1H-MRS在乳腺癌中的应用进展及技术限度

郭转转，冯雯，刘海峰，邵锦波，卢星如，雷军强*

1.兰州大学第一医院放射科，甘肃兰州 730000；2.兰州大学第一临床医学院，甘肃兰州 730000； *通讯作者 雷军强leijq1990@163.com

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，也是女性因癌症死亡的主要原因[1]。为了早期发现、诊断乳腺癌，并及时评估其进展及疗效，影像学已从传统的解剖学研究向功能及分子影像学转变。乳腺氢质子磁共振波谱成像（1H-MRS）基于含胆碱化合物的检测，从分子水平反映细胞的代谢信息。自1998年Roebuck 等[2]首次提出3.2 ppm 处总胆碱（total choline，tCho）化合物可以作为乳腺恶性肿瘤生物标志物以来，已有数十项研究描述了乳腺1H-MRS 分析的方法及其解决各种临床问题的效能。本文拟对乳腺1H-MRS 的成像基础、代谢物的检测、临床应用及技术限度进行综述。

1 乳腺1H-MRS 的基础

1H-MRS 利用不同化合物对主磁场的屏蔽作用，引起质子在不同化学环境中共振频率的差别，将探测器检测到的时域自由感应衰减信号通过傅里叶转换为按频率域分布的谱线。乳腺1H-MRS 是基于3.2 ppm处对 tCho 的检测。 tCho 包括磷酸胆碱（phosphocholine，PC）（3.23 ppm）、甘油磷酸胆碱（glycerophospho choline，GPC）（3.24 ppm）、游离胆碱（choline，Cho）（3.21ppm）、牛磺酸（myoinositol，Myo-ino）（3.28 ppm）、肌醇（taurine，Tau）（3.27 ppm）等，在场强低于4T 的设备下，这些化学物质形成的小共振峰重叠、融合，形成3.2 ppm 处tCho 峰[3]。胆碱是细胞膜磷脂代谢的成分之一，当细胞由正常转变为恶性时，细胞膜加速合成，伴胆碱激酶及磷脂酶C活性增加，而导致PC 升高，可达正常组织的10 余倍，因此利用1H-MRS 分析tCho 可以反映乳腺细胞良恶性的变化[3-4]。

2 tCho 峰的检测

Roebuck 等[2]发现乳腺癌在3.2 ppm 处存在tCho峰，而正常乳腺及良性病变没有。随着高场强设备的应用，tCho 峰可检测性提高。简单的二分定性分析易导致误诊。而半定量指标可以通过统计学分析得到最佳诊断阈值，结果更加客观。Wang 等[5]报道tCho 信噪比（SNR）≥2 作为恶性肿瘤阈值的敏感度和特异度分别为79%、72%。Sardanelli 等[6]发现tCho浓度和病变大小的原始tCho 积分比体素标准化积分具有更好的诊断性能，其敏感度和特异度分别为90%、92%和84%、89%，表明可变体素大小可潜在地改善敏感度。Baek 等[7]使用内参照法得出乳腺癌的tCho 浓度范围为0.08～9.99 mmol/kg，鉴别良、恶性病变的最佳tCho 阈值浓度为0.66 mmol/kg 时，敏感度、特异度分别为66%、92%。Mizukoshi 等[8]使用外参照法得出乳腺癌的平均 tCho 浓度为（1.13±0.92）mmol/kg，显著高于良性病变的（0.43±0.42）mmol/kg；鉴别良、恶性病变的最佳tCho 阈值浓度为0.61 mmol/kg 时，其敏感度、特异度分别为68.1%、79.4%。内参照法会自动补偿部分容积效应，不需要单独校正，但由于内参照法的前提是体素内水的纯度为100%，因此内参照法对水的T2 弛豫率敏感。对于外参照法，尽管体素中的水对其影响较小，但无法避免部分容积效应而造成tCho低估，并且需要复杂的校验，耗时较长[3]。理论上，绝对定量能提供更直接的病变代谢测量而具有更好的诊断性能，然而，Baltzer 等[9]的荟萃分析显示不同分析方法之间无统计学差异，甚至有一种趋势，即绝对定量的性能略低于定性及半定量，这可能与绝对定量校正了采集参数、基线、部分容积效应等有关。

