1H-MRS在乳腺癌中的應(yīng)用進展及技術(shù)限度

郭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，馮雯，劉海峰，邵錦波，盧星如，雷軍強*

1.蘭州大學(xué)第一醫(yī)院放射科，甘肅蘭州 730000；2.蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅蘭州 730000； *通訊作者 雷軍強leijq1990@163.com

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤，也是女性因癌癥死亡的主要原因[1]。為了早期發(fā)現(xiàn)、診斷乳腺癌，并及時評估其進展及療效，影像學(xué)已從傳統(tǒng)的解剖學(xué)研究向功能及分子影像學(xué)轉(zhuǎn)變。乳腺氫質(zhì)子磁共振波譜成像（1H-MRS）基于含膽堿化合物的檢測，從分子水平反映細胞的代謝信息。自1998年Roebuck 等[2]首次提出3.2 ppm 處總膽堿（total choline，tCho）化合物可以作為乳腺惡性腫瘤生物標志物以來，已有數(shù)十項研究描述了乳腺1H-MRS 分析的方法及其解決各種臨床問題的效能。本文擬對乳腺1H-MRS 的成像基礎(chǔ)、代謝物的檢測、臨床應(yīng)用及技術(shù)限度進行綜述。

1 乳腺1H-MRS 的基礎(chǔ)

1H-MRS 利用不同化合物對主磁場的屏蔽作用，引起質(zhì)子在不同化學(xué)環(huán)境中共振頻率的差別，將探測器檢測到的時域自由感應(yīng)衰減信號通過傅里葉轉(zhuǎn)換為按頻率域分布的譜線。乳腺1H-MRS 是基于3.2 ppm處對 tCho 的檢測。 tCho 包括磷酸膽堿（phosphocholine，PC）（3.23 ppm）、甘油磷酸膽堿（glycerophospho choline，GPC）（3.24 ppm）、游離膽堿（choline，Cho）（3.21ppm）、牛磺酸（myoinositol，Myo-ino）（3.28 ppm）、肌醇（taurine，Tau）（3.27 ppm）等，在場強低于4T 的設(shè)備下，這些化學(xué)物質(zhì)形成的小共振峰重疊、融合，形成3.2 ppm 處tCho 峰[3]。膽堿是細胞膜磷脂代謝的成分之一，當細胞由正常轉(zhuǎn)變?yōu)閻盒詴r，細胞膜加速合成，伴膽堿激酶及磷脂酶C活性增加，而導(dǎo)致PC 升高，可達正常組織的10 余倍，因此利用1H-MRS 分析tCho 可以反映乳腺細胞良惡性的變化[3-4]。

2 tCho 峰的檢測

Roebuck 等[2]發(fā)現(xiàn)乳腺癌在3.2 ppm 處存在tCho峰，而正常乳腺及良性病變沒有。隨著高場強設(shè)備的應(yīng)用，tCho 峰可檢測性提高。簡單的二分定性分析易導(dǎo)致誤診。而半定量指標可以通過統(tǒng)計學(xué)分析得到最佳診斷閾值，結(jié)果更加客觀。Wang 等[5]報道tCho 信噪比（SNR）≥2 作為惡性腫瘤閾值的敏感度和特異度分別為79%、72%。Sardanelli 等[6]發(fā)現(xiàn)tCho濃度和病變大小的原始tCho 積分比體素標準化積分具有更好的診斷性能，其敏感度和特異度分別為90%、92%和84%、89%，表明可變體素大小可潛在地改善敏感度。Baek 等[7]使用內(nèi)參照法得出乳腺癌的tCho 濃度范圍為0.08～9.99 mmol/kg，鑒別良、惡性病變的最佳tCho 閾值濃度為0.66 mmol/kg 時，敏感度、特異度分別為66%、92%。Mizukoshi 等[8]使用外參照法得出乳腺癌的平均 tCho 濃度為（1.13±0.92）mmol/kg，顯著高于良性病變的（0.43±0.42）mmol/kg；鑒別良、惡性病變的最佳tCho 閾值濃度為0.61 mmol/kg 時，其敏感度、特異度分別為68.1%、79.4%。內(nèi)參照法會自動補償部分容積效應(yīng)，不需要單獨校正，但由于內(nèi)參照法的前提是體素內(nèi)水的純度為100%，因此內(nèi)參照法對水的T2 弛豫率敏感。對于外參照法，盡管體素中的水對其影響較小，但無法避免部分容積效應(yīng)而造成tCho低估，并且需要復(fù)雜的校驗，耗時較長[3]。理論上，絕對定量能提供更直接的病變代謝測量而具有更好的診斷性能，然而，Baltzer 等[9]的薈萃分析顯示不同分析方法之間無統(tǒng)計學(xué)差異，甚至有一種趨勢，即絕對定量的性能略低于定性及半定量，這可能與絕對定量校正了采集參數(shù)、基線、部分容積效應(yīng)等有關(guān)。

