探讨单、双指数信号衰减模型的磁共振弥散加权成像在乳腺病变上的应用（可编辑）

探讨单、双指数信号衰减模型的磁共振弥散加权成像在乳腺病变上的应用（可编辑） 探讨单、双指数信号衰减模型的磁共振弥散加权成像在 乳腺病变上的应用 分类号 学号 M200975703学校代 码 1 0 4 8 7 密级 硕 士 学 位 论 文 探讨 单、双指数信号衰减模型 的磁共振 弥散加权成像 在乳腺病变 上的应用学 位 申 请 人 陆玮 :学 科 专 业 医学影像 : 学与核 医学 指 导 教 师 夏黎明 :教授 答 辩 日 期 201 : 2. 5A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Research on DWI monoexponential and biexponential Signal decay Analysis With Pathological Specimen of Breast Candidate : Lu Wei Major: Medical Imaging and Nuclear Medicine Supervisor : Prof. Xia LimingDepartment of Radiology Tongji Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology Wuhan, China May, 2012 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。 尽我所知, 除文中已经标明引用的内容外, 本论文不包含任何其他个人 或集体已经发或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出贡献的个人和集体, 均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论 文作 者签 名: 日期:年 月 日 学 位 论 文 版 权 使用 授 权 书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和 借阅。本 人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索, 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 密 ? ,在年 解 密 后 适 用 本 授 权 书 。 本论文 属于 不 保 密 ? 。 ( 请 在 以 上 方 框 内 打 “ ?”)学位论 文作 者签 名:指导 教师 签 名 : 日期:年月日 日期 :年月日 目 录 摘要. 1 Abstract 3 1 引言. 5 2 材 料与方 法 6 3 结果 8 4 讨论. 16 5 . 20 参考文 献 21 综述24 致谢43 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要 目的 : 通 过 测 量 乳 腺 各 种 疾 病 的 单 指 数 模 型 ADC 值 , 双 指 数 模 型 Fast ADC 值、 SlowADC 值、 快速 ADC 成分所占比例, 比较乳腺不同疾病之间各参数间的统计学差 异,探讨单指数、双单指数的 DWI 成像在乳 腺病变的应用价值。 材 料和 方法: 收集 40 例经 临床诊断为乳腺肿块病人, 对所有患者进行 MRI 常规平扫、 2 单 b 值弥散加权成像 (取 b0,800s/mm ) 、 多 b 值弥散加权成像、MRI 动态增强扫描 。 2 多 b 值弥散加权成像采 用 11 个 b 值, 最大 b 值为 3000s/mm 。利用 AW4.4 工作站 对各乳腺疾病的单指数、 双单指数的 DWI 原 始图像进行分析, 分别测量各疾病的单 b 值的 ADC 值(apparent diffusion coefficient ,ADC ) ,表观扩散系数值(standard apparent diffusion coefficient ,ADC ) ,快速表观扩散系 数值(fast apparent diffusion St coefficient ,ADC ) , 慢 速 表 观 扩 散 系 数 值 (slow apparent diffusion coefficient , Fast ADC ) ,快速扩散所 占比率(fraction of fast ADC ,f )。 Slow fast 结 果: 1、 各类 乳腺肿块 的单指数信号衰减模型测得 的 ADC 值有显著差异, 从大到小依 mono 次为:正常腺体良性病变恶性病变,囊肿的 ADC 范围跨度较大。 mono 2、双指数信号衰减模型测得 乳腺囊肿 ADC 、ADCs 均较对照 组正常 乳腺腺体组 fast low 织大,差异有统计学意义。 3、 乳腺良性 肿块参数与 乳腺正常组织比较只有 f 有统计学差异, 但 ADC 、 ADC fast fast slow 有明显规律,ADC 遵循顺序: 乳腺腺瘤伴 纤维结节 导管内乳头状瘤 腺瘤伴黏液 fast 样变 慢性淋巴结细胞性乳腺炎; ADC 遵循循序: 乳腺腺瘤伴纤维结节 导管内 slow 乳头状瘤?慢性淋巴结细胞性乳腺炎 腺瘤伴黏液样变。 