合成MRI 鉴别乳腺环形强化病变良恶性的应用价值

童秋云，余雪燕，李迅，蒋宇，戴文海，周智鹏

0 前言

乳腺疾病是女性的常见病，乳腺癌发病率逐年上升，影响广大女性身心健康[1-2]。乳腺MRI检查在乳腺疾病诊断中发挥重要作用[3-5]。环形强化是乳腺肿块在动态对比增强MRI（dynamic contrast-enhanced imaging MRI, DCE-MRI）上的一种强化方式，是指病灶周围强化而中心区无强化或仅轻度强化，乳腺恶性肿瘤、良性肿瘤以及炎性病变均可表现为环形强化[6-8]。乳腺环形强化病变良恶性决定了临床治疗与随访方案的制订，因此乳腺环形强化病变良恶性的鉴别至关重要。现有的乳腺环形强化病变的影像学评估方式包括常规MRI平扫序列、DCE-MRI、扩散加权成像（diffusion weighted imaging, DWI）、磁共振扩散峰度成像、磁共振波谱成像以及影像组学等[9]；常规MRI 平扫序列无法准确判断病变良恶性；DCE-MRI 主要从形态学和血流动力学指标评估良恶性，其对乳腺环形强化病灶的评估依赖于时间-信号强度曲线（time-signal intensity curve, TIC）的类型，一般认为，TICⅠ型良性可能性大，TIC Ⅲ型恶性可能性大，而TIC Ⅱ型良、恶性病变均有可能[9]；而TIC 的类型受人为勾画因素干扰过重，容易出现选择性偏倚；DWI对于乳腺良恶性病变的鉴别，在不同的研究中采用的诊断阈值不完全一致，而且其空间分辨率较低，不能全面观察病灶细节，需联合其他较高分辨率的序列联合诊断[10]；目前，磁共振扩散峰度成像、磁共振波谱成像以及影像组学等，多为小样本、单中心研究，临床应用价值有待进一步研究与扩展[9]。

合成MRI（synthetic MRI, syMRI）是一种基于定量数据获得多种对比度加权图像的新技术，其通过扫描一组特定的MAGiC（magnetic resonance image complication）序列获得组织的多种定量图像，然后通过设置不同的TR、TE、TI、FA等参数来重建出不同对比度的形态学图像，从而实现一次扫描获得多种对比度加权图像和组织T1弛豫时间、T2弛豫时间以及质子密度（proton density, PD）的定量图，可缩短扫描时间并实现组织T1、T2、PD值的定量测量[11-13]。现有的研究[14-15]已证实syMRI在大脑、乳腺、前列腺、骨关节等多个部位的疾病均具有一定临床价值。syMRI在乳腺疾病中主要应用于乳腺良恶性病变的鉴别[16-17]，纳入范围较为广泛，而乳腺良恶性病变具有多种强化方式，不同的强化类型之间可能存在差异，而目前未发现syMRI针对乳腺环形强化病变良恶性鉴别诊断的文献报道，本研究在此基础上，选取了环形强化这一方式的病变进行研究，旨在探索syMRI在鉴别乳腺环形强化病变良恶性中的应用价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经桂林医学院附属医院伦理委员会批准（批准文号：2020WJWLL-34），所有受试者均签署了知情同意书。收集桂林医学院附属医院2020 年5 月至2022 年9 月期间行syMRI 检查的乳腺环形强化病变患者。纳入标准：（1）乳腺肿块经手术或穿刺获得病理结果；（2）MRI、肿块病理活检前患者未接受手术治疗、靶向治疗以及放化疗等肿瘤相关治疗。排除标准：（1）MRI 扫描序列不完善或MRI 扫描图像质量不佳；（2）乳腺病变短径小于5 mm，图像上无法准确测量病灶的syMRI定量值。

1.2 仪器与方法

采用美国GE 公司SIGNA Architect 3.0 T 超导型MR 系统，使用原机自带8 通道相控阵乳腺专用线圈。扫描序列包括常规轴位DCE-MRI、增强前后的syMRI MAGiC序列以及DWI。

