乳腺癌是严重威胁女性健康的常见恶性肿瘤，且发病率一直呈上升趋势，据国家相关统计数据显示，我国乳腺癌发病率位居女性恶性肿瘤的第一位^[1]。通过穿刺或手术方法获取乳腺癌病理结果是现行的主要确诊方式，根据病理结果，可以将乳腺癌大致上分为非浸润性乳腺癌（乳腺原位癌）和浸润性乳腺癌；对于浸润性乳腺癌，通过癌细胞导管的形态、核的异型性以及核分裂数目还可以细分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级，分级越高的乳腺癌其5年生存期越差，浸润性乳腺癌的分级已经成为判断乳腺癌预后的非常有意义的指标，临床制订治疗方案需要结合乳腺肿瘤的病理类型^[2,3]。

       手术和穿刺获取的癌细胞分级给患者本身带来了很大的伤害，MRI通过无创方式可以实现肿瘤病灶的全面评估，前期的研究表明MRI可以用于乳腺癌的病理分级。基于此，本研究尝试通过乳腺扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI）实现对乳腺原位癌以及浸润性乳腺癌不同分级的综合鉴别诊断。

1　材料与方法

1.1　病例收集

       本研究系统性收集了自2016年10月至2018年10月在我院行乳腺磁共振检查的病例137例，通过手术和病理穿刺结果可以将乳腺癌患者分为乳腺原位癌（37例）、浸润性乳腺癌Ⅰ级(31例）、浸润性乳腺癌Ⅱ级（40例)以及浸润性乳腺癌Ⅲ级（29例）。其中肿瘤患侧位置位于左侧的64例，患侧位置位于右侧的73例，患者年龄(46.33±10.1）岁，磁共振检查获取每位患者的T1WI、T2WI、DWI以及磁共振动态增强成像。

1.2　MR扫描方案

       扫描时患者头先进，采用俯卧位并用乳腺专用线圈进行MRI扫描，MRI扫描仪采用西门子3.0 T磁共振扫描仪（MAGNETOM, Verio)。具体扫描参数如下：(1) MRI扫描平面分为轴位T1WI (TR 640 ms ，TE 8.9 ms)、T2WI (TR 4500 ms，TE 88.2 ms)，扫描视野32 cm×32 cm，层厚4.0 mm，层距1 mm，矩阵256×192。(2) DWI扫描参数：TR 3300 ms，TE 71.9 ms，扩散敏感系数b值取800 s/mm²，层厚4.0 mm，层距1 mm，间隔20%，扫描视野32 cm×32 cm，矩阵256×192。

       磁共振动态增强成像采用欧乃影（GE Healthcare Life Science ，Shanghai, China）进行成像，对比剂注射速率4 mL/s，注射剂量0.2 mL/kg，由患者肘静脉经高压注射器进行注射，对比剂注射完成后，以相同速率注射20 mL生理盐水。T1对比增强成像的详细参数如下：FOV 32 cm×32 cm，层厚4.0 mm，层数64层，层间距1 mm，矩阵256×192 ，TR 640 ms ，TE 8.9 ms ，共扫描5期对比增强成像，每期扫描时间为40 s，总共扫描时间约为4 min 30 s。

1.3　图像后处理

       由两位经验丰富的影像医生完成图像后处理操作，对于每一例患者选取肿瘤病灶最大层面进行DWI后处理，勾画病灶感兴趣区域时避免坏死囊变。DWI后处理分两部分进行，第一步，采用西门子影像后处理工作站对DWI进行后处理操作，获取表观扩散系数(apparent diffusivity coefficient，ADC）图，并测量肿瘤的ADC值，重复测量3次取平均值；第二步，将DWI图像输入MATALB (Mathworks, Natick, MA, USA）中，获取相同层面肿瘤DWI图像的直方图参数，重复测量3次，对于每一个直方图参数，取3次的平均值作为最终值，后处理流程如图1所示。

       在MATLAB软件中勾画DWI图像上肿瘤边界时，需参照西门子工作站中测量ADC时肿瘤边界勾画方式，保证对于每一例乳腺癌患者在ADC图像中勾画肿瘤病灶获取ADC参数以及在DWI图像中勾画肿瘤病灶获取直方图参数取自相同层面、相同位置的病灶。

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图1  DWI图像后处理分析流程
Fig. 1  Analysis flow of post-processing for DWI image.