2 4 、II 级浸润性导管癌 (n21 )慢速 ADC 平 均值 (ADC 0.573?0.122mm /s ) 显著 slow 2 低于正常腺体 组织 (ADC 0.974?0.342mm /s ) ; 肿瘤快速 ADC 平均值 (ADC slow fast -3 2 3.877?1.965×10 mm / s )与正常腺体组织 快速 ADC 平均值(ADC 3.613?0.670 fast -3 2 ×10 mm / s )没有显 著差异 ,但是它的快速成分所占比例 f 与正 常腺体快速成分 fast 所占比例有 差异 ( II 级 浸 润 性 导 管 癌 f 0.289?0.131 , 正 常 腺 体 组 织 fast f 0.534+0.198 ) 。良恶性病灶组间对比也发现 明显类似的规律。 fast1 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 结论: 单 、 双指数不同 ADC 值在诊断乳腺良、 恶性病灶, 各具有其 优点, 正常组 织、 良性病灶、 恶性病 灶单指数信号衰减模型 ADC 有显著统计学差异。 双指数衰 mono 减模型计算的正常腺体、 良性病灶、 恶性病灶的参数 (f 、f 、ADC ) 有统计学 fast slow slow 差异, 而 ADC 没有 显著统计学差异, 从这一点来推测, 双指数 ADC 值反 应的是肿 fast 瘤密度特点, 乳腺肿瘤 ADC 值下降主要归因于细胞成分比例的增加而不是 细胞外成 分比例的减少, 细胞内水分子扩散受限,从而导致 ADC 较低。 Slow关 键词 : 表观弥散系数 双指数信号 衰减, 乳腺磁共振成像, 扩 散系数 成分所占比例, 弥散加权成像2 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Abstract Objective: Many studies have reported the importance of attenuation of Apparent Diffusion Coefficient ADC values of DWI signal to identify benign and malignant breast lesionsBut tissues in vivo don’t display a linear mono-exponential decay of ADC values, but rather a bi-exponential one; and thus they could be divided into fast ADC and slow ADC fast slow diffusion component using a simple bi-exponential decay model. The purpose of this study was to examine the non mono-exponential characteristics of the diffusion weighted magnetic resonance imaging signal attenuations of breast, to estimate the fast and slow diffusion components, and to compare them with pathological specimenFifty one cases of clinical breast lumps were collected who underwent a preoperative single-b and multi-b DWI. The DWI signal attenuations were analyzed using mono-exponential and bi-exponential decay function; and the ADC, ADC , ADC ; and fraction of fast ADC fast slow were calculated and compared Materials and Methods: Patients with clinically and pathologically proven breast lumps were collected and studied with conventional MRI scan, single-b DWI with b 0, 800 2 2 s/mm , multi-b DWI with 11 different b values up to 3000 s/mm , and dynamic contrast-enhanced MRI scanThe multi-b DWI from the normal and abnormal portions of the breast tissue were analyzed and compared; and reconstruction of the ADC map, ADC fast map, ADC map and fraction of fast ADC were done using using AW 4.4 workstation slow Results: The ADC of various types of