三維適形放療后兔VX2肝癌MR灌注加權(quán)成像：與病理對照

江新青，陳 亮，魏新華，吳紅珍，劉 真

三維適形放療后兔VX2肝癌MR灌注加權(quán)成像：與病理對照

江新青，陳 亮*，魏新華，吳紅珍，劉 真

目的 分析兔VX2肝癌行三維適形放療(3DCRT)后MR灌注參數(shù)及相關(guān)病理變化，探討MR灌注加權(quán)成像(PWI)作為肝腫瘤臨床診斷、術(shù)后監(jiān)測及療效評估的可行性。方法 新西蘭大白兔13只，采用組織塊種植的方法制成肝VX2模型，每只荷瘤兔行單次3DCRT。使用Philips 1.5T MR掃描儀，采用EPI-SE序列、SENSE技術(shù)，于放療前、后10天對13只荷瘤兔分別行MR灌注加權(quán)成像及增強(qiáng)掃描。選取病灶與周圍正常肝組織的感興趣區(qū)(ROI)，分別測量血流灌注值。PWI采用信號強(qiáng)度-時間曲線的最大信號下降斜率(SRSmax)作為定量指標(biāo)，標(biāo)本行血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)檢測，并與PWI結(jié)果進(jìn)行對照，分析不同ROI的SRSmax變化規(guī)律。結(jié)果 放療后腫瘤中央?yún)^(qū)及周邊區(qū)SRSmax值均較放療前降低(P<0.05)，瘤周正常肝實質(zhì)區(qū)SRSmax值無明顯差異，不同ROI的SRSmax下降程度與VEGF破壞程度及范圍一致(r=0.487，P=0.01)。結(jié)論 PWI能反映兔VX2肝癌放療后微循環(huán)及血流動力學(xué)變化，SRSmax可作為活體腫瘤微血管的一種評價指標(biāo)。

癌，肝細(xì)胞；磁共振成像，灌注；兔；血管內(nèi)皮生長因子

兔VX2肝癌模型設(shè)計成熟，具有容易復(fù)制、生長周期短、成功率高、模型穩(wěn)定等特點(diǎn)，是一種較理想的肝腫瘤動物模型[1]。磁共振灌注加權(quán)成像(perfusion-weighted imaging，PWI)能定量分析組織微循環(huán)的血流灌注變化，反映腫瘤血流灌注情況。本文通過分析兔VX2肝癌經(jīng)三維適形放射治療(three-dimensional conformal radiotherapy，3DCRT)后的PWI特點(diǎn)及灌注參數(shù)變化，與病理結(jié)果對照，探討PWI作為肝癌療效評估的可行性。

1 材料與方法

1.1 動物模型的建立

新西蘭大白兔13只(廣東省醫(yī)學(xué)動物中心提供)，雌雄不限，體重1.5～2.5 kg，3～4個月齡。VX2瘤株由廣西醫(yī)科大學(xué)提供。于兔耳緣靜脈注入速眠新(0.2 ml/kg)全麻后，采用經(jīng)腹腔瘤塊種植法[2]成功建立兔肝VX2移植瘤模型。

2周后待腫瘤直徑≥1 cm時麻醉后送入腫瘤放療中心，行3DCRT治療，放療劑量為20 Gy，單次放療，放療后送回動物中心飼養(yǎng)。于放療后10天再次行MRI檢查，檢查完畢處死動物，取病理標(biāo)本迅速固定于10%中性甲醛溶液中，石臘包埋后行DAB染色、VEGF表達(dá)測定。

1.2 掃描方法

速眠新0.2 ml/kg深度麻醉兔后，使用自制腹帶加壓固定，采用Philips 1.5 T磁共振掃描儀，8通道膝關(guān)節(jié)掃描線圈，采用呼吸門控行常規(guī)T1WI、T2WI(橫斷位、冠狀位、矢狀位)掃描后，行PWI掃描，PWI掃描采用SE-EPI序列，SENSE成像參數(shù)的縮減因子(reduction factor)取值為2。掃描參數(shù)：TR 3000 ms，TE 43 ms，層厚2 mm，間距0.3 mm，采集4次，視野(FOV)150 mm×150 mm，矩陣256×256。對比劑為釓雙胺注射液(Gd-DTPA-BMA)，劑量0.3 mmol/kg，采用高壓注射器注射，掃描3個相位后注射對比劑，速率0.2 ml/s，掃描完采用15 ml生理鹽水沖管。掃描時間共為5分16秒。每只兔采集原始灌注圖像920～1080幀。

