前列腺癌骨轉(zhuǎn)移模型的早期診斷:DWI及99Tcm-MDP骨顯像比較

何玉潔,杜曉慶

(江蘇省無錫市第四人民醫(yī)院,1.影像科;2.核醫(yī)學(xué)科,214062)

近年來前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的發(fā)病率明顯增加,40%～70%的患者在就診或治療中會發(fā)生骨轉(zhuǎn)移[1],因而對前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的早期診斷極為重要。由于具有較長潛伏期和隱蔽性發(fā)病等特點,臨床上早期前列腺癌診斷骨轉(zhuǎn)移較為困難,筆者在建立前列腺癌骨轉(zhuǎn)移模型基礎(chǔ)上進(jìn)行磁共振(MRI)彌散成像(DWI)和99TcmMDP骨掃描的對比研究,探討其應(yīng)用價值,報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗動物。BALB/c裸鼠,雄性,體質(zhì)量(20±2)g,4～6周齡,由中國南京大學(xué)實驗動物中心提供,實驗與飼養(yǎng)條件遵照SPF級標(biāo)準(zhǔn),均飼養(yǎng)于南京大學(xué)動物實驗中心。人前列腺癌PC-3細(xì)胞株。用含100 mL/L胎牛血清(杭州四季青公司)的RPMI 1640培養(yǎng)液(美國Gibco公司)在37℃、50 mL/L CO2的孵箱內(nèi)培養(yǎng),以1.25 g/L胰酶和0.2 g/L EDTA的混合液消化傳代。注射細(xì)胞的針管為29G型1 mL胰島素注射針管(美國BD公司)。

1.2 方法

1.2.1 模型制備:將PC3細(xì)胞于細(xì)胞對數(shù)生長期消化下來,加入無血清培養(yǎng)液,調(diào)整細(xì)胞濃度為1×107/mL,將0.2 mL細(xì)胞懸液注入左側(cè)脛骨近端。具體方法參照文獻(xiàn)[2]。

1.2.2 實驗觀察指標(biāo):①肉眼觀察指標(biāo)行為學(xué)變化:觀察并記錄荷瘤裸鼠的生活習(xí)性、生長狀態(tài)、精神狀態(tài)、行為特征、飲水飲食變化及荷瘤部位腫瘤的生長等情況。28 d作為觀察終點。②腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的評價脫頸椎法處死荷瘤裸鼠,分離瘤體、心臟、肝臟、腎臟。將各組織標(biāo)本在10%福爾馬林溶液中常規(guī)脫水、固定,石蠟包埋、做5 μ m薄層切片、蘇木精—伊紅染色,光學(xué)顯微鏡下觀察細(xì)胞和組織的結(jié)構(gòu)變化及有無遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移灶。

1.2.3 MRI DWI及99Tcm-MDP骨顯像:①MRI掃描及處理采用Bruker公司7.0T(PharmaScan)MRI掃描儀,孔徑為16 am,最大梯度強(qiáng)度為 300 mT/m。大鼠麻醉后身體平行于掃描床,頭端與主磁場方向一致,取俯臥軸面及冠狀面掃描,采用表面線圈。T1WI:TR/TE 1300 ms/7.5 ms,層厚1.0 mm,層間距1.2 mm,FOV 4.0 cm,翻轉(zhuǎn)角180°,矩陣256×256,帶寬為 833 333.3 Hz,回波間隔為7.5 ms;T2WI T R/TE 4 200 ms/36 ms,帶寬為35 714.3 Hz,回波間隔為12.0 ms,其余諸參數(shù)同T1Wl;DWI:單次激發(fā)EPI序列,TR/TE 3 000 ms/32 ms,翻轉(zhuǎn)角90°,矩陣128×128,帶寬為1250 000 Hz,回波間隔為0.5 ms;掃描完畢后利用ParaVision 4.0影像重建軟件獲得三維圖像。

