中国医学影像技术 :对比增强数字化乳腺断层摄影诊断乳腺疾病的研究进展

2017-04-17 徐蓉,文婵娟,蔡裕兴,南方医科大学南方医院放射科 中国医学影像技术

乳腺癌是严重威胁全球女性健康的重要疾病之—。研究显示乳腺癌的发病率、患病率及病死率均在上升,近年来乳腺癌已跃居我国女性恶性肿瘤的首位,城市地区尤为显着,且有年轻化趋势。目前乳腺疾病检查的常用影像学方法有:数字化X线乳腺摄影、CT、超声、热层析成像技术(thermal tomography maps,TTM)及MRI。其中乳腺X线检查被公认为乳腺癌筛查的首选检查方法,有研究显示乳腺X线筛查能降低约3

乳腺癌是严重威胁全球女性健康的重要疾病之—。研究显示乳腺癌的发病率、患病率及病死率均在上升,近年来乳腺癌已跃居我国女性恶性肿瘤的首位,城市地区尤为显着,且有年轻化趋势。目前乳腺疾病检查的常用影像学方法有:数字化X线乳腺摄影、CT、超声、热层析成像技术(thermal tomography maps,TTM)及MRI。其中乳腺X线检查被公认为乳腺癌筛查的首选检查方法,有研究显示乳腺X线筛查能降低约30%乳腺癌死亡率。随着计算机技术的快速发展,近年来一项新的技术——对比增强数字化乳腺断层摄影(contrast enhanced digital breast tomosynthesis,CE-DBT)问世,在国内尚未广泛应用,相关文献报道也较少。本文就该项技术的研究进展进行简要综述。

1.数字化乳腺断层摄影原理及优点

数字化乳腺断层摄影(digital breast tomosynthesis,DBT)是以传统体层摄影的几何原理为基础、结合数字影像处理技术开发的一种新型体层成像技术,是平板探测器技术的进一步应用。其压迫方法与传统乳腺摄影类似,不同的是:X线管球在有限的角度范围内(10°~20°)旋转,每旋转1°低剂量曝光一次,会得到一系列高分辨率的断层图像,整个过程需要进行10~20次曝光,在5s或更短时间内完成,但患者所受辐射剂量并不会增加。扫描完成后,计算机利用最大相似度与期望值最大化算法把图像重建为平行于探测器且厚度为1~2mm的影像,重建层数取决于乳腺组织厚度。

图像质量主要受投影图像质量和重建方法的影响。投影图像质量取决于探测器的性能,而重建方法主要包括3种:基于平移边加(shift-and-add,SAA)、基于傅立叶变换和基于迭代的重建算法。SAA算法最早用于DBT成像,也是最普遍的重建方法,其简单快捷,但需要配合不同的滤波函数抑制重叠组织的干扰,且这种干扰是不能消除的;基于傅立叶变换的重建算法重建速度快,适合临床应用,但对数据的完备性和成像几何角度的要求均较高,并需要合适的滤波函数;基于迭代的重建算法包括统计迭代和代数迭代,两者均可引入正则项对重建图像进一步优化。鉴于前两者自身的缺陷及计算机的飞速发展,迭代重建越来越受到关注。

目前临床上广泛使用全数字化乳腺摄影(full-field digital mammography,FFDM),但有研究指出,近17%的乳腺癌不能被FFDM检出,而其查出的疑似乳腺癌病例中有70%~90%的病灶被最终确诊为“假阳性”。另外,FFDM是二维影像,存在着病灶与致密型乳腺组织重叠易造成漏诊或误诊的问题以及较高的召回率。DBT则较大程度地弥补了这些缺陷及提高了X线在诊断乳腺癌方面的能力。DBT有着更高的图像质量7,可以减少或消除腺体组织或其他正常结构重叠的干扰,提高对乳腺疾病的敏感性,增加早期乳腺癌的检出率,另外,还可以降低召回率及复检率。

2.对比增强乳腺X线摄影可行性及缺点

恶性乳腺肿瘤的生长需要营养,即肿瘤内外会形成新的小血管,这些微小血管渗透性高,易“渗漏”。体循环内的对比剂通过这些“渗漏”进入肿瘤,病灶强化。这是乳腺增强MRI或增强CT用以区别良恶性肿瘤的主要成像原理。然而一方面,MR检查时间较长,费用昂贵,对于有MR检查禁忌证及幽闭恐怖症患者无法进行检查;另一方面专用的乳腺CT还未广泛用于商业用途。因此对比增强乳腺X线摄影(contrast enhanced digital mammography,CE-DM)的实现有着较充分的理论及现实基础,且其具有易操作、费用低及较低的放射剂量等优势。LuczyAska等研究显示,与传统乳腺X线摄影(digital mammography,DM)相比,CE-DM具有更高的敏感度、特异度及准确率。Dromain等研究显示CE-DM的诊断准确率高于DM联合超声检查,能发现更多的病灶。Fallenbergt等研究发现CE-DM诊断乳腺癌的符合率高于DM及CE-MRI,且其显示的肿瘤大小与病理结果具有良好的相关性。

虽然CE-DM可用以提供病灶的血流动力学信息,但是值得注意的是,该项检查是在乳腺压缩期间进行的,压缩的乳腺有可能影响血液的流动、造成结果偏倚,然而减少乳腺的压缩则可能导致乳房厚度增加,加剧组织重叠的模糊效应,尤其对于致密型乳腺。另外,单次CE-DM检查只能获得有限的图像数量,限制了其临床应用。DBT的图像质量及诊断准确率较高于FFDM,且对压缩乳腺组织的要求有所降低,目前已有学者将对比增强应用到DBT中,进一步研究该技术在乳腺摄影中的作用。

