乳腺肿瘤1H磁共振波谱的应用现状与进展

乳腺肿瘤1H磁共振波谱的

应用现状与进展摘要与常规MRI不同，乳腺1HMRS能够定量分析乳腺病变内各种代谢物浓度，而获得高质量波谱的关键是1HMRS成像技术的改进。作者主要从乳腺1HMRS应用现状、技术限度及改进等方面的近况进行综述。概述乳腺癌是妇女最常见的恶性肿瘤之一。影像检查在乳腺癌的早期发现、诊断有重要作用乳腺MR尤其是DCE-MRI明显提高了诊断的敏感性，但特异性不高，限制其的进一步应用。1HMRS可以无创的定性、定量分析病变的代谢物浓度,对诊断有较高的敏感性和特异性。1乳腺肿瘤1HMRS成像关键技术乳腺1HMRS成像关键问题：①抑水②抑脂③空间定位④匀场所测感兴趣区的代谢物信号强度远低于水或脂质的信号强度(约达1万倍数量级)，为保代谢物信号不被干扰必需对水或脂质信号进行充分的抑制。目前在体乳腺1HMRS的空间定位技术和脉冲序列设计主要有三种：射频梯度定域频谱技术、单体素(SV)MRS和化学位移成像的序列设计。单体素MRS的序列设计主要包括点分辨波谱法(PRESS)及激励回波探测法(STEAM)。化学位移成像的序列设计又称频谱成像(SI),属多体素成像技术,可在一个时间段内获得多个数据,数据以图像和波谱的形式在一幅图中表现。匀场是提高磁场整体均匀性的过程,其对成像质量的影响是很重要的,良好的匀场不仅可以提高图像的信噪比,而且还直接影响水脂信号抑制的成败。目前对于匀场相对容易的脑部1HMRS应用较成熟,而其他系统1HMRS的应用仍有限度。2乳腺肿瘤1HMRS应用的病理生化基础研究发现,在恶性乳腺病变的MRS中经常会出现总胆碱峰(tCho)。MRS诊断乳腺癌的敏感度和特异度为83%、85%总胆碱(tCho)包括甘油磷酸胆碱(GPcho)、磷酸胆碱(Pcho)和磷脂酰胆碱(PtdCho)。胆碱是体内一种反映细胞增生的生物学标记。正常人类乳腺上皮细胞中含量很少,哺乳时其代谢的水平增加,可浓缩胆碱及其代谢物,造成含量增加癌细胞迅速生长和增殖加速了细胞膜的合成是造成胆碱含量较正常及良性组织增高的主要原因乳腺癌细胞较正常乳腺上皮细胞中磷酸胆碱、胆碱复合物含量升高,可达正常组织的10余倍,而甘油磷酸胆碱含量明显减少。Glunde发现胆碱激酶和磷脂酶C活性明显升高,磷脂酶(B、A2、D)活性则明显降低,细胞膜甘油磷酸胆碱向胆碱和磷酸胆碱转化增加。对乳腺细胞的体外MRS研究发现,在成为恶性表型时,乳腺上皮细胞表现出磷酸胆碱和胆碱复合物含量的升高，并出现由高甘油磷酸胆碱/低磷酸胆碱向低甘油磷酸胆/高磷酸胆碱转变,胆碱水平升高表明了组织从正常到致癌基因转化进而到形成肿瘤组织演进的过程。3乳腺肿瘤1HMRS的临床应用现状3.1鉴别乳腺肿瘤的良恶性3.2诊断腋窝淋巴结转移3.3早期评估乳腺癌疗效和判断预后3.1鉴别乳腺肿瘤的良恶性早期明确乳腺疾病的良恶性是研究的热点之一。Roebuck首先提出tCho含量可作为鉴别恶性肿瘤的指标,随后又有多个研究得出相似的结论。Katz利用检测tCho含量的诊断敏感度和特异度分别为83%、85%,在年轻患者两者均接近100%研究发现在正常哺乳期妇女的乳腺组织和许多良性病变如纤维腺瘤、乳腺增生的亦有tCho峰。理论上MRS对于哺乳期良恶性乳腺肿瘤的鉴别仍有困难,但哺乳期的恶性肿瘤在发生率是很低。Stanwell在40例非哺乳期健康者1.5T1HMRS的研究：3例于3.28ppm处出现胆碱峰,与在乳腺癌病例中胆碱峰出现在3.22ppm不同,且发现高场下的正常乳腺组织常能检测到胆碱峰。如何提高诊断的特异度？有学者认为多种MR检查联合有助于提高特异度。Huang等在常规动态增强MRI基础上联合单体素1HMRS后诊断特异度由62.5%提高到87.5%,再联合T2*灌注成像后诊断特异度达到100%。3.2诊断腋窝淋巴结转移

