动态对比增强磁共振成像及弥散加权成像参数与乳腺癌肿瘤突变负荷的相关性

摘要：目的" 探讨动态对比增强磁共振成像（DCE-MRI）及弥散加权成像（DWI）参数与乳腺癌肿瘤突变负荷（TMB）的相关性，评价DCE-MRI及DWI在乳腺癌免疫治疗中的潜在价值。方法" 回顾性分析山西医科大学附属运城医院暨第八临床医学院2019～2021年共100例乳腺癌患者的临床资料和术前MRI检查结果。根据TMB值的中位数（5.4/Mb），将100例患者分为TMB高表达组（TMB≥5.4/Mb，n=28）和TMB低表达组（TMBlt;5.4/Mb，n=72）。提取DCE-MRI及DWI的影像特征，计算表观扩散系数（ADC）和动态增强曲线类型等参数。采用高通量测序技术检测肿瘤组织中的基因突变情况，计算TMB值。分析DCE-MRI及DWI参数与TMB值之间的相关性，以及与乳腺癌病理指标[雌激素受体、孕激素受体、人表皮生长因子受体2、Ki67]之间的关系。采用单因素和多因素Logistic回归分析筛选影响TMB值的独立危险因素。结果" DCE-MRI及DWI参数中，ADC值、动态增强曲线类型、峰值信号强度、时间-信号强度曲线斜率等与TMB值呈负相关关系（Plt;0.05），而峰时、时间-信号强度曲线下面积等与TMB值呈正相关关系（Plt;0.05）。乳腺癌病理指标中，雌激素受体、孕激素受体、人表皮生长因子受体2、Ki67的表达与TMB值均无相关性（Pgt;0.05）。多因素Logistic回归分析显示，ADC值、动态增强曲线类型和峰时是影响TMB值的独立危险因素。结论" DCE-MRI及DWI参数与乳腺癌TMB值存在显著相关性，可作为评估乳腺癌免疫治疗效果的辅助手段。

关键词：乳腺癌；磁共振成像；动态增强；扩散加权；肿瘤突变负荷

Correlation between dynamic contrast‑enhanced magnetic resonance imaging and diffusion weighted imaging parameters and tumor mutation burdenin breast cancer

ZHANG Chongjie， YANG Juehong， WANG Junbo， HAO Xiaoning

Department of Medical Imaging， Yuncheng Hospital Affiliated to Shanxi Medical University and the Eighth Clinical Medical College， Yuncheng 044000， China

Abstract： Objective To explore the correlation between dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging （DCE-MRI） and diffusion weighted imaging （DWI） parameters and tumor mutation burden （TMB） in breast cancer， and to evaluate the potential value of DCE-MRI and DWI in breast cancer immunotherapy. Methods The clinical data and preoperative MRI examination results of 100 patients with breast cancer from 2019 to 2021 were retrospectively analyzed， and the imaging features of DCE-MRI and DWI were extracted. According to the median TMB value （5.4/Mb）， 100 patients were divided into high TMB expression group （TMB ≥5.4/Mb， n=28） and low TMB expression group （TMBlt;5.4/Mb， n=72）. The image features from DCE-MRI and DWI were collected， and the apparent diffusion coefficient （ADC） and dynamic enhancement curve type were calculated. High-throughput sequencing technology was used to detect gene mutations in tumor tissues， and TMB values were calculated. The correlation between DCE-MRI and DWI parameters and TMB values， as well as the relationship with breast cancer pathological indicators （ER， PR， HER-2， Ki67） were analyzed. Univariate and multivariate Logistic regression analyses were used to screen the independent risk factors affecting TMB values. Results Among the DCE-MRI and DWI parameters， ADC value， dynamic enhancement curve type， peak signal intensity， time-signal intensity curve slope were significantly negatively correlated with TMB value （Plt;0.05）， while peak time， time‑signal intensity curve area were significantly positively correlated with TMB value （Plt;0.05）. Among the breast cancer pathological indicators， ER， PR， HER-2 and Ki67 expression were not significantly correlated with TMB value （Pgt;0.05）. Multivariate Logistic regression analysis showed that ADC value， dynamic enhancement curve type and peak time were independent risk factors affecting TMB value. Conclusion DCE-MRI and DWI parameters are significantly correlated with TMB value in breast cancer， they can be used as an auxiliary means to evaluate the effect of breast cancer immunotherapy.

