體素內不相干運動成像在乳腺癌新輔助化療療效評估中的應用初探

呂廣潔，高佳音，徐筑津，華 彬，陳 敏，姜 蕾

（北京協和醫學院研究生院 北京醫院 國家老年醫學中心，北京 100730）

新輔助化療（Neoadjuvant chemotherapy，NAC）已成為部分Ⅱ期及Ⅲ期乳腺癌患者的標準治療方案，評估化療效果對于調整和制定個性化治療方案至關重要。體素內不相干運動（Intravoxel incoherent motion，IVIM）成像是一種基于雙指數模型的多b 值DWI，可定量評價組織擴散和微循環血流灌注兩種效應，彌補了傳統DWI 只能評價組織擴散特性的不足。許多研究[1-2]已經證實IVIM 成像的多個參數對于乳腺良惡性病變的鑒別及惡性腫瘤的分級和分型均有價值，但是將其用于乳腺癌NAC 療效評價的研究較少，在NAC 第1 療程后利用IVIM 成像預測NAC 全部療程結束后療效的研究更少，IVIM 成像評價及預測NAC 療效的價值仍有爭議。為此，筆者探討了乳腺癌NAC 前中后IVIM 各參數的變化，評價IVIM 成像對于預測及評估NAC 療效的價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

本研究為前瞻性研究，通過醫院倫理委員會批準，所有患者檢查前均簽署知情同意書。搜集2015年8 月—2018 年6 月我院符合以下標準的患者：①經粗針病理活檢證實的Ⅱ、Ⅲ期乳腺癌患者；②愿意并完成NAC 及手術治療者，手術治療前未進行放療等其他局部治療；③完成3 次MRI 檢查，時間分別在NAC 前（病理活檢1 周后）（簡稱T1）、NAC 第1療程結束后（簡稱T2）及NAC 全部療程結束后（簡稱T3）。排除標準：①有MRI 檢查或對比劑應用禁忌證；②MRI 圖像質量不佳；③未完成NAC、手術治療或MRI 檢查。

1.2 化療方案及療效評估

采用表阿霉素+環磷酰胺+多西他賽或紫杉醇聯合化療，化療周期4 療程，每療程2 d，兩療程之間間隔約21 d。

由兩名有經驗的病理科醫師根據手術后病理所見，并參照化療前穿刺組織病理，進行化療反應性組織學評價，參照Miller-Payne 標準[3]：1 級，整體細胞數量沒有減少，單個細胞形態有或無改變；2 級，細胞數量略減少（≤30%），但整體細胞數量仍很高；3級，細胞數量減少＞30%～90%；4 級，細胞數量明顯減少（＞90%），僅殘留小簇或分散分布少量癌細胞；5級，未見惡性細胞，可見血管纖維彈性間質殘留（常含巨噬細胞），但仍可殘留原位導管癌（DCIS）。按照Miller-Payne 分級，將患者分為良好病理反應組（簡稱R 組，Miller-Payne 分級3～5）及輕微病理反應組（簡稱NR 組，Miller-Payne 分級1、2）。

1.3 MRI 檢查

采用GE Discovery 750 3.0T 全身MR 掃描儀，體線圈作為發射線圈，相控陣8 通道乳腺專用線圈作為接受線圈。檢查前訓練患者呼吸配合，以減少呼吸運動及心臟搏動對圖像質量的影響。主要掃描序列及參數：①快速自旋回波T2WI，水脂分離法壓脂；②多b 值結合平面回波技術的自旋回波擴散加權成像（SE/EPI-DWI），擴散梯度場方向前后，TR/TE 7 800 ms/62 ms，矩形視野，矩陣200×96，層厚/間隔5 mm/1 mm，b=0、10、20、30、50、70、100、150、200、400、600、1 000及1 500 s/mm2，采集時間5～6 min；③雙乳橫軸位，3D 容積內插快速擾相梯度回波T1WI 平掃及增強：壓脂（頻率選擇反轉回復法），TR/TE 7.08 ms/3.56 ms，翻轉角10°，層厚2 mm，視野32 cm×32 cm～34 cm×34 cm，矩陣384×256，單次采集時間約50 s，動態增強7 個時相，對比劑釓噴替酸葡甲胺，劑量0.1mmol/kg，高壓注射器注射流率2.5 mL/s。