3 MRS 在乳腺癌中的臨床應(yīng)用

3.1 乳腺良、惡性病變的鑒別 乳腺癌的診斷標準是3.2 ppm 處tCho 水平升高，以tCho 作為惡性腫瘤標志物區(qū)分良、惡性病變的敏感度和特異度分別為73%、88%[9]，提示存在27%的假陰性及12%的假陽性，假陰性主要受到tCho 可檢測性的技術(shù)限制，而假陽性與代謝增高的良性病變?nèi)缜啻浩诰薮罄w維腺瘤、纖維囊性變和泌乳期乳腺有關(guān)[8,10-12]。Stanwell 等[11]發(fā)現(xiàn)正常乳腺及良性病變tCho 峰位于3.28 ppm，歸因于GPC、Myo-ino 和Tau 含量增加，而乳腺癌的tCho 峰位于3.23 ppm，歸因于PC 含量增加，因此識別tCho 峰的確切頻率可減少假陽性；而Baltzer 等[13]發(fā)現(xiàn)所有良性病變tCho 峰位于3.28 ppm，惡性病變則不確定；Dorrius 等[14]研究表明良、惡性病變tCho 峰的位置重疊很大，而且良、惡性病變平均tCho 濃度分別為0.3～1.3 mmol/L、1.3～9.5 mmol/L，最高值分別為0.4～1.5 mmol/L、1.7～11.8 mmol/L，平均值與最高值之間存在顯著差異，表明惡性病變的tCho 濃度高于良性病變，最高tCho 濃度更能反映組織的性質(zhì)，可用于排除乳腺良性病變。

3.2 病理學(xué)分級、分型及腫瘤異質(zhì)性評估 tCho 是腫瘤活躍的標志，1H-MRS 定量分析顯示乳腺癌組織中tCho 濃度范圍廣泛，且在不同分級、分型中存在差異，高級別>低級別，浸潤性導(dǎo)管癌>浸潤性小葉癌>導(dǎo)管原位癌，HER-2基因過表達、激素受體陰性及三陰性乳腺癌tCho 水平較高，以上結(jié)果表明tCho 水平與潛在分子特征的差異或腫瘤分期相關(guān)，tCho 水平升高與更具侵襲性或更快的細胞復(fù)制和較差的預(yù)后因素相關(guān)[3,15-17]。Hu 等[18]采用多體素氫質(zhì)子磁共振波譜（multivoxel proton MR spectroscopy，MRSI）基于tCho的偽彩圖探測病灶內(nèi)膽堿“熱點”，表明MRSI 可以反映腫瘤代謝物的區(qū)域分布和組織異質(zhì)性，有助于選擇最佳活檢部位。