lesions were significantly different, in decreasing mono order of: normal glands benign lesions malignant lesions; while the ADC of cyst had mono a wide range of values. The ADC , ADC of cysts using bi-exponential signal fast slow attenuation model was greater than the parameters in the group of normal glandular tissue, and the difference was statistically significant. In parameters of benign breast lesion just f fast had significant difference, whereas the ADC and ADC obviously follow the same fast slow3 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 decreasing order sequence: fibrous nodules intraductal papilloma fibrous nodules with myxomatous change chronic lymphocytic mastitis. Slow component ADC 0.573 ? slow 2 0.122mm / s of invasive ductal carcinoma II n 21 was significantly lower than normal 2 glands ADCslow 0.974 ? 0.342mm / s; their fast component ADC 3.877 ? 1.965 fast -3 2 -3 × 10 mm / s almost equal to the normal glandular tissue ADC 3.613 ? 0.670 × 10 fast 2 mm / s , but the fraction of the fast component f had significant difference fraction of fast fast component of cancer tissue f 0.289 ? 0.131; fraction of fast component of normal fast glands f 0.534 +0.198. The benign and malignant lesions group also had a similar fast findingConclusion: Analysis of DWI signal attenuation of breast tumours using mono and bi- exponential function shows that ADC using mono-exponential signal attenuation model mono have statistically significant differences. The parameters of normal glands, benign lesions and malignant lesions f , f , ADC using bi-exponential decay model also have fast slow slow significant differences, whereas ADC has no statistically significant differences. This fast result suggests that the main reason for the decrease in ADC values of a breast tumour is decrease in fraction of the fast component and the increase in fraction of the slow component having a low ADC values rather than the decrease in ADC values of the fast component by the restricted water diffusion in the reduced extracellular spaces Key words: Apparent Diffusion Coefficient biexponential Signal decayBreast MRI Components FractionDiffusion Weighted Imaging 4 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1. 引言 磁共振 弥散 加权 成像 (DWI )首 先运 用在 临床 脑检查 ,目 前已 渐 渐 运 用于全 身各 部位。 