超快速动态增强MRI在乳腺癌中的研究进展.pdf

影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 2 期窑窑据世界卫生组织报道袁2020 年全球新发乳腺癌病例达 226 万例袁 居于全球女性恶性肿瘤发病率第一位咱1暂遥 磁共振成像具有高软组织分辨率袁能够提供组织的形态与动力学信息袁 是诊断乳腺癌及评估疗效最敏感的影像学检查方法咱2暂遥 其中动态增强 MRI渊dynamic contrast-enhanced MRI袁DCE-MRI冤能够反映血流灌注情况袁在乳腺疾病的诊断中敏感性最高咱3暂袁但由于图像采集时间过长袁仅适用于具有特定临床指征的患者袁 且当乳腺纤维腺体强化明显时袁 表现出的显著背景实质强化可能影响对病灶的诊断咱4暂袁因此缩短 MRI 采集时间袁提高时间分辨率对磁共振在临床的应用具有重要意义遥 超快速动态增强 MRI渊ultrafast DCE MRI袁UF-DCE MRI冤是一种评估病变血流动力学的新方法袁具有高时间分辨率的特点袁 能提供病变在早期的对比增强信息袁通过分析时间-强度曲线早期的形状及参数袁 诊断医师能更容易将富血供病变与增强较慢的病变区分开来遥1UF-DCE MRI 的技术要点与主要参数1.1UF-DCE MRI 相关技术UF-DCE MRI 基于高时间分辨率采集图像袁并要保证图像的空间分辨率不影响对疾病的诊断袁因此其在技术上具有挑战性遥几种加速成像采集技术可用于获得高空间和时间分辨率袁 包括并行成像尧视图共享和压缩感知渊compressed sensing袁CS冤技术遥视图共享在图像重组中涉及从一个图像到下一个图像共享相位编码的视图袁 与 k 空间的全采样相比袁 中心 k 空间的频繁采样有助于更快获取图像袁 但图像质量较差遥 与视图共享技术相超快速动态增强 MRI 在乳腺癌中的研究进展罗雨晴陈科威综述潘君龙余成新徐亚卡审校揖摘要铱超快速动态增强 MRI（UF-DCE MRI）是一种在不降低空间分辨率的情况下，以较高时间分辨率获取病变早期动态信息的新方法。从 UF-DCE MRI 获得的动力学参数能够帮助鉴别乳腺的良恶性病变和评估乳腺癌的预后标志物。本文介绍了应用于 UF-DCE MRI 的技术及其动力学参数，阐述了其在乳腺癌中的应用，并对这项新技术的研究趋势进行展望。揖关键词铱磁共振成像；乳腺癌；超快速；动态对比增强；压缩感知揖中图分类号铱R445.2；R737.9揖文献标识码铱A揖文章编号铱1005-8001(2024)02-0134-07Research progress of ultrafast dynamic contrast-enhanced MRI in breast cancerLUO Yuqing,CHEN Kewei,PAN Junlong,YU Chengxin,XU Yaka.Department of Radiology,Yichang Central People s Hospital(The First Clinical Medical College of ThreeGorges University),Hubei 443000,ChinaCorresponding author:PAN Junlong,Email:揖粤遭泽贼则葬糟贼铱Ultrafast dynamic contrast-enhanced(UF-DCE)MRI is a new method to obtain early dynamic information on lesionsat high temporal resolution without reducing spatial resolution.The kinetic parameters obtained from UF-DCE MRI can help identifybenign and malignant lesions of breast and evaluate prognostic markers of breast cancer.In this paper,the technology and kineticparameters of UF-DCE MRI are described,its application in breast cancer and the research trend of this new technology are discussed.