乳腺癌全肿瘤体素内不相干运动-弥散加权成像(IVIM-DWI)直方图定量参数与ER、PR和HER-2表达的相关性

刘瑜琳，章 蓉，卢冬梅，岳丽娜，杨晓萍

(1.西电集团医院医学影像科，陕西 西安 710077；2.联勤保障部队第九四○医院影像诊断中心，甘肃 兰州 730050；3.台州市中心医院放射科，浙江 台州 318300)

雌激素受体(estrogen receptor, ER)、孕激素受体(progesterone receptor, PR)及人表皮生长因子受体-2 (human epidermal growth factor receptor-2, HER-2)是乳腺癌分子生物学指标，在一定程度上决定乳腺癌的生物学行为。体素内不相干运动弥散加权成像(intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging, IVIM-DWI)[1]能将随机定向微循环灌注与真实组织水分子扩散信号分开，同时获得组织细胞扩散率和微循环灌注信息。既往研究[2]采用单层面勾画肿瘤ROI法评估IVIM-DWI模型与乳腺癌免疫组织化学指标的相关性，重点关注肿瘤局部平均信号强度，而未能真实反映瘤内所有体素的异质性。通过完整勾画肿瘤边界，全肿瘤直方图分析可获得反映整体肿瘤内部所有体素信号强度分布的定量参数值，结果的重复性较高[3]。本研究探讨乳腺癌全肿瘤IVIM-DWI直方图定量参数与其ER、PR和HER-2表达的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2018年10月—2019年5月经病理证实的56例乳腺癌患者(57个病灶)，均为女性，年龄30～67岁，平均(47.8±9.2)岁。纳入标准：①术前乳腺MRI资料完整；②MR检查前未接受穿刺活检、放射和化学治疗及其他任何治疗；③检查后2周内接受穿刺活检或手术治疗。排除标准：①图像伪影重；②病理资料不全。

1.2 仪器与方法 采用GE MR 750 3.0T超导MR扫描仪，8通道相控阵乳腺专用线圈。嘱患者取俯卧位，足先进，使双乳自然悬垂。采集轴位T2WI，TR 5 284.0 ms，TE 85.0 ms；轴位FSE T1WI，TR 420.0ms，TE 6.4 ms；双乳矢状位抑脂T2WI，TR 3 500.0 ms，TE 85.0 ms；IVIM-DWI，TR 4 000.0 ms，TE 74.3 ms，层厚4.0 mm，层间距1.0 mm，矩阵128×128，FOV 32 cm×32 cm，b值为0、30、50、90、120、200、400、600、800、1 000、1 150、1 500 s/mm2，NEX 2、2、2、2、2、2、2、2、2、2、2、4。之后采集轴位动态对比增强MRI(dynamic contrast enhanced MRI, DCE-MRI),采集一期蒙片，以流率2.0 ml/s经肘静脉团注对比剂Gd-DTPA 0.1 ml/kg体质量、跟注25 ml生理盐水后即刻行增强扫描，TR 4.2 ms，TE 2.1 ms，层厚1.6 mm，层间距0，矩阵320×256，FOV 36cm×36cm，NEX 1，连续采集7个时相，每期扫描时间58～60 s。

由2名分别具有7年和3年乳腺MRI诊断经验的副主任医师和主治医师参考轴位抑脂T2WI和DCE-MRI，采用盲法于IVIM-DWI (b=1 000 s/mm2)上逐层勾画病灶ROI(图1A～1C)[4]，生成3D ROI，经重建获得整个肿瘤体积。采用双指数模型拟合计算定量参数值，包括真扩散系数(D)、假性扩散系数(D*)和灌注分数(f)，生成相应伪彩图(图1D～1F)。以FireVoxel和SPSS软件(CAI2R, New York University)行直方图分析，分别获得IVIM-DWI定量参数的最小值(minimum)、最大值(maximum)和平均值(mean)以及第10、25、50、75、90百分位数(10th、25th、50th、75th、90th)、偏度(skewness)及峰度(kurtosis)(图1G～1I)。

图1 患者女，48岁，右乳浸润性癌 A.轴位fs-T2WI示右乳异常信号，边界不清，伴同侧乳头回缩，乳头周围皮肤增厚； B.轴位DCE-MRI示右乳病灶明显强化； C.轴位IVIM-DWI (b=1 000 s/mm2)，红色区域为肿瘤ROI； D～F.分别为肿瘤D值、D*值、f值伪彩图； G～I.分别为肿瘤D值、D*值及f值直方图； J～L.免疫组织化学染色：ER+≈80%(J),PR+≈20%(K),HER-2(+)(L)

记录组织标本免疫组织化学染色结果，细胞核内见棕黄色或棕褐色颗粒为ER和PR阳性染色，细胞膜着色为HER-2阳性(图1J～1L)。将肿瘤细胞核着色≥1%归为ER、PR阳性组，<1%归为阴性组；HER-2表达分为(-)、(+)、(++)和(+++)，将(-)和(+)归为HER-2阴性组，(+++)归为阳性组。对于HER-2(++)标本进一步行免疫荧光原位杂交基因检测，基因扩增为阳性，反之为阴性。

1.3 统计学分析 采用SPSS 23.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料，组间比较采用独立样本t检验。以Spearman秩相关分析观察IVIM-DWI直方图各参数与乳腺癌ER、PR和HER-2表达的相关性，0.1≤|r|<0.3为弱相关，0.3≤|r|<0.5为中度相关，|r|≥0.5为强相关。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

