表观扩散系数直方图区分肿块型乳腺癌分子亚型的价值

吴莎莎，于晓军，李芹，陈永升，牛庆亮*

乳腺癌是目前中国女性发病率最高的恶性肿瘤之一，且近20年以来乳腺癌的发病率呈较高的上升趋势[1]。根据St Gallen 2013共识[2]，依据免疫组化方法检测的ER、PR、HER-2、Ki-67结果将乳腺癌分为Luminal A型、Luminal B型、三阴性乳腺癌及HER-2过表达型乳腺癌。乳腺癌分子亚型与个体化治疗方案的选择及复发风险的预测关系密切。不同分子亚型的乳腺癌MRI影像特征也有显著不同[3]。

MRI检查在乳腺癌的诊断、治疗方案的制订和疗效评估方面有着重要价值。其中扩散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)扫描时间短，无需注射对比剂，可以反映病变组织内水分子的扩散运动，且表观扩散系数(apparent diffusion coeff icient，ADC)值可定量反映恶性肿瘤内水分子扩散受限的程度。目前，国内外文献中少见有对于不同分子亚型乳腺癌ADC直方图参数的研究，且既往有关研究也多数在肿瘤的单一层面绘制感兴趣区(region of interest，ROI)以获得肿瘤局部的平均ADC值[4-5]，未能利用肿瘤的整体ADC信息，不能完全反映肿瘤的异质性。本研究通过在ADC图像上勾画3D ROI，得到相应的ADC直方图，对不同分子亚型乳腺癌ADC直方图各参数(偏度、峰度及标准差)和各ADC值进行探讨，旨在为不同分子亚型乳腺癌的临床治疗及预后判断提供更多信息。

1 材料与方法

1.1 一般资料

收集2014年4月至2016年7月在潍坊市中医院行乳腺MRI检查，并经穿刺活检或手术证实的肿块型乳腺癌患者59例。患者均为女性，年龄28～69岁，平均年龄(50.88±8.85)岁。所有患者行乳腺MRI检查前均未行穿刺、手术等有创性检查及放化疗治疗。

1.2 MRI检查方法

采用GE公司Signa HDxt 3.0 T MR设备，8通道乳腺专用相控阵线圈。扫描时患者取俯卧位，乳头居中，双侧乳腺自然悬垂于乳腺线圈内。所有患者均行乳腺MRI平扫、MRI动态增强扫描(dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI)及DWI检查。动态增强扫描：采用3D-vibrant序列，先行蒙片扫描，经肘前静脉团注G d-DTPA，之后以20 ml等渗生理盐水冲管，对比剂用量0.1 mmol/kg，注射流率2 ml/s。DWI扫描参数：采用SE-EPI序列，b值=0、800 s/mm2，TR=8300 ms，TE=63.6 ms，层厚5 mm，层间隔6 mm，矩阵256×256，Nex=4。

1.3 图像分析

将DWI图像传输至GE AW 4.6专用工作站利用Functool 软件重建出b=800 s/mm2的ADC图像，将ADC图像导入Omnikinetics软件。由两名高年资乳腺MRI诊断医师，参照乳腺MRI平扫及动态增强图像，确定肿瘤边缘，在ADC图像上沿病灶边缘逐层勾画ROI，合并生成3D ROI，重建出ADC直方图。并记录直方图参数，包括偏度、峰度、标准差、ADCmin、ADCmax、ADCmean、ADC5%、ADC10%、 ADC25%、ADC50%、 ADC75%、ADC90%、ADC95%。

1.4 统计学方法

应用SPSS 19.0统计学软件，行正态性分布及方差齐性检验，其中符合正态性分布数值用“均数±标准差”表示，不符合正态分布数值用“中位数±四分位间距”表示。符合正态性分布且方差齐性数据采用单因素方差分析进行组间比较，P＜0.05表示各参数组间差异有统计学意义。非正态分布和(或)方差不齐数据采用非参数检验Kruskal-Wallis H检验，P＜0.05表示3组不同分子亚型乳腺癌的参数差异有统计学意义；再用Mann-Whitney U检验进行两两比较，P＜0.05表示两两之间差异有统计学意义。应用medcalc软件对差异有统计学意义的参数进行受试者操作特性(receiver operating characteristic，ROC)曲线分析，得到曲线下面积(area under curve，AUC)，并根据约登指数确定灵敏度、特异度、95%置信区间及P值。