1.4 圖像后處理及分析

采用GE Discovery 750 專用后處理軟件。感興趣區（ROI）放置于DWI 上病變最大層面高信號處（ADC 圖低信號處），避開明顯的出血壞死區，對于NAC 后病灶消失或DWI 高信號消失的病灶，ROI 仍放置于原病灶對應處。雙指數模型數據分析，通過Levenberg-Marquardt 算法1 擬合計算f、D* 和D 三個參數，依據方程如下：Sb=S0（fexp（-bD*）+（1-f）exp（-bD）），其中Sb為擴散梯度參數為b 時的信號強度，S0為無擴散梯度時的信號強度，f 為灌注分數（與微循環灌注有關），D*為假性擴散系數（代表與灌注或不相干微循環有關的擴散），D 為純擴散系數（反映真正的水分子擴散能力）。單指數模型數據分析，計算ADC 值，依據方程：Sb=S0exp（-bADC），其中ADC 為表觀擴散系數。

1.5 統計學方法

采用SPSS 20.0 軟件進行統計學分析。計量資料首先檢驗樣本的正態分布性（S-W 檢驗），對符合正態分布的數據，采用均數±標準差（）的方式進行表示，不符合正態分布的數據，則采用中位數和四分位數間距（M（QL，Qu））的方式進行表示。計算T2與T1時的ADC 差值，用△ADC 表示；同樣計算△D、△f、△D*。采用兩獨立樣本t 檢驗或Mann-Whitney U 檢驗，比較R 組與NR 組之間在3 個時間點上各參數及△ADC、△D*、△D、△f 是否有統計學差異；采用配對樣本t 檢驗或Wilcoxon 秩和檢驗，分組比較T2與T1、T3與T1之間各參數是否有統計學差異。對組間差異有統計學意義的參數采用ROC分析評價參數的診斷效能，尋找療效評估最佳參數的診斷界值并計算其敏感度、特異度。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 患者一般資料統計

共搜集60 例患者（57 例單側單發乳腺癌；1 例為雙側乳腺各一病灶；2 例患者為多發病灶，取最大病灶入組；共計入組61 個病灶）。患者均為女性，年齡（47±10）歲；病變位于左側者32 個，右側者29個；病變NAC 前MRI 上的最大徑線為（3.7±1.7）cm；NAC 前病變在MRI 上的強化形態：腫塊50 個，非腫塊強化11 個；組織病理學：浸潤性導管癌60 個（Ⅰ級19 個，Ⅱ級41 個，Ⅲ級0 個），浸潤性小葉癌1個；腋窩淋巴結轉移（病理陽性）19 例。按病理將病灶分組后，R 組21 個，NR 組40 個。

2.2 IVIM 成像各參數值的組間及組內比較

在T1、T2及T33個時間點上，R組和NR 組DWI 各參數值及組間比較見表1；△ADC、△D*、△D、△f 值見表2；圖1 和2 分別是良好病理反應者和輕微病理反應者的DWI 參數圖像。

組內比較，T2及T3分別與T1時間點的參數相比，R 組的f、D 及ADC 值均具有顯著變化（T2時間點的f、D、ADC 值與T1的相比較，P 值分別為0.000、0.000、0.025；T3時間點的f、D 及ADC 值與T1的相比較，P 值分別為0.000、0.000、0.000），D* 值在兩個時間點的變化均無統計學意義（P 值分別為0.903、0.986）；NR 組僅T3與T1相比D 值有顯著變化（P=0.010），T2、T3的ADC、D*、f 值與T1相比，T2與T1的D 值相比，差異均無統計學意義（P＞0.05）。

表1 T1、T2、T33 個時間點上DWI 各參數的組間比較

表2 △ADC、△D*、△D、△f 值的組間比較

2.3 f 值、△f、△D 預測乳腺癌NAC 療效的ROC 分析

以手術病理的Miller-Payne 分級為金標準，在NAC 第1 療程后用f 值預測療效的ROC 曲線下面積為0.673，以f=6.118%為界值，其預測療效的敏感度和特異度分別為61.9%、85%。△f 值的ROC 曲線下面積為0.788，以△f=-0.898%為界值，其敏感度和特異度分別為71.4%、87.5%。△D 值的ROC 曲線下面積為0.753，以△D=0.0995 為界值，其敏感度和特異度分別為52.4%、90%。f、△f、△D 的曲線下面積兩兩比較，差異不具有統計學意義，f 與△f、△f 與△D、△D與f比較的P值分別為0.274、0.706、0.438。

