許化致，周潔潔，袁湘芝，葉小合，葉瓊，李建策

（溫州醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院 放射影像中心，浙江 溫州 325015）

·論 著·

計算彌散加權成像在乳腺癌診斷中的應用

許化致，周潔潔，袁湘芝，葉小合，葉瓊，李建策

（溫州醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院 放射影像中心，浙江 溫州 325015）

目的：定量比較3.0T磁共振系列計算彌散加權成像（cDWI）和常規(guī)掃描彌散加權成像（mDWI）對乳腺癌的顯示能力。方法：收集溫州醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院2012年1月至2015年12月間經手術病理證實為乳腺癌且術前有多參數乳腺成像數據的病例，共24例，均為女性，年齡25～63歲，平均（48±10）歲。據低b值（b=0、1 000 s/mm2）mDWI圖像經MATLAB 2015b環(huán)境下編程，單指數模型擬合重建系列b值（b=1 000、1 500、2 000、2 500、3 000、3 500、4 000 s/mm2）cDWI圖像，分別測量乳腺癌及正常腺體組織信號強度以及背景噪聲，定量比較系列cDWI和mDWI1000圖像信噪比（SNR）和腫瘤與正常組織間對比信噪聲比（CNR）。結果：乳腺癌cDWI圖像SNR隨b值增加進行性下降（H=134.985，P＜0.05），而CNR則緩慢升高（H=62.779，P＜0.05），cDWI1000圖像SNR值高于mDWI1000（t=2.868，P＜0.05），CNR值則無明顯差異（t=0.096，P＞0.05）；其余b值cDWI圖像SNR均低于mDWI1000（t=-7.766、-11.377、-12.259、-12.737、-12.869、-12.896，P＜0.01）；b值范圍（b=1 500、2 000、2 500、3 000 s/mm2）cDWI圖像CNR值高于mDWI1000（t=3.138、3.263、2.855、2.243，P＜0.05），更高b值cDWI圖像CNR值與mDWI1000比較差異無統(tǒng)計學意義（t=2.066、1.839，P＞0.05）。結論：高b值cDWI圖像有助于乳腺癌組織顯示，是常規(guī)乳腺多參數掃描序列的有益補充。

乳腺腫瘤；磁共振成像；計算彌散加權成像

乳腺多參數磁共振成像（multi-parameter magnetic resonance imaging，mpMRI）可提供乳腺腫瘤多種特征信息，其在乳腺癌的檢出、診斷以及新輔助化療后療效評價等方面具有較高價值[1-4]。其中彌散加權成像（di-ffusion-weighted imaging，DWI）及其衍生的表觀彌散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）圖作為一種功能磁共振成像技術，可在宏觀圖像中反映活體組織水分子的微觀運動信息，從而間接評價組織細微構造及細胞結構。研究表明，乳腺癌由于腫瘤細胞密度的增大而限制了組織內水分子的彌散，在DWI圖像表現為高信號[5-6]。而且癌組織和正常組織之間的信號強度對比與參數彌散敏感梯度即b值正相關[7]。目前常規(guī)乳腺DWI掃描b值范圍為600～1 000 s/mm2[8]，更高b值DWI需要更強的梯度磁場和更長的回波時間（time of echo，TE），所采集的圖像信噪比（signalnoise ratio，SNR）較低，同時存在渦電流圖像失真等。近來新出現的計算彌散加權成像（compute diffusion-weighted imaging，cDWI）通過直接采集的≥2個低b值DWI圖像數據，應用單指數模型擬合重建高b值cDWI圖像，克服了直接采集高b值圖像的難題[9-10]。高b值（b=2 000 s/mm2）cDWI具有良好的圖像質量，其對原發(fā)性前列腺癌的診斷效能優(yōu)于低b值（b=1 000 s/mm2）直接采集的mDWI圖像[11]。而cDWI技術在乳腺癌中的應用較少[12]，本研究通過比較不同b值cDWI和直接掃描mDWI對乳腺癌的顯示能力，以期得到質量最優(yōu)化b值cDWI圖像。

