IVIM多参数预测乳腺癌免疫组化指标表达的可行性研究

宋萌萌，张天月，王丽君，罗冉，汪登斌

IVIM多参数预测乳腺癌免疫组化指标表达的可行性研究

宋萌萌，张天月，王丽君，罗冉，汪登斌*

目的基于扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)和体素内不相干运动扩散加权成像(intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging，IVIM-DWI)技术，探究乳腺癌表观扩散系数(apparent diffusion coeff i cient，ADC)值和IVIM-DWI多参数值(D值、D*值、f值)与乳腺癌免疫组化指标(ER、PR、HER-2和Ki-67)不同表达情况之间是否具有统计学差异。材料与方法前瞻性搜集怀疑为乳腺癌的患者，术前进行MRI评估，并进行IVIM-DWI成像，利用单指数DWI模型测量ADC值，利用双指数IVIM模型对多b值DWI进行后处理，通过后处理工作站获得IVIM各参数值：D值、D*值及f值。追踪所有手术病人病理结果，最终入组经病理确诊的乳腺癌患者共51例。采用SPSS 19.0统计软件进行数据分析，探究乳腺癌ADC值和IVIM-DWI多参数值(D值、D*值、f值)与乳腺癌免疫组化指标(ER、PR、HER-2和Ki-67)不同表达情况之间是否具有统计学差异，采用独立样本t检验或U检验。结果51例乳腺癌患者共55个病灶。其中ER阳性、PR阳性、HER-2阳性及Ki-67高表达分别为45个、40个、14个、36个病灶。经统计学分析发现以Ki-67表达百分比为14%为阈值，Ki-67高表达组与低表达组的D平均值差异有统计学意义(P=0.046)，D*和f平均值差异无统计学意义；55个乳腺癌病灶中，ER 、PR、HER-2阴性组和阳性组的D、D*及f平均值差异均无统计学意义(P＞0.05)；ER、PR、HER-2阳性组与阴性组及Ki-67高表达组与低表达组的ADC平均值差异均无统计学意义(P＞0.05)。结论乳腺癌Ki-67高低表达组的IVIM-DWI 定量参数D值存在统计学差异，提示了通过非侵入性的影像学检查方法预测Ki-67表达情况的潜能。

乳腺肿瘤；磁共振成像；免疫组织化学

乳腺癌是一种生物学特征高度异质性的恶性肿瘤，乳腺癌的雌激素受体(estrogen receptor，ER)、孕激素受体(progesterone receptor，PR)、人类表皮生长因子受体2(human epidermal growth factor receptor 2，HER-2)及细胞增殖抗原标记物Ki-67 (antigen identif i ed by monoclonal antibody Ki-67，Ki-67)四种免疫组化指标是判断预后的主要因素、对治疗方案的指导起到重要作用。传统的单指数DWI模型所得到的ADC值(standard ADC)同时受到组织内水分子扩散和微循环灌注两种成分的影响，不能全面反映组织的水分子的运动情况。Le Bihan等[1]学者针对这一问题提出“体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion，IVIM)”模型，最初应用于脑成像，现已广泛应用于全身成像[2]。体素内不相干运动扩散加权成像(intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging，IVIM-DWI)将弥散效应和灌注效应区分开，则可更为准确的评价组织的扩散运动及微循环灌注情况。本研究旨在基于DWI和IVIM-DWI技术，探究乳腺癌ADC值和IVIM-DWI多参数值(D值、D*值、f值)与乳腺癌免疫组化指标(ER、PR、HER-2和Ki-67)不同表达情况之间是否具有统计学差异，进而探究IVIM-DWI对乳腺癌生物学行为、预后预测等方面的价值和潜力。

1 材料与方法

1.1 临床资料

前瞻性搜集自2015年11月至2016年2月上海交通大学医学院附属新华医院术前怀疑为乳腺癌的患者，均于Philips公司3.0 T MRI (Ingenia)机行术前MRI检查。所有患者在检查前均签署知情同意书。追踪所有手术病人病理结果，最终入组经病理确诊的乳腺癌患者共51例，所有患者均为女性，年龄范围29～85岁，平均年龄55岁。

