能譜CT早期評(píng)價(jià)125I粒子植入治療胰腺癌效果實(shí)驗(yàn)研究

胡曙東，諶業(yè)榮，劉玉，宋琦，林曉珠，王忠敏，陳克敏

·實(shí)驗(yàn)研究Experimental research·

能譜CT早期評(píng)價(jià)125I粒子植入治療胰腺癌效果實(shí)驗(yàn)研究

胡曙東，諶業(yè)榮，劉玉，宋琦，林曉珠，王忠敏，陳克敏

目的探討能譜CT成像早期評(píng)價(jià)125I粒子組織間植入治療胰腺癌效果的應(yīng)用價(jià)值。方法人原位胰腺癌BxPC-3細(xì)胞株接種于16只BABL/c裸鼠四肢偏背側(cè)皮下，成瘤1～1.5 cm；分別植入125I粒子（實(shí)驗(yàn)組，n=8）和空載粒子（對(duì)照組，n=8），2周后行能譜CT平掃及多期相（10 s、25 s、60 s）增強(qiáng)掃描，獲取多期相系列圖像。測(cè)量瘤體對(duì)比噪聲比（CNR）和碘濃度（IC），得出瘤體標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度（nIC）。瘤體免疫組化染色后，分析瘤體組織內(nèi)微血管密度（MVD），nIC與MVD相關(guān)性。結(jié)果實(shí)驗(yàn)組各期相（10 s、25 s、60 s）瘤體nIC值均低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；實(shí)驗(yàn)組MVD計(jì)數(shù)低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=5.957，P＜0.01）；各期相nIC與MVD均存在正線性相關(guān)（分別為r=0.63，P＜0.0001；r=0.51，P=0.002；r=0.48，P=0.0017）。結(jié)論能譜CT是監(jiān)測(cè)125I粒子組織間植入治療胰腺癌效果的有效方法。

125I粒子；短距離放療；計(jì)算機(jī)體層攝影；能譜成像；胰腺癌；微血管密度

胰腺癌惡性度高，臨床確診時(shí)大多已進(jìn)入晚期，僅10%～30%有手術(shù)機(jī)會(huì)，5年生存率低于5%。在胰腺癌發(fā)生機(jī)制及早期診斷問題未解決前，很難獲得最佳治療效果［1-3］。目前最現(xiàn)實(shí)的臨床思路是整合現(xiàn)有胰腺癌治療手段，開展綜合治療模式研究［4］。采用B超或CT引導(dǎo)穿刺、術(shù)中定向植入及超聲內(nèi)鏡引導(dǎo)下穿刺等方式植入125I粒子治療胰腺癌，是有效的姑息性治療手段之一［5-6］。125I粒子含有金屬粒子，給常規(guī)CT、MRI等影像學(xué)檢查帶來困難，是臨床隨訪及評(píng)估難題之一。

能譜CT成像開辟了全新成像模式，引入物質(zhì)能譜分析，能進(jìn)行物質(zhì)分離，生成新的基礎(chǔ)物質(zhì)如碘、水等的密度圖像，進(jìn)行定性診斷和定量分析，具有常規(guī)CT所沒有的影像學(xué)檢查功能，可為實(shí)驗(yàn)研究和臨床應(yīng)用提供更多、更全面的物質(zhì)組成及微血管形成、微循環(huán)變化信息，為醫(yī)學(xué)影像學(xué)研究提供先進(jìn)手段和開放平臺(tái)［7-10］。本研究以胰腺癌荷瘤裸鼠模型為125I粒子植入治療對(duì)象，采用多參數(shù)能譜CT成像技術(shù)對(duì)治療效果作早期定性和定量分析，為臨床推廣125I粒子治療胰腺癌提供可靠的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象及材料

人原位胰腺癌BxPC-3細(xì)胞株受贈(zèng)于上海瑞金醫(yī)院消化內(nèi)科研究所。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物BABL/c雄性裸鼠16只（購(gòu)自上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限責(zé)任公司，均獲國(guó)家動(dòng)物品系合格證），5周齡，體重（20±0.6）g，飼養(yǎng)于上海交通大學(xué)Med-X研究院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心無特定病原體（SPF）級(jí)屏障系統(tǒng)環(huán)境下。125I粒子（上海欣科醫(yī)藥有限公司）為體積4.5 mm×0.8 mm圓柱形，生物半衰期為59.6 d，輻射X射線27.4～31.4 keV、γ射線35.5 keV，與人體組織相容性好。

