乳腺腫瘤磁共振波譜的應(yīng)用現(xiàn)狀與影像

1、乳腺腫瘤1H磁共振波譜的應(yīng)用現(xiàn)狀與進(jìn)展,醫(yī)學(xué)影像中心 許尚文2009-03-25,中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)2008年第8期　大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科,摘 要,與常規(guī)MRI不同，乳腺1H MRS能夠定量分析乳腺病變內(nèi)各種代謝物濃度，而獲得高質(zhì)量波譜的關(guān)鍵是1H MRS成像技術(shù)的改進(jìn)。作者主要從乳腺1H MRS應(yīng)用現(xiàn)狀、技術(shù)限度及改進(jìn)等方面的近況進(jìn)行綜述。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,概 述,乳腺癌是婦女最常見(jiàn)的惡

2、性腫瘤之一。影像檢查在乳腺癌的早期發(fā)現(xiàn)、診斷有重要作用乳腺M(fèi)R尤其是DCE-MRI明顯提高了診斷的敏感性，但特異性不高，限制其的進(jìn)一步應(yīng)用。1H MRS可以無(wú)創(chuàng)的定性、定量分析病變的代謝物濃度,對(duì)診斷有較高的敏感性和特異性。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,1 乳腺腫瘤1H MRS成像關(guān)鍵技術(shù),乳腺1H MRS成像關(guān)鍵問(wèn)題： ①抑水 ②抑脂 ③空間定位 ④勻場(chǎng),南京軍區(qū)福

3、州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,所測(cè)感興趣區(qū)的代謝物信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于水或脂質(zhì)的信號(hào)強(qiáng)度(約達(dá)1萬(wàn)倍數(shù)量級(jí))，為保代謝物信號(hào)不被干擾必需對(duì)水或脂質(zhì)信號(hào)進(jìn)行充分的抑制。目前在體乳腺1H MRS的空間定位技術(shù)和脈沖序列設(shè)計(jì)主要有三種：射頻梯度定域頻譜技術(shù) 、單體素(SV) MRS和化學(xué)位移成像的序列設(shè)計(jì)。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,單體素MRS的序列設(shè)計(jì)主要包括點(diǎn)分辨波譜法(PRESS)及激勵(lì)回波探測(cè)法(STEAM) ?；瘜W(xué)位移成像的序列設(shè)計(jì)又

4、稱(chēng)頻譜成像(SI),屬多體素成像技術(shù),可在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)獲得多個(gè)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)以圖像和波譜的形式在一幅圖中表現(xiàn)。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,勻場(chǎng)是提高磁場(chǎng)整體均勻性的過(guò)程,其對(duì)成像質(zhì)量的影響是很重要的,良好的勻場(chǎng)不僅可以提高圖像的信噪比,而且還直接影響水脂信號(hào)抑制的成敗。目前對(duì)于勻場(chǎng)相對(duì)容易的腦部1H MRS應(yīng)用較成熟,而其他系統(tǒng)1H MRS的應(yīng)用仍有限度。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,2 乳腺腫瘤1H MRS應(yīng)用的病理生化基礎(chǔ)

5、,研究發(fā)現(xiàn),在惡性乳腺病變的MRS中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)總膽堿峰(tCho)。MRS診斷乳腺癌的敏感度和特異度為83%、85%總膽堿(tCho)包括甘油磷酸膽堿(GPcho)、磷酸膽堿(Pcho)和磷脂酰膽堿(PtdCho)。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,膽堿是體內(nèi)一種反映細(xì)胞增生的生物學(xué)標(biāo)記。正常人類(lèi)乳腺上皮細(xì)胞中含量很少,哺乳時(shí)其代謝的水平增加,可濃縮膽堿及其代謝物,造成含量增加癌細(xì)胞迅速生長(zhǎng)和增殖加速了細(xì)胞膜的合成是造成膽堿含量較

6、正常及良性組織增高的主要原因,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,乳腺癌細(xì)胞較正常乳腺上皮細(xì)胞中磷酸膽堿、膽堿復(fù)合物含量升高,可達(dá)正常組織的10余倍,而甘油磷酸膽堿含量明顯減少。Glunde發(fā)現(xiàn)膽堿激酶和磷脂酶C活性明顯升高,磷脂酶(B、A2、D)活性則明顯降低,細(xì)胞膜甘油磷酸膽堿向膽堿和磷酸膽堿轉(zhuǎn)化增加。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,對(duì)乳腺細(xì)胞的體外MRS研究發(fā)現(xiàn),在成為惡性表型時(shí),乳腺上皮細(xì)胞表現(xiàn)出磷酸膽堿和膽堿復(fù)合物含量的升高，