57个病灶中，43个(75.44%)ER阳性，14个(24.56%)阴性；30个(52.63%)PR阳性，27个(47.37%)阴性；15个(26.32%)HER-2阳性，42个(73.68%)阴性。

2.1 组间IVIM-DWI直方图参数比较 ER阳性组D值的mean、25th、50th及75th均高于ER阴性组，D值的kurtosis、skewness，D*值的mean、maximum、75th、90th及f值的25th、90th均低于ER阴性组(P均<0.05)。PR阳性组D*值的minimum、10th、25th均高于PR阴性组，D*值的mean、maximum、75th及90th均低于PR阴性组(P均<0.05)，HER-2阳性组D值的mean、minimum、10th、25th、50th及D*值的25th均高于HER-2阴性组(P均<0.05)。见表1。

表1 乳腺癌IVIM-DWI直方图参数比较

续表

2.2 相关性分析 乳腺癌ER表达与D值的mean、25th、50th及75th呈弱至中度正相关(r=0.31、0.29、0.36、0.34，P均<0.05)，与D值的kurtosis和skewness、D*值的mean、maximum、75th、90th及 25th、90th f值均呈弱至中度负相关(r=-0.30、-0.33、-0.33、-0.26、-0.41、-0.29、-0.27、-0.29，P均<0.05)。PR表达与D*值的minimum、10th、25th呈弱至强度正相关(r=0.47、0.50、0.27，P均<0.05)，与D*值的mean、maximum、75th呈中度至强度负相关(r=-0.40、-0.51、-0.31，P均<0.05)。HER-2表达与D值的mean、10th、25th、50th及 25th D*值均呈弱至中度正相关(r=0.27、0.38、0.37、0.34、0.27，P均<0.05)。其余IVIM-DWI直方图参数与乳腺癌ER、PR或HER-2表达均无明显相关(P均>0.05)。

3 讨论

全肿瘤IVIM-DWI定量参数直方图分析可通过全容积、多参数分析提供病变内部特征信息，并获得反映病变内部特征的百分位数分布情况，进而评估肿瘤异质性，现已用于检出、鉴别良恶性肿瘤及评估其侵袭性等[5-6]。

ER、PR表达阳性乳腺癌细胞增殖速率低，预后较好，内分泌治疗有效率达70%～80%[7]。ER阳性组D值(50th、75th、90th、skewness)均低于ER阴性组[8]；而ER阳性乳腺癌细胞密度较高、核浆比例大[9]，水分子扩散受限程度更明显，D值较低。本研究中ER阳性组D值的mean、25th、50th、75th均高于ER阴性组，而kurtosis和skewness低于ER阴性组，原因可能在于本组勾画全肿瘤ROI时未回避囊变及坏死成分，且样本量较少而病理类型较复杂。

D*值和f值可定量评估肿瘤血流灌注情况。CHO等[10]发现，相比ER阴性组，ER阳性组D*值和f值的kurtosis、skewness均显著降低，且与ER表达呈弱至中度负相关；本研究结果与之相符。由于部分直方图参数(如maximum、90th)处于直方图最边缘，易受部分容积效应、图像伪影等因素影响或D*值和f值稳定性相对较差，使部分D*值直方图参数与ER表达相关性较弱。ER过度表达抑制血管通路、减少组织灌注，可能导致ER阳性组D*或f值降低[11]。本研究PR阳性组D*值的mean、maximum、75th、90th均低于PR阴性组，而D*值的minimum、10th、25th均高于PR阴性组，PR阳性组与阴性组间f值所有直方图参数差异均无统计学意义。孕激素可调节血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)生成， PR阳性乳腺癌可能通过重塑肿瘤脉管系统而诱导血管生成，导致D*值或f值升高[12]。既往研究[8]亦发现PR阳性组与阴性组间D*值和f值的所有直方图参数均无明显差异。

HER-2高表达乳腺癌细胞增殖活性高、侵袭力强，易发生转移，预后较差[13]。车树楠等[14]发现D值中位数与HER-2表达呈弱正相关；本研究中HER-2阳性组D值的mean、10th、25th、50th较高，且均与HER-2表达呈弱正相关。CHO等[10]则认为D值与HER-2表达无明显相关，可能由于HER-2阳性乳腺癌恶性程度高，瘤内各部分生长不均，易出现囊变、坏死等，水分子受限程度相对较低，导致D值升高。

HER-2阳性乳腺癌血供丰富[15]。HER-2通过诱导生成VEGF致血管生成增多、灌注增加[16]。本研究HER-2阳性组D*值的25th高于HER-2阴性组，并与HER-2表达呈弱相关；但LIMA等[17]发现HER-2阳性组与阴性组间D*值和f值差异均无统计学意义。分析原因：①D*值和f值受噪声影响较大，导致结果重复性较差；②设置b值不同，对灌注参数结果存在一定影响；③病变内部微血管结构存在差异。

综上，IVIM-DWI直方图定量参数与乳腺癌ER、PR和HER-2表达存在不同程度相关，对了解肿瘤异质性具有一定价值。本研究的主要局限性：①样本量较小；②IVIM-DWI数据采集和分析缺乏统一标准，可能导致结果偏差；③手动逐层勾画肿瘤ROI可能存在较小误差，但可予忽略[18]。