数表示计数资料，组间行χ2检验。以组内相关系数(intra-class correlation coefficient，ICC)评价R1的2次纹理分析结果、R1与R2间首次纹理分析结果的可重复性，ICC<0.40为一致性差，0.40≤ICC≤0.75为一致性中等，0.750.90为一致性极好。绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线，计算曲线下面积(area under the curve，AUC)，评价全肿瘤定量参数鉴别乳腺良恶性肿瘤的效能。P<0.05为差异有统计学意义。

图2 患者女，58岁，浸润性导管癌 A.轴位DWI图示右乳外上象限肿块，信号明显增高(箭)，边界较清晰；B.ADC图示右乳外上象限局部区域信号减低(箭)，ADC值约0.72×10-3 mm2/s

2 结果

本研究良性组患者平均年龄(42.8±12.7)岁，恶性组(52.7±12.0)岁(t=5.14，P<0.01)。

2.1 影像学特征 2组病灶长径差异无统计学意义(P>0.05)；DCE-MRI曲线类型差异具有统计学意义(P<0.05)，见表1。良性组57例呈肿块强化、1例呈非肿块样强化；恶性组121例呈肿块样强化、6例呈非肿块强化。组间肿块样强化病灶的形状、边缘及内部强化情况差异均具有统计学意义(P均<0.05)，见表2。非肿块强化病灶中，良性组1例呈局灶性分布，恶性组6例，其中2例呈局灶性分布。

表1 乳腺良、恶性肿瘤MRI特征

表2 肿块样强化的乳腺良恶性肿瘤MRI特征(例)

2.2 一致性 观察者内全肿瘤直方纹理分析结果的ICC为0.54～0.96，观察者间ICC为0.59～0.96。观察者内及观察者间ADCKurtosis、观察者间ADCEntropy一致性中等，其余参数一致性较好或极好。见表3。

表3 观察者内及观察者间全肿瘤直方纹理分析结果的一致性

2.3 纹理参数 除ADCSD和ADCKurtosis外，组间其他全肿瘤直方纹理参数差异均有统计学意义(P均<0.05)，见表4。

表4 乳腺良、恶性肿瘤SMS RS-EP DWI序列全肿瘤直方纹理参数比较(±s)

表4 乳腺良、恶性肿瘤SMS RS-EP DWI序列全肿瘤直方纹理参数比较(±s)

组别Mean(×10-3mm2/s)SDMedian(×10-3mm2/s)5th(×10-3mm2/s)95th(×10-3mm2/s)Kurtosis良性组(n=58)1.43±0.25254.38±91.121.43±0.371.00±0.341.82±0.391.00±1.80恶性组(n=127)1.01±0.28281.94±92.260.98±0.260.60±0.231.52±0.341.13±1.47t值-8.051.89-8.38-9.25-5.240.49P值<0.010.06<0.01<0.01<0.010.63组别SkewnessDiff-entropyDiff-varianceContrastEntropy良性组(n=58)-0.23±0.701.88±0.203.00±2.048.20±4.792.87±0.28恶性组(n=127)0.55±0.602.07±0.173.45±1.3310.38±4.193.10±0.29t值7.856.201.873.175.18P值<0.01<0.010.030.02<0.01

2.4 鉴别效能 直方图参数中，ADCMedian鉴别乳腺良恶性肿瘤的AUC最高(0.879)，敏感度和特异度分别为82.68%和82.76%；纹理参数中，ADCEntropy的AUC最高(0.764)，敏感度和特异度分别为60.63%和86.21%；见表5。ADCMedian和ADCEntropy联合鉴别的AUC为0.911，敏感度和特异度分别为90.55%和81.03%，见图3。