1.2 仪器与方法

采用Philips Ingenia 3.0 T超导型磁共振扫描仪和乳腺专用相控线圈。受检者俯卧位，双侧乳腺自然悬垂于检查线圈内。扫描序列包括：(1)常规三平面定位及校正。(2)轴面T2WI-SPAIR序列，TR 5000 ms，TE 65 ms，层厚4 mm，间隔0 mm，矩阵400×382， FOV 32 cm×37 cm，激励次数1，层数40。(3)轴面IVIM，b值取0, 10, 20，50, 100, 200, 500和800 s/mm2，TR 5098 ms，TE 69 ms，层厚4 mm，间隔1 mm，矩阵140×93，FOV 35 cm×24 cm，激励次数1，层数32。(4)轴位动态增强扫描，采用美国GE 公司专有的乳腺容积成像序列eTHRIVE，横轴面扫描，TR 4.1 ms，TE 2.1ms，层厚1 mm，间隔0 mm，矩阵336 ×405，FOV 28 cm×34 cm，激励次数1，层数150。对比剂采用钆喷酸葡胺注射液(Gd-DTPA) 0.2 mmol/kg。高压注射器开始注药后立即进行扫描，连续扫描5期。

1.3 图像分析处理

由2名从事乳腺影像诊断的放射科医师，利用单指数DWI模型测量ADC值，利用双指数IVIM模型对多b值DWI进行后处理，通过飞利浦后处理工作站相关软件(DWI-tool)获得IVIM各参数值：D值、f值及D*值。感兴趣区(region of interest，ROI)的选择：结合动态增强及常规T2WI综合确定病灶范围，避开囊变区及坏死区，取病灶高信号区最均匀处作为ROI， ROI面积需小于病灶，测量三次并取平均值。每次所选取的感兴趣区依据所测对象大小而不同，面积在6～50 mm2之间。

1.4 免疫组化指标的检测和判定

阳性结果染色呈棕黄色或棕褐色颗粒，阴性细胞无着色，以阳性细胞比例的平均值定义为该肿瘤的阳性细胞百分比。HER-2阳性部位在细胞膜，ER、PR和Ki-67阳性部位在细胞核。

ER和PR表达判定标准：评估整张切片中阳性染色的肿瘤细胞占所有肿瘤细胞的比例，当≥1%的肿瘤细胞核呈现不同程度的着色时，即为阳性；整张切片中＜1%的肿瘤细胞核呈现不同程度的着色或完全无着色，即为阴性[3]。

HER-2表达判定标准：观察细胞膜着色的浸润癌细胞的比例及着色强度，结果分为(－)～(+++)，结果判读标准(按每张切片计)：(－)：无染色或≤10%的浸润癌细胞呈现不完整的、微弱的细胞膜染色；(+)：＞10%的浸润癌细胞呈现不完整的、微弱的细胞膜染色；(++)：有两种情况，第一种为>10%的浸润癌细胞呈现不完整和(或)弱至中等强度的细胞膜染色，第二种为≤10%的浸润癌细胞呈现强而完整的细胞膜染色；(+++)：＞10%的浸润癌细胞呈现强而完整的细胞膜染色。对于++的病例，应该做Fisher检测，有扩增者为阳性组，无扩增者为阴性组。将(－)、(+)、(++)无扩增定义为阴性组，将(++)扩增、(+++)定义为阳性组[4]。

Ki-67表达判定标准：正确的Ki-67免疫组织化学染色阳性应定位于细胞核，评估Ki-67阳性指数时应计数核阳性的肿瘤细胞百分比，但目前尚无统一的Ki-67阳性指数评估体系，绝大部分病理科采用人工计数的方法来评估Ki-67阳性指数。Ki-67高低表达的判定值文献报道高低不一，2009年Cheang等[5]将Ki-67阳性指数临界值定为14%，被2011年欧洲St．Gallen 乳腺癌共识所采纳。本研究采用14%作为判断Ki-67高低的界值。

1.5 统计学方法

所有统计学分析均采用SPSS 19.0软件进行。使用单样本S-W检验各样本的正态分布性，正态分布数据行两独立样本t检验，非正态分布数据行非参数检验(Mann-Whitney U检验)进行比较。探究乳腺癌ADC值和IVIM-DWI多参数值(D值、D*值、f值)与乳腺癌免疫组化指标(ER、PR、HER-2和Ki-67)不同表达情况之间是否具有统计学差异。所有统计分析均以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 临床特征与病理结果

51例患者中，2例患者双侧均为浸润性导管癌，2例患者为单侧乳腺两个病灶。51例患者共55个病灶，病理类型以浸润性导管癌为主(45例，82%)，导管内癌3个，导管内乳头状瘤或不典型导管上皮增生(atypical ductal hyperplasia，ADH)伴癌变2个，导管内癌伴微浸润2个，实性乳头状癌1个，小管癌2个。根据免疫组织化学染色结果判定：ER阳性45个病灶，阴性10个病灶；PR阳性40个病灶，阴性15个病灶；HER-2阳性14个病灶，阴性41个病灶；Ki-67高表达36个病灶，低表达19个病灶(图1，2)。

