彌散加權(quán)成像對CT-26荷瘤鼠皮下模型的評價研究

祝令稱，趙瑤，崔社娟，程鑫，張仕狀

(濰坊醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)系，山東濰坊 261053)

人結(jié)腸癌荷瘤裸鼠模型是研究結(jié)腸癌的重要方法，DWI 是唯一能反映活體內(nèi)組織水分子擴散運動的磁共振成像技術(shù)［1］，對病變能進行早期的檢測。有學(xué)者曾利用醫(yī)用1.5T MR 及醫(yī)用線圈通過DWI 觀察荷瘤鼠的腫瘤生長情況，因小鼠瘤體小，采集信號困難，未曾得到清晰的影像學(xué)資料。隨著MRI 技術(shù)的發(fā)展，3.0T MR 及醫(yī)用線圈已廣泛應(yīng)用于臨床和科研，但對結(jié)腸癌荷瘤裸鼠應(yīng)用評價鮮見報道。本研究旨在通過對臨床3.0T MR 中多序列及參數(shù)的定量分析，探討DWI 在結(jié)腸癌荷瘤鼠模型中的應(yīng)用價值。

1 材料與方法

1.1 建立CT-26 荷瘤鼠模型 將處于對數(shù)生長期的含5 ×106個/mL 的小鼠結(jié)腸癌CT-26 細胞株(購自中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究所細胞庫)0.2 mL 細胞懸液接種于小鼠的右側(cè)腋部皮下(BALB/c 小鼠購于北京維通利華實驗動物技術(shù)中心，購入時為6 周齡，雌雄各20 只，體重(21.0±2.5)g。荷瘤完成后，每日定時觀察小鼠的一般生存狀態(tài)、腫瘤的生長情況。

1.2 MR 檢查

1.2.1 檢查前準備 檢查前用10%水合氯醛經(jīng)小鼠腹腔注射，將麻醉小鼠編號，放入自制的固定器中，置于掃描床上，小鼠身體平行于掃描床，頭端與主磁場方向一致。包繞式軟制表面線圈置于小鼠表面，調(diào)整腫瘤至同一方向。

1.2.2 MR 掃描參數(shù) 采用GE3.0T 超導(dǎo)型MR 掃描儀。具體參數(shù)為T1WI:TR 880 ms，TE 15 ms，NEX 4;T2WI:TR 3 880 ms，TE 130 ms，NEX 8;所有軸位及冠狀位成像采用自旋回波(spin echo，SE)。DWI 選擇自旋回波平面成像序列 (SE-EPI)掃描，TR 6 000 ms，TE 90 ms，NEX 6，b 值為(0，1 000 s/mm2)，F(xiàn)OV 15 mm，矩陣128 ×128，層厚3.0 mm，層間距3.0 mm。

1.2.3 DWI 圖像后處理 由b 值為(0，1 000 s/mm2)的DWI 圖像擬合出ADC 圖，在腫瘤的最大層面上避開明顯壞死區(qū)，選擇結(jié)構(gòu)均勻的組織作為感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，測量其平均信號強度，各測3 個不同區(qū)域的ROI 信號值，取平均值。測量T2WI 上腫瘤冠狀最大徑層面的長徑(a)和短徑(b)，按下列公式計算腫瘤的大體體積(mm3):V=1/ 6 ×π×a×b2。

1.3 病理觀察 MR 檢查結(jié)束后，將腫瘤組織完整切除，用游標卡尺測量腫瘤大體標本的體積。固定、石蠟包埋、切片，HE 染色行病理學(xué)觀查。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS17.0 統(tǒng)計學(xué)軟件進行相關(guān)統(tǒng)計學(xué)檢驗。連續(xù)正態(tài)分布變量資料數(shù)據(jù)以表示，采用t 檢驗和方差分析進行兩兩比較，相關(guān)性檢驗采用Pearson 相關(guān)性分析，P ＜0.05 認為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 動物模型的建立 40 只小鼠皮下荷瘤成功率為100%，實驗過程中小鼠生長狀態(tài)良好，毛色、進食、飲水正常，未見明顯消瘦等異常表現(xiàn)。

2.2 荷瘤鼠常規(guī)MRI 及DWI 表現(xiàn) 腫瘤信號略不均勻，T1WI 圖像以等或低信號為主 (圖1a)，T2WI 圖像以高信號為主，部分內(nèi)部可見點片狀高信號壞死區(qū)(圖1b 和1c)。DWI 圖像上腫瘤呈明顯高信號，周圍正常組織信號明顯降低(圖1d)。提示腫瘤組織彌散明顯受限。

2.3 腫瘤組織的ADC 值與DWI 信號強度 腫瘤中心實性部分和邊緣部分的ADC 值、DWI 信號強度間均無統(tǒng)計學(xué)差異(P ＞0.05)，但與周圍正常肌肉組織比較，兩者的ADC 值及DWI 信號強度均有統(tǒng)計學(xué)差異(P ＜0.05) (表1)。DWI 和T2WI腫瘤中心實性部分的信號強度、信噪比間分別比較，均有統(tǒng)計學(xué)差異P ＜0.05，表2)。

2.4 病理學(xué)檢查 通過T2WI 測量腫瘤體積與病理測量結(jié)果基本一致，無統(tǒng)計學(xué)差異(P ＞0.05)，且明顯正相關(guān)(r=0.964，表3)。HE 染色見腫瘤組織核固縮、深染，細胞間隙明顯增大(圖2)。