表5 全肿瘤直方纹理参数分析鉴别乳腺良、恶性肿瘤的效能

图3 ADCMedian、ADCEntropy及二者联合鉴别乳腺良、恶性肿瘤的ROC曲线

3 讨论

加快扫描速度和提高图像质量是MR技术发展的重要方向。SMS技术与平面回波成像(echo planar imaging，EPI)已广泛用于研究全身多个领域。FILLI等[5]采用SMS技术进行乳腺成像，发现SMS RS-EPI序列可在保持图像ADC和信噪比(signal noise ratio，SNR)不变的情况下缩短扫描时间，并推荐最佳加速因子为2。OHLMEYER等[6]进一步关注SMS技术在保持DWI序列图像质量及显示病变能力不变前提下的加速作用，发现结合SMS技术可明显缩短DWI扫描时间，且图像质量及显示病变与传统单次激发EPI(single shot EPI, SS-EPI)序列相当。如何在扫描时间不变的前提下利用SMS技术进一步提高DWI图像层面内空间分辨率少见报道[7]。本研究对常规RS-EPI序列的扫描时间加以调整，使其在合理范围内(约3 min)，结合SMS技术增大扫描矩阵，并进一步分析SMS RS-EPI序列的ADC图，利用全肿瘤直方纹理分析软件计算7种直方图参数和4种纹理参数，评价SMS RS-EP DWI鉴别乳腺良、恶性肿瘤的效能。

RS-EP DWI采用多次激发分段读出EPI的方式填充K空间数据，相比传统DWI序列极大降低了回波间隙，可克服几何变形及磁敏感伪影，进而提高图像SNR及空间分辨率，显示病灶边界及微小病变更为清晰[8]。临床工作中，如何提高RS-EPI序列扫描速度是亟待解决的问题。SMS技术沿层选方向加速，将多个射频脉冲调制成单个宽带脉冲，实现了同时激发和采集多个扫描层面，大大缩短了成像的TR[9]。此外，SMS技术还能在TR相同的前提下激发更多层数或进一步提高图像分辨率；可与多个MR序列如EPI、DWI等相结合，在保证图像质量的同时明显缩短成像时间，实现薄层、大视野及大范围成像[7]。

既往研究[10-11]证实，直方图及纹理分析诊断乳腺癌具有较高价值。相比单个或多个层面勾画ROI，全肿瘤直方纹理分析对病灶进行三维分割，可更准确地评估肿瘤的异质性。本研究多个定量参数的测值均具有较好或极好的一致性(ICC均>0.75)。

本研究良、恶性组间直方图参数ADC百分位数、偏斜度(ADCSkewness)及纹理参数差异均有统计学意义(P均<0.05)，恶性组的百分位数值低于良性组，而其ADCSkewness高于良性组。DWI对组织中水分子的随机热运动较为敏感，而乳腺恶性肿瘤细胞致密，细胞外间隙小，水分子运动受限，故其ADC明显低于良性肿瘤[12]。ADCSkewness可反映曲线分布的对称性，不对称曲线的尾部位于平均值右侧时多为正值，代表整体ADC偏小[13]。传统ADC的平均值和中位数对于诊断乳腺肿瘤仍具有一定价值。ADCEntrophy可反映灰度值空间分布的随机性，是评估肿瘤异质性的参数之一。本研究恶性组纹理参数值均高于良性组，原因可能在于纹理分析基于像素灰度值空间分布特征进行计算，且恶性肿瘤的生物学特征相对多样化。直方图和纹理参数中，分别以ADCMedian和ADCEntropy鉴别诊断乳腺良、恶性肿瘤的效能最佳，二者联合诊断的AUC为0.911，敏感度和特异度分别为90.55%和81.03%。

本研究的主要不足之处：①为单中心研究，样本量有限且分布不均衡；②纳入非肿块病灶可能影响勾画ROI的准确性；③未评估图像质量，而是基于前期工作经验及数据积累直接进行全肿瘤直方纹理分析；④全肿瘤直方纹理分析步骤相对烦琐与耗时。

综上所述，SMS RS-EP DWI序列鉴别乳腺良、恶性肿瘤具有一定价值；结合全肿瘤直方纹理分析可提供更丰富信息。