1.3 MR灌注圖像后處理

所有的灌注原始圖像均傳送至工作站ViewForum 6.1 V5進(jìn)行處理, 分別測量放療前與放療后肝臟、VX2腫瘤感興趣區(qū)(ROI)信號強(qiáng)度，以ROI內(nèi)的信號強(qiáng)度平均值為基礎(chǔ)構(gòu)建血流灌注的信號強(qiáng)度-時間曲線，分析ROI在放療前后的MR信號變化、計算最大信號下降斜率(maximal signal reduction slope, SRSmax)，并利用工作站功能軟件繪制相對肝血容量(relative hepatic blood volume, rHBV)圖。

ROI測量方法：首先根據(jù)增強(qiáng)掃描瘤灶邊緣明顯強(qiáng)化及PWI明顯高灌注的特點(diǎn)確定腫瘤邊界，并以此確定腫瘤中央?yún)^(qū)、腫瘤周邊區(qū)及瘤周正常肝實質(zhì)的選擇范圍。腫瘤周邊區(qū)ROI選擇要求：選取能顯示腫瘤最大層面、強(qiáng)化明顯的邊緣區(qū)；非腫瘤區(qū)每個ROI選擇在常規(guī)MR檢查尚未出現(xiàn)形態(tài)學(xué)改變的遠(yuǎn)離瘤灶周圍的肝實質(zhì)區(qū)域，并注意避開肝臟的邊緣、主要血管及膽管等結(jié)構(gòu)[3]，ROI應(yīng)盡可能大地包括欲測區(qū)，各相關(guān)數(shù)據(jù)從畫圖軟件左上角的圖形視圖中獲取[4]。SRSmax計算公式為:SRSmax =(SIpre－SIp)/ TTP，SIpre為PWI圖像穩(wěn)定后至信號下降前的ROI信號強(qiáng)度的平均值, SIp為灌注峰值時刻的ROI信號強(qiáng)度值，TTP為達(dá)峰時間(ROI信號強(qiáng)度下降的開始時刻到降為峰值時刻之間的時間寬度)。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 11.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。放療前、后兩次掃描不同ROI的SRSmax值的比較采用配對t檢驗，放療后不同ROI的SRSmax值與VEGF的比較先作方差齊性分析，如有統(tǒng)計學(xué)意義再進(jìn)一步作兩兩比較，所有測值采取均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，P＜0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 放療前、后兔VX2肝癌的MRI表現(xiàn)

13只VX2瘤兔均成功建模，其中2只因治療過程中麻醉過量搶救無效死亡，術(shù)后立即取病理標(biāo)本并置入10%中性甲醛溶液中保存以作分析對照，其余11只均生存至MR檢查結(jié)束。放療前10天掃描，發(fā)現(xiàn)腫瘤共16個，其中10只1個病灶，3只2個病灶，瘤體平掃T1WI為稍低信號，T2WI為稍高信號，信號較均勻，部分邊界欠清楚。增強(qiáng)掃描病灶呈結(jié)節(jié)狀強(qiáng)化，強(qiáng)化較均勻，瘤體內(nèi)未見明顯壞死囊變。病灶局限于肝臟內(nèi)，未見轉(zhuǎn)移(圖1)。

放療后10天行MRI平掃及增強(qiáng)，示病灶大小較放療前體積減小，T2WI信號不均勻，可見高、低混雜信號。增強(qiáng)掃描呈不均勻強(qiáng)化，5只病灶有囊變壞死。病灶轉(zhuǎn)移較明顯，3只有腹腔種植，其中2只可見腹水(圖2)。

2.2 病理學(xué)表現(xiàn)