揖运藻赠 憎燥则凿泽铱 Magnetic resonance imaging;Breast cancer;Ultrafast;Dynamic contrast enhanced;Compressed sensing阅韵陨院员园援猿怨远怨 辕 躁援蚤泽泽灶援员园园缘原愿园园员援圆园24援02援园09基金项目院中华国际医学交流基金会渊Z-2014-07-2003-09冤作者单位院443000 湖北宜昌袁宜昌市中心人民医院渊三峡大学第一临床医学院冤放射科通信作者院潘君龙袁Email:窑综述窑134影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 2 期窑窑比袁CS 技术在获得高时间分辨率的同时袁 通过从随机和高度欠采样的 k 空间数据中重组图像来实现高空间分辨率袁 因此能在更短时间内获得更好的图像质量咱5暂遥 Honda 等咱6暂研究显示使用了 CS 的UF-DCE MRI 不仅在动力学评估方面有价值袁而且在形态学评估方面也有价值遥随着 CS 技术的发展袁可同时实现每帧几秒的高时间分辨率以及层厚一毫米以内的高空间分辨率袁 但这项技术还未得到广泛应用遥 CS 重建获得的图像质量受到几个参数的影响袁 包括采样模式尧 正则化参数和稀疏变换袁 迭代重建是为了将数据一致性和变换稀疏性这两个因素最小化遥 优化迭代次数是以合理的图像处理时间获得理想图像的关键袁一方面迭代次数不足会导致对比度增强效果在时间域中平均曰另一方面袁由于重建时间随着迭代次数的增加而线性增加遥 因此优化迭代次数在临床实践中具有重要意义袁 以达到合理的重建时间和图像的保真度咱7暂遥目前袁UF-DCE MRI 扫描方案未标准化袁在扫描时间尧对比剂注射以及注射速率方面均存在差异袁这或许会导致不同研究得出的参数具有差异遥1.2UF-DCE MRI 相关动力学参数从基于高时间分辨率采集的图像中能获得病变早期增强的信息袁 其中包括几个重要的动力学参数袁包括最大斜率渊maximum slope袁MS冤袁定义为时间-强度曲线的斜率袁 反映了微循环灌注和对比剂从血管进入肿瘤血管外细胞外间隙的早期渗漏咱8暂曰开始增强时间渊time to enhancement袁TTE冤定义为乳腺病变从主动脉增强到病变开始增强的时间袁反映了肿瘤血管通透性的变化袁有学者发现TTE受月经周期的影响咱9暂曰对比剂到达时间渊bolus arrivaltime袁BAT冤 定义为从开始注射对比剂到对比剂到达病变的时间遥 既往多数研究考虑到心功能的个体差异袁将增强时间或对比剂到达时间计算为从心脏或主动脉增强开始到对比剂到达病变的时间咱10暂遥从 UF DCE-MRI 获得的这些参数反映了病变对对比剂的摄取袁 近年来被报道用于区分乳腺良恶性病变遥由于 CS 技术重组的图像具有更好的对比度和较好的空间分辨率袁 使用 CS 的 UF-DCE MRI可以在最大密度投影渊maximum intensity projection袁MIP冤图像上识别乳房动脉和静脉袁Onishi 等咱10暂将动脉和静脉显示之间的时间间隔渊time intervalbetween arterial and venous visualization袁AVI冤定义为两个时间点袁 即乳腺静脉开始增强的时间点和乳腺动脉开始增强的时间点之间的间隔袁 并认为AVI 