1 資料和方法

1.1 一般資料 收集我院2012年1月至2015年12月間手術病理證實為乳腺癌且術前行乳腺mpMRI檢查患者27例。剔除2例因圖像丟失或不完整，1例為新輔助化療后，共24例。所有患者均為女性，年齡25～63歲，平均（48±10）歲。病理結果：乳腺早期浸潤性癌9例（導管內癌早期浸潤8例，小葉原位癌早期浸潤1例）、浸潤癌15例（浸潤性導管癌12例，浸潤性導管癌伴部分黏液腺癌1例，浸潤性小葉癌2例）。其中2例因既往乳腺癌行單側乳腺切除，另側乳腺再發(fā)。左側乳腺癌9例，右側乳腺癌15例。

1.2 mpMRI檢查 采用GE SIGNA HDx 3.0T MR掃描儀，使用GE 8通道乳腺專用相控陣表面線圈。患者俯臥位，雙乳自然懸垂于線圈洞穴內，適當充填乳腺周圍以盡量減少運動。常規(guī)多參數掃描序列，包括軸位STIR序列、軸位FSE T1WI序列、矢狀位FS T2WI序列、軸位DWI序列以及動態(tài)增強磁共振掃描（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI）。其中DWI采用平面回波成像（echo planar imaging，EPI）序列，TR 5 300 ms，TE 60 ms，FA 90°，層厚4.0 mm，層間距5.0 mm，FOV 32 cm，矩陣128×128，激勵次數4次，取b值為0、1 000 s/mm2。動態(tài)增強掃描在DWI后進行，采用軸位乳腺優(yōu)化容積成像三維梯度回波序列，TR 4 ms，TE 2 ms，FA 10°，層厚1.2 mm，層間距1.2 mm，矩陣416×320，單次掃描時間為70 s，共掃描6次（包括蒙片）。對比劑為釓噴替酸葡胺（Gd-DTPA）按0.1 mmol/kg，以2.5 mL/s高壓注射器靜脈注射。

1.3 ADC圖及系列cDWI圖重建及感興趣區(qū)（region of interest，ROI）測量 ADC圖及系列不同b值（b=1 000、1 500、2 000、2 500、3 000、3 500、4 000 s/mm2）cDWI在MATLAB 2015b環(huán)境下編程，根據方程S（b）= S（0）e-b×ADC通過擬合創(chuàng)建，其中S（b）及S（0）分別為b值為其他值和0時的信號強度。將DCE-MRI強化峰值圖、掃描mDWI圖及系列不同b值cDWI圖導入image J軟件，使用多邊形工具描繪DCE-MRI圖像腫塊最大層面輪廓且避開壞死、囊變區(qū)作為ROI，同步拷貝ROI至DWI、ADC圖及系列cDWI圖像中，應用測量工具獲得mDWI及系列cDWI圖像腫塊最大層面ROI信號強度平均值St、腫瘤平均ADCt值；同時以相似面積測量遠離腫瘤正常腺體組織（DCE-MRI無異常強化，mDWI1000等信號）的信號強度平均值Sn和正常腺體組織平均ADCn值。并且測量乳腺癌最大橫軸層面相位編碼方向上乳腺旁的4處背景信號，取其標準差平均值作為背景噪聲S.D.背景。定義腫瘤與正常組織對比噪聲比（contrast-tonoise ratio，CNR）及SNR：CNR=（St-Sn）/（St+Sn），SNR=St/S.D.背景。

1.4 統(tǒng)計學處理方法 將所有數據輸入SPSS21.0統(tǒng)計軟件，系列圖像CNR及SNR數值用±s表示；不同b值cDWI圖像CNR及SNR值比較應用Kruskal-Wallis單因素分析，并用線圖描述SNR及CNR隨b值分布趨勢。乳腺癌組織與正常腺體組織ADC值差別、cDWIb圖與DWI1000圖CNR及SNR值比較應用配對t檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 ADC值比較 乳腺癌大?。ㄗ畲髮用婷娣e）為32～705 mm2，平均（170±153）mm2。乳腺癌組織及正常腺體組織ADC值分別為（1.15±0.25）×10-3mm/s、 （1.59±0.50）×10-3mm/s，乳腺癌組織ADC值低于正常腺體組織ADC值（t=-3.985，P＜0.05）。