Keywords： breast cancer; magnetic resonance imaging; dynamic enhancement; diffusion weighted; tumor mutation burden

在乳腺癌研究中，肿瘤突变负荷（TMB）已被识别为一项关键因素，直接关联到病变的生物学特性、患者的预后以及对治疗的响应，特别是在免疫治疗领域［1］。尽管通过高通量测序技术可以精确评估TMB，但此方法面临成本高昂、操作复杂、对样本量要求高等挑战，限制了其在临床实践中的广泛应用。近年来，功能性磁共振成像技术如动态对比增强磁共振成像（DCE-MRI）和弥散加权成像（DWI）因其能够无创性地揭示肿瘤的微观结构与血管特征而受到关注［2-3］。而DCE-MRI与DWI提供的影像参数可能与TMB水平相关，从而为乳腺癌的分子分型和治疗选择提供了新的视角［4-5］。然而，这些潜在的关联性及其在临床应用中的有效性尚未得到充分探究。既往研究多聚焦于DCE-MRI和DWI参数与乳腺癌病理特征的相关性，但鲜有研究探讨这些影像参数与TMB之间的具体关系［6-7］。此外，如何将这些影像学特征转化为实际的临床决策工具，特别是在评估免疫治疗潜力方面，还需进一步研究。本研究旨在通过系统评估DCE-MRI和DWI参数与乳腺癌TMB值之间的相关性，探索这些影像指标在预测乳腺癌免疫治疗反应中的潜在价值，为乳腺癌的个性化治疗提供更为精准的指导。

1" 资料与方法

1.1" 一般资料

本研究为回顾性研究，经伦理委员会批准（审批号：YC-200982），免除患者的知情同意。收集2019～2021年在我院接受乳腺癌手术治疗的患者的临床资料和术前MRI检查结果，共纳入100例。根据TMB值的中位数（5.4/Mb），将患者分为TMB高表达组（TMB≥5.4/Mb， n=28）和TMB低表达组（TMBlt;5.4/Mb， n=72）。两组年龄、肿瘤大小、临床分期、乳腺癌病理指标[雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）、人表皮生长因子受体2（HER-2）、Ki67]表达情况的差异均无统计学意义（Pgt;0.05，表1）。

纳入标准：术前行MRI检查，包括DCE-MRI及DWI序列；术后行肿瘤组织的高通量测序，获得TMB值；术后行乳腺癌病理指标（ER、PR、HER-2、Ki67）的检测。排除标准：术前接受过任何形式的新辅助治疗；MRI图像质量不佳或不完整；肿瘤组织的高通量测序失败或不可靠。

1.2" 方法

1.2.1" MRI检查" "所有患者均在月经周期的第5～10天进行MRI检查，使用3.0T MRI扫描仪1，配备16通道乳腺线圈。扫描范围包括双侧乳房和腋窝区域。扫描参数如下：DCE-MRI采用三维快速梯度回波序列，重复时间/回波时间为4.0/1.6 ms，矩阵320×320，层厚1.0 mm，层间距0.5 mm，视野340 mm×340 mm，每层采集64个切片，每次增强扫描时间为25 s，共进行6次增强扫描；DWI采用单次激发自旋回波计划扫描序列，重复时间/回波时间为5000/65 ms，矩阵192×192，层厚4.0 mm，层间距1.0 mm，视野340 mm×340 mm，每层采集32个切片，b值分别为0、800 s/mm2。在第1次增强扫描前静脉注射造影剂2 （0.1 mmol/kg），注射速度为2 mL/s，随后注射生理盐水20 mL。

1.2.2" 图像处理和特征提取" "由2位具有5年以上乳腺影像诊断经验的放射科医师使用3DSlicer对MRI图像进行后处理和分析。首先，在DCE-MRI的第1次增强图像上手动勾画肿瘤的轮廓，并将该轮廓应用于其他增强图像和DWI图像上，得到肿瘤的三维体素区域。然后，在该软件中提取肿瘤的DCE-MRI及DWI参数，包括表观扩散系数（ADC）值、动态增强曲线类型、峰值信号强度、峰时、时间-信号强度曲线斜率、时间-信号强度曲线下面积等。动态增强曲线类型分为持续上升型、平台型和洗脱型，根据时间-信号强度曲线的形状进行判断。最后，将提取的参数导出为电子表格，供后续统计分析使用。