较小反映了恶性病变中血管分支的形成袁因此 AVI 有助于鉴别乳腺良恶性病变遥 CS 能够通过乳房血管的可视化提供更多信息袁 评估 AVI 能够最大限度利用 CS 技术遥以上参数的如何选择取决于研究的特定目的袁包括诊断尧治疗反应和预后预测等遥2UF-DCE MRI 的技术联合应用2.1UF-DCE MRI 与 ADC 的比较与结合扩散加权成像渊diffusion-weighted imaging袁DWI冤是辅助诊断乳腺病变的一个关键序列袁 最近的研究证明结合 UF-DCE MRI 及 DWI 的扫描方案在不影响对疾病诊断敏感性的情况下能提高诊断特异性遥 Ohashi 等咱11暂建立的模型包括了 UF-DCEMRI 的 MS 参数及 DWI 的表观扩散系数渊apparentdiffusion coefficient袁ADC冤袁虽然加入了 DWI袁但依然比传统乳腺 DCE-MRI 的扫描时间要短袁且结果显示模型的诊断性能没有减低遥Milon 等咱12暂研究证实结合了超快序列尧DWI 的简化方案比常规扫描方案具有更高的诊断准确性袁 研究基于形态特征使用了病变早期增强渊臆30 s冤以及 ADC渊逸1.5伊10-3mm2/s冤两个功能指标对良性病变进行了更好的分类袁能够避免不必要的活检遥 Cao 等咱13暂探讨了UF-DCE MRI 与 DWI 的互补性遥 研究首先得出UF-DCE MRI 的多个半定量参数在乳腺良恶性病变的鉴别中具有很大的潜力袁 其效能与 ADC 类似袁UF-DCE MRI 半定量多参数与 ADC 值联合的诊断敏感度明显高于 ADC 值袁两种技术的联合应用能显著提高 UF-DCE MRI 的诊断价值遥 Peter等咱14暂提出了将超快速序列整合进乳房 MRI 方案中袁 基于 UF-DCE MRI 的衍生参数增强峰值和ADC 相结合的线性模型能提高诊断准确性袁 并且使用诺莫图获得广泛应用遥 另外 MS 可能有助于准确诊断乳腺黏液性癌遥 黏液性癌具有恶性肿瘤的形态特征袁 但其通常表现出较高的 ADC 值袁研究发现黏液性癌的 MS 值较高袁 因此对于 ADC 值低的病变袁高 MS 值提示有恶性的可能性咱11,12暂遥2.2UF-DCE MRI 应用于 AB-MRI 的价值简化乳腺 MRI渊abbreviatedbreastMRI袁AB-MRI冤135影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 2 期窑窑方案的提出是为了提高乳房 MRI 作为筛查工具时患者的耐受性和临床普及性袁 相较于标准 MRI方案扫描的时间更短袁 且将诊断的重点转移至造影后早期阶段袁整个方案扫描时间不超过 10 min遥目前已发表的 AB-MRI 的研究包括以下方案院1)短方案袁 包括预对比和在对比剂注射后的立即采集首次后对比图像或基于时间分辨率采集一系列后对比图像袁即 UF-DCE MRI曰2)简化方案袁由首次后对比减影渊first post-contrast acquisition subtracted袁FAST冤或超快速序列加上选定的附加脉冲序列组成遥 FAST 使用高空间分辨率成像袁基于其形态学特征来描述具有快速和明显增强的病变咱15暂袁由于FAST 所需的技术可在基本 MRI 系统上使用袁目前已有许多学者在研究中测试了 FAST 应用于AB-MRI 的诊断准确性遥 相比之下袁UF-DCE MRI是一种新技术袁对系统软件和硬件的要求更高袁将其应用于 AB-MRI 能否提高对乳腺癌高危人群筛查的诊断性能并促进 MRI 筛查广泛应用是目前的研究热点遥 需要注意的是袁UF-DCE MRI 不等同于 AB-MRI袁不能混淆袁UF-DCE MRI 是一种脉冲序列袁目前主要用于组成传统乳腺 MRI 方案遥 UF-DCE MRI 在对比剂注射前和注射后进行高时间分辨率成像袁连续采集大约 20 个动态帧图像渊3耀6 秒/帧冤袁仅耗时约 60耀120 