DCE-MRI 扫描参数如下：TE 1.2 ms，TR 4.6 ms，视野350 mm×350 mm，矩阵320×320，层厚1.10 mm，带宽125.00 kHz，翻转角15°，先扫一期蒙片，蒙片扫描结束后，使用高压注射器经肘静脉注入对比剂钆特酸葡胺（江苏恒瑞医药股份有限公司，中国）0.1 mmol/kg，推注速率为2 mL/s，注射完成后用25 mL生理盐水冲洗，随后开始连续增强扫描，共扫描7 期。syMRI MAGiC 扫描参数如下：TE 14.80 ms，TR 4957 ms，视野320 mm×320 mm、矩阵320×256、层厚4 mm、带宽41.67 kHz、NEX1，注射对比剂后15 min 进行MAGiC序列增强扫描。DWI 扫描参数如下：TE 75.0 ms、TR 5250.0 ms、视野350 mm×350 mm、矩阵192×192、层厚4 mm、带宽250 kHz、NEX2，b值取0、800 s/mm2。

1.3 图像分析及处理

乳腺病灶DCE-MRI 影像特征的评估：由2 位熟悉乳腺MRI 诊断的放射科副主任医师对乳腺病灶DCE-MRI 上的形态、边缘、内部强化情况、TIC 进行共同评估，评估标准参考中国抗癌协会乳腺癌诊治指南与规范（2021年版）[18]。

syMRI 定量参数测量：由另外3 位放射科主治医师或住院医师在对病理结果和对测量结果均不了解的情况下，在syMRI 主机上用后处理软件对MAGiC 序列的图像进行后处理，选取乳腺病灶最大层面，避开病灶坏死、出血及钙化区，在三个不同位置放置相同大小的ROI，测量出乳腺病灶注射对比剂前的T1、T2、PD值（T1pre、T2pre、PDpre）以及注射对比剂后的T1、T2、PD 值（T1post、T2post、PDpost），并计算增强前后乳腺病灶的相对变化率（ΔT1%、ΔT2%、ΔPD%），分别取平均值为最终测量值。相对变化率的计算见式（1）。

相对变化率=（增强前-增强后）/增强前×100%（1）

ADC 值的定量测量：以上3 位放射科主治医师或住院医师用同样大小的ROI 分别测量环壁以及环内的ADC值，分别取平均值为最终测量值。

1.4 统计学方法

使用SPSS 26.0 和R4.3.1 统计软件进行统计学分析。对于计量资料，应用夏皮洛-威尔克检验（Shapiro-Wilk test）是否满足正态分布，符合正态分布的参数，数据用均数±标准差表示，行独立样本t检验；不符合正态分布的数据用中位数（四分位间距）表示，采用Wilcoxon秩和检验。计数资料行χ2/Fisher精确检验。将有统计学意义的参数分别使用logistic回归建立单因素及多因素预测模型，通过绘制ROC曲线评价预测模型的诊断效能。使用DeLong 检验比较单因素模型和多因素模型的诊断效能差异是否具有统计学意义。P＜0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 病理结果

本研究共纳入52名女性患者（54例乳腺病灶），年龄30～69（45.8±9.9）岁。在54例乳腺环形强化病灶中，3例经穿刺获得病理结果，51例经手术获得病理结果。其中恶性病变42例，包括浸润性癌40例（32例浸润性非特殊类型癌、实性乳头状癌1例、分泌性癌1例、转移性肠腺癌1例、5例仅确定为浸润性癌未进一步病理分型），非浸润性癌2例（均为导管内原位癌）；良性病变12例，病理类型为乳腺腺病4例、肉芽肿性小叶性乳腺炎4例、慢性化脓性乳腺炎伴坏死1例、乳腺导管扩张症伴小脓肿形成1例、纤维腺瘤1例、导管内乳头状瘤1 例。根据病理结果，将患者分为良性组、恶性组。

2.2 DCE-MRI影像特征的相关性

54个乳腺环形强化病灶短径范围为6～49 mm、长径范围7～78 mm。DCE-MRI 上，良性病变多表现为圆形或卵圆形（8/12）、边缘光滑（7/12）、Ⅱ型TIC（11/12），恶性病变多表现为形态不规则（29/42）、边缘不规则（23/42）、Ⅲ型TIC（32/42），其中肿块的TIC类型在良恶性组别间差异具有统计学意义（P＜0.05，表1），形态、边缘差异无统计学意义（P＞0.05）。

表1 乳腺环形强化病变的DCE-MRI影像特征在良恶性组别间的比较Tab.1 Comparison of DCE-MRI image characteristics between groups of benign and malignant breast lesions with peripheral rim enhancement