1.2.3" 高通量测序和TMB值计算" "所有患者的肿瘤组织在手术后立即保存于液氮中，送至指定的基因检测中心进行高通量测序。采用全外显子组测序的方法，使用Illumina平台进行建库和测序，覆盖人类基因组的约2%区域，包括所有外显子和部分非编码区域。根据GATK软件的标准流程，对测序数据进行质量控制、比对、去重、变异检测和注释等步骤，得到肿瘤组织中的非同义突变信息。根据非同义突变的数目除以全外显子组的有效靶向区域长度，计算出每个患者的TMB值，单位为muts/Mb。

1.2.4" 乳腺癌病理指标的检测" "所有患者的肿瘤组织在手术后进行常规病理学检查，包括切片制作、染色和显微镜观察。根据免疫组化染色的结果，检测乳腺癌病理指标，包括ER、PR、HER-2、Ki67的表达情况。根据美国临床肿瘤学会/美国病理学家协会指南，将ER和PR的阳性标准定为≥1%的肿瘤细胞核染色阳性；将HER-2的阳性标准定为免疫组化评分为3+或荧光原位杂交检测阳性；将Ki67的高表达标准定为≥14%的肿瘤细胞核染色阳性。

1.3" 观察指标

1.3.1" DCE-MRI参数" "动态增强曲线类型：根据造影剂在肿瘤内的动态分布情况，将动态增强曲线分为3种类型，即持续上升型、平台型和洗脱型。峰值信号强度：指造影剂进入肿瘤后，肿瘤信号强度达到最大值时的百分比增加量［8］。峰时：指造影剂进入肿瘤后，肿瘤信号强度达到最大值时的时间。时间-信号强度曲线斜率：指造影剂进入肿瘤后，肿瘤信号强度随时间变化的速率。时间-信号强度曲线下面积：指造影剂进入肿瘤后，时间-信号强度曲线与时间轴所围成的面积［9］。

1.3.2" DWI参数" "DWI参数主要是指ADC值，即水分子在生物组织中的扩散能力的量化指标。

1.3.3" TMB值" "TMB值是指肿瘤组织中每兆碱基对中存在的非同义突变数目［10］。本研究采用高通量测序技术检测乳腺癌组织中的基因突变情况，并根据突变数目计算TMB值。根据TMB值的中位数（5.4/Mb），并将乳腺癌患者分为TMB高表达组和TMB低表达组。

1.4" 统计学分析

采用SPSS22.0软件进行统计学分析。计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用t检验或Mann-Whitney U检验，计数资料以n（%）表示，组间比较采用卡方检验或Fisher精确检验（分类变量）。相关性分析采用Spearman相关分析法；关系分析采用Mann-Whitney U检验或Kruskal-Wallis检验；危险因素分析采用单因素和多因素Logistic回归分析。诊断的性能评估采用ROC曲线分析，采用DeLong检验比较不同模型的AUC差异。以Plt;0.05为差异有统计学意义。

2" 结果

2.1" DCE-MRI及DWI参数与TMB值的相关性

Spearman相关分析结果显示，DCE-MRI及DWI参数中，ADC值、动态增强曲线类型、峰值信号强度、时间-信号强度曲线斜率与TMB值呈负相关关系（Plt;0.05），而峰时、时间-信号强度曲线下面积与TMB值呈正相关关系（Plt;0.05，表2）。

2.2" DCE-MRI及DWI参数与乳腺癌病理指标的两两比较

DCE-MRI及DWI参数中，ADC值、动态增强曲线类型、峰时等与乳腺癌病理指标（ER、PR、HER-2、Ki67）的表达情况均无相关性（Pgt;0.05，表3）。

2.3" 影响TMB值的独立危险因素

单因素Logistic回归分析结果显示，DCE-MRI及DWI参数中，ADC值、动态增强曲线类型、峰值信号强度、峰时、时间-信号强度曲线斜率等均是影响TMB值的危险因素（Plt;0.05，表4）。