2.2 免疫组化指标与ADC值和IVIM多参数值之间的关系

Ki-67高表达组与低表达组组间D值的差异具有统计学意义(高表达组：(0.80±0.16)× 10-3mm2/s，低表达组：(0.88±0.14)×10-3mm2/s，P=0.046)，两组间D*值、f值和ADC值未见显著性差异。

ER、PR及HER2阳性组与阴性组组间的D值、D*值、f值和ADC值的差异均无统计学意义。具体数据详见表1。

3 讨论

乳腺癌的发生与ER、PR分泌过多和长期作用有关，ER、PR的检测对判断乳腺癌的预后、指导内分泌治疗具有一定的意义[3]，ER、PR阳性患者对激素治疗反应性高，通过内分泌治疗，可显著改善患者预后，尤其ER、PR均阳性患者有更好的内分泌治疗效果，且ER、PR阳性的乳腺癌一般分化好、发展慢，术后不易复发，生存率高。HER-2高表达的乳腺癌，细胞整合素和黏合素功能异常,侵袭力强，容易发生转移，预后差[6]。细胞增殖抗原标记物Ki-67是一种与细胞增殖周期有关、参与DNA合成的蛋白质，Ki-67阳性指数是评估肿瘤细胞增殖活性的重要指标，可用于判断乳腺癌的预后，影响乳腺癌治疗方案的选择，预测和判断乳腺癌治疗的疗效[7]。

国内外关于ER、PR表达与ADC值之间相关性的研究较多，但目前尚无统一定论。Jeh等[8]对107例IDC患者研究发现，ER阳性表达的乳腺癌ADC值较低。Choi等[9]对290例浸润性导管癌研究发现，ER、PR阳性组的ADC值低于ER、PR阴性组并具有统计学意义。然而，Sun等[10]对52例浸润性导管癌研究发现，ER、PR、HER-2阳性组与阴性组的ADC平均值差异均无统计学意义(P＞0.05)。传统的单指数模型ADC 值在一定程度上可以从分子水平评价疾病的病理生理状态，但是生物活体内除了组织内水分子的扩散外，微循环内的血液像水分子一样在做无规律的运动，因而扩散加权图像同时受水分子扩散和微循环血液灌注的影响[11-12]，也就是说，传统的ADC 值不能单纯地反映水分子的扩散运动，它并没有排除血液微循环灌注的影响。

文献报道，乳腺恶性肿瘤的肿瘤血管生成会不同程度增加，灌注效应会导致恶性病灶的ADC值显著升高，即微循环灌注和组织细胞构成从完全相反的方向影响ADC值[13]，且病变组织内微血管密度(microvessel density，MVD)在肿瘤边缘区高于中心区。对于乳腺恶性肿瘤，灌注效应的影响是不可忽视的[14]，Sigmund等[15]认为乳腺癌的微循环灌注平均约占ADC 值的10% , Bokacheva等[16]研究发现在81%的乳腺癌IVIM 模型中的，微循环灌注效应的比例大于4%。IVIM双指数模型可以通过多b值弥散加权成像生成双指数拟合曲线，进而计算出定量多参数值，其中，纯扩散系数D (Slow ADC)剔除了微循环灌注因素的影响，更为真实地反映了水分子真实的扩散情况，直接反映了组织的细胞密度，从而提高了诊断的敏感性；另外，也能在无需对比剂的条件下得到相对应的灌注参数：灌注相关扩散系数D*(FastADC)及微血管内容量分数f (fraction)[17-18]，反映出病变血流灌注的信息。本研究采用IVIM-DWI将扩散和灌注分离开，结果显示，ER、PR、HER2阳性组与阴性组的ADC值及IVIM各参数值(D值、D*值、f值)之间差异均无统计学意义。文献报道，ER对血管生成途径有抑制作用，从而诱导灌注减少，进而影响ADC值[8-9，19]。Hyder等[20]研究发现，PR通过调节乳腺癌细胞的血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)促进血管生成。即ER、PR对ADC值的影响是通过影响血管生成实现的。笔者推测ER、PR、HER2与IVIM各参数无明显相关性，可能是由于ER、PR阳性表达对微循环灌注影响小，且微循环灌注效应本身在恶性肿瘤IVIM模型中所占比例较小，远不及组织细胞密度影响大；还有可能与选取较小的ROI且避开灌注丰富的边缘区域有关。