3.3 乳腺癌新輔助化療后的療效評估 新輔助化療（NAC）的總體反應(yīng)率為63%，病理完全緩解僅為19.2%[19]。1H-MRS 可以觀測到發(fā)生形態(tài)變化之前的代謝變化。Zhou 等[20]觀察開始化療后24 h 到1 周甚至更長時間內(nèi)tCho 的變化，發(fā)現(xiàn)NAC 反應(yīng)組的tCho 水平在化療24 h 后即可降低，而腫瘤的體積并未發(fā)生顯著變化，這與化療藥物在24～48 h 內(nèi)殺死腫瘤細胞相符，此時僅有腫瘤細胞密度或代謝活性減低，而無形態(tài)學(xué)退縮，因此NAC 后tCho 水平的變化較體積變化更敏感；此外，反應(yīng)組tCho 顯著降低，而非反應(yīng)組無明顯下降，可能提示早期反應(yīng)預(yù)測，tCho 減少甚至消失與有利的病理學(xué)反應(yīng)相關(guān)，而tCho 變化不大或升高可能提示病灶穩(wěn)定或進展[21]。

4 影響tCho 可檢測性的臨床技術(shù)問題

含膽堿化合物分子濃度通常比水和脂質(zhì)低約4～5個數(shù)量級，因此1H-MRS 測量代謝物通常受到脂肪及敏感度的限制，并且單體素技術(shù)定位困難。當不屬于乳腺癌病理過程的組織包含在體素中時，導(dǎo)致局部磁場均勻性降低。

4.1 脂質(zhì)及脂肪抑制情況 乳腺1H-MRS 常受脂肪峰的影響。當脂肪在體素內(nèi)但不構(gòu)成病變的成分時會使tCho 的檢測性降低[22-24]：一方面，體素內(nèi)的脂肪會造成基線不穩(wěn)及局部磁場不均勻，導(dǎo)致tCho 峰減?。涣硪环矫?，脂肪和脈沖梯度相互作用產(chǎn)生邊帶偽影，影響tCho 峰的辨認及檢測。抑制脂肪最簡單的方法是增加回波時間（TE），由于脂肪的T2（約100 ms）比tCho 的T2（>350 ms）短，隨著TE 延長，脂肪幅度下降，tCho 的檢測性增加，但TE 過長也會引起tCho信號丟失，檢測tCho 的最佳TE 為110～270 ms[25]。此外，Bolan 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，與單個TE 相比，平均TE采集可以降低對脂肪含量的敏感性，顯著減少邊帶偽影，提高存在豐富的脂肪信號時tCho 的檢測性?？傊?，這兩種方法均可用于降低脂肪對tCho 的影響，但多次采集、采集時間延長，臨床應(yīng)用存在困難。

4.2 敏感度

4.2.1 信噪比 乳腺1H-MRS 中含膽堿代謝物的信號通常很小，高SNR 采集可以獲得膽堿信號的精確描述。SNR 與場強、體素大小呈正相關(guān)，對于基于梯度回波的T1 加權(quán)序列，3T 場強設(shè)備成像的SNR 較1.5T可增加大約1.6～1.7 倍；此外，較大磁場強度相關(guān)的SNR 增益也取決于乳房線圈質(zhì)量，已知使用較大線圈數(shù)和較小元件并提供緊密解剖配合的線圈可顯著提高SNR[9]。

4.2.2 造影劑 釓對比劑可以增加組織的磁敏感性，影響質(zhì)子的弛豫時間，增加譜線的帶寬，從而低估膽堿含量[9,26]。Lenkinskil 等[27]及Baltzer 等[13]的研究表明，帶負電荷的釓對比劑可與膽堿以離子方式結(jié)合而使tCho 峰下面積平均減少40%～45%，影響定量分析的準確性，而中性釓對比劑則影響較小。目前，大多數(shù)研究使用的釓對比劑為帶負電荷Magnevist，可能低估tCho 水平，同時T2*效應(yīng)隨著場強的增加而變強。與1.5T 研究相比，釓對比劑對1H-MRS 的影響可能在3.0T 時更為突出，因此建議在乳腺1H-MRS 的研究中使用中性釓對比劑[26]。