多因素Logistic回归分析结果显示，ADC值、动态增强曲线类型和峰时是影响TMB值的独立危险因素（Plt;0.05，表5）。

3" 讨论

本研究探讨DCE-MRI及DWI参数与乳腺癌TMB值的相关性，发现ADC值、动态增强曲线类型、峰值信号强度、峰时、时间-信号强度曲线斜率等参数与TMB值存在显著的负相关或正相关关系，且ADC值、动态增强曲线类型和峰时是影响TMB值的独立危险因素。结果表明，DCE-MRI及DWI参数可反映乳腺癌的肿瘤突变负荷水平，为乳腺癌的免疫治疗提供影像学依据［11-13］。

DCE-MRI是目前乳腺癌诊断和评估的重要手段之一，利用造影剂观察血管内外的动态分布，反映肿瘤的血管密度、血流量、血管通透性等血管生成相关参数［14-17］。肿瘤突变负荷与肿瘤的血管生成关系密切，高突变负荷的肿瘤更易产生新生抗原，激活机体的免疫反应，导致肿瘤微环境中出现免疫细胞浸润和炎症反应，从而刺激血管生成；且高突变负荷的肿瘤也更易出现缺氧、酸化等适应性变化，诱导血管生成因子表达，促进血管生成［18-19］。因此，DCE-MRI参数可间接反映肿瘤突变负荷的水平。本研究发现，动态增强曲线类型、峰值信号强度、时间-信号强度曲线斜率等参数与TMB值呈显著负相关，而峰时、时间-信号强度曲线下面积等参数与TMB值呈显著正相关，说明TMB高的乳腺癌往往表现为造影剂的快速进入和快速清除，即洗脱型曲线；而TMB低的乳腺癌往往表现为造影剂的缓慢进入和缓慢清除，即持续上升型或平台型曲线。这与既往研究［20］结果相一致，其研究指出DCE-MRI和DWI参数可用于区分乳腺癌不同分子亚型，不同分子亚型与肿瘤的生物学特性和预后密切相关。本研究再次验证了DCE-MRI和DWI参数在乳腺癌分子亚型分类中的有效性。

DWI也是一种常见乳腺癌诊断和评估的功能性MRI技术［21］。肿瘤突变负荷与肿瘤的微观结构关系密切，高突变负荷的肿瘤更易出现细胞增殖、凋亡、坏死等现象，导致肿瘤细胞的异质性和不规则性增加，从而影响水分子的扩散；且高突变负荷的肿瘤也更易出现基因缺陷、染色体异常等现象，导致肿瘤细胞的大小、形态、核仁等特征发生变化，从而影响水分子的扩散。因此，DWI参数可以直接反映肿瘤突变负荷的水平［22］。本研究发现，ADC值与TMB值呈负相关关系，这说明TMB高的乳腺癌往往表现为水分子的扩散受到限制，即ADC值降低；而TMB低的乳腺癌往往表现为水分子的扩散相对自由，即ADC值升高。这与既往研究［23］结果相一致，该研究指出DWI中的ADC值与乳腺癌的预后因素有关，特别是与轴突淋巴结状态的关系显著。本研究再次验证了DWI中的ADC值与乳腺癌的预后相关。

本研究还发现，DCE-MRI及DWI参数与乳腺癌病理指标（ER、PR、HER-2和Ki67）的表达情况均无相关性。这与部分既往研究［24］结果不同。可能原因是，本研究纳入的患者均为术前未接受过任何形式的新辅助治疗，而既往研究纳入了术前接受过新辅助治疗的患者，这可能影响肿瘤的影像学和分子学特征；且本研究采用高通量测序技术检测肿瘤组织中的基因突变情况，而既往研究采用其他方法检测肿瘤组织中的分子标志物，这也可能导致结果的差异。

本研究的优势在于：首先，本研究采用高通量测序技术检测肿瘤组织中的基因突变情况，这是目前评估TMB的最准确和最全面的方法；其次，本研究采用多因素Logistic回归分析筛选影响TMB值的独立危险因素，并计算其比值比及95% CI，这有助于评估DCE-MRI及DWI参数对TMB值的影响程度和可信度；最后，本研究采用内部验证方法评估了DCE-MRI及DWI参数对乳腺癌诊断的性能，并与临床资料进行比较，这有助于评估DCE-MRI及DWI参数在乳腺癌诊断中的实际价值。

