乳腺腫瘤磁共振波譜的應用現(xiàn)狀與影像

1、乳腺腫瘤1H磁共振波譜的應用現(xiàn)狀與進展,醫(yī)學影像中心 許尚文2009-03-25,中國醫(yī)學影像技術2008年第8期　大連醫(yī)科大學附屬第一醫(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)量波譜的關鍵是1H MRS成像技術的改進。作者主要從乳腺1H MRS應用現(xiàn)狀、技術限度及改進等方面的近況進行綜述。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,概 述,乳腺癌是婦女最常見的惡

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MR尤其是DCE-MRI明顯提高了診斷的敏感性，但特異性不高，限制其的進一步應用。1H MRS可以無創(chuàng)的定性、定量分析病變的代謝物濃度,對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)學影像中心,1 乳腺腫瘤1H MRS成像關鍵技術,乳腺1H MRS成像關鍵問題： ①抑水 ②抑脂 ③空間定位 ④勻場,南京軍區(qū)福

3、州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,所測感興趣區(qū)的代謝物信號強度遠低于水或脂質(zhì)的信號強度(約達1萬倍數(shù)量級)，為保代謝物信號不被干擾必需對水或脂質(zhì)信號進行充分的抑制。目前在體乳腺1H MRS的空間定位技術和脈沖序列設計主要有三種：射頻梯度定域頻譜技術 、單體素(SV) MRS和化學位移成像的序列設計。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,單體素MRS的序列設計主要包括點分辨波譜法(PRESS)及激勵回波探測法(STEAM) ?；瘜W位移成像的序列設計又

4、稱頻譜成像(SI),屬多體素成像技術,可在一個時間段內(nèi)獲得多個數(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)學影像中心,勻場是提高磁場整體均勻性的過程,其對成像質(zhì)量的影響是很重要的,良好的勻場不僅可以提高圖像的信噪比,而且還直接影響水脂信號抑制的成敗。目前對于勻場相對容易的腦部1H MRS應用較成熟,而其他系統(tǒng)1H MRS的應用仍有限度。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,2 乳腺腫瘤1H MRS應用的病理生化基礎

5、,研究發(fā)現(xiàn),在惡性乳腺病變的MRS中經(jīng)常會出現(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)學影像中心,膽堿是體內(nèi)一種反映細胞增生的生物學標記。正常人類乳腺上皮細胞中含量很少,哺乳時其代謝的水平增加,可濃縮膽堿及其代謝物,造成含量增加癌細胞迅速生長和增殖加速了細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)學影像中心,乳腺癌細胞較正常乳腺上皮細胞中磷酸膽堿、膽堿復合物含量升高,可達正常組織的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)學影像中心,對乳腺細胞的體外MRS研究發(fā)現(xiàn),在成為惡性表型時,乳腺上皮細胞表現(xiàn)出磷酸膽堿和膽堿復合物含量的升高，

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)化進而到形成腫瘤組織演進的過程。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,3 乳腺腫瘤1H MRS的臨床應用現(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 早期評估乳腺癌療效和判斷預后,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,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之一。Roebu

8、ck首先提出tCho含量可作為鑒別惡性腫瘤的指標,隨后又有多個研究得出相似的結(jié)論。Katz利用檢測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)高場下的正常乳腺組織常能檢測到膽堿峰。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,如何提高診斷的特異度？有學者認為多種MR檢查聯(lián)合有助于提高特異度。Huang等在常規(guī)動態(tài)增強MRI基礎上聯(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到100%。,南京

10、軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,3. 2 診斷腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移,腋窩淋巴結(jié)的評價對乳癌分期和治療意義重大,準確判斷轉(zhuǎn)移程度可降低淋巴結(jié)清掃術后并發(fā)癥的發(fā)生率, 且有助于選擇治療方案以減少病人負擔目前動態(tài)增強MRI有利于轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的檢出,但假陽性率高。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,有學者在體的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,用這個作標記, 檢測淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的靈敏度、特異度、準確度分別為80%、91%、88%。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,3. 3 早期評估乳腺癌療效和判斷預后,新輔助化療日益被乳癌患者接受并用于保乳術前應用新輔助化療的同時需要早期發(fā)現(xiàn)腫瘤對藥物的反應,從而及時調(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) 在觀測腫瘤對藥物的反應中可靠性不佳。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,常規(guī)MRI也只是通過對

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

13、亦有顯著性差異,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,Meisamy等在對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tCho含量的變化與第四個化療周期結(jié)束后病變大小的變化呈顯著正相關, 且tCho含量的變化在對治療有效和無效者之間有顯著性差異。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,4 乳腺腫瘤波譜應用中的技術限度及改進,4. 1 空間分辨率4. 2 信噪比

14、4. 3 脂質(zhì)4. 4 成像時間,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,目前, 1H MRS診斷乳腺腫瘤的敏感度主要受到技術的限制,尤其對含膽堿濃度不高的癌,其檢測受到的技術限制更明顯。應用1H MRS評價腫瘤化療后療效時,同樣會受到技術的挑戰(zhàn)。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,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動,都可能造成結(jié)果的偏差。因此,只有改進技術,提高信噪比,使其有更好的可重復性,有更高的靈敏度