7、并出現(xiàn)由高甘油磷酸膽堿/低磷酸膽堿向低甘油磷酸膽/高磷酸膽堿轉(zhuǎn)變,膽堿水平升高表明了組織從正常到致癌基因轉(zhuǎn)化進(jìn)而到形成腫瘤組織演進(jìn)的過(guò)程。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,3 乳腺腫瘤1H MRS的臨床應(yīng)用現(xiàn)狀,3. 1 鑒別乳腺腫瘤的良惡性3. 2 診斷腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移3. 3 早期評(píng)估乳腺癌療效和判斷預(yù)后,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,3. 1 鑒別乳腺腫瘤的良惡性,早期明確乳腺疾病的良惡性是研究的熱點(diǎn)之一。Roebu

8、ck首先提出tCho含量可作為鑒別惡性腫瘤的指標(biāo),隨后又有多個(gè)研究得出相似的結(jié)論。Katz利用檢測(cè)tCho含量的診斷敏感度和特異度分別為83%、85%, 在年輕患者兩者均接近100%,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,研究發(fā)現(xiàn)在正常哺乳期婦女的乳腺組織和許多良性病變?nèi)缋w維腺瘤、乳腺增生的亦有tCho峰。理論上MRS對(duì)于哺乳期良惡性乳腺腫瘤的鑒別仍有困難,但哺乳期的惡性腫瘤在發(fā)生率是很低。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,Stanwel

9、l在40例非哺乳期健康者1.5T 1H MRS的研究：3例于3.28ppm處出現(xiàn)膽堿峰,與在乳腺癌病例中膽堿峰出現(xiàn)在3.22ppm不同,且發(fā)現(xiàn)高場(chǎng)下的正常乳腺組織常能檢測(cè)到膽堿峰。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,如何提高診斷的特異度？有學(xué)者認(rèn)為多種MR檢查聯(lián)合有助于提高特異度。Huang等在常規(guī)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI基礎(chǔ)上聯(lián)合單體素1H MRS后診斷特異度由62.5%提高到87.5% ,再聯(lián)合T2*灌注成像后診斷特異度達(dá)到100%。,南京

10、軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,3. 2 診斷腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移,腋窩淋巴結(jié)的評(píng)價(jià)對(duì)乳癌分期和治療意義重大,準(zhǔn)確判斷轉(zhuǎn)移程度可降低淋巴結(jié)清掃術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率, 且有助于選擇治療方案以減少病人負(fù)擔(dān)目前動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI有利于轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的檢出,但假陽(yáng)性率高。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,有學(xué)者在體的1H MRS研究中發(fā)現(xiàn),甘油磷酸膽堿磷酸二酯(GPC-PC)、膽堿、乳酸、丙氨酸和二磷酸尿苷葡萄糖水平在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中明顯增高。GPC-PC/蘇氨酸

11、比率也明顯增高,用這個(gè)作標(biāo)記, 檢測(cè)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的靈敏度、特異度、準(zhǔn)確度分別為80%、91%、88%。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,3. 3 早期評(píng)估乳腺癌療效和判斷預(yù)后,新輔助化療日益被乳癌患者接受并用于保乳術(shù)前應(yīng)用新輔助化療的同時(shí)需要早期發(fā)現(xiàn)腫瘤對(duì)藥物的反應(yīng),從而及時(shí)調(diào)整用藥,避免耐藥性的產(chǎn)生。常規(guī)檢查(如體格檢查、超聲、鉬靶X 線) 在觀測(cè)腫瘤對(duì)藥物的反應(yīng)中可靠性不佳。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,常規(guī)MRI也只是通過(guò)對(duì)

12、腫瘤大小、形態(tài)及信號(hào)變化等與治療反應(yīng)相關(guān)指標(biāo)的觀察而用于治療的監(jiān)測(cè), 要在新輔助化療6周后才能發(fā)現(xiàn)相應(yīng)改變。1H MRS可以觀測(cè)到乳腺病變發(fā)生形態(tài)學(xué)變化之前的細(xì)胞內(nèi)代謝化合物的變化。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,Jaganathan等首先報(bào)道了通過(guò)觀察tCho含量的變化反映乳腺癌對(duì)治療后的反應(yīng)情況。Kumar通過(guò)1H MRS對(duì)33例乳腺原位癌患者的化療后反應(yīng)研究認(rèn)為,接受NACT治療前后的病人原發(fā)腫瘤體積變小的同時(shí)其水脂比的減低

13、亦有顯著性差異,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,Meisamy等在對(duì)首次劑量使用阿霉素化療方案的原位癌乳腺病人治療前后24小時(shí)tCho含量變化的研究中發(fā)現(xiàn),在最先的13例患者中治療前后24小時(shí)tCho含量的變化與第四個(gè)化療周期結(jié)束后病變大小的變化呈顯著正相關(guān), 且tCho含量的變化在對(duì)治療有效和無(wú)效者之間有顯著性差異。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,4 乳腺腫瘤波譜應(yīng)用中的技術(shù)限度及改進(jìn),4. 1 空間分辨率4. 2 信噪比