s遥 虽然多项研究表明袁AB-MRI 的诊断性能与 DCE-MRI 的全方案相当咱16暂袁但与完整的诊断方案相比袁 其诊断特异性略有下降咱17暂遥 包括 UF-DCE MRI 的 AB-MRI 方案中能够提高其特异性袁降低 MRI 诊断的假阳性咱18暂遥 有学者建议对于有乳腺癌病史的人群袁 如果根据 AB-MRI 形态表现为良性的病变在 UF-DCE MRI 中显示增强时间大于 12 s袁 则可以推荐年度随访而不是短期的随访咱19暂遥 另外袁在最近的一项研究中袁由于缺乏 AB-MRI 延迟动力学信息袁 有部分癌症被错误分类咱20暂袁 UF-DCE MRI 能提供早期肿瘤血流灌注信息袁弥补 AB-MRI 动力学信息的缺乏袁保持对乳腺病变的诊断能力袁 促进其应用于临床上对乳腺癌高风险人群的筛查遥3UF-MRI 的临床应用3.1UF-DCE MRI 鉴别亚厘米良恶性病变的价值在高危筛查的乳腺 MRI 发现的浸润性癌中袁超过 50%的肿瘤小于 1 cm袁其中大部分结节活检结果为阴性咱21暂袁因此提高 MRI 鉴别亚厘米癌与良性病变的能力能减少不必要的活检遥 使用传统的DCE-MRI 通常难以鉴别直径小的病变袁最近有学者研究是否能通过 UF-DCE MRI 获得的信息区分这些病变遥 Onishi 等咱10暂评估了 UF-DCE MRI 中获得的动力学参数区分亚厘米乳腺病变的能力袁研究发现其具有很好的诊断性能袁 表现为亚厘米BI-RADS 4耀5 癌的 MS 显著大于良性病变袁BAT显著短于良性病变遥 亚厘米癌较大的 MS 与肿瘤血管异常渗漏有关袁而肿瘤较短的 BAT 可能反映了肿瘤血管形成分流和低阻力高血流通路遥 但研究没有比较 UF-DCE MRI 与常规序列相比检测到的病变形态学表现的问题遥 形态学信息不仅用于诊断病变的良恶性袁有学者咱22暂还研究其对评估癌症的分子亚型及预后的作用遥 肿瘤的形态通常由MRI 的 T1WI 像获得袁但其对肿瘤的分辨能力似乎随着病变减小而降低袁 而在 UF-DCE MRI 的 MIP图像上病变显示的形态比常规 DCE 更清晰袁能更好地帮助分类病变遥 另外袁乳腺 MRI 的诊断基于病变组织与周围实质的对比袁因此增强的肿瘤与乳腺正常纤维腺体组织袁即背景实质强化渊backgroundparenchymal enhancement袁BPE冤之间的高对比度对于诊断有重要意义袁特别是在绝经前及 BPE 强化程度较高的女性患者遥 通常对比度在增强早期阶段最高袁 此后由于浸润性肿瘤内对比剂流出或BPE 逐渐增加而降低遥 而 UF-DCE MRI 关注早期肿瘤灌注信息袁此时乳腺实质还未出现明显强化袁多项研究显示使用 UF-DCE MRI 能提高病灶的显著性咱23-25暂袁这有助于诊断医师诊断恶性微小病变遥另有研究显示乳腺癌与正常乳腺实质在 UF-DCEMRI 获得的参数不同咱5暂袁但类似研究较少袁关于是否能够通过 UF-DCE MRI 上的定量参数区分恶性肿瘤及 BPE 还需要进一步研究遥3.2UF-DCE MRI 预测乳腺癌新辅助化疗疗效的价值新辅助化疗渊neoadjuvant chemotherapy袁NAC冤不仅是局部晚期乳腺癌最终手术前的标准治疗方法袁 也是治疗早期侵袭性人表皮生长因子受体-2渊human epidermal growth factor receptor 2袁HER2冤和三阴型乳腺癌的一线治疗方式咱26暂遥 NAC 的目标是降低肿瘤分期袁提高患者保乳率袁并减少腋窝淋巴结的广泛清扫遥 肿瘤对 NAC 的反应为临床136影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 2 期窑窑医师提供了患者预后信息袁NAC 后的病理完全反应渊pathologicalcompleteresponse袁pCR冤 与长期无病生存率和总生存率的提高密切相关袁 尤其是 