腋窝淋巴结的评价对乳癌分期和治疗意义重大,准确判断转移程度可降低淋巴结清扫术后并发症的发生率,且有助于选择治疗方案以减少病人负担目前动态增强MRI有利于转移淋巴结的检出,但假阳性率高。有学者在体的1HMRS研究中发现,甘油磷酸胆碱磷酸二酯(GPC-PC)、胆碱、乳酸、丙氨酸和二磷酸尿苷葡萄糖水平在淋巴结转移中明显增高。GPC-PC/苏氨酸比率也明显增高,用这个作标记,检测淋巴结转移的灵敏度、特异度、准确度分别为80%、91%、88%。3.3早期评估乳腺癌疗效和判断预后新辅助化疗日益被乳癌患者接受并用于保乳术前应用新辅助化疗的同时需要早期发现肿瘤对药物的反应,从而及时调整用药,避免耐药性的产生。常规检查(如体格检查、超声、钼靶X线)在观测肿瘤对药物的反应中可靠性不佳。常规MRI也只是通过对肿瘤大小、形态及信号变化等与治疗反应相关指标的观察而用于治疗的监测,要在新辅助化疗6周后才能发现相应改变。1HMRS可以观测到乳腺病变发生形态学变化之前的细胞内代谢化合物的变化。Jaganathan等首先报道了通过观察tCho含量的变化反映乳腺癌对治疗后的反应情况。Kumar通过1HMRS对33例乳腺原位癌患者的化疗后反应研究认为,接受NACT治疗前后的病人原发肿瘤体积变小的同时其水脂比的减低亦有显著性差异Meisamy等在对首次剂量使用阿霉素化疗方案的原位癌乳腺病人治疗前后24小时tCho含量变化的研究中发现,在最先的13例患者中治疗前后24小时tCho含量的变化与第四个化疗周期结束后病变大小的变化呈显著正相关,且tCho含量的变化在对治疗有效和无效者之间有显著性差异。4乳腺肿瘤波谱应用中的技术限度及改进4.1空间分辨率4.2信噪比4.3脂质4.4成像时间目前,1HMRS诊断乳腺肿瘤的敏感度主要受到技术的限制,尤其对含胆碱浓度不高的癌,其检测受到的技术限制更明显。应用1HMRS评价肿瘤化疗后疗效时,同样会受到技术的挑战。治疗后由于肿瘤体积缩小的方式不同,体素放置的位置及患者的轻微运动,都可能造成结果的偏差。因此,只有改进技术,提高信噪比,使其有更好的可重复性,有更高的灵敏度,才能提高乳腺1HMRS的临床应用价值。4.1空间分辨率1HMRS的临床应用受限之一是空间分辨率较低,尤其采用单体素技术的分辨率更低(>1.5cm3)。Katz研究认为MRS对于乳腺疾病的诊断特异度主要依赖于肿瘤的大小,体积太小其所含胆碱成分难检测出来，且组织的不均一性和部分容积效应会影响单体素成像中像素的测量而降低准确性。近年来磁共振化学位移技术在提高空间分辨率方面已经取得了很大的进步，3.0T比1.5T1HMRS具有更高的空间分辨率。Mountford在8.5T设备上对乳腺肿瘤细针抽吸活检标本1HMRS的研究中发现，恶性病变、有/无小叶浸润的乳腺导管内原位癌以及良性病变的波谱特征各异,有明显区别。空间分辨率提高后的1HMRS仅有助于明确动态增强MRI发现的病变性质,而且还能在常规MRI基础上更全面的发现病灶。目前应用2D或3D成像提高空间分辨率在脑部肿瘤的研究已较为普遍,而对于乳腺肿瘤的研究尚处于探索阶段。4.2信噪比1HMRS乳腺肿瘤中的胆碱信号受MR扫描信噪比的影响。提高胆碱信噪比的方法有采用高场强扫描系统(>1.5T)、改进MR脉冲序列、研究更适合乳腺波谱检查的表面线圈及相应的处理软件等通过对活体1HMRS的研究发现,信噪比与场强呈线性正相关。Dreher等在空间定位RARE和化学位移编码技术基础上采用4.7T研究了健康小鼠的脑组织,获得了一种新的快速MRS技术。Katz等建议使用长回波时间(135～270ms)以增强胆碱信号的显示,并且减少脂肪信号的重叠。应用更适合乳腺检查的线圈可提高胆碱复合物的检测,其中多通道相控阵线圈能明显提高图像SNR。4.3脂质