2只治療過程中死亡的荷瘤兔病理標(biāo)本大體肉眼觀察見瘤體呈灰白色魚肉樣，表面血管增多增粗，鏡下腫瘤呈浸潤性生長，邊界不清，核大、分裂像多見，間質(zhì)少，瘤周區(qū)血管豐富(圖3、4)。

放療后肉眼觀察腫瘤血管減少，鏡下見毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞退化，細(xì)胞壞死明顯，瘤周可見水腫和炎性反應(yīng)(圖5、6)。

2.3 放療前、后不同ROI的SRSmax值比較

放療后腫瘤中央?yún)^(qū)及周邊區(qū)分別與放療前相應(yīng)部位的SRSmax值比較，有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)。瘤周正常肝實質(zhì)SRSmax值無統(tǒng)計學(xué)差異(表1)。

2.4 放療后不同ROI的SRSmax值與VEGF的比較

不同ROI的SRSmax值與VEGF作方差齊性分析均無統(tǒng)計學(xué)差異(表2)。放療后腫瘤中央?yún)^(qū)SRSmax值、VEGF的改變最明顯，下降程度均高于腫瘤周邊區(qū)及瘤周肝實質(zhì)，腫瘤中央?yún)^(qū)即放療區(qū)的SRSmax值與VEGF呈正相關(guān)(r=0.487，P=0.01)。

表1 3DCRT放療前、后不同ROI的SRSmax值比較

表2 3DCRT放療后不同ROI的SRSmax與VEGF的比較

3 討論

3.1 兔肝VX2種植瘤模型的建立

VX2腫瘤動物模型復(fù)制技術(shù)成熟，已廣泛應(yīng)用于多領(lǐng)域的腫瘤基礎(chǔ)研究。其生長迅速，制作周期短，2周左右瘤體直徑可達(dá)1 cm以上[5]，此時腫瘤切面呈實質(zhì)性，中心無變性壞死，此階段為腫瘤血管形成期，主要在腫瘤周邊區(qū)形成大量粗細(xì)不均、雜亂無章的腫瘤血管，可有少數(shù)扭曲、不規(guī)則穿支血管伸入腫瘤中央；3～4周后腫瘤中央可出現(xiàn)變性壞死，此階段為腫瘤血管穩(wěn)定期，瘤體增長迅速，與血管生成不成比例，腫瘤周邊血供豐富腫瘤細(xì)胞生長旺盛，而腫瘤中央因缺血而壞死；5周后腫瘤中央出現(xiàn)大片壞死液化后形成囊腔，肝內(nèi)、腹腔及肺內(nèi)出現(xiàn)多處轉(zhuǎn)移灶，此階段為腫瘤血管退化期，血管生成相對減緩，瘤體大部分壞死。本實驗選擇在VX2瘤種植成功后2～4周腫瘤血管生長較好的時間進(jìn)行研究，旨在盡量避免因瘤體生長較長時間后自身發(fā)生囊變壞死對數(shù)據(jù)采集及試驗結(jié)果的影響。

3.2 三維立體適形放療的臨床應(yīng)用

三維立體適形放療是利用立體定向等技術(shù)，將大劑量高能X射線，高精度地分次或一次性照射到設(shè)定的靶區(qū)上的一種放射治療技術(shù)。由于照射野形狀和治療體積與病灶的形狀和體積一致，又是多野、多角度照射，所有的高能X射線都集中在腫瘤組織內(nèi)并形成高劑量區(qū)，逐漸達(dá)到腫瘤致死量，使腫瘤組織變性、壞死，病灶組織受到不可逆的破壞，同時減少了靶區(qū)周圍敏感器官等正常組織的照射劑量，因而更符合臨床劑量學(xué)的原則，提高了腫瘤局部控制率[6]。