14、4. 3 脂質(zhì)4. 4 成像時(shí)間,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,目前, 1H MRS診斷乳腺腫瘤的敏感度主要受到技術(shù)的限制,尤其對(duì)含膽堿濃度不高的癌,其檢測(cè)受到的技術(shù)限制更明顯。應(yīng)用1H MRS評(píng)價(jià)腫瘤化療后療效時(shí),同樣會(huì)受到技術(shù)的挑戰(zhàn)。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,治療后由于腫瘤體積縮小的方式不同,體素放置的位置及患者的輕微運(yùn)動(dòng),都可能造成結(jié)果的偏差。因此,只有改進(jìn)技術(shù),提高信噪比,使其有更好的可重復(fù)性,有更高的靈敏度

15、,才能提高乳腺1H MRS 的臨床應(yīng)用價(jià)值。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,4. 1 空間分辨率,1H MRS的臨床應(yīng)用受限之一是空間分辨率較低,尤其采用單體素技術(shù)的分辨率更低(>1.5cm3)。Katz研究認(rèn)為MRS對(duì)于乳腺疾病的診斷特異度主要依賴于腫瘤的大小,體積太小其所含膽堿成分難檢測(cè)出來(lái)，且組織的不均一性和部分容積效應(yīng)會(huì)影響單體素成像中像素的測(cè)量而降低準(zhǔn)確性。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,近年來(lái)磁共振化學(xué)位移技術(shù)在

16、提高空間分辨率方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，3.0T比1.5T 1H MRS具有更高的空間分辨率。Mountford在8.5T設(shè)備上對(duì)乳腺腫瘤細(xì)針抽吸活檢標(biāo)本1H MRS的研究中發(fā)現(xiàn)，惡性病變、有/無(wú)小葉浸潤(rùn)的乳腺導(dǎo)管內(nèi)原位癌以及良性病變的波譜特征各異,有明顯區(qū)別。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,空間分辨率提高后的1H MRS僅有助于明確動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI發(fā)現(xiàn)的病變性質(zhì),而且還能在常規(guī)MRI基礎(chǔ)上更全面的發(fā)現(xiàn)病灶。目前應(yīng)用2D或3D成像提

17、高空間分辨率在腦部腫瘤的研究已較為普遍,而對(duì)于乳腺腫瘤的研究尚處于探索階段。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,4. 2 信噪比,1H MRS乳腺腫瘤中的膽堿信號(hào)受MR掃描信噪比的影響。提高膽堿信噪比的方法有采用高場(chǎng)強(qiáng)掃描系統(tǒng)(>1.5T) 、改進(jìn)MR脈沖序列、研究更適合乳腺波譜檢查的表面線圈及相應(yīng)的處理軟件等通過(guò)對(duì)活體1H MRS的研究發(fā)現(xiàn),信噪比與場(chǎng)強(qiáng)呈線性正相關(guān)。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,Dreher等在空間定位RA

18、RE和化學(xué)位移編碼技術(shù)基礎(chǔ)上采用4.7T研究了健康小鼠的腦組織,獲得了一種新的快速M(fèi)RS技術(shù)。Katz等建議使用長(zhǎng)回波時(shí)間(135～270ms)以增強(qiáng)膽堿信號(hào)的顯示,并且減少脂肪信號(hào)的重疊。應(yīng)用更適合乳腺檢查的線圈可提高膽堿復(fù)合物的檢測(cè),其中多通道相控陣線圈能明顯提高圖像SNR。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,4. 3 脂 質(zhì),乳腺因含有大量的脂肪組織,很難達(dá)到良好的勻場(chǎng);勻場(chǎng)不均勻會(huì)導(dǎo)致譜線增寬、SNR降低。過(guò)高的脂峰還會(huì)

19、產(chǎn)生偽影進(jìn)而干擾tCho的測(cè)量。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,Bolan等研究認(rèn)為,使用零頻率掃描或使用不同TE獲得的平均波譜可以區(qū)分出非耦合代謝產(chǎn)物與脂肪峰,進(jìn)而提高1H MRS對(duì)膽堿的敏感性。利用反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列及傳統(tǒng)的k空間選擇雖然可以抑制強(qiáng)大的脂質(zhì)峰,但同時(shí)又會(huì)抑制tCho峰。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,Hu等提出利用橢圓規(guī)序k空間編碼結(jié)合螺旋形過(guò)濾的1H MRSI技術(shù)提高了數(shù)據(jù)采集的效率,通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的CHESS有效抑制