由于它能够显示 恶性肿瘤的水分子弥散明显减慢, 临床主要用来检 测恶性肿瘤 [1-3] [4-5] 。 。 乳腺癌是女性最 常见的恶性肿瘤之一 ,目前很多研究报道 了 DWI 信 号衰减 [6-8] 表观弥散系数 ADC 值鉴别乳腺病灶良恶性 :分析 1.5T 磁共振 DWI 扫描 数据,其 诊断乳腺疾病的 灵敏度为 89% ,特异度 77% , 这个结果与 Peters 等分析 的动态增强 诊断效果相似 , 后者鉴别良恶性病灶 灵敏度0.90 (95%CI,0.88-0.92) , 特异度 0.7 [8-10] (95%CI ,0.67-0.77) 。但是 ADC 值鉴别乳腺良恶性 肿瘤的临界值范围非常大, [11] -3 2 -3 2 从1.1*10 mm /s 到1.6*10 mm /s 不等,并明 显受到高 b 值的影响。 。 经典 DWI 使用自旋回 波平面回波成像技术(SE-EPI),在自旋回波序列 180?脉 冲前后加上 双极扩散敏感梯度磁场脉冲。弥散信号衰减遵循公式: S /S =exp -bD [1] b 0 S 代表没有扩散加权时的信号强度,S 代表扩 散加权时的信号强度,D 即表观弥 0 b 散系数。 通过标绘信号衰减半对数功能曲线获得 ADC 值。 但公式测 量的 ADC 值存在 一个问。 构成像素的 微观组织包含很多细胞及细胞周围结构, 水分子所处的微环境 不同,水分子的弥散也由于像素包含细胞内、外组织而不同。 这表明,一个 ADC 值 不足于代表像素里的全部水分子弥散,这就造成单指数模型分析 DWI 信号 衰减背离 [12-14] 了单指数模型线性关系,很难真正计算出准确 ADC 值。 [15] Karger 证实磁化组织 微观物团非线性衰减可用 2 种组成分别代表 (快速成分及 慢速成分),并遵循公式: S /S =f exp -bD +f exp -bD [2] b 0 fast fast slow slow 2 其中 D 和 D 分别 代表组织的快速 扩散 系数和慢速扩散系数,单位为 mm /s , fast slow f (fraction of fast ADC ) 和 f (fraction of slow ADC ) 分别代 表快速 成分所占比 fast slow 例 和 慢速 成分 所占 比例 , 就是扩 散成 分所 占的容 积 分数 , f +f 1 。 S 是扩散 fast slow b 系数为 b 时的信号幅度,S 是没有扩散时的信 号 强度。 0 利用公式 2 ,Niendorf 分析小鼠脑缺血灶信号衰减,观察到 f , f 的变化 与 细 fast slow [16] 胞 水 肿 相 关 , 提 议 将 模 型 分 为 细 胞 外 、 细 胞 内 成 分 是 可 行 的 。 然 而 , 通 过 公 式[2]5 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 计算 f :f 9 :1~7:3, 通过物理方法得到细胞外、 细胞内实际比例为 1:9 ~3:7, fast slow 这个差距非常大。 之后, 很多学者研究了这个矛盾, 指出可能由于弥散受灌注或细胞 [17] 膜限制的影响 , 还有 学者认为 由于细胞外、 内空间各自弛豫时间不同, 及其他种种 [18, 19] 原因 。不过,双指 数信号衰减具体机制仍不清楚。 近来,临床上多使用参数 f , f ,ADC , ADC 描述组织性质 ,双指数信 fast slow fast slow [16] 号衰减模型在人类大脑缺血灶、 水肿、 肿瘤及 放疗后改变获得的参数明显不同 ,前 [20, 21] 列腺组织双指数信号衰减模型临床也在尝试,其可行性有待进一步证实 。 本研究旨在探索乳腺单 b 值及多 b 值弥散加权成像的临床应用,分 析双指数模型 公式, 比较 乳腺正常组织、 良性、 恶性实 性病 灶获得的参数, 了解这些参数与疾病类 型的相关性。 2 材 料与 方法 2.1 研 究对 象 收集临床触诊触及肿块的病人作为研究对象, 女性,50 例,年龄 26 ~68 岁,平 均年龄 42 岁,所有患 者无隆乳整形史。所有志愿者均被告知影像检查方法,自愿接 受各序列MRI 扫描。 所 有肿块随后均进行切除, 最后诊断以手术切除标本组织病理学 检查为准。 核磁共振扫描与肿块切除时间间隔 2~40 天(平均 15 天),同时扫描前 未经过任何化疗或放疗。 表 1. 病理证实病理类型如下:良性病灶 21 恶性病灶 30 纤维腺瘤 3 非典型性髓样癌 1 乳腺腺病 2 导管内乳头状癌 1 囊肿13 浸润性导管癌 I 级1 导管内乳头状瘤 1 浸润性导管癌 II 级21 慢性乳腺炎2 浸润性导管癌 III 级 6 2.2 成 像方 法 6 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 成像设备为 GE Signa 3.0T 超导型磁共振扫描仪。8 通道乳腺专用相控线圈。受 检者俯卧位, 双侧乳腺自然悬垂于检查线圈内, 对乳腺脂肪化较明显的病人, 用垫子 适当填充固定, 头足位进入主磁场。 ?先定位扫描,再行双乳横轴位快速梯度回波 T1WI 描,TR640ms,TE7.6 ms 。层厚 4 mm, 层距 4mm, 矩阵 320×224。T2WI 采用横轴位及矢 状位脂肪抑制的短时反转恢复序列描,TR5000 ms,TE102.5 ms ,层距 4 mm, 矩阵 384× 256。?