Choi等[9]对290例浸润性导管癌研究发现，Ki-67高表达组的ADC值低于Ki-67低表达组并具有统计学意义(P=0.028)。Sun等[10]对52例浸润性导管癌研究发现， Ki-67高表达组和低表达组的ADC平均值差异无统计学意义(P=0.087)。本组结果显示，Ki-67高表达组和低表达组的ADC平均值差异无统计学意义(P=0.491)，而Ki-67高表达组的Slow ADC平均值低于Ki-67低表达组并具有统计学意义(P=0.046)，这充分说明了ADC值不能单纯地反映水分子的扩散运动，Slow ADC值诊断的敏感性高，因去除了微循环灌注影响，可真实地反映组织细胞的密度和水分子真实的扩散情况，并且Ki-67高表达的乳腺癌较Ki-67低表达的乳腺癌细胞增殖旺盛，细胞密度较高，细胞外间隙相应减小，水分子扩散运动受限更为明显，因此代表水分子真实扩散的Slow ADC 平均值更低。

综上所述，乳腺癌Ki-67高低表达组的IVIMDWI定量参数D值存在统计学差异，提示了通过非侵入性的影像学检查方法预测Ki-67表达情况的潜能，即可望通过IVIM-DWI的D值来预测肿瘤的Ki-67增殖指数，进而用于判断乳腺癌的预后，为乳腺癌患者治疗方案的选择提供一定的参考，预测和判断乳腺癌治疗的疗效。笔者初步探索了IVIM多参数预测乳腺癌免疫组化指标表达情况的可行性，预示了此技术的应用前景，但还需要更大数量的样本研究来证实。

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The feasibility of intravoxel incoherent motion to indicate immunohistochemical characteristics in breast cancer

SONG Meng-meng, ZHANG Tian-yue, WANG Li-jun, LUO Ran, WANG Deng-bin*Department of Radiology, Xinhua Hospital, School of Medicine, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200092, China
*Correspondence to: Wang DB, E-mail: dbwang8@aliyun.com

Objective:To explore the difference in apparent diffusion coeff i cient (ADC) and intravoxel incoherent motion (IVIM) parameters (D, D*, and f) of breast cancer regarding the expression of estrogen receptor (ER), progesterone receptor (PR), human epidermal growth factor receptor 2 (HER-2), and antigen identified by monoclonal antibody Ki-67.Materials and Methods:Patients suspected to be suffering from breast cancer and had undergone preoperative breast MRI with intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging in our institution between November 2015 and February 2016 were included in this study. All MR imaging examinations were performed on a 3.0 T MRI scanner (Philips, Ingenia). The ADC values were calculated from DW images at all b-values, assuming monoexponential signal shape. IVIM parameters (D, D*, and f) were obtained using multi-b-value DWI with a biexponential curve fi tting. ADC and IVIM parameters (D, D*, and f) of patients with different ER,PR, HER-2, or Ki-67 expression were compared to explore the relationships between MRI and immunohistochemical fi ndings of patients with breast cancer.Results:Fifty-f i ve breast cancer lesions (51 patients) with positive pathologic results were included in our study. Of the 55 lesions, the amount of ER positive, PR positive, HER-2 positive, and Ki-67 high-expression lesions were 45, 40, 14, and 36, respectively. Mean D values in the Ki-67 high-expression group were signif i cantly lower than those in the Ki-67 low-expression group (0.80±0.16 vs 0.88±0.14,P=0.046), while no signif i cant differences were showed in ADC, D*, and f value between the two groups. No statistical signif i cance was reached regarding the difference in mean ADC value or IVIM parameters (D, D*, and f) between the groups with different ER, PR, or HER-2 expression.Conclusions:Statistical difference in D value of IVIM parameters was found between the two groups with different Ki-67 expression in breast carcinoma. This may indicate the potential to provide a surrogate measure of Ki-67 expression through noninvasive imaging tools.

Breast neoplasms; Magnetic resonance imaging; Immunohistochemistry

国家自然科学基金(编号：81371621)；上海申康发展中心，临床辅助科室能力(影像学科)建设(编号：SHDC22015022)

上海交通大学医学院附属新华医院放射科，上海 200092

E-mail：dbwang8@aliyun.com

2016-12-15

接受日期：2017-01-20

R445.2；R737.9

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.03.003

宋萌萌, 张天月, 王丽君, 等. IVIM多参数预测乳腺癌免疫组化指标表达的可行性研究. 磁共振成像, 2017, 8(3): 170-175.

Received 15 Dec 2016, Accepted 20 Jan 2017

ACKNOWLEDGMENTSThis work was supported by the fund of National Natural Science Foundation of China (No. 81371621) and Shanghai Shenkang Hospital Development Center (No. 22015022).