2.3 syMRI定量参数的相关性

54 例乳腺环形强化病灶中，分析良、恶性组别间的T1pre、T2pre、PDpre、T1post、T2post、PDpost、ΔT1%、ΔT2%、ΔPD%得出，两组间T2pre、PDpost差异具有统计学意义（P＜0.05，表2），良性组的T2pre、PDpost 大于恶性组（图1～2），ROC 曲线下面积（area under the curve, AUC）分别为0.758、0.763，诊断阈值分别为T2pre=105.17 ms、PDpost=97.15 pu，相应的敏感度分别为58.3%、75.0%，特异度分别为90.5%、73.8%，准确率分别为85.2%、77.8%。

2.4 ADC值的相关性

本研究测量比较了乳腺环形强化病变环壁以及环内的ADC 值，结果显示，良恶性组别间环壁ADC 值的差异具有统计学意义（P＜0.05，表3），良性病变的环壁ADC值大于恶性病变（图1～2），判断阈值为环壁ADC 值为1.0115×10-3mm2/s，相应AUC、敏感度、特异度、准确率分别为0.901、100%、69.0%、88.9%。

表3 乳腺环形强化病变的ADC值在良恶性组别间的比较Tab.3 Comparison of ADC values between groups of benign and malignant breast lesions with peripheral rim enhancement

2.5 不同预测模型诊断效能的比较

将上述差异有统计学意义的参数（TIC 类型、T2pre、PDpost、环壁ADC 值）分别使用logistic 回归建立单因素及多因素预测模型，并使用DeLong检验比较单因素模型和多因素模型的诊断效能差异是否具有统计学意义。结果显示，上述参数单独应用时，环壁ADC值的诊断效能最高（AUC为0.901，敏感度、特异度、准确率分别为100%、69.0%、88.9%），其次是TIC 类型（AUC 为0.883，敏感度、特异度、准确率分别为100%、54.5%、77.8%）；参数联合应用时，四者联合的多因素模型诊断效能最高，AUC可达0.998，敏感度、特异度、准确率分别为92.9%、100%、92.6%；TIC 类型、T2pre、PDpost作为单因素模型应用，其诊断效能与四者联合的多因素模型诊断效能的差异具有统计学意义（P＜0.05），环壁ADC诊断效能与四者联合的多因素模型诊断效能差异无统计学意义（P＞0.05）（图3）。

图3 不同预测模型鉴别乳腺环形强化病变良恶性的ROC 曲线。TIC：时间-信号强度曲线；AUC：曲线下面积；T2pre：合成MRI 增强前的T2；PDpost：合成MRI增强后的质子密度值；ADC：表观扩散系数。Fig.3 ROC curves of different prediction models for benign and malignant breast lesions with peripheral rim enhancement.TIC: time-signal intensity curve; AUC: area under the curve; T2pre: T2 map before synthetic MRI;PDpost: proton density map after synthetic MRI enhancement; ADC:apparent diffusion coefficient.

3 讨论

本研究通过探索syMRI 在鉴别乳腺环形强化病变良恶性中的应用价值，发现syMRI 定量测量的T2pre、PDpost 对鉴别乳腺环形强化病变良恶性具有一定的临床意义，参数单独应用时诊断价值低于TIC类型、环壁ADC 值，与TIC 类型、环壁ADC 联合应用诊断时效能最高，从而为乳腺环形强化病变良恶性的鉴别诊断提供了新的思路。

3.1 乳腺环形强化病变的影像鉴别方法

乳腺病变环形强化是血管生成、纤维化分布及程度、血管内皮生长因子表达模式以及多种组织学特征综合作用的结果[19]，现有的乳腺环形强化病变的影像学评估方式包括常规MRI 序列、DCE-MRI、DWI、磁共振扩散峰度成像、磁共振波谱成像以及影像组学等多种方式[9,20-21]。其中，常规MRI平扫序列根据信号不同可以判断病灶内出现液化坏死、出血或者纤维化等病理改变，无法准确判断良恶性[9]；DCE-MRI 主要从形态学和血流动力学指标评估良恶性，具有一定诊断价值[22-23]；DWI通过检测组织中水分子扩散受限的方向和程度，间接反映组织微观结构的变化，敏感性较高，但其空间分辨率较低，不能全面观察病灶细节[24]；磁共振扩散峰度成像、磁共振波谱成像以及影像组学等的临床应用价值有待进一步研究与扩展[9]。阳君等[22]的研究中发现DCE-MRI、DWI可用于鉴别乳腺环形强化病变良恶性，并且两者联合应用，可明显提高乳腺环形强化病变的定性诊断价值。本研究发现，乳腺环形强化病灶TIC曲线在良恶性组别间差异具有统计学意义，良性病灶曲线类型多为Ⅱ型，恶性病灶曲线类型多为Ⅲ型，TIC鉴别良恶性病灶的 AUC值为0.883。此外，本研究发现良性病灶的ADC值低于恶性病灶，二者差异具有统计学意义，与上述学者的研究结果一致。