乳腺因含有大量的脂肪组织,很难达到良好的匀场;匀场不均匀会导致谱线增宽、SNR降低。过高的脂峰还会产生伪影进而干扰tCho的测量。Bolan等研究认为,使用零频率扫描或使用不同TE获得的平均波谱可以区分出非耦合代谢产物与脂肪峰,进而提高1HMRS对胆碱的敏感性。利用反转恢复序列及传统的k空间选择虽然可以抑制强大的脂质峰,但同时又会抑制tCho峰。Hu等提出利用椭圆规序k空间编码结合螺旋形过滤的1HMRSI技术提高了数据采集的效率,通过两个独立的CHESS有效抑制了多余的水及脂肪峰。新出现的回波过滤抑制技术已应用于人脑,将多余信号完全抑制。经改良现成功用于富含脂肪的软组织的1HMRSI研究中,有望在乳腺中得到应用4.4成像时间MRSI应用面临的重要问题之一是缩短成像时间。与单体素数据采集相比MRSI所需时间更长。近年的研究认为在MRSI中使用椭圆规序k空间编码结合螺旋形过滤可以克服这一缺陷。对于12×12×83D数据集,TR为1.5～4秒,时间需12分30秒,而传统的k空间填充则需115分10秒5展望目前,乳腺1HMRS的研究焦点集中在如何提高图像的空间分辨率及信噪比、抑脂均匀并缩短采集时间等方面,对于胆碱复合物作为诊断乳腺疾病的生物学指标且是否有助于判定疗效方面还有待于进一步研究总结。相信随着高场强的发展及技术的改进,1HMRS对胆碱复合物的检测将越来越敏感及准确,乳腺肿瘤1HMRS的应用价值潜力巨大。小结该综述立题相对较新，且有临床实用价值。1HMRS能提供代谢物的定性及半定量信息。1HMRS检查时间长，费用高及钙化显示差等缺点。由于1HMRS的影响因素相对较多,目前还不能独立用于临床诊断,结合常规MR表现及DCE-MRI，能起到良好互补作用，极大提高诊断的敏感性与特异性。图1～3女58岁。右乳房肿块1年余,3个月前发现肿块渐增大。MRI清晰显示右乳房4.1×4.1cm分叶状肿块(图1)。图2为病理切片,示癌细胞条索状、巢状排列,间质纤维组织反应明显(HE×100)。图3为1HMRS,示于3.24ppm处出现Cho峰,3.00ppm处出现Cr峰。图4～6女,12岁。双侧乳腺迅速增大2个月。MRI示巨大乳腺腺体组织内有7.2×10cm大小的肿块,内见分隔(图4)。图5为病理切片,示大量增生的纤维组织及乳腺导管(HE×100)。图6为1HMRS,于3.24ppm处出现Cho峰图7水抑制不完全,较高水峰干扰波图8抑脂不完全,脂肪波峰干扰较高图9磁场不匀,导致信号信噪比低.图1

女,51岁,左乳浸润性导管癌1H-MRS,Cho峰升高。图2

女,66岁,右乳浸润性导管癌1H-MRS,Cho峰升高图3女26岁,纤维腺瘤伴双乳慢性乳腺炎。左乳炎性组织1H-MRS,Cho峰升高。图4女12岁,左乳巨大纤维腺瘤1H-MRS,Cho峰升高,磁场不均匀,信噪比较低,频谱基线不稳。图1乳腺癌及其参照模型的波谱。图1a为DWI定位像。图1b为该病灶的波谱图，可于3.22ppm处见复合胆碱峰。图1c为校对模型的定位图。图1d为校对模型的波谱。以校对模