彌散敏感梯度(b值):0、1000(單位s/mm2)。在層面選擇方向(S)、讀出編碼方向(R)、相位編碼方向(P)3個方向上施加彌散梯度。ADC值采用直接測量法獲得。99Tcm-MDP骨掃描檢查:采用低能高分辨率準(zhǔn)直器,窗速15 cm/min,顯像儀器為Philips公司Vertex plus EPIC/MCD/AC雙探頭SPECT,尾靜脈注射99Tcm-MDP 0.74 MBq/0.2 mL,全身靜態(tài)顯像(仰臥位),顯像條件:針孔準(zhǔn)直器,能峰140 keV,窗寬20%,計數(shù)率值300 k,采集時間5～20 min。99Tcm-MDP由南京森科公司提供,放化純>95%。

統(tǒng)計采用SPSS13.0軟件,所得數(shù)據(jù)若呈正態(tài)性分布且方差齊用配伍組設(shè)計的兩兩χ2檢驗進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,P≤0.05為有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

裸鼠進(jìn)行PC3細(xì)胞脛骨內(nèi)注射后,均無意外死亡,無切口感染,進(jìn)食睡眠良好,20只裸鼠中有18只模型建立成功。接種后平均(18.2±0.53)d脛骨周圍出現(xiàn)軟組織腫塊,病理切片證實為腫瘤組織。觀察終點瘤體直徑0.5～1.2 cm,平均1.02 cm,仔細(xì)觸摸可于左后肢脛骨部觸及結(jié)節(jié),米粒大小、質(zhì)硬,繼續(xù)發(fā)展至行走障礙。

MRI平掃見腫瘤組織:在T1W上為略低信號影,與周圍組織境界清楚,EPI序列上T2W呈不均勻高信號影。內(nèi)部有壞死灶時可呈長T1長T2信號。DWI見腫瘤組織呈高亮信號影,周圍呈相對低信號影,與周圍組織境界不清(見圖1、2)。MRI早期平均(5.2±0.72)d出現(xiàn)異常信號改變,正確診斷 19例,假陰性1例,無假陽性,其診斷敏感性為94.4%,特異性為100%,正確診斷率為95%。

圖1 腫瘤組織光鏡檢查結(jié)果

圖2 DWI 3 d異常高信號影,箭頭示;T2同期掃描未見異常。

正常裸鼠注射99Tcm-MDP后0.5 h雙腎膀胱顯影明顯;1 h后頭顱骨、中軸骨、肋骨和四肢骨放射性逐漸濃聚,移植瘤開始即輕度顯影,1 h瘤體放射性異常濃聚,4 h瘤體放射性濃聚最強(qiáng),明顯高于骨骼影像,6 h后骨骼影開始消退,瘤體放射性濃聚逐漸減淡(見圖3)。99Tcm-MDP骨掃描平均(6.9±0.5)d出現(xiàn)放射性濃聚,正確診斷15例,假陰性4例,假陽性1例,其診斷敏感性為77.7%,特異性93.3%,正確診斷率75%。兩組比較χ2=56.45,P<0.05。

圖3 99Tcm-MDP骨掃描7 d左下肢放射性濃聚

HE染色結(jié)果:左后肢脛骨及其髓腔內(nèi)容物HE染色結(jié)果顯示(圖4):組織內(nèi)有密集成群的腫瘤細(xì)胞,排列紊亂,異形性明顯。核大深染,染色質(zhì)數(shù)目不均;有少量巨核細(xì)胞,組織內(nèi)間質(zhì)成分少。

3 討 論

前列腺癌骨轉(zhuǎn)移異種種植動物模型按照種植的途徑不同可分為:血行播散、前列腺癌原位種植和局部注射。前兩者制作形成骨轉(zhuǎn)移灶機(jī)率較低,局部注射法制作骨轉(zhuǎn)移模型具有制作方法簡單、不受臟器轉(zhuǎn)移影響、動物死亡率低、便于動態(tài)觀察等多種優(yōu)點,有較高的骨轉(zhuǎn)移形成率[3]。本組為90%,同F(xiàn)isher JL實驗結(jié)論相近[4]。理論上該方法主要缺陷是易造成骨皮質(zhì)和骨髓腔的損傷,且主要為骨干的轉(zhuǎn)移,與臨床上常見的骨骺端轉(zhuǎn)移不同。但從本研究制作模型的影像學(xué)和組織病理結(jié)果來看:將人前列腺癌PC-3細(xì)胞株直接注入裸鼠脛骨髓腔內(nèi)后第1周即可通過影像學(xué)檢測到局部骨質(zhì)代謝異常,結(jié)合后期組織病理學(xué)方法證實其為骨轉(zhuǎn)移。形成的骨轉(zhuǎn)移灶增殖迅速,容易跨越骨骺板,向膝關(guān)節(jié)及股骨下端延侵犯,近3周即突破脛骨骨皮質(zhì),局部形成肉眼可見的瘤體,與臨床上所見的骨轉(zhuǎn)移狀況相類似,可滿足臨床觀察模擬骨轉(zhuǎn)移侵犯過程及用藥評估等方面的需求。

