数字乳腺断层摄影及其合成二维影像技术在乳腺癌筛查中的研究进展

常钟予 柳杰 路红

乳腺癌是影响全球女性生命最常见的恶性肿瘤之一[1]，发病率居女性肿瘤的首位，发病人数增长迅速且呈年轻化趋势[2]。早诊断、早治疗是降低乳腺癌病人死亡率的关键[3-4]。因此，乳腺癌的筛查和诊治越来越引起全球女性的关注。全视野数字化乳腺摄影（full-field digital mammography,FFDM）是目前筛查早期乳腺癌和降低其病死率最有效的检查方法[5]。它是对原本三维的乳腺组织进行投射，将得到的信号转换生成乳腺的二维影像。但是，此方法会因乳腺组织重叠而降低病变的可见度，尤其对于致密型乳腺的检查能力受限，可能导致漏诊或误诊；而数字乳腺断层摄影（digital breast tomosynthesis,DBT）作为一种新的数字摄影方法，利用X线管在乳腺上方旋转，可从不同角度投照，将所获得的投影重建为三维影像，并采用单独或连续播放的形式显示乳腺中不同位置和形态的病灶[6]。因此，DBT可有效减少组织重叠的影响[7]，更好地区分正常组织和病变，但其辐射剂量较高。合成乳腺摄影（synthetic mammography,SM）是将DBT采集的一系列影像经过特定的后处理方式进行重建，得到类似于FFDM的合成二维影像。已有研究[8]证实SM的影像质量可用于诊断，它可能会逐渐替代传统FFDM。本文着重对DBT及SM在乳腺癌筛查及诊断中的优势和局限性进行综述。

1 诊断效能

1.1 检出率 DBT成像通过不同角度投照、重建获得断层影像，可减少二维影像中乳腺病变与纤维腺体组织的重叠，提高病灶的检出率。有研究[9]显示双采集检查（FFDM联合DBT、SM联合DBT）的检出率（8.1/1 000）比单采集检查（FFDM或SM）的检出率（4.5/1 000）更高。Cohen等[10]回顾性评估了在美国休斯顿24个社区乳腺中心进行的乳腺X线筛查结果，发现FFDM、FFDM联合DBT与SM联合DBT对于总体癌症检出率分别为4.04%、5.31%、5.82%，对于浸润性癌检出率分别为2.59%、3.64%、4.03%，对于导管原位癌检出率分别为1.45%、1.67%、1.81%。SM联合DBT与FFDM联合DBT的总体癌症检出率和浸润性癌检出率无显著差异，且均高于FFDM；对于导管原位癌，FFDM联合DBT检出率明显高于FFDM，而FFDM联合DBT和SM联合DBT检出率的差异无统计学意义。在意大利特伦托筛查计划中，Bernardi等[11]进行了前瞻性研究，对49岁以上的无症状女性分别行FFDM和DBT检查，并根据DBT数据集重建出SM影像，结果显示FFDM、FFDM联合DBT、SM、SM联合DBT的癌症检出率分别为：46%～100%（中位数59.5%）、75%～100%（中位数76%）、56%～76%（中位数64%）和67%～88%（中位数78%），表明双采集检查的检出率明显高于单采集检查，且证实SM的检出率优于FFDM。但是，也有研究显示FFDM检出率与SM相似，如Murakami等[12]回顾性分析了136例病人（其中浸润性导管癌112例，导管原位癌16例，浸润性小叶癌1例，其他癌症7例）的FFDM和SM检查，结果显示SM和FFDM的癌症检出率分别为84.2%和87.8%，在乳腺密度（SM与FFDM对于84例致密型乳腺的检出率分别为81.0%和83.9%，对于52例非致密型乳腺的检出率分别为89.5%和95.2%）、肿瘤大小（SM与FFDM对于直径≤1 cm肿瘤的检出率均为56.7%，对于直径在1～2 cm肿瘤的检出率分别为83.3%和88.9%，对于直径＞2 cm肿瘤的检出率分别为96%和97%）和钙化（SM与FFDM对于钙化型乳腺癌的检出率分别为92.9%和98.8%，对于非钙化型乳腺癌检出率分别为80.4%和83.5%）等亚组分析中虽FFDM检出率高于SM，但差异均无统计学意义。