单 b 值弥散加权成像DWI 采用单次 激发自旋平面回波序列,弥散因子 b 值选 -2 用 0,800s ?mm ,TR6000 ms,TE66.4ms, 层厚 4 mm, 间隔 4 mm,128 ×128,NEX6。多 b 值为 3 个方向的扩散加权采集,取 11 个 b 值:0、5、10、20、50、100 、200、400、 2 800、1200、2000、3000s/mm , 扫描结束后每 一个层面共获得 34 幅图像, 其中, 第 1 2 幅为来自 b0 s/mm 时 的各向同性图,其余 33 幅为来自 11 个不同 b 值时在 3 个不同 扩散方向 上的图像,TR5000 ms,TE 107ms , 层厚 4 mm, 间隔 4 mm,128 ×128,NEX2; ?50 例 患 者 均 进 行 了 动 态 增 强 扫 描 。 采 用 美 国 GE 公 司 专 有 的 乳 腺 容 积 成 像 序 列 VIBRANT, 横轴位扫描,TR 4.4 ms,TE 2.1ms, 反 转角度 14?,层厚 5 mm,FOV 35cm, 矩阵 416 × 320 。对比剂采用钆喷酸葡胺注射液 Gd-DTPA, 德 国 先 灵 拜 尔 公 司 生 -1 产0.2mmol/kg, 以 2.5 mL ?s 的速率静脉快速团注。注药前先扫描蒙片 59s,如蒙片扫 描正常,进行增强扫描。高压注射器开始注药 后 25s 进行扫描,连续扫描 6 期,每期 59 s, 间隔 1s ,扫描时间共 359 s 。 2.3 图 像分 析及 评价指标 DWI 、 Multi-B value DWI 图像后处理采用 GE Advantage Windows 工作 站 Functool 4.4 软件,重建出表观扩散系数(apparent diffusion coefficient ,ADC ) 图,标准表观 扩 散 系 散 (standard apparent diffusion coefficient ,StADC ) 图 , 快 速 扩 散 系 数 (fast apparent diffusion coefficient ,Fast ) 图 , 慢 速 扩 散 系 数 (slow apparent diffusion ADC coefficient ,Slow ) 图, 快速扩散所占比率 (fraction of fast ADC ,f ) 图。 测量参 ADC fast 数包括 ADC 、ADC 、ADC 、ADC 、f 值。 其中 ADC 为多 b 值扩散加权序 St fast slow fast St 2 列选取其中单 b 值 1000 s/mm 所计算出的 ADC 值, 理论上等同于单 b 值 DW ( I b1000 2 s/mm )序列得出的 ADC 。 选取在增强序列呈肿块或结节样强化的病例, 舍 弃非肿块样强化的肿瘤病例 167 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 个 (包括炎性乳癌、 髓 样硬癌、 导管内原位癌等数例) , 因其影响准确绘制感兴趣区, 得到 38 个实性占位、13 个囊性占位的多 b 值弥散加权图像。感兴趣区(region of interest ,ROI ) 的 选 定 在 增 强图 像上 手 工放 置, 选 取增 强明 显 强化 的位 置 。因 为不 同 b 值的 DWI 可能存在 不同程度的变形,所以在增强图像上放置 ROL 后,根 据 AOC 图 进 行 适 当 的 调 整 。 为 保 持 不 同 扫 描 条 件 下 对 同 一 解 剖 部 位 定 位 的 一 致 性 , 减 少 由 ROI 位置的差异引起的 实验误差, 在弥散加权像肿块或结节选取增强明显强化的位置 多次取感兴趣区(ROI ) , 计算上述参数的平均值。 每个病灶均取对侧正常腺体部分作 为对照。 2.4 统 计学 方法 采用S P S S13.0 数据分析软件包完成数据处理、统计分析。计量资料用均数 x?标 准差 (x ? SD) 。 将病 灶与患者本人正常腺体测量参数进行平均值两两比较, 即 SNK-t 检验。P0.05 作为有显 著意义。 将良恶性病灶 各个参数平均值进行独立样本 t 检验, 以P0.05 作为检验水准。3 结果 2 表 2?6 第一行展现了 正常腺体组织、囊肿、良性肿瘤和恶性肿瘤在 b800s/mm 时的 ADC 值, 恶性病例 30 个, 考虑到在取 材时舍弃的 2 例导管原位癌 (因呈非肿块 样强化) ,其中有一例 DWI 信号显示欠清, 余均在 DWI 序列中表 现为高信号,得到 良好显示。 良性病灶 8 例,1 例纤维腺病病灶未能显示, 其余表现为稍高信号。13 个 2 囊肿在 DWI 序列上呈 高信号、 低信号均有, 测得 ADC 值跨度较大,0.000876mm /s ~ 2 0.00232mm /s 不等。 各 类病灶的 ADC 值之间有大小差异从大到小依次为: 正常腺体、 良性病变、恶性病变。囊肿 ADC 值不稳定。 表 2 展 示 正 常 腺 体 与 囊 肿 的 单 指 数 模 型 ADC 、f 没有统计学差异,囊肿的 st fast ADC 标准差较 正 常 腺 体 大 。 而 囊 肿 的 ADC 、ADC 均 大 于 正 常 腺 体 组 织 mono fast slow ADC 、ADC ,差 异有统计学意义。 