15、,才能提高乳腺1H MRS 的臨床應用價值。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,4. 1 空間分辨率,1H MRS的臨床應用受限之一是空間分辨率較低,尤其采用單體素技術的分辨率更低(>1.5cm3)。Katz研究認為MRS對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出來，且組織的不均一性和部分容積效應會影響單體素成像中像素的測量而降低準確性。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,近年來磁共振化學位移技術在

16、提高空間分辨率方面已經(jīng)取得了很大的進步，3.0T比1.5T 1H MRS具有更高的空間分辨率。Mountford在8.5T設備上對乳腺腫瘤細針抽吸活檢標本1H MRS的研究中發(fā)現(xiàn)，惡性病變、有/無小葉浸潤的乳腺導管內(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)學影像中心,空間分辨率提高后的1H MRS僅有助于明確動態(tài)增強MRI發(fā)現(xiàn)的病變性質(zhì),而且還能在常規(guī)MRI基礎上更全面的發(fā)現(xiàn)病灶。目前應用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)學影像中心,4. 2 信噪比,1H MRS乳腺腫瘤中的膽堿信號受MR掃描信噪比的影響。提高膽堿信噪比的方法有采用高場強掃描系統(tǒng)(>1.5T) 、改進MR脈沖序列、研究更適合乳腺波譜檢查的表面線圈及相應的處理軟件等通過對活體1H MRS的研究發(fā)現(xiàn),信噪比與場強呈線性正相關。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,Dreher等在空間定位RA

18、RE和化學位移編碼技術基礎上采用4.7T研究了健康小鼠的腦組織,獲得了一種新的快速MRS技術。Katz等建議使用長回波時間(135～270ms)以增強膽堿信號的顯示,并且減少脂肪信號的重疊。應用更適合乳腺檢查的線圈可提高膽堿復合物的檢測,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)學影像中心,4. 3 脂 質(zhì),乳腺因含有大量的脂肪組織,很難達到良好的勻場;勻場不均勻會導致譜線增寬、SNR降低。過高的脂峰還會

19、產(chǎn)生偽影進而干擾tCho的測量。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,Bolan等研究認為,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,進而提高1H MRS對膽堿的敏感性。利用反轉(zhuǎn)恢復序列及傳統(tǒng)的k空間選擇雖然可以抑制強大的脂質(zhì)峰,但同時又會抑制tCho峰。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,Hu等提出利用橢圓規(guī)序k空間編碼結(jié)合螺旋形過濾的1H MRSI技術提高了數(shù)據(jù)采集的效率,通過兩個獨立的CHESS有效抑制

20、了多余的水及脂肪峰。新出現(xiàn)的回波過濾抑制技術已應用于人腦, 將多余信號完全抑制。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用,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,4. 4 成像時間,MRSI應用面臨的重要問題之一是縮短成像時間。與單體素數(shù)據(jù)采集相比MRSI所需時間更長。近年的研究認為在MRSI中使用橢圓規(guī)序k空間編碼結(jié)合螺旋形過濾可以克服這一缺陷。對于12×12×83D數(shù)據(jù)集,

21、 TR為1.5～4秒, 時間需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)學影像中心,5　展 望,目前,乳腺1H MRS的研究焦點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間等方面,對于膽堿復合物作為診斷乳腺疾病的生物學指標且是否有助于判定療效方面還有待于進一步研究總結(jié)。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,相信隨著高場強的發(fā)展及技術的改進, 1H MRS對膽堿復合物的檢測將越來越敏感及準

22、確,乳腺腫瘤1H MRS的應用價值潛力巨大。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,小 結(jié),該綜述立題相對較新，且有臨床實用價值。1H MRS能提供代謝物的定性及半定量信息。1H MRS檢查時間長，費用高及鈣化顯示差等缺點。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,由于1H MRS的影響因素相對較多,目前還不能獨立用于臨床診斷,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)學影像中

23、心,圖1～3　女58歲。右乳房腫塊1年余, 3個月前發(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,示癌細胞條索狀、巢狀排列,間質(zhì)纖維組織反應明顯(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　磁場不勻,導致信號信噪比低.,圖1　女, 51歲,左乳浸潤性導管癌1H-MRS, Cho峰升高。圖2　女, 66歲,右乳浸潤性導管癌1H-MRS, Cho峰升高,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,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)學影像中心,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,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 處見復合膽堿峰。圖1c 為校對模型的定位圖。圖1d 為校對模型的波譜。以校對模型中的膽堿濃度為參照計算出

26、的乳腺癌中的復合膽堿濃度為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 處見復合膽堿峰。圖2c 為校對模型的定位圖。圖2d 為校對模型的波譜。以校對模型中的膽堿濃度為參照計算出的乳腺癌中的復合膽堿濃度為0.82mM。,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,浸潤性導管癌，時間信號曲線呈 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