1.2 召回率 一些回顾性研究表明FFDM与SM、SM联合DBT与FFDM联合DBT的召回率相似。Zuley等[13]回顾性研究了123例病人的FFDM、DBT及SM影像（其中无明显病变52例，肿块30例，不对称性致密9例，结构紊乱5例，成簇钙化19例，肿块伴钙化8例），结果显示，对于已证实的癌症病例，SM和FFDM的召回率分别为90%和92%，SM联合DBT和FFDM联合DBT的召回率分别为93%和95%；对于已证实的良性病例，SM和FFDM的召回率分别为34%和37%，SM联合DBT和FFDM联合DBT的召回率分别为31%和30%，上述两两比较的召回率差异均无统计学意义。另有回顾性研究显示FFDM联合DBT召回率高于SM联合DBT，如Zuckerman等[14]从2011—2013年采用FFDM联合DBT对15 571名女性进行筛查，2015年对5 366名女性进行了SM联合DBT筛查，发现SM联合DBT的召回率（7.1%）明显低于FFDM联合DBT（8.8%）。但是，在前瞻性试验中却得到了不同的结论，SM单独或联合DBT的召回率优于FFDM单独或联合DBT检查，且双采集检查效果优于单采集检查，如Bernardi等[15]的一项前瞻性研究比较了双采集摄影（FFDM联合DBT或SM联合DBT）与FFDM的数据，结果显示，与FFDM（3.42%）相比，FFDM联合DBT（3.97%）和SM联合DBT（4.45%）的假阳性召回率明显增高。60岁以下组，FFDM联合DBT（4.31%）与FFDM（3.94%）的假阳性召回率没有显著差异，而SM联合DBT（5.01%）均高于FFDM、FFDM联合DBT。60岁以上组，FFDM联合DBT（3.48%）、SM联合DBT（3.63%）的假阳性召回率均高于FFDM（2.65%）。

1.3 特异度 大量文献报道DBT断层影像减少了FFDM影像中乳腺病变与纤维腺体组织的重叠，可更准确直观地显示肿块型病灶的边缘。由DBT重建出的SM影像虽可提高诊断的特异度，但多与FFDM的特异度相近。Choi等[16]回顾性研究了107例T1期乳腺癌病人和107例乳腺X线影像无异常者的FFDM、DBT与SM资料，研究分亚组进行，在致密型乳腺组（159例），虽然SM特异度均高于FFDM，但其中只有一项观察结果（SM与FFDM的特异度分别为88.9%和75.3%）的差异有统计学意义；在非致密型乳腺组（55例），SM和FFDM特异度均无统计学差异。对于钙化组（35例），SM的特异度虽高于FFDM，但差异无统计学意义。另有研究者[17]回顾性分析276例病人（共257个病灶，其中恶性212个，良性45个）的SM与FFDM检查结果，两者的特异度均为91.1%。尤等[8]进行的前瞻性试验中，FFDM、SM、FFDM联合DBT、SM联合DBT的特异度分别为94.2%、93.2%、89.3%与89.3%，表明FFDM与SM的特异度相近，两者分别结合DBT后特异度均有所降低。

FFDM对于钙化具有高对比度分辨率，有助于检测成簇的微钙化，而DBT中钙化颗粒分散在多个薄层影像中，容易被忽略，但SM作为合成影像，在检测微钙化方面仍存在争议。有研究者认为SM与FFDM具有相同的特异度，联合DBT后特异度不变，如Choi等[18]回顾性研究了198例乳腺X线影像显示微钙化病人的DBT、SM和FFDM数据，结果显示，FFDM、SM、SM联合DBT、FFDM联合DBT检测钙化的特异度相同。另有研究者持不同意见，认为SM联合DBT后特异度降低，如Lai等[19]回顾性分析了因微钙化而召回的72例病人的FFDM、DBT和SM影像，结果显示FFDM、SM联合DBT检测总体微钙化的特异度分别为97%和95%，检测恶性微钙化的特异度分别为98%与95%。SM影像对于检测微钙化存在局限性：①主要因为SM是由DBT重建而来，其空间分辨率至少降低50%；同时，DBT系统中X线球管的连续运动也会导致焦点模糊，降低有效分辨率。②病人在DBT采集期间的运动可能会降低重建影像的清晰度。③DBT重建伪影也可能会扭曲微钙化的形态[20]。

1.4 敏感度 大量回顾性研究显示FFDM总体的敏感度与SM相似，而在前瞻性试验中这2种方式分别结合DBT后敏感度有所升高。一项回顾性研究[17]发现SM和FFDM的敏感度分别为83.5%和82.6%；而一项前瞻性试验研究[8]显示，FFDM、SM、FFDM联合DBT、SM联合DBT的敏感度分别为70.3%、70.3%、90.5%和90.5%，表明双采集检查的敏感度明显优于单采集检查。张等[21]进行的前瞻性研究也得到了相同的结论。

在检测钙化的敏感度时，研究者们认为单独SM和FFDM或两者分别联合DBT结果没有差异。Lai等[19]报道，FFDM和SM联合DBT检测总体微钙化的敏感度分别为80%和75%，检测恶性微钙化的敏感度分别为92%和94%，表明2种检查方式对于检测总体及恶性微钙化具有相似的敏感度。另有研究者[18]对198例病人的FFDM、DBT、SM影像中微钙化的显著性进行评分，采用受试者操作特征（ROC）曲线下面积分别对全组及致密型乳腺亚组的SM联合DBT、FFDM联合DBT、SM、FFDM进行比较分析，结果均无统计学差异；在判断全组及致密型乳腺亚组的微钙化是否为恶性时，SM和FFDM单独使用或分别联合DBT的ROC曲线下面积也均无统计学差异。