3.CE-DBT临床研究进展

目前,CE-DBT主要有时间减影及双能量减影两种方式。

3.1时间减影

首先把受压乳腺置于单一视角(如侧斜位),在注射对比剂前后分别采集图像,然后将获得的图像进行减影,经计算机后处理得到的一系列数字化影像。由于需要减轻对比剂在33.2keV时的边缘效应,设备需要加装铜或其他金属滤波片,并需要把管电压增加至45~49kVp。整个检查过程大约需要10min。Chen等对13例患者行时间减影CE-DBT检查,均轻度压缩乳腺,以便不影响血液和对比剂在乳腺内的流动,结果显示:11例经病理证实的恶性肿瘤中10例疑似出现强化,1例CE-DBT和CE-MRI可明确诊断;另外2例良性病灶未强化。

3.2双能量减影

双能量减影是在注射对比剂后开始采集图像,共采集两种图像,一种是大多数或全部X线能谱低于碘边缘效应的能量;另一种则相反,然后把两种图像进行减影,经计算机处理后得到的一系列数字化影像。设备同样需要加装铜或其他金属滤波片以减轻边缘效应。整个检查过程所需时间约3~5min,较时间减影法短。这种方法最早是由最小化乳腺运动伪影而提出来的。在双能量CE-DBT的可行性研究中,Carton等对1例已知为乳腺癌的患者进行双能量CE-DBT检查,发现该项技术亦能够提供肿瘤的形态和血流动力学信息,定性信息与CE-MRI—致。与时间减影法相比,双能量CE-DBT受到运动伪影的影响较小。Gavenoms等对近期诊断为乳腺癌的8例患者进行双能量CE-DBT检查,表明双能量技术反映的形态学特征包括边缘细节信息和相关的微钙化与DM—致;在一些病例中能清晰辨别血管,具有与MRI类似的定性诊断效能。

3.3两者的优缺点Carton

影与双能量减影的对比研究指出,两者显示的病灶形态和增强特点与MRI相一致;由于时间减影CE-DBT图像上乳腺组织可以完全被消除,而在双能量CE-DBT上只能部分消除,因此时间减影CE-DBT有着更高的敏感度。但时间减影法更容易出现运动伪影,主要原因包括检查时间较长(约10min)、以及注射对比剂时引起的生理性反应等,而双能量CE-DBT检查时为先注射对比剂再采集图像,出现伪影概率显着减少。且双能量CE-DBT的检查时间短,更易被患者所接受。

总体上来说,CE-DBT仍有不足,如:仍需要压缩乳腺;成像角度有限;需要额外培训技术人员。另外,该检查使用碘对比剂,存在对比剂过敏及对比剂肾病(contrast-media-induced,CIN)的风险。

4.对比剂及放射剂量

4.1对比剂

目前,临床上行增强乳腺摄影最常使用碘对比剂,其具有良好的生物相溶性和体内稳定性,可通过尿液排泄而无需经过生化变化。注射的药量一般为1.0~1.5ml/kg,流率2~3ml/s。但亦存在局限性:碘对比剂在33.2keV的边缘效应在乳腺X线增强中表现得尤为明显,常需配置铜或其他过滤器及增加球管电压,后者会使对比度噪声比升高,影响部分微钙化灶的显示;另一方面这些对比剂经肾脏快速排泄,因此需要立即进行注射后图像采集,对于肾功能不全的肾病患者易引起CIN。

Karunamuni等首次以银纳米颗粒为对比剂、研究其用于乳腺X线增强检查的可行性,结果显示在未改变设备或扫描计划的情况下,其图像质量好于碘对比剂图像,如果为了反映银对比剂的边缘效应而把扫描计划稍作修改,两者的信号噪声比(signal differences-noise ratio,SDNR)差异会增加。这为以后寻找新型对比剂提供了有利线索。

4.2放射剂量

射线有诱发乳腺癌的风险,CE-DBT的放射剂量不可避免地成为学者们关注的焦点。目前尚未有专门文献对CE-DBT的放射剂量进行详细说明及规范。Carton等的研究中,4例患者的乳腺平均压缩厚度为5 cm,平均腺体吸收剂量(meanglandu-lardose,MGD)为5.3mGy。而在Gavenonis等的研究中,双能量CE-DBT的MGD约3.5mGy,乳腺平均压缩厚度为45 cm。CE-DBT的MGD大约是乳腺X线摄影的2倍。必须指出的是,MGD的大小与乳腺厚度、密度、操作系统及技术人员经验具有密切的关系。

5.小结

DBT在消除乳腺组织的重叠、提高乳腺疾病的检出率、降低误诊率等方面具有重要的临床应用价值,用于筛查早期乳腺癌也具有可观的前景。CE-DBT检查可进一步提高病灶的检出率、特别是浸润性病灶。既能更清楚地显示病灶形态,又能提供病灶的血供情况。提高早期发现乳腺癌或局部病变的能力,意味着更多患病女性有可能不需接受乳房切除术,保留乳房、提高生存质量。

尽管CE-DBT还有许多问题有待解决,如采集图像时最佳角度范围、曝光时间、采集间隔、重建方法、降噪方式等,但随着乳腺摄影技术的不断发展,CE-DBT会越来越完善,以较低的成本为临床提供足够的信息。


原始出处:
徐蓉,文婵娟,蔡裕兴.对比增强数字化乳腺断层摄影诊断乳腺疾病的研究进展.中国医学影像技术.2016.

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