本研究的结果为乳腺癌的免疫治疗提供了影像学依据。目前，免疫治疗已经成为肿瘤治疗的新方向，其原理是利用机体自身的免疫系统识别和消灭肿瘤细胞。然而，并非所有的肿瘤都适合免疫治疗，只有具有高突变负荷的肿瘤才有可能产生足够多的新生抗原，从而激活机体的免疫反应。因此，评估肿瘤的突变负荷水平对于筛选免疫治疗的适应证和预测免疫治疗的效果具有重要意义。目前，评估肿瘤突变负荷水平的主要方法是高通量测序技术，但这种方法存在一些局限性，如成本高、时间长、样本需求多、结果易受肿瘤异质性影响等［25］。因此，寻找一种简便、快速、无创、可重复的方法来评估肿瘤突变负荷水平是迫切需要的。本研究表明，DCE-MRI及DWI参数可以反映乳腺癌的突变负荷水平，这为乳腺癌的免疫治疗提供一种新的影像学方法。未来，可以进一步探讨DCE-MRI及DWI参数与乳腺癌免疫治疗效果之间的关系，为乳腺癌免疫治疗的个体化和精准化提供依据。

本研究有以下局限性：首先，本研究为回顾性研究，存在一定的选择偏倚和信息偏倚；其次，本研究纳入的患者数量相对较少，且仅来自单中心，可能影响结果的稳定性和普遍性；再次，本研究仅采用了ADC值作为DWI参数，没有考虑其他可能反映肿瘤微观结构和微环境特征的DWI参数，如扩散张量成像或多重扩散模态参数，这些参数可能更能反映肿瘤的微观结构和微环境特征。

综上，DCE-MRI及DWI参数与乳腺癌TMB值存在显著的相关性，且ADC值、动态增强曲线类型和峰时是影响TMB值的独立危险因素。这些结果表明，DCE-MRI及DWI参数可以反映乳腺癌的肿瘤突变负荷水平，为乳腺癌的免疫治疗提供影像学依据。未来，可以进一步探讨DCE-MRI及DWI参数与乳腺癌免疫治疗效果之间的关系，为乳腺癌免疫治疗的个体化和精准化提供依据。

参考文献：

［1］" " 宁" 凡， 王" 纹， 王" 效， 等. 归因心理调适对新诊乳腺癌患者健康相关生活质量的干预效果［J］. 中国心理卫生杂志， 2023， 37（4）： 306-11.

［2］" " 匡思杰， 成" 宏， 孙敬杰. ACCN3和PXDNL对乳腺癌细胞增殖、侵袭、迁移和患者生存预后的影响［J］. 重庆医学， 2023， 52（9）： 1399-407.

［3］" " 张伟强， 王凤琴， 姚文娟， 等. 乳腺癌组织STRAP表达及临床意义［J］. 诊断病理学杂志， 2023， 30（2）： 119-22， 126.

［4］" " 冯莉莉， 麻增林， 谭丽丽， 等. 乳腺癌术后瘢痕组织的MRI表现［J］. 医学综述， 2018， 24（1）： 194-7.

［5］" "赵文芮， 许茂盛， 王世威， 等. DCE-MRI及DWI影像特征对乳腺癌病理组织学分级及Ki-67表达的预测研究［J］. 中国生物医学工程学报， 2019， 38（2）： 176-83.

［6］" " Cheng QQ， Huang JX， Liang JY， et al. The diagnostic performance of DCE‑MRI in evaluating the pathological response to neoadjuvant chemotherapy in breast cancer： a meta-analysis［J］. Front Oncol， 2020， 10： 93.

［7］" " 刘" 冲， 张" 静， 李" 胜， 等. MiR-335和Fra-1在乳腺癌中的表达及相互关系［J］. 检验医学， 2023， 38（2）： 143-7.

［8］" " 吴俊锋， 刘文亚. 磁共振成像在乳腺癌诊断及预后评估中的应用现状及研究进展［J］. 磁共振成像， 2023， 14（4）： 171-5.

［9］" "Gao Y， Feng W， Lu XR， et al. Difference of DCE-MRI parameters at different time points and their predictive value for axillary lymph node metastasis of breast cancer［J］. Acad Radiol， 2022， 29： S79-86.