表1 腫瘤各部分DWI 信號強度及ADC 值

表2 DWI、T2WI 腫瘤中心實性部分信號強度及信噪比

表3 MRI 及病理測量腫瘤體積比較()

表3 MRI 及病理測量腫瘤體積比較()

3 討 論

裸鼠在基因遺傳上與人類的相似性使其成為理想的實驗動物［2］。本研究采用皮下移植建立裸鼠結(jié)腸癌模型，具有操作簡單、成瘤率高、便于觀察腫瘤的發(fā)生、生長情況等優(yōu)點，方便直接給藥，有利于影像的成像觀察［3］，與國內(nèi)常用的SD 大鼠結(jié)腸癌模型相比，本模型最突出的優(yōu)勢有兩點:第一，在藥物療效評價中，Balb/c 小鼠的選用，有利于觀察腫瘤的干預(yù)效果;其次，在一些實驗性藥物治療的基礎(chǔ)中，小鼠的用藥量相對較小，僅約為大鼠的1/10，可極大的節(jié)約成本。本實驗結(jié)果顯示，該模型成瘤率達100%，成瘤潛伏期短，3 d即可觸及結(jié)節(jié)，2 w 后為大小不等腫塊，荷瘤后適于MR 檢查，同時為更深入地研究結(jié)腸癌發(fā)病機制、尋求合理的治療手段，為篩選新型抗腫瘤藥物等其它實驗研究提供了較理想的荷瘤裸鼠模型。

小動物專用MR 具有高磁場強度、高分辨率等特點，常被用來評價荷瘤裸鼠的生長狀態(tài)，但費用昂貴、難以普及。目前，國內(nèi)外采用臨床磁共振對裸鼠移植模型研究文獻報道較少。趙榮榮等［4］通過采用醫(yī)用線圈對結(jié)腸癌荷瘤兔在臨床醫(yī)用3.0T MR 中行彌散加權(quán)成像，獲得了較成功的圖像。常規(guī)T1WI、T2WI 能顯示荷瘤鼠腫瘤的解剖細節(jié)，也成為MR 分子靶向成像［5］和動態(tài)增強的基本序列［6］。本研究嘗試采用臨床醫(yī)用高分辨率表面線圈對荷瘤鼠模型成像，腫瘤在T1WI、T2WI 上以長T1 長T2 信號為主，壞死囊變較少，T2WI 圖像上腫瘤與與周圍組織結(jié)構(gòu)的解剖關(guān)系較清晰，可活體評價腫瘤容積，并與組織容積有很好的相關(guān)性［7］。為驗證MRI 與病理解剖觀測結(jié)果的相關(guān)關(guān)系，選用較為客觀且易于確定腫瘤冠狀最長徑、最短徑來表征腫瘤大小，結(jié)果顯示，MR 測量體積為(2.13±0.22)cm3，病理法測量體積為(2.23 ±0.15)cm3，兩者無統(tǒng)計學(xué)差異，且高度相關(guān)。因此表明，MRI 測量結(jié)果可真實反映腫瘤大小，且其觀測時所受干擾因素較少，不同研究時間可比較性較強，更加適于動態(tài)縱向研究，尤其適合在一些抗腫瘤藥物治療的基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用。

DWI 主要是通過無創(chuàng)的反映活體組織內(nèi)水分子的微觀彌散情況，早期明確組織結(jié)構(gòu)特點［8］。腫瘤組織的細胞體積及核漿比例增大，細胞密度增加，水分子彌散受限，DWI 信號增高。通過模擬合成ADC 圖，對ADC 值的測量可以定量的反映擴散程度，決定ADC 值的主要因素是細胞外間隙的彌散阻力，其次是細胞的含水量等［9-10］。微灌注對ADC 值也有影響，散梯度因子b 值越小，灌注效應(yīng)對ADC 值的影響越大。要消除灌注效應(yīng)對擴散的影響，b 值最小需達到800 s/ mm2［11］，b 值愈大，圖像越易產(chǎn)生偽影，目前尚無b 值選取的最佳標準和方法，有研究表明b 值選擇應(yīng)滿足圖像信噪比，有效抑制灌注效應(yīng)影響的同時應(yīng)盡量選用高b值［12］。本研究采用的b 值為0、1 000 s/mm2，雖然部分小鼠有磁敏感呼吸偽影，與T2WI 相比，信噪比欠佳，但總體圖像質(zhì)量比較滿意，結(jié)合常規(guī)T2WI 及T1WI，能夠清晰顯示腫瘤情況，腫瘤的信號強度明顯高于周圍組織，ADC 值明顯小于周圍組織，說明腫瘤細胞增殖旺盛，水分子明顯受限，與上述理論相符，故可以通過DWI 進行定性及定量檢測，對荷瘤鼠腫瘤進行動態(tài)觀察，且結(jié)果更容易反映疾病的特點。

本研究同時對DWI 上腫瘤邊緣部分及中心實性部分的信號強度和ADC 值進行測量，發(fā)現(xiàn)兩者之間無統(tǒng)計學(xué)差異，但是腫瘤中心實性成分和邊緣部分ADC 值明顯低于周圍正常組織，有統(tǒng)計學(xué)差異，提示測量邊緣區(qū)域ADC 值有助于進一步明確腫瘤邊界。

本實驗采用臨床3.0T 醫(yī)用MR 及醫(yī)用表面線圈對人結(jié)腸癌荷瘤鼠進行DWI 檢測，結(jié)合T1WI、T2WI 圖像及ADC 值的定量測量，能準確無創(chuàng)的對活體腫瘤進行動態(tài)觀察，為腫瘤藥物的療效研究提供了一種可靠的方法。

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