HER2阳性和三阴性乳腺癌患者咱27,28暂袁然而患者的总体pCR 率很低袁仍有很多患者无法达到 pCR遥 病理反应被用来为 NAC 后残留疾病的患者制定治疗方案袁因此袁确定除分子亚型外的与NAC 反应相关的其他因素很重要咱29暂遥 Ramtohul 等咱30暂研究得出初始 UF-DCE MRI 的流入斜率是评估乳腺癌患者在 NAC 后达到 pCR 的独立预测因素袁当肿瘤的流入斜率高于阈值时袁pCR 的可能性显著增加遥流入斜率取决于峰值强度和达到峰值的时间袁 反映了肿瘤灌注的流速和血容量遥有研究表明袁DCE 曲线上的早期高摄取与肿瘤内更丰富的血供及更好的氧合相关袁血供不良的肿瘤会表达低氧介导的侵袭性表型袁从而促进肿瘤的进展和对化疗药物的抵抗袁因为这些药物需要氧气才能发挥最大活性咱31暂袁因此流入斜率大的病变对化疗更有效遥 Kim 等咱32暂在较大的人群中探究 pCR 与 UF-DCE MRI 血流动力学参数的关系袁研究发现在三阴性乳腺癌中袁UF-DCE MRI 病变在开始增强的时间点的体积和病变在开始增强后下一个时间点的体积之比渊U1/U2冤与 pCR 相关袁U1/U2 值高表明肿瘤出现非常早期的强化袁高体积比的肿瘤主要由具有丰富新生血管的侵袭性成分组成袁此类肿瘤对化疗反应较好曰并且袁三阴性乳腺癌并存乳腺导管内原位癌渊intraductalcarcinoma in situ袁 DCIS冤的比例很低咱33暂袁有研究报道了快速早期增强动力学参数与肿瘤侵袭性之间的关系袁 因此早期强化特征可能更多地反映与pCR 相关的侵袭性成分的特征遥 除了肿瘤本身动力学特征袁Ren 等咱34暂发现病变侧乳腺的正常实质BAT 值在 NAC 前后的变化量可用于早期预测乳腺癌对 NAT 的反应袁或许与治疗抑制了肿瘤对同侧正常实质的血管生成作用有关袁 而具有高时间分辨率的 UF-DCE MRI 能帮助更准确测量 BAT曰后续研究中发现 NAC 前通过 UF-DCE MRI 测量的双侧乳腺实质动力学参数渊parenchymal kineticparameter袁kBPE冤的差异可预测 HER2 型乳腺癌患者的 pCR咱35暂遥 Honda 等咱36暂研究表明袁UF-DCE MRI不仅在预测 pCR 中表现更好袁 还提供了比传统DCE-MRI 更准确的残留病变大小的估计遥 UF-DCE MRI 可能有助于防止因疤痕或炎性组织造成的残留病变被高估袁这些改变在传统 DCE-MRI 的延迟阶段通常会增强咱6暂遥 NAC 后 UF-DCE MRI 上测得的肿瘤直径与病理残留病灶的直径无统计学差异袁相较于传统 DCE-MRI袁特异性更高咱37暂遥传统的动力学特征可提高 MRI 在肿瘤治疗效果和预后的预测能力咱38暂袁超快动力学特征可能在治疗中具有更高的潜力来辅助预测 pCR袁 进一步研究包括比较超快序列和常规磁共振成像的动力学特征或组合模型袁 将有助于更好地理解超快序列的附加价值遥3.3UF-DCE MRI 评估乳腺癌预后的价值除了作为诊断工具的作用外袁UF-DCE MRI的动力学参数还可能作为预后的成像标记物袁帮助理解肿瘤内或肿瘤间的异质性遥多项研究报道了其与肿瘤侵袭性相关因素之间的关系袁 如高组织学分级尧激素受体阴性和高 Ki-67 水平咱9,39-41暂遥临床上由于对原位癌和浸润癌的治疗方法不同袁 依据DCIS 病变特征预测是否升级为浸润性癌可能有助于术前计划遥 多项研究发现浸润性癌的 MS明显大于 DCIS袁或许可用于在术前预测升级咱6,29,42-44暂遥多项研究咱9,45,46暂发现来自 UF-DCE MRI 的 TTE 在组织病理学特征上显示出差异袁UF-DCE MRI 显示浸润性癌或侵袭性肿瘤的 TTE 比原位癌或侵袭性较弱的肿瘤的 TTE 短遥 Miceli 等咱47暂发现 DCIS 升级为浸润性癌与术前 UF-DCE MRI 的 TTE 缩短显著相关袁 且 11 s 的阈值显示出最大的特异度和灵敏度遥 尽管 Heo 