2 结果

2.1 一般资料

59例乳腺癌患者均为单侧乳腺发病，其中Luminal型31例，三阴性15例，HER-2过表达型13例；浸润性导管癌52例，浸润性小叶癌3例，导管原位癌4例；最小病灶1.0 cm×1.5 cm，最大病灶5.0 cm×5.0 cm。乳腺癌病灶在DWI图像表现为相对高信号，ADC图像呈较低信号。典型病例的乳腺MRI图像、病理图片及ADC直方图见图1～3。

2.2 不同分子亚型乳腺癌ADC直方图参数组间比较

Luminal型、三阴性、HER-2过表达型乳腺癌的偏度分别为0.625±0.703、0.516±0.595、0.024±0.650，其中Luminal型乳腺癌与HER-2过表达型的偏度差异有统计学意义(P=0.008)。Luminal型、三阴性、HER-2 过表达型乳腺癌的ADC95%值分别为1.058±0.396、1.106±0.316、1.386±0.307，HER-2过表达型乳腺癌与Luminal型、三阴性乳腺癌比较差异均有统计学意义(P=0.008、0.044)；3种分子亚型乳腺癌的ADC25%值、ADC50%值经Kruskal-Wallis H检验，P＜0.05，再进行两两比较，差异无统计学意义(P＞0.05)。HER-2过表达型乳腺癌的其余各百分位ADC值及ADCmin、ADCmax、ADCmean及标准差均大于Luminal型、三阴性乳腺癌，但两两比较差异均无统计学意义(表1)。

表1 不同分子亚型乳腺癌直方图参数组间比较(×10-3 mm2/s)Tab. 1 Comparison of histogram parameters between different molecular subtypes of breast cancer (×10-3 mm2/s)

续表1 不同分子亚型乳腺癌直方图参数组间比较(×10-3 mm2/s)Tab. 1(Cont) Comparison of histogram parameters between different molecular subtypes of breast cancer (×10-3 mm2/s)

表2 偏度、ADC95%值在鉴别不同分子亚型乳腺癌中的诊断价值Tab. 2 The diagnostic value of skewness and ADC95% in different molecular subtypes of breast cancer

2.3 ADC直方图参数区分不同分子亚型乳腺癌的诊断效能

将偏度、ADC95%值进行ROC曲线分析，根据最大约登指数得出AUC、敏感度、特异度、95%置信区间及P值(表2)，偏度诊断HER-2过表达型与Luminal型乳腺癌的AUC=0.739，灵敏度、特异度分别为0.581、0.846。ADC95%值诊断HER-2过表达型与Luminal型乳腺癌的AUC=0.720，灵敏度、特异度分别为0.516、0.923；ADC95%值诊断HER-2过表达型与三阴性乳腺癌AUC=0.744，灵敏度、特异度分别为0.533、0.923。但偏度、ADC95%值鉴别HER-2过表达型与Luminal型乳腺癌的AUC比较差异无统计学意义(P=0.846)。

3 讨论

3.1 乳腺癌分子分型及其临床意义

乳腺癌是一种高度异质性肿瘤[6]。在临床工作中有相当一部分乳腺癌患者尽管其组织学分型、临床分期及治疗方案相同，但不同患者的治疗反应及预后却有很大差异，这也反映了乳腺癌是一种高度异质性的肿瘤。乳腺癌临床所表现的复杂生物学行为由其内在基因表型的异质性所决定。St Gallen 2013共识[2]采用既往根据临床-病理因子的乳腺癌亚型替代分类方法，依据免疫组化结果(ER、PR、HER-2、Ki-67表达水平)将乳腺癌分为不同的分子亚型，包括Luminal A型、Luminal B型、Basal-like型(以ER-、PR-、HER-2表达为特点)、HER-2过表达型等，并根据患者乳腺癌分子亚型选择合理的个体化治疗方案。其中Luminal型(包括Luminal A型、Luminal B型)由于ER阳性表达，内分泌治疗仍是其标准治疗方案；HER-2过表达型多采用靶向治疗联合化疗的方案；Basallike型主要为三阴性，化疗敏感性相对较高，多项研究发现其对新辅助化疗敏感，尤其是病理完全缓解率高于非三阴性乳腺癌，但总体预后差[7-8]。

