人工智能辅助的三维成像技术在乳腺癌微浸润性癌的诊断中显示，相当大比例的病例中肿瘤浸润灶的体积较大

《Pathology - Research and Practice》：Artificial intelligence-assisted three-dimensional imaging of breast microinvasive carcinoma reveals larger invasive focus size in a substantial proportion of cases

本研究通过三维成像技术重新评估了11例微侵袭乳腺癌病例的侵袭焦点尺寸，发现72.7%的病例焦点尺寸超过1毫米，需重新分类为T1a浸润性癌，并识别一例哨兵淋巴结转移。该技术挑战了微侵袭概念，AI辅助标注可提升诊断精度。

陈一杰|梁哲伟|徐志毅|林宇杰|林彦宇

台湾新北市辅仁天主教大学医院病理学系

摘要

微浸润性乳腺癌是一种独特的恶性肿瘤类型，其特征是在原位癌（carcinoma in situ）的背景下存在直径小于1毫米的小浸润灶。该疾病是乳腺癌浸润性发展的最早阶段，被诊断为这种疾病的患者通常采用保守治疗。然而，仅根据单张组织切片进行诊断可能会低估浸润灶的大小。我们开发了一种三维（3D）成像方法，用于重新评估那些原始报告的浸润灶大小接近1毫米的微浸润性乳腺癌病例。通过对3D图像进行标注，并基于HRNetV2架构开发了人工智能（AI）程序，以辅助未来病例的标注。我们发现，在11例病例中有8例（72.7%），当在三维空间中分析标本时，浸润灶的大小大于1毫米，因此这些病例被重新分类为T1a期浸润性乳腺癌。值得注意的是，在其中一例重新分类的病例中，在前哨淋巴结活检中检测到了孤立的肿瘤细胞。我们的发现质疑了微浸润性乳腺癌概念的可靠性，并表明AI辅助的三维成像是精准诊断微浸润性乳腺癌的宝贵工具。

引言

微浸润性乳腺癌是一种独特的乳腺癌类型[1]。在这种疾病中，检测到的浸润灶非常小，定义上直径小于1毫米。浸润灶通常存在于导管原位癌（DCIS）病变中。由于浸润灶的体积极小，微浸润性乳腺癌的表现与纯DCIS相似，且很少发生淋巴结或远处转移[2],[3],[4]。被诊断为微浸润性乳腺癌的患者通常采用保守治疗，其预后一般较好[5],[6]。

然而，并非所有微浸润性乳腺癌患者的预后都良好。有一小部分病例会发展为转移性疾病，且存在因癌症死亡的风险[2],[7],[8]。先前的研究还表明，与T1a期浸润性乳腺癌相比，这些患者有更高的局部复发风险[9]。在微浸润性乳腺癌病例中识别出高风险患者非常重要，因为这些患者可能需要更类似于T1a期浸润性乳腺癌的管理方式[10]。高风险病例与典型微浸润性乳腺癌病例之间的一个可能区别在于浸润灶的大小。传统上，病理学家通过观察患者肿瘤标本制成的组织切片，在显微镜下估计浸润灶的大小；然而，这项看似简单的任务实际上包含许多挑战[11],[12]。浸润灶的大小在标本的不同深度层面可能会有所不同，有时较深的切片可能会显示出更大或更小的浸润灶大小。此外，在某个深度层面测量时小于1毫米的浸润灶，在三维（3D）空间中实际上可能大于1毫米。我们假设一些微浸润性乳腺癌病例在三维空间中的浸润灶大小实际上大于1毫米，因此这些病例的表现与T1a期浸润性乳腺癌相似。

尽管已知肿瘤标本存在空间异质性，但在微浸润性乳腺癌病例中通常不会为了测量浸润灶的大小而反复切片。虽然将连续切片的图像重建为3D图像在技术上是可行的[13]，但进行这样的工作需要付出大量努力，而且经过大量切片后，小的浸润灶可能会消失。我们提出使用组织透明化和3D成像技术来解决这个问题。我们的团队已经开发出方法，可以使厚厚的福尔马林固定、石蜡包埋（FFPE）组织切片变得透明[14],[15]。可以从这些厚切片中获得3D免疫荧光图像，并用于临床诊断目的，例如确定PD-L1评分[14]。通过制作一个厚切片，我们可以在三维空间中确定乳腺癌的浸润灶大小，从而比传统切片获得更高的准确性。这种新方法能够实现体积组织评估，保持三维空间关系，并有可能提高显微浸润的检测能力。此外，我们的技术允许厚组织切片重新包埋并保存以进行进一步的诊断测试，包括免疫组化和DNA检测[14]。应用这项技术有可能提高微浸润性乳腺癌诊断的准确性。

在这项研究中，我们（1）证明了透明化FFPE人乳标本并获取3D图像的可行性；（2）使用体积分析测量了微浸润性乳腺癌病例中的浸润灶大小；（3）开发了一个人工智能（AI）辅助模型以促进未来的应用；（4）表明经过3D成像处理的标本可以保存以进行进一步的病理测试。

章节摘录

患者队列

通过回顾电子病历，我们回顾性地确定了2017年1月至2023年6月在辅仁天主教大学医院接受乳腺癌手术治疗的成年女性患者。我们重点关注那些被诊断为微浸润性乳腺癌的患者，特别是那些浸润灶大小接近1毫米（介于0.5至1毫米之间）的病例。我们还包括了T1a期小病灶的病例，或者具有多灶性病变的病例

FFPE乳腺癌标本可以进行透明化和3D成像

我们确定了11例浸润灶大小在0.5至1毫米之间的微浸润性乳腺癌病例，其临床和病理特征总结在表1中。我们还包括了7例T1a期小病灶的病例，或者具有小病灶（约1毫米）的多灶性病变的病例作为对比。这两组患者的年龄分布相似，且在诺丁汉分级（Nottingham grade）、激素受体状态等方面都包含多种病例

讨论

在这项研究中，我们展示了从FFPE人乳标本获取3D图像的可行性。将这项技术应用于浸润灶大小的3D测量后，我们发现相当大比例的微浸润性乳腺癌病例实际上包含大于1毫米的浸润灶。其中一个病例在前哨淋巴结活检中还检测到了孤立的转移肿瘤细胞。在如此小的病例队列中将多个病例重新分类为T1a期是一个重要的发现

CRediT作者贡献声明

林彦宇：撰写 – 审阅与编辑、撰写 – 原稿、方法学、研究、资金获取、数据分析、概念化。林宇杰：撰写 – 审阅与编辑、撰写 – 原稿、方法学、研究、数据分析。徐志毅：撰写 – 审阅与编辑、撰写 – 原稿、概念化。梁哲伟：撰写 – 审阅与编辑、撰写 – 原稿、概念化。陈一杰：撰写 –

利益冲突和资金来源

YYL获得了台湾国家科学技术委员会（grant number: NSTC 113–2320-B-030–001, 114–2320-B-030–007）和辅仁天主教大学医院（grant number: PLNSTC- 113001, PLNSTC- 114002）的资助。其余作者未声明任何利益冲突。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：林彦宇报告称获得了台湾国家科学技术委员会的财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能会影响本文所报告工作的财务利益或个人关系。