等咱42暂没有发现 TTE 与升级为侵袭性疾病显著相关袁 但各研究的时间分辨率具有差异袁这可能是导致结果不同的原因之一遥 此外袁来自 UF-DCE MRI 的 3D 分割图像上的形状和纹理显示的特征可用于区分低级别尧 中等级别和高级别的 DCIS 以及升级的 DCIS 病变咱48暂袁但分析所需的特征在临床上难以获得遥Honda 等咱6暂发现在恶性病变中袁浸润性癌的 MS 值相比 DCIS 较大袁但浸润性小叶癌 MS 较小袁TTE尧AVI 较大袁这可能是与肿瘤弥漫扩散的性质有关遥 而乳头状病变具有较大的 MS尧较小的 TTE尧 AVI袁这可能是由于乳头状病变存在特有的树枝状纤维血管核心袁 此类特殊病变导致 UF-DCE MRI 动力学参数对诊断的特异性减低遥 超快速动力学参数单独用于临床决策还不够袁或许可结合 T1提供的形态学特征或 DWI 提供的信息加以诊断袁以提高诊断的准确性遥 另外袁137影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 2 期窑窑由一个增强前和一个增强后的 MRI 序列组成的AB-MRI 方案的概念已经被证明能使乳腺 MRI 得到更广泛的应用袁 在筛查中能够得到较高的诊断准确性袁 也许能在联合应用 AB-MRI 和 UF-DCEMRI 的基础上袁补充延迟的动力学信息遥4展望UF-DCE MRI 的扫描时间比常规 DCE 短袁可以作为乳腺 MRI 筛查的 AB-MRI 方案的一部分袁因此验证 UF-DCE MRI 比常规 DCE 具有更好的诊断能力袁有助于其广泛应用于未来的临床实践遥UF-DCE MRI 具有较高的时间分辨率袁 其动力学参数在多项研究中表现出了良好的诊断能力袁目前探讨其对肿瘤形态学的诊断相关文献较少袁是否能够取代常规 DCE 还需要进一步的研究遥 Ohashi等咱49暂评估了 UF-DCE MRI 评价乳腺恶性病变形态的价值袁 虽然研究结果显示在 UF-DCE MRI 和传统 DCE-MRI 之间显示相同形态评估的读数百分比袁 得出 UF-DCE MRI 或许可以取代传统的DCE-MRI 来评估乳腺恶性肿块的形态学信息袁但研究发现在 UF-DCE MRI 上某些病例更容易显示出良性特征袁如边缘更光滑尧强化更均匀袁这能使诊断医师间达到更好的一致性遥 造成这种差异的原因有两个院第一袁UF-DCE MRI 采集的时间太早袁无法显示病变内部强化的信息袁 在对比剂从病变中部分廓清之前袁病变内特征表现不明显曰第二袁UF-DCE MRI 的空间分辨率有时仍不足以评估某些形态特征袁对此或许可以扫描延迟期以补充病变信息遥 另外需要认识到呼吸运动导致的伪影对诊断带来的影响袁这可以通过其他参数及序列补充病变信息袁以及使用人工智能来弥补图像质量遥 Jing等咱50暂开发了一个基于深度学习识别 UF-DCE MRI上病变的模型袁 该模型应用不同的阈值获得了较高的敏感性和特异性袁 能减少诊断医师的工作量及扫描时间遥 UF-DCE MRI 的动力学参数是否能作为治疗疗效的成像标志物值得进一步研究遥综上袁UF-DCE MRI 已成为在不降低空间分辨率的情况下提高时间分辨率并获取动力学信息的新方法遥 与传统的 DCE-MRI 相比袁UF-DCEMRI 具有更短的扫描时间袁 能提高患者行乳腺MRI 检查的耐受性袁 扫描方案仍需要通过大量研究标准化袁 或许在不久的将来能用于高风险人群筛查尧 评估患者新辅助治疗后疗效及成为术后监测的主要影像学手段遥5参考文献SUNG H,FERLAY J,SIEGEL R L,et al.Global cancerstatistics 2020:GLOBOCAN estimates of incidence and mortalityworldwide for 36 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