3.2 syMRI 鉴别乳腺环形强化病变良恶性的诊断价值

syMRI 是一种新颖的MRI 定量技术之一，在区别大脑、骨关节以及前列腺等多个部位疾病的良恶性鉴别或肿瘤的定性中得到了较多应用，但其对乳腺良恶性病灶的鉴别价值尚未统一。MATSUDA 等[25]的研究发现，syMRI 定量参数鉴别乳腺病变良恶性的诊断效能优于DCE-MRI（AUC 分别为0.73、0.70），尤其在BI-RADS 4类肿块的良恶性鉴别中，syMRI定量参数明显优于DCE-MRI（AUC 分别为0.74、0.50）；孙诗昀等[26]的研究表明，syMRI 定量参数建立的弛豫时间模型与ADC模型诊断效能相当（AUC分别为0.905、0.914）；而车树楠等[27]的研究中发现syMRI 定量参数（T1pre）的诊断效能略高于ADC 值（AUC 分别为0.869、0.806）；余雪燕等[28]的研究结果与之相反，他们的研究显示，syMRI 定量参数的诊断效能低于DCE-MRI 及ADC 值（AUC 分别为0.707、0.929、0.915）。syMRI 在鉴别乳腺环形强化病变良恶性上的应用较少。本研究发现，syMRI定量测量的T2pre、PDpost可用于鉴别乳腺环形强化病变良恶性，乳腺良性病变组的T2pre、PDpost 大于恶性病变组，与高微波等[29]、GAO 等[30]和JUNG 等[31]的研究结论一致。究其原因，组织含水量明显影响组织的T1、T2 弛豫时间，自由水的T1、T2 弛豫时间明显长于结合水。在乳腺癌组织中，细胞密度和体积增大，细胞间质减少，细胞核仁增大，核浆比增高，组织和细胞间浆细胞、淋巴细胞浸润明显，以上因素共同作用，导致细胞内外间隙的自由水明显减少，从而使恶性病变的T1、T2弛豫时间缩短，T1、T2值较良性病变明显减低。本研究中，T2pre判断良恶性的特异度可达90.5%，敏感度为58.3%。

此外，考虑到不同的参数可以提供病灶不同方面的信息，本研究联合了差异有统计学意义的参数来建立单因素及多因素预测模型，将syMRI定量测量的T2pre、PDpost 与肿块DCE-MRI 影像特征（形态学、边缘、TIC 类型）、环壁ADC 值以及环内ADC 值进行比较，结果显示TIC 类型、环壁ADC 值可用于判断乳腺环形强化病变良恶性，且诊断效能优于T2pre、PDpost，以上述四个参数的联合应用的多因素模型效能最佳。多因数模型的诊断效能高于单因数模型，能更直观、全面地反映每个因素对于诊断乳腺环形强化病变的影响。

3.3 本研究的局限性

虽然本研究提出的syMRI 鉴别乳腺环形强化病变良恶性具有一定的价值，然而仍存在一些局限性，首先，本研究为单中心研究，存在样本量不足的局限性及多中心验证；其次，乳腺环形强化病变以恶性多见，良性病变组数据相对较少。因此，尚有待进一步扩大样本量的研究，以弥补上述不足。

4 结论

综上所述，初步研究表明，syMRI 定量测量的T2pre、PDpost 可作为鉴别乳腺环形强化病变良恶性的辅助手段，单独应用时诊断价值低于环壁ADC、TIC类型，与TIC 类型、环壁ADC 联合应用诊断时效能最高，为进一步提高MRI鉴别诊断乳腺环形强化病变良恶性的准确性提供了新的思路。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。

作者贡献声明：周智鹏设计本研究的方案，对稿件的重要内容进行了修改；童秋云起草和撰写稿件，获取、分析或解释本研究的数据，并获得了广西自筹经费课题资助；余雪燕、李迅、蒋宇、戴文海获取、分析或解释本研究的数据，对稿件的部分内容进行了修改。全体作者都同意发表最后的修改稿，同意对本研究的所有方面负责，确保本研究的准确性和诚信。