3 MRS 在乳腺癌中的临床应用

3.1 乳腺良、恶性病变的鉴别 乳腺癌的诊断标准是3.2 ppm 处tCho 水平升高，以tCho 作为恶性肿瘤标志物区分良、恶性病变的敏感度和特异度分别为73%、88%[9]，提示存在27%的假阴性及12%的假阳性，假阴性主要受到tCho 可检测性的技术限制，而假阳性与代谢增高的良性病变如青春期巨大纤维腺瘤、纤维囊性变和泌乳期乳腺有关[8,10-12]。Stanwell 等[11]发现正常乳腺及良性病变tCho 峰位于3.28 ppm，归因于GPC、Myo-ino 和Tau 含量增加，而乳腺癌的tCho 峰位于3.23 ppm，归因于PC 含量增加，因此识别tCho 峰的确切频率可减少假阳性；而Baltzer 等[13]发现所有良性病变tCho 峰位于3.28 ppm，恶性病变则不确定；Dorrius 等[14]研究表明良、恶性病变tCho 峰的位置重叠很大，而且良、恶性病变平均tCho 浓度分别为0.3～1.3 mmol/L、1.3～9.5 mmol/L，最高值分别为0.4～1.5 mmol/L、1.7～11.8 mmol/L，平均值与最高值之间存在显著差异，表明恶性病变的tCho 浓度高于良性病变，最高tCho 浓度更能反映组织的性质，可用于排除乳腺良性病变。

3.2 病理学分级、分型及肿瘤异质性评估 tCho 是肿瘤活跃的标志，1H-MRS 定量分析显示乳腺癌组织中tCho 浓度范围广泛，且在不同分级、分型中存在差异，高级别>低级别，浸润性导管癌>浸润性小叶癌>导管原位癌，HER-2基因过表达、激素受体阴性及三阴性乳腺癌tCho 水平较高，以上结果表明tCho 水平与潜在分子特征的差异或肿瘤分期相关，tCho 水平升高与更具侵袭性或更快的细胞复制和较差的预后因素相关[3,15-17]。Hu 等[18]采用多体素氢质子磁共振波谱（multivoxel proton MR spectroscopy，MRSI）基于tCho的伪彩图探测病灶内胆碱“热点”，表明MRSI 可以反映肿瘤代谢物的区域分布和组织异质性，有助于选择最佳活检部位。

3.3 乳腺癌新辅助化疗后的疗效评估 新辅助化疗（NAC）的总体反应率为63%，病理完全缓解仅为19.2%[19]。1H-MRS 可以观测到发生形态变化之前的代谢变化。Zhou 等[20]观察开始化疗后24 h 到1 周甚至更长时间内tCho 的变化，发现NAC 反应组的tCho 水平在化疗24 h 后即可降低，而肿瘤的体积并未发生显著变化，这与化疗药物在24～48 h 内杀死肿瘤细胞相符，此时仅有肿瘤细胞密度或代谢活性减低，而无形态学退缩，因此NAC 后tCho 水平的变化较体积变化更敏感；此外，反应组tCho 显著降低，而非反应组无明显下降，可能提示早期反应预测，tCho 减少甚至消失与有利的病理学反应相关，而tCho 变化不大或升高可能提示病灶稳定或进展[21]。

4 影响tCho 可检测性的临床技术问题

含胆碱化合物分子浓度通常比水和脂质低约4～5个数量级，因此1H-MRS 测量代谢物通常受到脂肪及敏感度的限制，并且单体素技术定位困难。当不属于乳腺癌病理过程的组织包含在体素中时，导致局部磁场均匀性降低。

4.1 脂质及脂肪抑制情况 乳腺1H-MRS 常受脂肪峰的影响。当脂肪在体素内但不构成病变的成分时会使tCho 的检测性降低[22-24]：一方面，体素内的脂肪会造成基线不稳及局部磁场不均匀，导致tCho 峰减小；另一方面，脂肪和脉冲梯度相互作用产生边带伪影，影响tCho 峰的辨认及检测。抑制脂肪最简单的方法是增加回波时间（TE），由于脂肪的T2（约100 ms）比tCho 的T2（>350 ms）短，随着TE 延长，脂肪幅度下降，tCho 的检测性增加，但TE 过长也会引起tCho信号丢失，检测tCho 的最佳TE 为110～270 ms[25]。此外，Bolan 等[22]研究发现，与单个TE 相比，平均TE采集可以降低对脂肪含量的敏感性，显著减少边带伪影，提高存在丰富的脂肪信号时tCho 的检测性。总之，这两种方法均可用于降低脂肪对tCho 的影响，但多次采集、采集时间延长，临床应用存在困难。

4.2 敏感度

4.2.1 信噪比 乳腺1H-MRS 中含胆碱代谢物的信号通常很小，高SNR 采集可以获得胆碱信号的精确描述。SNR 与场强、体素大小呈正相关，对于基于梯度回波的T1 加权序列，3T 场强设备成像的SNR 较1.5T可增加大约1.6～1.7 倍；此外，较大磁场强度相关的SNR 增益也取决于乳房线圈质量，已知使用较大线圈数和较小元件并提供紧密解剖配合的线圈可显著提高SNR[9]。