2 影像质量

SM影像的整体质量较FFDM低，只有在对比噪声比特性方面，SM优于FFDM；但随着SM软件的开发，通过一些后处理操作也能够有效改善SM的影像质量。Barca等[22]和Nelson等[23]均使用体模进行FFDM和SM影像质量分析，发现SM的信噪比低于FFDM，而对比噪声比高于FFDM。Nelson等[23]通过软件分析发现SM影像能够增强中等或较大钙化的可视性，但对于较小的高对比组织结构和所有低对比组织结构，SM成像性能会被减弱。因此，在SM影像中能够清楚地观察到一些较大钙化点，而有些细小钙化在SM影像中显示模糊或不可见，但在FFDM影像中却能够被清晰地分辨出来；同时在SM影像上，在较大钙化附近还存在一些因重建而出现的条纹伪影，因此SM影像分辨力和对微钙化的检测不及FFDM。另外，由于FFDM联合DBT的采集时间延长，可能导致病人发生运动形成伪影，以及活检夹等高密度物体在检查中引起的金属光环伪影，这些都会影响影像质量[24]。Peters等[25]随机抽取100张包含正常、良性或恶性病变的乳腺X线片，回顾性评估了SM的整体成像性能和病变显示情况，使用金属伪影后处理软件对有金属伪影的病例进行后处理，研究结果显示，在使用软件后处理前对所有病例整体影像质量评分的平均得分为0.39，后处理后的平均得分为0.40。在金属伪影后处理前对所有病例的病变质量评分的平均得分为0.46，后处理后的平均得分为0.58，表明后处理软件减少了乳腺内高密度物体（如活检夹）在SM影像上形成的光环伪影，有效改善了影像质量。

3 辐射剂量

有文献[12]报道，FFDM、DBT和FFDM联合DBT的平均腺体剂量分别为1.15、1.67、2.82 mGy，FFDM联合DBT的辐射剂量近乎是DBT的2倍。张等[21]研究显示FFDM联合DBT的辐射剂量（3.90 mGy）明显高于SM联合DBT（1.95 mGy）。另有文献[19]表明SM因消除对单独FFDM的采集，可将筛查时的辐射剂量降低约45%。Zuckerman等[14]发现SM联合DBT的总剂量（4.88 mGy）比FFDM联合DBT的总剂量（7.97 mGy）低39%。SM影像由DBT重建而成，SM联合DBT的辐射剂量即为DBT的辐射剂量。对比FFDM、DBT、FFDM联合DBT、SM联合DBT这4种检查方式，FFDM联合DBT辐射剂量最高，其次为DBT和SM联合DBT，FFDM辐射剂量相对较低但诊断性能也相对不高，而SM联合DBT则有效地平衡了辐射剂量和诊断效能。

4 局限性

尽管大量文献显示DBT联合SM的诊断效能优于FFDM，双采集检查效果也优于单采集检查，但DBT联合SM仍存在一定局限性。

4.1 判读时间的延长 DBT较FFDM有更长的判读时间。Skaane等[26]的研究显示FFDM影像的平均判读时间为45 s，而DBT影像的平均判读时间为91 s。Wallis等[27]研究显示，2个体位DBT的平均判读时间为124 s，单体位DBT的平均判读时间为97 s；FFDM的平均判读时间为67 s。维也纳乳腺筛查项目研究[28]发现，医生对FFDM的阅片时间为每小时60幅影像，而对SM联合DBT的阅片时间为每小时38.5幅影像，后者的阅片时间明显延长。

4.2 信息的存储与传输问题 因DBT会生成比FFDM多数倍的影像，因此需要更大的存储空间[29]。在日常工作中，大量的DBT影像大大降低了图像存储与传输系统的传输速度，严重影响了乳腺筛查的效率。SM影像是以DBT影像为基础重建的，因此SM技术的诞生并不能改善信息存储与传输的问题。

4.3 检查成本的增加 购置设备时，DBT系统的成本远大于FFDM。在摄影过程中，DBT因X线球管多次曝光加剧损耗[30]，会导致维修成本增加；同时，病人进行DBT检查缴纳的费用远高于FFDM[31]，增加病人的经济负担。

5 展望

综上所述，乳腺X线摄影技术因操作便捷、诊断准确率高，已被广泛应用于乳腺疾病的诊断。DBT可减少乳腺组织重叠的影响，提高了诊断的敏感度和特异度，尤其对致密型乳腺更具优势。SM影像是由DBT重建而成的，SM联合DBT兼备FFDM和DBT的优点，已逐步应用于临床。目前，随着后处理软件的不断改进和完善，可确保SM更高的成像质量[32-33]，从而整体诊断效能也得到更好提升，有望逐步取代FFDM且具有广阔的应用前景。