［10］" Chitalia RD， Rowland J， McDonald ES， et al. Imaging phenotypes of breast cancer heterogeneity in preoperative breast dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging （DCE-MRI） scans predict 10-year recurrence［J］. Clin Cancer Res， 2020， 26（4）： 862-9.

［11］" 殷文兵， 张海青， 韩羽凤， 等. 多模态磁共振成像对乳腺腺病与非钙化型乳腺癌的诊断价值研究［J］. 医学影像学杂志， 2023， 33（2）： 253-7.

［12］" Nielsen TO， Leung SCY， Rimm DL， et al. Assessment of Ki67 in breast cancer： updated recommendations from the international Ki67 in breast cancer working group［J］. J Natl Cancer Inst， 2021， 113（7）： 808-19.

［13］" 李" 琰， 杜" 森， 周" 青， 等. 动态增强MRI参数在乳腺癌早期诊断及预后评估中的应用［J］. 中国CT和MRI杂志， 2023， 21（5）： 79-81.

［14］ Noordhoek I， Blok EJ， Meershoek-Klein Kranenbarg E， et al. Overestimation of late distant recurrences in high-risk patients with ER-positive breast cancer： validity and accuracy of the CTS5 risk score in the TEAM and IDEAL trials［J］. J Clin Oncol， 2020， 38（28）： 3273-81.

［15］" 龚" 娜， 李辉安， 朱冰洁. 动态增强磁共振成像与扩散加权成像组学联合对微小乳腺癌病灶的诊断价值［J］. 实用临床医药杂志， 2023， 27（5）： 21-5， 54.

［16］" 程" 雨， 张亚运， 李梦双. 1.5T磁共振动态增强图像特征及参数在诊断乳腺癌中的应用［J］. 影像科学与光化学， 2022， 40（5）： 1077-82.

［17］" 李" 响， 胡" 洋. 肿瘤突变负荷作为乳腺癌免疫治疗的新兴生物标志物的研究进展［J］. 实用肿瘤学杂志， 2021， 35（6）： 568-71.

［18］ Albain KS， Gray RJ， Makower DF， et al. Race， ethnicity， and clinical outcomes in hormone receptor-positive， HER2-negative， node-negative breast cancer in the randomized TAILORx trial［J］. J Natl Cancer Inst， 2021， 113（4）： 390-9.

［19］" 王" 勇， 李宏鹏， 李彩英， 等. 乳腺癌的多模态磁共振成像诊断进展［J］. 医学综述， 2020， 26（10）： 2004-8.

［20］" 佟" 颖， 米" 楠， 张" 荣， 等. 动态增强磁共振成像定量参数评估乳腺癌新辅助化疗效果及相关性［J］. 中国老年学杂志， 2020， 40（16）： 3410-4.

［21］" Piccart M， van 't Veer LJ， Poncet C， et al. 70-gene signature as an aid for treatment decisions in early breast cancer： updated results of the phase 3 randomised MINDACT trial with an exploratory analysis by age［J］. Lancet Oncol， 2021， 22（4）： 476-88.

［22］" 佟" 颖， 米" 楠， 张" 荣， 等. 磁共振扩散加权成像（DWI）评估进展期乳腺癌患者新辅助化疗近期疗效及病理变化的价值研究［J］. 影像科学与光化学， 2020， 38（2）： 307-12.

［23］ Ganz PA， Cecchini RS， Fehrenbacher L， et al. NRG Oncology/NSABP B‑47 menstrual history study： impact of adjuvant chemotherapy with and without trastuzumab［J］. NPJ Breast Cancer， 2021， 7（1）： 55.

［24］" 孙芳芳， 衣高峰， 耿军祖. 扩散加权成像表观扩散系数在乳腺癌中的应用进展［J］. 分子影像学杂志， 2020， 43（4）： 647-50.

［25］ Noordhoek I， Treuner K， Putter H， et al. Breast cancer index predicts extended endocrine benefit to individualize selection of patients with HR+ early‑stage breast cancer for 10 years of endocrine therapy［J］. Clin Cancer Res， 2021， 27（1）： 311-9.

（编辑：郎" 朗）

基金项目：山西省卫生健康委科研课题计划（2220190）

作者简介：张崇杰，硕士，副主任医师，E-mail： zcj15032494922@163.com