4.2.2 造影剂 钆对比剂可以增加组织的磁敏感性，影响质子的弛豫时间，增加谱线的带宽，从而低估胆碱含量[9,26]。Lenkinskil 等[27]及Baltzer 等[13]的研究表明，带负电荷的钆对比剂可与胆碱以离子方式结合而使tCho 峰下面积平均减少40%～45%，影响定量分析的准确性，而中性钆对比剂则影响较小。目前，大多数研究使用的钆对比剂为带负电荷Magnevist，可能低估tCho 水平，同时T2*效应随着场强的增加而变强。与1.5T 研究相比，钆对比剂对1H-MRS 的影响可能在3.0T 时更为突出，因此建议在乳腺1H-MRS 的研究中使用中性钆对比剂[26]。

4.2.3 病理分型、病变大小、形态及出血 乳腺癌本身的特征可能是造成tCho 范围广泛的原因，1H-MRS参数和肿瘤大小之间存在显著相关性，其可检测的敏感度与病变大小呈线性相关，当>3.0 cm 时，敏感度达82%；当<1.5 cm 时，敏感度仅为29%[3,10,28]。导管原位癌的检出率低于浸润性导管癌[3,8]，其原因为浸润性导管癌较导管原位癌更具侵袭性，故tCho 水平在导管原位癌中较低；此外，导管原位癌常呈非肿块型，而浸润性导管癌多呈肿块型，与肿块型病变相比，非肿块型病变的tCho 水平和可检测率更低[7,9,28]，因此导管原位癌tCho 常为阴性。Tse 等[29]研究发现tCho 峰在良性病变、叶状肿瘤及低级别、低增殖的恶性病变中均为阴性，这些病变HER-2基因均未过表达，表明1H-MRS 的tCho 峰与HER-2过表达之间存在一定的相关性，HER-2无过表达的病例会出现假阴性；此外，6 例叶状肿瘤（4 例良性、2 例交界性）tCho 均为阴性，可能与基质成分是其主要肿瘤成分有关，表明乳腺间质瘤一般不具有可检测的tCho。乳腺细针穿刺活检术（fine-needle aspiration biopsy，FNAB）后局部出血会降低局部磁场均匀性，影响谱线的识别以及tCho峰的准确测量。目前鲜有文献报道精确的FNAB 与乳腺1H-MRS 的间隔时间，为了保证1H-MRS 的准确，建议在FNAB 之前行1H-MRS 检查。

4.3 体素定位 体素定位需最大化病变的覆盖范围，并最大限度地避免邻近纤维腺体或脂肪组织、标记物、出血和坏死的干扰。Mizukoshi 等[8]于增强扫描后行1H-MRS 研究显示，体素定位的准确性得到改善，但这种方法忽略了GBCA 对谱线的影响。由扩散加权成像（DWI）计算出的表观扩散系数（ADC）可预测肿瘤细胞的增殖能力，ADC 值越低，肿瘤活性越强，并且tCho 水平与ADC 呈负相关[30]，理论上DWI 可用于体素定位；Kawai 等[26]采用单次激发EPI-DWI 和T2-fs 结合的方法，结果准确定位65%的病变，性能略低于增强扫描后。与单次激发EPI-DWI 相比，分段读出EPI-DWI 可显著提高图像质量和病灶的细节信息。Sun 等[30]使用高分辨率DWI 定位得出，当tCho SNR和tCho 浓度阈值分别为2.0、17.6 mmol/kg 时，敏感度和特异度分别为95%、75%和85%、93%，证实高分辨率DWI 可作为一种备选方案，尤其对于GBCA过敏及肝肾功能不全的患者。总之，对于较大的肿块型病变，建议在增强扫描前行1H-MRS 检查；而对于小的及非肿块型病变则建议增强扫描后进行此项检查[26]。

5 总结与展望

乳腺1H-MRS 的临床应用前景广阔，但存在以下不足：由于设备允许的最小感兴趣区为8 mm×8 mm×8 mm，多数研究规避了非肿块型及<1 cm 的病变；多站点获得定量乳腺1H-MRS 存在技术挑战[24]，没有统一的诊断标准，缺乏横向及纵向对比研究；在疗效评估方面，tCho 发生变化的时间报道不一，且随着化疗的进行，由于肿瘤退缩及治疗中发生液化坏死等，体素放置及患者的轻微运动均会造成偏差，亦难以评估其临床效用。未来采集协议的标准化、高场强磁共振的应用和tCho 定量分析的协同组合将极大地改善乳腺1H-MRS 的可用性和临床效用。