3.2 ADC直方图与肿瘤异质性

乳腺DWI可以将肿瘤组织内水分子的扩散受限程度差异以ADC值的形式体现出来，ADC值可以从分子水平反映肿瘤局部水分子扩散变化情况，在一定程度上能反映肿瘤的生物学行为及肿瘤异质性[9]。研究[10-12]认为，ADC值在鉴别乳腺病变的良恶性、区分不同病理类型与分级以及预测乳腺癌患者预后方面有较大应用价值。以往相关研究多在肿瘤单一层面图像上勾画ROI，以获得肿瘤局部的平均ADC值[4-5]，而肿瘤局部的ADCmean不能全面反映肿瘤内部水分子扩散受限情况及异质性。本研究采用ADC直方图分析可反映所选感兴趣区域内所有体素值的分布情况，并获得各百分比ADC值、ADCmin、ADCmax、ADCmean以及直方图分布的偏度、峰度和标准差，全面反映所选区域肿瘤细胞的异质性程度。目前ADC直方图分析已应用于多种部位病灶的研究[13-15]，且有研究认为[16]ADC直方图分析获取的一系列参数用于回顾性分析具有较好的可重复性。

3.3 乳腺癌不同分子亚型ADC直方图对比分析

直方图偏度是描述频数分布偏离对称性程度的特征数，偏度为0时曲线呈正态分布，当偏度＞0时，曲线呈正偏态，即更多的数值分布在均值的左侧；相反，偏度＜0时，曲线呈负偏态，更多数值分布在均值的右侧。偏度的绝对值越大，频数分布偏离均数的程度越大。本研究显示，3种分子亚型乳腺癌的偏度均为正值，HER-2过表达型偏度(0.024±0.650)较另外两型小，且HER-2过表达型与Luminal型比较差异有统计学意义(P=0.008)。分析原因可能是由于Luminal型乳腺癌ER多阳性表达，雌激素与ER形成激素-受体复合物，通过加速转录调控基因表达进程，促进肿瘤细胞生长、增殖，单位体积内细胞密度增加，导致偏度大，可以与HER-2过表达型乳腺癌相鉴别。

HER-2过表达型乳腺癌ADC95%值与Luminal型、三阴性比较差异均有统计学意义(P=0.008、0.044)，这可能是由于HER-2通过诱导血管内皮生长因子增加了肿瘤血管形成，使得癌灶内微循环灌注增加，肿瘤间质成分增加程度较肿瘤实质增加程度高，局部细胞密集程度较其他亚型乳腺癌小，导致ADC值相对增高。Jeh等[17]研究也显示，HER-2阳性表达组较阴性组ADC值高。此外，国内也有作者在对非肿块型乳腺癌的研究中显示ADC值与HER-2阳性表达存在正相关[18]。除此之外，笔者认为HER-2高表达导致乳腺癌病灶内坏死部分相对另外两型增多，也会导致各百分比ADC值增高。

峰度是描述频数分布陡缓程度的特征数，正态分布情况下，峰度为3，峰度＞3说明观察量更集中，峰度＜3说明观测量相对分散。本组病例中3种分子亚型乳腺癌峰度均＞3，三者之间差异均无统计学意义。HER-2过表达型乳腺癌的其余各ADC值较另外两型乳腺癌高，但差异均无统计学意义，这可能是由于乳腺癌细胞增殖是多因素共同作用的结果，ADC直方图反映的虽是病变整体信息，但本研究只分析了不同分子亚型乳腺癌的ADC信息，未考虑其与乳腺癌病灶大小、病理类型及组织学分级的关系。

本研究认为不同分子亚型乳腺癌ADC直方图参数偏度及ADC95%值组间比较差异有统计学意义，反映了ADC直方图参数可以在一定程度上反映不同分子亚型乳腺癌的不均质性，对乳腺癌分子亚型的预测及个体化治疗方案的选择有一定临床价值。

本研究也存在许多不足，首先，本组病例数相对较少，各不同分子亚型乳腺癌样本量还需扩大；其次，所收集病例以Ⅱ、Ⅲ期浸润性导管癌为主，未对不同病理类型及不同分期乳腺癌进行比较，也未将病灶大小作为一个因素考虑在内；另外，尽管本研究逐层勾画了ROI并生成3D ROI，最大程度地减少抽样误差，但在ADC图的重建配准过程中也难免产生偏差。