fast slow 表 3 比较乳腺实性良性病灶与正常腺体组织的差异,单指数 ADC 小于 正 常 腺 mono 体组织, 差异有统计学 意义, 快速成分 ADC 比较有统计学差异, 慢速成分 ADC slow slow 比较没有明显差异。 8 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 表 4II 级浸润性导管癌 (n21 ) 慢速成分 (ADC 0.573?0.122mm /s ) 显著低于 slow 正常腺体;肿瘤快速成分 ADC 平均值(ADC 3.877?1.965×10-3 mm2 / s ) 几乎 fast 2 与正常腺体组织快速 ADC 平均值 (ADC 3.613?0.670×10-3 mm / s ) 相似, 但是 fast 它的快速成分所占比例 f 与正常腺体快速 成分所占比例有 一定差距(II 级浸润性导 fast 管癌 f 0.289?0.131, 正常腺体组织 f 0.534+0.198 ) , 在表 6 良恶性 肿块参数比较 fast fast 中, 也得到了类似的结果。III 级浸润性导管癌 (n6)ADC 、f 都 没有统计 学差异, fast fast 其他各 个参数均有统计学差异。 表 2 乳腺囊肿与患者本人正常腺体 DWI 各 参数均值?标准差及统计学比 较(n13) 正常腺体 囊肿x?s P 值 x?s -3 2 ADC ×10 mm /s 1.614?0.181 1.659?0.371 0.05 mono ADC ×10-3mm2/s 1.157?0.256 1.538?0.255 0.05 st -3 2 ADC ×10 mm /s 0.866?0.270 1.263?0.210 0.05 slow -3 2 3.374?0.359 3.519?0.332 0.05 ADC ×10 mm /s fast f 0.327+0.414 0.329?0.795 0.05 fast 表 3 乳 腺 良 性 病 灶 与 患 者 本 人 正 常 腺 体 DWI 各 参 数 均 值 ? 标 准 差 及 统 计 学 比 较 (n8 )正常腺体x?s 良性病灶x?s P 值 -3 2 ADC ×10 mm /s 1.615?0.185 1.548?0.385 0.05 mono ADC ×10-3mm2/s 1.337?0.174 1.456?0.516 0.05 st -3 2 ADC ×10 mm /s 1.007?0.185 1.135?0.488 0.05 slow -3 2 3.374?1.019 4.228?0.870 0.05 ADC ×10 mm /s fast f 0.499+0.302 0.409?0.281 0.05 fast 表 4 II 级浸润性导管 癌与患者本人正常腺体 DWI 各参数均值? 标准差 及统计学比较9 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 (n21 )正常腺体x?s II 级 浸润性导管癌x?s P 值 -3 2 ADC ×10 mm /s 1.865?0.231 0. 953?0.167 0.05 mono ADC ×10-3mm2/s 1.370?0.288 0.775?0.152 0.05 st -3 2 ADC ×10 mm /s 0.974?0.342 0.573?0.122 0.05 slow -3 2 ADC ×10 mm /s 3.613?0.670 3.877?1.965 0.05 fast f 0.534+0.198 0.289?0.131 0.05 fast表 5 III 级 浸润性导管 癌与患者本人正常腺体 DWI 各参数均值 ? 标准差及统计学比 较(n6)正常腺体x?s III 级 浸润性导管癌x?s P 值 -3 2 ADC ×10 mm /s 1.746?0.254 0. 899?0.145 0.05 mono ADC ×10-3mm2/s 1.262?0.188 0.744?0.099 0.05 st -3 2 ADC ×10 mm /s 0.893?0.180 0.563?0.058 0.05 slow -3 2 ADC ×10 mm /s 4.072?1.901 3.284?0.926 0.05 fast f 0.545+0.235 0.383?0.150 0.05 fast表 6 良性病灶与浸润性导管癌 DWI 各参数 均值?标准差及统计学 组间比较(n 6 良性 (不包括 2 例乳腺炎) ,n 28) 恶性 良性病灶x?s 恶性病灶x?s P 值 -3 2 ADC ×10 mm /s 1.548?0.132 0. 935?0.187 0.05 mono ADC ×10-3mm2/s 1.456?0.516 0.772?0.138 0.05 st -3 2 ADC ×10 mm /s 1.251?0.496 0.572?0.109 0.05 slow -3 2 ADC ×10 mm /s 3.915?0.760 3.854?1.875 0.05 fast f 5.408?0.194 0.308?0.133 0.05 fast 10 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 图 一、 乳腺 疾病 单 指数 DWI 图像 a b d c11 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 ef g a :乳腺囊肿;b : 导管内乳头 状瘤;c :乳腺腺瘤伴腺瘤样结节;d :乳腺纤 维腺瘤伴间质黏液样变性;e : 慢性乳腺炎;f :浸润性导管癌 II 级;g :乳腺非典型髓样 导管癌。 