20、了多余的水及脂肪峰。新出現(xiàn)的回波過(guò)濾抑制技術(shù)已應(yīng)用于人腦, 將多余信號(hào)完全抑制。經(jīng)改良現(xiàn)成功用于富含脂肪的軟組織的1H MRSI研究中,有望在乳腺中得到應(yīng)用,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,4. 4 成像時(shí)間,MRSI應(yīng)用面臨的重要問(wèn)題之一是縮短成像時(shí)間。與單體素?cái)?shù)據(jù)采集相比MRSI所需時(shí)間更長(zhǎng)。近年的研究認(rèn)為在MRSI中使用橢圓規(guī)序k空間編碼結(jié)合螺旋形過(guò)濾可以克服這一缺陷。對(duì)于12×12×83D數(shù)據(jù)集,

21、 TR為1.5～4秒, 時(shí)間需12分30秒,而傳統(tǒng)的k空間填充則需115分10秒,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,5　展 望,目前,乳腺1H MRS的研究焦點(diǎn)集中在如何提高圖像的空間分辨率及信噪比、抑脂均勻并縮短采集時(shí)間等方面,對(duì)于膽堿復(fù)合物作為診斷乳腺疾病的生物學(xué)指標(biāo)且是否有助于判定療效方面還有待于進(jìn)一步研究總結(jié)。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,相信隨著高場(chǎng)強(qiáng)的發(fā)展及技術(shù)的改進(jìn), 1H MRS對(duì)膽堿復(fù)合物的檢測(cè)將越來(lái)越敏感及準(zhǔn)

22、確,乳腺腫瘤1H MRS的應(yīng)用價(jià)值潛力巨大。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,小 結(jié),該綜述立題相對(duì)較新，且有臨床實(shí)用價(jià)值。1H MRS能提供代謝物的定性及半定量信息。1H MRS檢查時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)用高及鈣化顯示差等缺點(diǎn)。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,由于1H MRS的影響因素相對(duì)較多,目前還不能獨(dú)立用于臨床診斷,結(jié)合常規(guī)MR表現(xiàn)及DCE-MRI，能起到良好互補(bǔ)作用，極大提高診斷的敏感性與特異性。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中

23、心,圖1～3　女58歲。右乳房腫塊1年余, 3個(gè)月前發(fā)現(xiàn)腫塊漸增大。MRI清晰顯示右乳房4.1×4.1 cm分葉狀腫塊(圖1)。圖2為病理切片,示癌細(xì)胞條索狀、巢狀排列,間質(zhì)纖維組織反應(yīng)明顯(HE×100)。圖3為1H MRS,示于3.24 ppm處出現(xiàn)Cho峰, 3.00 ppm處出現(xiàn)Cr峰。,圖4～6　女, 12歲。雙側(cè)乳腺迅速增大2個(gè)月。MRI示巨大乳腺腺體組織內(nèi)有7.2 ×10cm大小的腫塊,內(nèi)見(jiàn)分

24、隔(圖4) 。圖5為病理切片,示大量增生的纖維組織及乳腺導(dǎo)管(HE×100)。圖6為1H MRS,于3.24 ppm處出現(xiàn)Cho峰,圖7　水抑制不完全,較高水峰干擾波　圖8　抑脂不完全,脂肪波峰干擾較高　圖9　磁場(chǎng)不勻,導(dǎo)致信號(hào)信噪比低.,圖1　女, 51歲,左乳浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌1H-MRS, Cho峰升高。圖2　女, 66歲,右乳浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌1H-MRS, Cho峰升高,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,圖3 女 26歲,纖維腺

25、瘤伴雙乳慢性乳腺炎。左乳炎性組織1H-MRS, Cho峰升高。圖4 女12歲,左乳巨大纖維腺瘤1H-MRS, Cho峰升高,磁場(chǎng)不均勻,信噪比較低,頻譜基線不穩(wěn)。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,圖1 乳腺癌及其參照模型的波譜。圖1a 為DWI 定位像。圖1b 為該病灶的波譜圖，可于3.22ppm 處見(jiàn)復(fù)合膽堿峰。圖1c 為校對(duì)模型的定位圖。圖1d 為校對(duì)模型的波譜。以校對(duì)模型中的膽堿濃度為參照計(jì)算出

26、的乳腺癌中的復(fù)合膽堿濃度為2.88mM。,圖2 乳腺纖維腺瘤及其參照模型的波譜。圖2a 為DWI 定位像。圖2b 為該病灶的波譜圖，可于3.22ppm 處見(jiàn)復(fù)合膽堿峰。圖2c 為校對(duì)模型的定位圖。圖2d 為校對(duì)模型的波譜。以校對(duì)模型中的膽堿濃度為參照計(jì)算出的乳腺癌中的復(fù)合膽堿濃度為0.82mM。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌，時(shí)間信號(hào)曲線呈 I 型，于3. 23 ppm可探及明顯Cho峰,正常乳腺,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)