3 討論

3.1 IVIM 成像各參數值對預測和評價乳腺癌NAC療效的價值

3.1.1 ADC 及D 值

NAC 后由于細胞崩解壞死，細胞外間隙擴大，局部的細胞密度明顯減低，水分子運動加強，進而使腫瘤的ADC 值、D 值升高。本研究結果顯示，乳腺癌NAC 后早期，即NAC 第1 療程完成后，無論R 組還是NR 組，病灶的ADC 及D 值均升高，但只有R 組的ADC 及D 值與NAC 前有顯著差異，這與Archer等[4]通過病理研究發現的NAC 開始24 h 后，腫瘤細胞壞死，細胞增殖明顯減低的趨勢相一致，表明IVIM 技術為無創評估細胞凋亡和壞死提供了可能。

圖1 浸潤性導管癌患者的NAC 前、中、后IVIM 圖像。患者為45 歲女性，經NAC 及手術治療，手術病理示Miller-Payne 分級5 級。圖中從上到下第1 至第5 行分別為DWI 圖像（b=1 500 s/mm2）、ADC、D、D* 及f 偽彩圖；圖中從左至右縱列分別為NAC 前、NAC 第1 療程后、NAC 結束后圖像。圖2 浸潤性導管癌患者的NAC 前、中、后IVIM 圖像。患者為47 歲女性，經NAC 及手術治療，手術病理示Miller-Payne 分級2級。圖中從上到下第1 至第5 行分別為DWI 圖像（b=1 500 s/mm2）、ADC、D、D* 及f 偽彩圖；圖中從左至右縱列分別為NAC 前、NAC 第1 療程后、NAC 結束后圖像。Figure 1.IVIM images of a patient with invasive ductal carcinoma before,during,and after the NAC.The patient was a 45-year-old female who was treated with the NAC and surgery.Pathology from surgery showed Miller-Payne Grade 5.From the top to bottom row are diffusion-weighted images (b=1 500 s/mm2),ADC,D,D* and f colored maps,respectively.From the left to right column are the images of before,during and after the NAC.Figure 2.IVIM images of another patient with invasive ductal carcinoma before,during,and after the NAC.The patient was a 47-year-old female who was treated with the NAC and surgery.The histological grade was Miller-Payne 2.From the top to bottom row are diffusion-weighted images(b=1 500 s/mm2),ADC,D,D* and f colored maps,respectively.From the left to right column are the images of before,during and after the NAC.

然而，關于NAC 后何時ADC 及D 值能夠預測化療療效尚無定論。部分研究[5-6]認為24 h 內ADC或D 值的變化尚不能預測NAC 的最終療效，而Davis 等[5]研究發現NAC 48 h 后的ADC 或D 值與NAC 療效有關系。Che 等[7]、Cho 等[8]研究均顯示NAC第2 療程后的ADC 值、D 值升高能夠有效預測NAC 效果。本研究結果顯示NAC 第1 療程后兩組間的ADC 及D 值的差異并無統計學意義，提示NAC 第1 療程后ADC 及D 值的變化不能準確預測NAC 最終的療效，而在4 個療程結束后兩組間的ADC 及D 值才出現明顯的差異，這時二者才能對評價NAC 療效有價值。鑒于既往研究顯示最小ADC值能較好地反映腫瘤細胞密度較高區域，提供更多腫瘤預后的信息[9]，為使測量值更加準確，本研究中勾畫的是ADC 最低信號的區域，避開腫瘤內出血壞死區域，而這可能在一定程度上導致對NAC 療效的低估。盡管本研究中△D 值預測NAC 療效的診斷效能尚可，曲線下面積為0.753，但以△D=0.099 5×10-3mm2/s 為診斷界值，敏感性為90%，特異性只有52.4%，而Che 等[7]研究中利用NAC 第2療程前后的△D 診斷效能較高，當其診斷閾值取0.261×10-3mm2/s 時，所得的診斷敏感性、特異性分別高達90.0%、89.7%。分析原因可能與本研究采集時間點早（NAC 第1 療程后而不是第2 療程后）及ROI 的勾畫方法相關。