1.4　统计学分析

       采用SPSS 20.0统计软件进行分析，对DWI获取的定量化参数采用非参数Mann-Whitney检验和受试者工作操作（receiver operator characteristic，ROC）曲线分析参数对不同分组乳腺癌的鉴别能力，其中P<0.05认为参数对两组样本差异有统计学意义，通过ROC曲线下面积评判参数对两组样本鉴别诊断的敏感性和特异性。

2　结果

       本研究纳入的乳腺癌患者的统计分析如表1所示。卡方检验用来评估原位癌与浸润性癌在年龄、患侧位置上的分布，结果显示年龄、患侧位置在两类样本间差异均无统计学意义(P>0.05)。

       乳腺原位癌、浸润性乳腺癌I级、浸润性乳腺癌Ⅱ级以及浸润性乳腺癌Ⅲ级的DWI图像、ADC图像以及肿瘤DWI直方图曲线如图2所示。每一类乳腺癌的直方图曲线取自DWI图像中红色不规则图形所勾画的肿瘤感兴趣区域。

       由表2可知，乳腺原位癌、浸润性乳腺癌I级、浸润性乳腺癌Ⅱ级以及浸润性乳腺癌Ⅲ级的ADC值约为1×10^-3 mm²/s。对比分析显示乳腺原位癌与浸润性乳腺癌差异有统计学意义，ROC曲线下面积为0.712，敏感性为0.647，特异性为0.842（图3)。浸润性乳腺癌Ⅰ级与浸润性乳腺癌II级，浸润性乳腺癌Ⅱ级与浸润性乳腺癌Ⅲ级之间的ADC值差异无统计学意义。

       DWI肿瘤区域直方图参数如表3所示，直方图参数包括强度最大值、强度最小值、强度值标准差、偏度、峰度、能量值、熵值。直方图参数的强度最大值在乳腺原位癌与浸润性乳腺癌(P=0.037)，浸润性乳腺癌Ⅰ级与浸润性乳腺癌Ⅱ级(P=0.024)，浸润性乳腺癌Ⅱ级与浸润性乳腺癌Ⅲ级(P<0.01)中差异均有统计学意义。最大强度值在乳腺原位癌与浸润性乳腺癌，浸润性乳腺癌Ⅰ级与浸润性乳腺癌II级，浸润性乳腺癌Ⅱ级与浸润性乳腺癌Ⅲ级的ROC曲线下面积分别为0.699、0.703、0.777（图4、表4)。

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图2  乳腺原位癌（43岁）、浸润性乳腺癌Ⅰ级（54岁）、浸润性乳腺癌Ⅱ级（52岁）以及浸润性乳腺癌Ⅲ级（61岁）的DWI和ADC图以及肿瘤感性区域的直方图曲线
Fig. 2  DWI and ADC image of carcinoma in situ (43 years old), invasive breast cancer grade Ⅰ (54 years old), invasive breast cancer grade Ⅱ (52 years old) and invasive breast cancer grade Ⅲ (61 years old), and histograms of each breast cancer.

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图3  ADC参数在乳腺原位癌与浸润性乳腺癌的ROC分析(ROC曲线下面积为0.712，敏感性0.647为，特异性为0.842，最大约登指数为0.515)
Fig. 3  ROC analysis of ADC parameters for in situ- and invasive breast cancer (the area under ROC curve was 0.712, the sensitivity was 0.647, the specificity was 0.842, and the maximum Youden index was 0.515).

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图4  最大强度值在乳腺原位癌与浸润性乳腺癌的ROC分析。A：乳腺原位癌VS浸润性乳腺癌；B：浸润性乳腺癌Ⅰ级VS浸润性乳腺癌Ⅱ级；C：浸润性乳腺癌Ⅱ级VS浸润性乳腺癌Ⅲ级
Fig. 4  ROC analysis of in situ- and invasive breast cancer. A: Breast cancer in situ vs invasive breast cancer; B: Invasive breast cancer grade Ⅰ vs invasive breast cancer grade Ⅱ; C: Invasive breast cancer grade Ⅱ vs invasive breast cancer grade Ⅲ.