12 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 图 二、 乳腺双 指数 模型 DWI 图 ab 13 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 cd14 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文e f 15 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文g a :乳腺囊肿 ;b :乳腺腺 瘤伴 腺瘤样结节 ;c :慢 性淋巴细胞 性乳腺 炎 ;d :乳腺 导管内乳头 状瘤 ;e 乳腺纤维腺 瘤伴间质黏液样变 ;f :乳腺 II 级浸润性导管癌 ;g :乳腺非 典型性髓样 癌 4 讨论 一、 常 规单指 数 DWI 在 乳腺 疾病性 质评 价中的 价值 DWI 能够 利用水分子 弥散能力来确定组织 特 点。ADC 值是反映水 分子弥散和毛 细血管微循环的人工参数。为减低血流因素对感兴趣区内 ADC 值的 影响,b 取值不 2 [22] 宜低于 400s/mm 的 b 值 。 对乳腺病变的研 究,b 值的大小各家报道不一, 比较多 2[23] 见的是 700-l000s/mm 。在 1.5T 的机器上 一般以 1000s/mm2 为最适 b 值,在 3T [24] 2 磁共振机器上部分文献报道以 b 850s/mm 较 为常用 ,本研究认为在 30 T M R I 2 [25, 26] 上b800s/mm 对乳腺解剖结构显示及病变定性诊断最有价值。Degani 等 的研究 表明, 乳腺恶性肿瘤细胞增殖快, 细胞外空间较乳腺腺瘤明显小, 腺瘤细胞外水含量 高, 这可能是良恶性病变 ADC 值差异的机理。 以往的研究也证明乳腺病变的 ADC 值 由小到大依次为恶性肿瘤、良性肿瘤、正常腺体、囊肿,本实验从测得的 ADC 值上 来看基本符合上述规律。囊肿的 ADC 值跨度较大,考虑主要原因在于各囊肿内容物 的粘度不同, 含蛋白较高的浓缩型囊肿 ADC 值较低, 含自由水较多的囊肿 ADC 值较16 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 高。 另外, 观察多 b 值 DWI 图像不同 b 值下 病灶信号, 发现良恶性病灶在低 b 值时, 与周围正常腺体对比均呈明显高信号, 两者信号差异不大, 但是随着 b 值的升高, 这 2 两种差异逐渐显现出来, 在 b 为1000s/mm 时恶性病灶由于衰减比较慢, 因此在衰减 的正常腺体背景下呈极高信号; 反之, 良性病灶由于衰减比恶性病灶快, 更接近于正 常腺体衰减程度, 因此反差较小, 在高 b 值时 多为稍高信号甚至可出现低信号, 这与 [22] 文献 中所描叙的使用 多个 b 值扫描观察到的现象一致。 观察各病例 DW0I 误诊 、 漏诊病例, DWI 主要 有如下缺陷: 1) 直径小 于 1.0cm 的 病灶在 DWI 序列上显 示效果欠佳, 易漏诊;2) 非肿块型肿瘤, 如 导管原位癌 DWI 图显示欠清,ADC 值改变不明显, 易漏诊及误诊;3) 部分良性病 变 ADC 值测量结 果偏低,尤其是导管内乳头状瘤,可能与细胞排列密度有关。 另外, 良、 恶性病变的实际 ADC 也存在一定的重叠, 理论上良性病变细胞外间隙 应大于恶性病变, 两者 不应有重叠, 而实际情况由于某些恶性肿瘤的微血管灌注比较 丰富而弥补了细胞外间隙减小所引起的 ADC 减低,又有某些良性肿瘤细胞 排列比较 [27] 密集,ADC 值减低, 如导管内乳头状瘤,Tozaki and associates 报道 导管内乳头状瘤 是一种增生性良性肿瘤,其平均 ADC 值与肿块样非浸润性导管癌相似,这与我们的 结果相符 。这个现象可能 的解释就是导管内乳头状瘤的肿块细胞密度与恶性肿瘤相 似,DWI 信号衰减主要 受肿瘤细胞密度影响, 而不是细胞病理学类型影响。 这些原因 导致某些恶性病变与良性病变的 ADC 之间存在一定的重叠性。 总结 DWI 的特点, 其 无需造影剂, 检查时间 短, 特异性较高, 通过 检测人体组织 水分子的扩散能力,可以在形态改变之前发现病理生理改变,DWI 序列在乳腺诊断 中的应用虽不及动态增强的诊断效能,但优于 MRS 的诊断效能。通过 ADC 值的量 化对乳腺良恶性病变的鉴别有着很好的应用前景, 弥补了平扫的不足 , 或联合动态增 强等序列进行 诊断 ,更提高病灶诊断准确度。 二、 Multi-b values DWI 在 乳腺 疾病性 质评价 中的 价值 DWI 所得的 ADC 并不 代表着随机热运动,ADC 值的大小和方向于扩散屏障的通 透性和空间大小、 介质的粘滞度, 同时受毛细血管血流、 组织细胞对水的主动转动过 [28] 程、 病变区细胞器的数目和大小、 细胞间隙等的影响 。 