前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的早期診斷是一個臨床難題,目前常用的X線照片發(fā)現(xiàn)的骨質(zhì)破壞和成骨性改變一般是在出現(xiàn)早期骨轉(zhuǎn)移出現(xiàn)3個月之后;CT可以發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)改變的細(xì)節(jié),但難以早期發(fā)現(xiàn)微小轉(zhuǎn)移灶,且發(fā)現(xiàn)時間較X線并無明顯優(yōu)勢;PET(PET/CT)價格昂貴;分子影像診斷在實驗室已經(jīng)廣泛應(yīng)用,但在臨床尚一時難以廣泛應(yīng)用;核素骨掃描是普遍采用的檢查手段,但存在著假陰性、假陽性問題。磁共振DWI能通過檢測生物組織內(nèi)水分子運動狀態(tài)的改變來間接反映組織結(jié)構(gòu)及細(xì)胞功能變化等信息,對于組織的一些生理學(xué)和形態(tài)學(xué)改變非常敏感,如細(xì)胞密度、組織活性以及對各種治療的反應(yīng)等[5]。在骨轉(zhuǎn)移發(fā)生早期,由于腫瘤細(xì)胞生成迅速,骨細(xì)胞周圍微環(huán)境發(fā)生改變,水分子彌散受限產(chǎn)生高信號,所以DWI能夠早期的從局部微環(huán)境水分子的細(xì)微改變推斷出早期產(chǎn)生成骨或溶骨病灶,達(dá)到對前列腺癌骨轉(zhuǎn)移早期診斷的目的。

MRI顯像典型的前列腺癌骨轉(zhuǎn)移為成骨性,表現(xiàn)為T1極低T2極低信號,溶骨性轉(zhuǎn)移表現(xiàn)為T1低T2高信號病灶,彌散成高信號。在本研究中,部分荷瘤裸鼠腫瘤處DWI骨髓腔及周邊高信號出現(xiàn)高信號較T2早,表明DWI是一種極早期的功能影像診斷手段。另外本實驗應(yīng)用的7.0T高場強(qiáng)動物磁共振掃描儀具有極高空間分辨率和高場強(qiáng)使其圖像明顯優(yōu)于常規(guī)1.5 TMR,能夠盡早期發(fā)現(xiàn)微小的骨質(zhì)改變及微小轉(zhuǎn)移灶,具有較高敏感性。其特異性也很高。本組模型示診斷敏感性為94.4%,特異性為100%,正確診斷率為95%和99Tcm-MDP骨掃描組比較具有顯著性差異。

本組模型中示99Tcm-MDP骨掃描不僅有1例假陽性病灶數(shù),而且有4例假陰性病灶數(shù)。形成假陽性的原因為把鼠膝關(guān)節(jié)的濃聚誤認(rèn)為瘤體。形成假陰性的原因可能為核素骨掃描的空間分辨率較低,不能發(fā)現(xiàn)小于1 cm以下的病灶;另外前列腺癌骨轉(zhuǎn)移成骨和溶骨反應(yīng)并存,成骨反應(yīng)導(dǎo)致的骨掃描放射性核素濃聚相對于MRI上骨髓侵及時的長T1、長T2改變是一個相對比較慢的過程,動物實驗也表明這個過程在核素骨掃描上需要幾個星期[6],另外膀胱尿液內(nèi)的放射性物質(zhì)會掩蓋骶骨轉(zhuǎn)移放射性濃聚和過度掃描效應(yīng)也會形成假陰性的診斷。

綜上所述在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的早期診斷上MRI DWI較99Tcm-MDP骨掃描具有更高的敏感性、特異性及準(zhǔn)確性.,更能早期發(fā)現(xiàn)病灶,值得推廣應(yīng)用。

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