2.2 掃描mDWI1000圖與不同b值cDWI圖像質量比較不同b值cDWI圖像SNR及CNR值如表1所示，cDWI1000圖像SNR值高于mDWI1000（t=2.868，P＜0.01），CNR值則無明顯差別（t=0.096，P＞0.05）；其余b＞1 000 s/mm2時cDWI圖像SNR均低于mDWI1000（t=-7.766、-11.377、-12.259、-12.737、-12.869、-12.896，P＜0.01），b=1 500、2 000、2 500、3 000 s/mm2時cDWI圖像CNR值高于mDWI1000（t=3.138、 3.263、 2.855、 2.243，P＜0.05），更高b值（b=3 500、4 000 s/mm2）cDWI圖像CNR值與mDWI1000圖像CNR值差別無統(tǒng)計學意義（t=2.066、1.839，P＞0.05）。如圖1、2所示，隨著b值增加，cDWI圖像乳腺癌組織與正常組織信號對比隨b值增加而增強，但同時背景噪聲隨之增強。

表1 DWI1000圖像與不同b值cDWI圖像乳腺癌平均信號強度及SNR、CNR值比較

圖1 患者，女，50歲，體檢發(fā)現左乳結節(jié)，系列不同b值cDWI圖及掃描（b=0、1 000 s/mm2）mDWI圖（箭頭示左乳內上象限不規(guī)則高信號結節(jié)）

2.3 不同b值cDWI圖像質量評價 隨著b值增加，SNR進行性下降（H=134.985，P＜0.05），而CNR則緩慢升高（H=62.779，P＜0.05），兩者于b值區(qū)間（1 500，2 000）交匯，見圖3。

3 討論

惡性疾病的精確檢測依賴于最大化腫瘤和正常組織之間的信號對比。理論上，高b值（b＞1 000 s/ mm2）cDWI圖像可進一步抑制乳腺背景纖維腺體組織信號[7]，癌性和非癌性組織信號對比得到進一步增強，增強了惡性病變的醒目性，有助于提高乳腺癌檢出的敏感性。本研究表明乳腺癌組織與正常組織信號對比隨b值增加而增強，符合理論預期假設，高b值（b＞1 000 s/mm2）cDWI圖像具有潛在提高乳腺癌顯示的能力。同時，隨著b值增加，圖像SNR呈下降趨勢。故診斷質量cDWI圖需要權衡圖像SNR和腫瘤與正常組織的CNR，只有合理的b值區(qū)間cDWI圖可真正提高乳腺癌診斷敏感性。本研究顯示cDWI圖最優(yōu)化b值范圍為1 500～2 000 s/mm2，有待主觀評價進一步明確。文獻報道[13]前列腺癌診斷最優(yōu)化cDWI的b值范圍為1 500～2 500 s/mm2，較本研究取值范圍更廣，可能研究對象和方法不同。

目前公認常規(guī)乳腺DWI掃描合適的b值范圍為600～850 s/mm2，最高為1 000 s/mm2，而此范圍內b值EPI序列常不能完全抑制背景正常纖維腺體組織信號，腫瘤和正常組織之間的對比受到限制，更高b值（b＞1 000 s/mm2）EPI-DWI序列圖像因低SNR，大渦流相關幾何失真等，所采集的圖像達不到診斷要求。而本研究顯示，cDWI1000圖像提高了mDWI1000圖像SNR，而CNR則無明顯差別。而且，更高b值（b＞1 500 s/mm2）cDWI圖像具有更強的腫瘤與周圍正常腺體組織的對比，盡管圖像SNR有所下降。因此，通過較低的b值（b=0，1 000 s/mm2）組合擬合重建高b值（b＞1 000 s/mm2）cDWI圖像，可實現比標準采集等效或更好的圖像質量和腺體背景抑制[14]，部分克服上述問題，是常規(guī)乳腺mpMRI有益補充。

圖2 患者，女，53歲，鉬鈀發(fā)現乳腺微鈣化，系列不同b值cDWI圖及掃描（b=0、1 000 s/mm2）mDWI圖（箭頭示右乳外上象限不規(guī)則高信號腫塊）

圖3 乳腺癌cDWI圖像CNR、SNR值隨b值變化線圖

cDWI僅是將ADC圖進行指數“過濾”，轉換成一種形式圖像的補充成像方法，由于其放大了乳腺癌和背景腺體組織之間的感知對比度，因此有助于發(fā)現病變。但是，cDWI圖像并沒有添加新的掃描序列和新的數據，其所得圖像的信息并沒有超出原始采集的低b值mDWI圖信息范圍。同時，需要注意cDWI僅是一組數據的數學變換，并不是準確模擬真實高b值（b＞1 000 s/mm2）彌散圖像，并不能代表真實高b值條件下組織中水分子的彌散行為。