3.1.2 f 值

f 值代表體素內微循環灌注效應占總體擴散效應的容積率。乳腺惡性腫瘤的不成熟血管內皮細胞多、血管通透性高，因此腫瘤組織的f 值較正常組織高；化療藥物抑制乳腺癌細胞的增殖，減少腫瘤組織新生血管的生成[10]，降低腫瘤的微血管密度[11]，從而使病灶的f 值降低。Che 等[7]及朱蓉蓉等[12]均研究顯示在NAC 第2 療程后反應組的f 值明顯降低。我們的研究結果與之相似，NAC 第1 療程后R 組的f 值低于NR 組，差異具有統計學意義，進一步組內比較發現R 組NAC 第1 療程后的f 值較NAC 前差異有統計學意義，而NR 組NAC 前后f 值沒有顯著差異。但是以NAC 第1 療程后f 值預測NAC 療效的診斷效能一般，曲線下面積為0.673，以f=6.118%為診斷界值，敏感性和特異性分別為61.9%、85%。以△f 值預測NAC 療效的診斷效能雖然好于f 值，曲線下面積為0.788，但與f 值的曲線下面積相比沒有統計學差異，以△f=-0.898 為診斷界值，敏感性和特異性分別為71.4%、87.5%。Che 等[7]的研究中利用△f 值預測療效的診斷效能達0.927，朱蓉蓉等[12]的研究顯示△f 值的診斷效能為0.7。

多種因素都會影響f 值的診斷效能，造成不同研究結果之間的差異。惡性病灶內的高度異質性、ROI 的勾畫方法、圖像采集的時間點等因素在一定程度上影響f 值的診斷效能。另外b 值的選擇及回波時間均會影響f 值測量的準確性。Pang 等[13]研究發現當b 值＜750 s/mm2時，f 值隨b 值增加而增加，而當b 值≥750 s/mm2時，f 值會降至與良性腫瘤或正常組織相似，甚至更低，因此不能用來鑒別良惡性病變。回波時間越長，低b 值時組織信號衰減越明顯，f 值就越大。NAC 后腫瘤微環境破壞導致灌注和擴散成分相混淆，繼而導致雙指數模型信號衰減產生偏差也會影響f 值。上述種種因素均有會導致f值診斷效能偏低，敏感性及特異性不甚理想。

3.1.3 D*值

D*值包括血流的速度信息，應理解為測量的微血管內的擴散系數，亦包含血液成分熱運動的信息[14]。無論是乳腺癌[8]還是胃腸道腫瘤[15]D* 在NAC 前后均未出現顯著變化，因此不能用于療效的預測和評估，這與本研究結果一致。D*灌注測量要求較高，依賴于高信噪比，測量的精確度較難保障，由于腫瘤內部的不均質性及D*圖本身噪聲較大等原因[16]，其測量的可重復性也較差。所以目前人們普遍認為D*比f 更難求值，應該在最優信噪比、最小運動和最小磁敏感偽影的條件下進行測量[14]。

3.2 本研究的意義

探索IVIM 成像在乳腺癌NAC 療效評價中的價值有重要的臨床意義，主要是因為常規乳腺掃描必須使用對比劑，而IVIM 成像除了能反映病變水分子擴散特性，還能在不使用對比劑的情況下就反映病變灌注情況，這對患者（尤其對使用對比劑有禁忌者）有重要意義。在NAC 療效觀察中，能在不使用對比劑的條件下就能觀察到腫瘤的變化，患者檢查的依從性及舒適性會明顯提高。本研究中R 組的f 值在NAC 第1療程后較NAC 前有顯著變化，而且組間差異也有顯著性，提示f 值是反映腫瘤灌注特性的有潛力的技術方法，值得進一步探索。另外，關于磁共振功能成像評價療效時機的選擇，目前國內外尚無統一的標準，仍處于探索中，IVIM 成像作為一種磁共振功能成像的新技術更是如此，本研究選擇在NAC 第1 療程后評價療效正是要探索它是否能在更早期預測療效。

3.3 本研究的局限性

本研究為前瞻性研究，要求患者完成全部NAC療程及T1、T2、T3時間點的乳腺MRI 檢查并取得最終病理結果，故病例搜集有一定的困難，入組病例數量有限，可能會對結果產生一定的影響，仍需進一步的大樣本研究來驗證結果；IVIM 作為一種新興的功能成像技術，其b 值及回波時間的選擇尚無統一標準，本研究中b 值選擇的普遍適用性仍需進一步驗證；ROI 的放置位置未能覆蓋病灶全部，難以反映病灶的全部DWI 信息。

綜上所述，IVIM 成像在評價NAC 療效方面是有潛力的技術方法，f、D 尤其是f 對在NAC 第1 療程后預測療效及NAC 結束后評價療效均有價值，ADC 對NAC 結束后評價療效有價值，D* 值對評價療效無價值。