3.3 PWI成像技術(shù)

腫瘤血管生成是實體性腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)。肝癌具有很強(qiáng)的誘導(dǎo)血管生成能力，其血管生成程度與腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移及預(yù)后密切相關(guān)，可以作為監(jiān)測腫瘤生物學(xué)特性、預(yù)測轉(zhuǎn)移和估計預(yù)后的重要指標(biāo)[7]。PWI可清楚地顯示腫瘤微循環(huán)血流狀況，主要采用動態(tài)團(tuán)注示蹤法，其基本原理來源于核醫(yī)學(xué)中的示蹤劑稀釋原理及中央容積定理，通過團(tuán)注對比劑后，采用超快速成像技術(shù)，檢測對比劑首過組織時引起的局部信號強(qiáng)度改變，計算其T1或T2弛豫率的變化，再通過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型變換得到組織血流灌注的定量信息，用于了解其血流動力學(xué)特征，評價微循環(huán)狀態(tài)[8,9]。本試驗采集組織T1弛豫信息，得到的是T1WI圖像。由于肝臟微循環(huán)結(jié)構(gòu)的特殊性和MRI技術(shù)的復(fù)雜性，目前還未建立統(tǒng)一的肝臟PWI技術(shù)及相應(yīng)數(shù)學(xué)灌注模型。

圖1 放療前T2WI示瘤體呈稍高信號，信號較均勻，邊界清楚，有包膜，局限于肝組織內(nèi)

圖2 放療后瘤體縮小，信號不均勻，其內(nèi)可見壞死區(qū)，邊界欠清

圖3 術(shù)中死亡的荷瘤兔瘤體剖開后大體肉眼觀察，瘤體呈魚肉狀，較新鮮，壞死、囊變不明顯；

圖4 為光鏡下DAB染色(×400)，VEGF陽性物質(zhì)位于瘤細(xì)胞漿內(nèi)，視野內(nèi)可見大量腫瘤細(xì)胞及微血管形成

圖5 (放療后)剖開大體標(biāo)本見腫瘤中央壞死明顯(▲)，周圍可見新鮮瘤組織(↑)；

圖6 (放療后)VEGF陽性物質(zhì)位于瘤細(xì)胞漿內(nèi)，染色較深，紫色、棕褐色、顆粒狀，腫瘤中央?yún)^(qū)見多個液化壞死形成的空腔

圖7 腫瘤達(dá)灌注峰值時刻的原始灌注圖像，示注射對比劑后腫瘤周邊區(qū)明顯強(qiáng)化，中央?yún)^(qū)不均勻強(qiáng)化；

圖8 rHBV圖示腫瘤周邊區(qū)、中央?yún)^(qū)高灌注，瘤周肝實質(zhì)灌注程度略低

3.4 兔肝VX2種植瘤模型的MR灌注圖像表現(xiàn)

實驗發(fā)現(xiàn)放療前、后腫瘤中央?yún)^(qū)、周邊區(qū)的PWI原始圖像、rHBV圖、SRSmax存在差異，與其血管生成及破壞程度相符：①放療后信號強(qiáng)度-時間曲線顯示腫瘤周邊區(qū)呈一過性升高，瘤周肝實質(zhì)呈一過性輕度升高，中央?yún)^(qū)信號減低，是由于此階段大量的腫瘤血管生成主要存在于腫瘤周邊區(qū)，腫瘤周邊區(qū)血管化程度高，所以增強(qiáng)時邊緣強(qiáng)化明顯，灌注程度也最高(圖7、8)。rHBV圖上則表現(xiàn)為異常的高灌注區(qū)。瘤周肝實質(zhì)隨著腫瘤的浸潤生長也有一定程度的血管生成，但該區(qū)域的門靜脈血流灌注仍占主導(dǎo)地位，所以其PWI表現(xiàn)為信號強(qiáng)度隨時間為一過性升高，但升高幅度及灌注強(qiáng)度均低于腫瘤周邊區(qū)；腫瘤中央?yún)^(qū)因放療血管生成遭到破壞，呈低灌注(圖9、10)。②放療前后腫瘤中央?yún)^(qū)、周邊區(qū)的SRSmax差異有統(tǒng)計學(xué)意義，其中腫瘤中央?yún)^(qū)的SRSmax值明顯降低，是因為瘤實質(zhì)經(jīng)放療后發(fā)生凝固性壞死，血管生成遭到明顯破壞，VEGF檢測亦說明了這一點(diǎn)。③瘤周正常肝實質(zhì)放療后信號強(qiáng)度-時間曲線顯示SRSmax較放療前有一個輕度升高的變化趨勢(圖10)，康立清等[10]關(guān)于兔VX2腦瘤血管生成的相關(guān)研究則未觀察到此類現(xiàn)象。分析其原因，考慮是由于試驗選擇在腫瘤血管生長旺盛的血管形成期至旺盛期這段時間，腫瘤細(xì)胞生長活躍，腫瘤血管逐漸向瘤周正常肝實質(zhì)浸潤生長，微血管數(shù)量反應(yīng)性增多，但由于周圍正常肝實質(zhì)灌注程度也很高，故在增強(qiáng)掃描及PWI圖上表現(xiàn)也不明顯，只在灌注信號強(qiáng)度 時間曲線上有顯示。且兔顱腦存在血腦屏障，與肝臟的灌注情況有所不同是否也是原因之一，有待于進(jìn)一步實驗證實。