4.2.3 病理分型、病變大小、形態(tài)及出血 乳腺癌本身的特征可能是造成tCho 范圍廣泛的原因，1H-MRS參數(shù)和腫瘤大小之間存在顯著相關(guān)性，其可檢測的敏感度與病變大小呈線性相關(guān)，當>3.0 cm 時，敏感度達82%；當<1.5 cm 時，敏感度僅為29%[3,10,28]。導(dǎo)管原位癌的檢出率低于浸潤性導(dǎo)管癌[3,8]，其原因為浸潤性導(dǎo)管癌較導(dǎo)管原位癌更具侵襲性，故tCho 水平在導(dǎo)管原位癌中較低；此外，導(dǎo)管原位癌常呈非腫塊型，而浸潤性導(dǎo)管癌多呈腫塊型，與腫塊型病變相比，非腫塊型病變的tCho 水平和可檢測率更低[7,9,28]，因此導(dǎo)管原位癌tCho 常為陰性。Tse 等[29]研究發(fā)現(xiàn)tCho 峰在良性病變、葉狀腫瘤及低級別、低增殖的惡性病變中均為陰性，這些病變HER-2基因均未過表達，表明1H-MRS 的tCho 峰與HER-2過表達之間存在一定的相關(guān)性，HER-2無過表達的病例會出現(xiàn)假陰性；此外，6 例葉狀腫瘤（4 例良性、2 例交界性）tCho 均為陰性，可能與基質(zhì)成分是其主要腫瘤成分有關(guān)，表明乳腺間質(zhì)瘤一般不具有可檢測的tCho。乳腺細針穿刺活檢術(shù)（fine-needle aspiration biopsy，F(xiàn)NAB）后局部出血會降低局部磁場均勻性，影響譜線的識別以及tCho峰的準確測量。目前鮮有文獻報道精確的FNAB 與乳腺1H-MRS 的間隔時間，為了保證1H-MRS 的準確，建議在FNAB 之前行1H-MRS 檢查。

4.3 體素定位 體素定位需最大化病變的覆蓋范圍，并最大限度地避免鄰近纖維腺體或脂肪組織、標記物、出血和壞死的干擾。Mizukoshi 等[8]于增強掃描后行1H-MRS 研究顯示，體素定位的準確性得到改善，但這種方法忽略了GBCA 對譜線的影響。由擴散加權(quán)成像（DWI）計算出的表觀擴散系數(shù)（ADC）可預(yù)測腫瘤細胞的增殖能力，ADC 值越低，腫瘤活性越強，并且tCho 水平與ADC 呈負相關(guān)[30]，理論上DWI 可用于體素定位；Kawai 等[26]采用單次激發(fā)EPI-DWI 和T2-fs 結(jié)合的方法，結(jié)果準確定位65%的病變，性能略低于增強掃描后。與單次激發(fā)EPI-DWI 相比，分段讀出EPI-DWI 可顯著提高圖像質(zhì)量和病灶的細節(jié)信息。Sun 等[30]使用高分辨率DWI 定位得出，當tCho SNR和tCho 濃度閾值分別為2.0、17.6 mmol/kg 時，敏感度和特異度分別為95%、75%和85%、93%，證實高分辨率DWI 可作為一種備選方案，尤其對于GBCA過敏及肝腎功能不全的患者?？傊?，對于較大的腫塊型病變，建議在增強掃描前行1H-MRS 檢查；而對于小的及非腫塊型病變則建議增強掃描后進行此項檢查[26]。

5 總結(jié)與展望

乳腺1H-MRS 的臨床應(yīng)用前景廣闊，但存在以下不足：由于設(shè)備允許的最小感興趣區(qū)為8 mm×8 mm×8 mm，多數(shù)研究規(guī)避了非腫塊型及<1 cm 的病變；多站點獲得定量乳腺1H-MRS 存在技術(shù)挑戰(zhàn)[24]，沒有統(tǒng)一的診斷標準，缺乏橫向及縱向?qū)Ρ妊芯?；在療效評估方面，tCho 發(fā)生變化的時間報道不一，且隨著化療的進行，由于腫瘤退縮及治療中發(fā)生液化壞死等，體素放置及患者的輕微運動均會造成偏差，亦難以評估其臨床效用。未來采集協(xié)議的標準化、高場強磁共振的應(yīng)用和tCho 定量分析的協(xié)同組合將極大地改善乳腺1H-MRS 的可用性和臨床效用。