而假设扩散 加权信号随 b 值17 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 的增加呈单指数衰减方式在很多情况下是不成立的, 尤其是当 b 值较 高时。 前期研究 乳腺肿瘤的弥散加权成像, 用公式 1 单指数信 号衰减模型分析 ADC 值, b 值可以取 2 [28] 到 1500s/mm , 细胞密 度与 ADC 值呈负相关性 。 ADC 值随着细胞 密度增长而减低, 但有些肿瘤呈现出不一样的弥散特点, 原因多考虑为液体粘度、 细胞渗透等等。 这一 点上, 双指数信号分析提供了组织弥散特点更为精确的资料。 因此, 我们使用高 b 值 2 (最大 b 值 3000s/mm )弥散加权成像,并 运用公式 2 进行双指数信号衰减分析。 公式 2 假定有快速组成和慢速组成。 使用较多不同 b 值进行扫描使得参数估算更加精 确,但临床扫描时间有限,考虑使用 11 个 b 值。得到 4 个参数(ADC 、ADC 、 st slow ADC 、f ),用统 计学方法鉴别正常腺体组织、囊肿、肿瘤组织 类型各参数的差 fast fast 2 异。 各组病例正常腺体 快速 ADC 值ADC =3.613?0.670×10 -3 mm /s 比先前报道 fast 2 的快速 ADC 值1.51 ~2.09 ×10 -3 mm /s 稍 高,一般来说,在高 b 值时,弥散信号 [28] 接近噪声水 平。在 过去 的研究中,Takayuki 在 Sukstanskii 提议使用 Levenberg ? Marquardt algorithm 算 法: S/S f exp-bD +1- f exp-bD + BG3 b 0 fast fast fast slow 与公式2 相比有轻微的改动,改变了 f 1 ? f ,并增加了 BG 。BG 主要作用 slow fast 2 是在 b 值较高 可达到 3000s/mm ) 时, DWI 信号衰减到噪声水平, 有了 BG 值能够 改善预算 ADC 值。本研究仍然采用公式 2 进行双指数信号衰减分析 。 理论上 ,单 纯性 囊肿 信 号衰减 符合 单指 数衰 减 模型, 文献 报道 双指 数 信号衰 减分 - 析 其 有 着 独 特 的 快 速 成 分 参 数 f =0.95 ?0.03, ADC =2.54 ?0.71 ×10 fast fast 3 2 mm /s 。 但浓缩型囊 肿有较大的慢速组成比率 f =1 -f =0.64 。 单纯性囊肿主 slow fast [28] 要 成 分 是 流 动 成 分 , 浓 缩 型 囊 肿 含 有 粘 性 高 蛋 白 成 分 。本研 究 显 示 囊 肿 - 3 2 f 0.329?0.795,ADC =3.519?0.332×10 mm /s ,囊肿 的 ADC 、ADC 均 大于 fast slow fast fast 正常腺体组织ADC 、ADC , 差异有统计学意 义 。 这个结果说明, 无 论是单纯性囊肿, fast slow 还是含有大量蛋白的浓缩型囊肿, 其快速成分 、 慢速成分均比正常腺体组织弥散衰减 更快。 比较良性肿瘤与正常腺体组织参数, 前者快速成分比率 (f 0.409?0.281 ) 较后者 (f fast fast18 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 =0.499+0.302 ) 有降低的趋势, 差异有统计学意义, ADC 值前者ADC =4.228?0.870 fast -3 2 -3 2 -3 ×10 mm /s, ADC =1.135?0.488 mm /s 较后者ADC =3.374?1.019 ×10 slow fast - 2 3 2 mm /s, ADC =1.007?0.185 mm /s 有 升 高 的 趋 势, 但 差 异 没 有 显 著 统 计 学 意 义 slow (表 8 )。由于样本量 较小(n8 ),包含了导管内乳头状瘤 1 例、 乳腺腺瘤 3 例、 慢性淋巴细胞性乳腺炎 2 例, 肿块成分复杂 , 从 良性病灶整体样本与正常腺体比较检 测不到有价值的成分, 可能良性病灶与正常腺体组织参数存在细微差异, 有待加大样 本进一步证 实。但是观察各个病例参数,ADC 、ADC 有明显规律,ADC 遵 fast slow fast 循顺序: 乳腺腺瘤伴纤维结节 导管内乳头状瘤 腺瘤伴黏液样变 慢 性淋巴结细胞性 乳腺炎; ADC 遵循循序:乳腺腺瘤伴纤维结节 导管内乳头状瘤?慢性淋巴结 slow 细 胞 性 乳 腺炎 腺 瘤 伴黏 液 样 变 。 这 与 它 们的病 理 学 特 征相 符 , 乳腺纤 维 腺 瘤 增加 的 是细胞成分及胶原纤维, 组织密实,ADC 、ADC 均小, 导管内乳头状瘤细胞排 fast slow 列密集,ADC 、ADC 稍偏小 , 腺瘤伴黏 液样变含大量黏液,ADC 、ADC fast slow fast slow 偏大, 慢性淋巴细胞性 乳腺炎病理特点是 淋巴细胞浸润在乳腺小叶内、 小叶周边及导 管周围;基 质纤维结缔组织不同程度的增生,伴乳腺小叶萎缩及均匀一致的纤维化, 组织水肿明显,细胞灌注增加 ,这导致它的 ADCslow 偏低,而 ADCfast 偏高。这个 现象由于样本问题, 尚不能明确, 如何综合考虑这些因素的影响, 需要更大宗的病例 分析加以证实 。 所有恶性肿瘤中乳腺浸润性导管癌最常见,其中