總之，PWI作為一種無創(chuàng)的影像檢查方法，能顯示兔VX2肝癌不同ROI放療前后的血流變化，是針對組織微循環(huán)構(gòu)成的成像方法，可以定量檢測單位腫瘤組織內(nèi)的血流量、血容量、血流平均通過時間等，從而反映肝臟腫瘤血管的功能狀態(tài)，為臨床治療、判斷預(yù)后等提供依據(jù)。

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Perfusion-weighted imaging of rabbit models with hepatic VX2 tumor after three-dimensional conformal radiotherapy: compared with pathological changes

JIANG Xin-qing, CHEN Liang*, WEI Xin-hua, WU Hong-zhen, LIU Zhen
Department of Radiology, the First Municipal People's Hospital of Guangzhou, Guangzhou 510180, China
*

Chen L, E-mail: jarod416@126.com

2 Jan 2010; Accepted 2 Mar 2010

Objective: To analyze the perfusion parameters and related pathological changes of rabbit VX2 liver cancer after three-dimensional conformal radiotherapy (3DCRT) and discuss the availability of perfusion-weighted imaging (PWI) as a clinical diagnosis of liver tumors, postoperative monitoring and eff cacy evaluation. Materials and Methods: Of 13 New Zealand rabbits were implanted in liver with VX2 tumor by tissue block, each rabbit was treated by single 3DCRT. All of them were performed PWI and enhanced scanning 10 days before and after the radiotherapy by using a 1.5T MR scanner with EPI-SE sequence and SENSE technology. Finally, image quality of 3 rabbits were not good enough, 13 were enrolled into statistic. Selecting the regions of interests (ROI) of lesions and surrounding normal liver tissue, perfusion values were measured and statistically analyzed. Maximal signal reduction slope (SRSmax) of the signal intensity versus time curves were created as quantitative index, specimens of vascular endothelial growth factor (VEGF) were examined and compared with the perfusion-weighted images. Results: After radiotherapy, the SRSmax value of central and surrounding of tumor were statistically decreased than that before radiotherapy (P<0.05), but there were no differences in normal liver parenchyma of tumor border; the SRSmax decreasing of different ROI was accordant to the range of the spoiled vascular endothelial growth factor (r=0.487, P=0.01). Conclusion: PWI can reflect the microcirculation and hemodynamic changes of rabbit models with hepatic VX2 tumors after 3DCRT. SRSmax can be used as an evaluating indicator for living tumor microvessels.

Carcinoma, hepatocellular; Magnetic resonance imaging, perfusion; Rabbits; Vascular endothelial growth factor

book=133,ebook=4

本課題受廣東省科技廳基金項目資助(2004B36001043)。

廣州市第一人民醫(yī)院放射科，510180

江新青(1963－)，男，博士，碩士生導(dǎo)師，主任醫(yī)師。研究方向：腹盆部MR診斷。E-mail: jiangxqw@163.com

陳亮，E-mail: jarod416@126.com

2010-01-02

R445.2；R735.7

A

1674-8034(2010)02-0133-05

接受日期：2010-03-02

江新青,陳亮,魏新華,等. 三維適形放療后兔VX2肝癌MR灌注加權(quán)成像：與病理對照. 磁共振成像, 2010, 1(2): 133-137.