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表1  患者基本信息
Tab. 1  Basic information of patients

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表2  ADC值在乳腺原位癌与浸润性乳腺癌的非参数Mann-Whitney检验
Tab. 2  Nonparametric Mann-Whitney test of ADC value for in situ- and invasive breast cancer

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表3  直方图参数在乳腺原位癌与浸润性乳腺癌的非参数Mann-Whitney检验(P值)
Tab. 3  Nonparametric Mann-Whitney test of histogram parameters on in situ- and invasive breast cancer (P value)

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表4  强度最大值在乳腺原位癌与浸润性乳腺癌的ROC分析
Tab. 4  ROC analysis of maximum intensity for in situ- and invasive breast cancer

3　讨论

3.1　ADC在乳腺癌中的鉴别研究

       本文尝试将DWI的ADC值应用在乳腺癌病理分级的研究中，研究结果发现，ADC值在乳腺原位癌与浸润性乳腺癌的鉴别诊断中存在显著性差异，ROC曲线分析表明ADC对两类乳腺癌的鉴别诊断有着较高的敏感性和特异性。这一结果与之前的研究结果一致，贺延莉等^[4]以及Bickel等^[5]采用DWI的ADC参数对乳腺原位癌以及浸润性癌的分析结果同样发现DWI在乳腺癌病理分型上可提供一些其他MRI序列无法获得的有价值的信息，ADC值对乳腺癌的浸润性有着辅助诊断的作用。

       对肿瘤组织内部来说，微血管分布不均，形态不规则，由于微血管、细胞等的变化而引起的微环境的改变会导致水分子在肿瘤组织内部扩散受限。乳腺癌大多有较高的细胞密度，细胞间隙较小，水分子扩散受限明显，ADC值减低。在乳腺癌的不同病理类型中，乳腺原位癌没有侵犯周边的腺体和导管，癌细胞只出现在上皮层内，未破坏基底膜或侵入其下的组织，浸润性乳腺癌是原位癌细胞突破基底膜后形成的肿瘤，其形状不规则，边缘为针刺状、放射状或锯齿状，周围腺体分界不清。浸润性乳腺癌与乳腺原位癌相比其恶性程度高，细胞密度高，水分子扩散运动受限更加明显，因而ADC值较低。

       此外，在本研究中，浸润性乳腺癌的ADC值随着浸润性分级的提高而逐渐下降，这一现象与之前的研究结果保持一致^[6]，但ADC参数在浸润性乳腺癌的Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级的鉴别诊断中无显著性差异。

3.2　直方图参数在乳腺癌中的研究

       本研究中，DWI图像的直方图参数显示，DWI图像直方图的最大强度值参数在乳腺原位癌与浸润性乳腺癌、浸润性乳腺癌Ⅰ级与浸润性乳腺癌Ⅱ级以及浸润性乳腺癌Ⅱ级与浸润性乳腺癌Ⅲ级之间均存在显著性差异。ROC曲线分析显示，最大强度值参数在不同类型乳腺癌的鉴别中有着较好的敏感性和特异性。

       直方图参数描述了肿瘤区域内部像素的整体分布情况，肿瘤区域内部的差异在DWI图像上以不同的灰度值显示并通过直方图参数来量化^[7,8]，即直方图参数反映的是肿瘤异质性，前期研究结果显示直方图参数对肿瘤感兴趣区域的描述相较于传统的功能定量参数（如ADC值）更加有效^[9,10]。在本研究中，不同病理分级的浸润性乳腺癌的异质性可以被直方图参数体现出来。鉴于本研究中的病例数量较多，纳入研究的不同病理类型的乳腺癌数量分布相对均衡，DWI图像直方图参数的最大强度值可以实现对不同病理分型乳腺癌的辅助鉴别诊。

4　总结与展望

       本研究中，由乳腺DWI图像得到的定量参数分为ADC和直方图参数两类。第一类定量参数即ADC值，ADC值是成像区域的功能定量参数，ADC参数间接反映了成像感兴趣区域的血管、细胞以及微环境的变化。在本研究中，肿瘤细胞微环境的变化所导致的水分子自由扩散作用（即ADC值）在浸润性乳腺癌中无显著性差异。第二类定量参数即DWI图像的直方图参数，肿瘤血管、细胞等的变化所导致的灰度值变化可以通过直方图参数直接表现出来。本研究结果表明，基于影像图像本身的研究可能能够更加有效地反映肿瘤的异质性，为肿瘤的鉴别、分类、预后等提供更多有价值的临床信息。