鑒于目前乳腺多參數掃描時間較長，cDWI可通過工作站或獨立醫(yī)學影像數據和通訊平臺計算獲得，可能會有助于簡化掃描協(xié)議，減少掃描時間或者可能替代非增強序列在乳腺檢查中的應用[15]。目前已經證明DCE-MRI圖像對乳腺癌的形態(tài)和大小的評估是最精確的[16]，因而本組數據以DCE-MRI圖像作為描繪腫瘤邊界基準。文獻報道DWI和ADC圖提供的病變組織彌散受限程度信息，可有效提高DCE-MRI對乳腺疾病診斷特異性和陽性預測值[17]。cDWI聯合DCE-MRI也許有可能能進一步提高診斷的準確性，從而進一步減少活檢率。

由于本研究為回顧性分析，樣本含量較少，而且所選病例均已為病理證實為乳腺癌，無法評價cDWI技術對乳腺病變診斷的敏感性、特異性，有待大樣本、前瞻病理對照研究驗證其對乳腺癌的診斷價值。此外，由于不同脂肪腺體比例正常乳腺組織在DWI上也存在信號差異，需要進一步評估乳腺分型對系列cDWI圖像CNR的影響。

總之，擬合重建高b值（b＞1 000 s/mm2）cDWI圖像可進一步抑制乳腺背景噪聲，同時基本維持惡性腫瘤組織信號強度，有助于乳腺癌組織顯示，是常規(guī)乳腺多參數掃描序列的有益補充。對乳腺癌來說，其cDWI圖最優(yōu)化b值范圍為1 500～2 000 s/mm2。

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（本文編輯：趙翠翠）

Application of quantitative evaluation of computed diffusion-weighted imaging using 3-T magnetic reso-

nance imaging for breast cancer

XU Huazhi, ZHOU Jiejie, YUAN Xiangzhi, YE Xiaohe, YE Qiong, LI Jiance.

Radiology Center, the First Affi liated Hospital of Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325015

Objective:To quantitatively compare the signal-to-noise (SNR) and the contrast-to-noise ratio (CNR) between series computed diffusion-weighted images (cDWI) and directly measured diffusion-weighted images (mDWI) with b value of 1 000 s/mm2in patients with breast cancer using 3.0T MRI, and to obtain optimized b value cDWI images with diagnostic quality.Methods:Twenty-four patients with breast cancer (female, age ranged 25-63 years)

DWI examinations at 3.0T (b values of 0, 1 000 s/mm2) to create cDWI images at arbitrary b values of 1 000, 1 500, 2 000, 2 500, 3 000, 3 500, 4 000 s/mm2under MATLAB 2015b environment. Regions of interest (ROI) were drawn on tumor-suspicious lesions and normal-appearing regions.Results:The CNR between tumor and normal regions in cDWI showed a continuously improvement with increasing b value (H=62.779, P＜0.05), but the SNR was progressively decreased (H=134.985, P＜0.05). cDWI1000and mDWI1000showed a similar CNR (t=0.096, P＞0.05), but SNR of cDWI1000was higher than that of mDWI1000(t= 2.868, P＜0.05). SNR of the remaining b value cDWI were lower than mDWI1000(t=-7.766, -11.377, -12.259, -12.737, -12.869, -12.896, all P＜0.01). CNR of b value range (b=1 500, 2 000, 2 500, 3 000 s/mm2) cDWI were higher than those of mDWI1000(t=3.138, 3.263, 2.855, 2.243, P＜0.05), but the difference of CNR between higher b value cDWI and mDWI1000was not signifi cant (t=2.066, 1.839, P＞0.05).Conclusion:The high b-value cDWI images contributes to visualize the breast cancer, and the optimal b value cDWI for breast cancer detection is in the range of 1 500-2 000 s/mm2.

breast neoplasms; magnetic resonance imaging; compute diffusion-weighted imaging

R816.4

A

10.3969/j.issn.2095-9400.2017.07.004

2016-10-07

浙江省自然科學基金資助項目（LQ4H180006）。

許化致（1977-），男，浙江蒼南人，主治醫(yī)師，碩士。

葉瓊，副研究員，Email：94301699@qq.com。