1.2 人胰腺癌裸鼠移植瘤模型建立和分組

取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期BxPC-3細(xì)胞，調(diào)定細(xì)胞密度至2×107/ml，于BABL/c裸鼠四肢背側(cè)皮下注射200 μl細(xì)胞懸液，2～3周腫瘤生長(zhǎng)至長(zhǎng)徑1～1.5 cm；隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組（植入0.5 mCi125I粒子源1粒）和對(duì)照組（植入空載粒子1粒，無放射學(xué)活性），每組8只，治療時(shí)間為2周。

1.3 掃描方法和圖像分析

采用Discovery CT750 HD型能譜CT系統(tǒng)（美國(guó)通用電氣公司）寶石能譜成像（GSI）掃描模式。麻醉成功后，經(jīng)裸鼠尾靜脈注射含有非離子型碘對(duì)比劑碘帕醇（300 mgI/ml）的生理鹽水混合溶液（生理鹽水、對(duì)比劑各50%）0.1 ml（0.02 ml/s，注射時(shí)間5 s），作能譜CT GSI平掃和多期相（10、25、60 s）增強(qiáng)掃描（參數(shù)：管電流640 mA，X線球管旋轉(zhuǎn)速度0.5 s/轉(zhuǎn)，掃描野20.0 cm，層間距、層厚均為0.625 mm；螺距0.984，探測(cè)器覆蓋范圍20 mm，矩陣512× 512），圖像均傳至AW4.4后處理工作站；劃定瘤體感興趣區(qū)（ROI），盡可能包含腫瘤實(shí)體強(qiáng)化部分，避開腫瘤內(nèi)出血壞死區(qū)域、125I所致偽影區(qū)域［7-8］；同樣方法劃定同期同層面鄰近肌肉組織ROI，注意避開125I所致偽影區(qū)域；在碘基圖中測(cè)得病灶和鄰近肌肉組織碘濃度（IC，mg/ml）。為了最小化受試對(duì)象間、掃描時(shí)間與IC間差異性，病灶I(lǐng)C被同期同層面肌肉IC均一化，標(biāo)記為標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度（nIC，nIC=病灶I(lǐng)C/肌肉IC）。為了保證檢測(cè)準(zhǔn)確性，所有檢測(cè)在不同層面重復(fù)3次，最后取平均值。

1.4 病理標(biāo)本處理

處死裸鼠后取腫瘤組織，放入4%甲醛溶液中。取材、固定、沖洗、脫水、透明、浸蠟、包埋、切片、染色和封固處理后，采用EliVision plus即用型免疫組化試劑盒標(biāo)記CD34，計(jì)數(shù)瘤體組織內(nèi)微血管密度（MVD）［11］——先在100倍光鏡下全面觀察切片以確定腫瘤新生血管最密集區(qū)域（棕黃色染色密集區(qū)域），然后在200倍視野下確定棕黃色單個(gè)內(nèi)皮細(xì)胞或含3個(gè)以上內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞簇叢，作為一個(gè)微血管計(jì)數(shù)；每個(gè)切片計(jì)數(shù)5個(gè)視野，取均值計(jì)算MVD。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。數(shù)據(jù)用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)、Spearman相關(guān)性分析，以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 能譜CT成像特征

70 KeV單能量圖像下，最佳對(duì)比噪聲比（CNR）分析技術(shù)可更清晰地顯示125I粒子及鄰近組織，去除硬化偽影（圖1①～③）；平掃顯示實(shí)驗(yàn)組瘤體中心及125I粒子周圍有明顯壞死囊變，動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描見瘤體實(shí)體部分逐漸強(qiáng)化（圖1④～⑥），對(duì)照組瘤體呈軟組織密度，腫瘤液化壞死不明顯。

實(shí)驗(yàn)組碘基圖顯示活性實(shí)體瘤碘劑沉積明顯，水基圖顯示瘤體中心及125I粒子周圍明顯壞死囊變，偽彩圖顯示活性實(shí)體瘤血供特點(diǎn)，可見活性實(shí)體瘤、瘤體中心及125I粒子周圍明顯壞死囊變區(qū)碘含量散點(diǎn)圖中碘基值分布趨勢(shì)明顯不同（圖1⑦～10○。

2.2 能譜CT定量分析

根據(jù)腫瘤IC除以同期同層面肌肉IC公式，獲取實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組多期相增強(qiáng)掃描nIC值，即注入對(duì)比劑后10 s分別為0.271±0.029、0.481±0.037，注入對(duì)比劑后25 s分別為0.390±0.051、0.748±0.127，注入對(duì)比劑后60 s分別為0.507±0.062、0.918± 0.179，兩組各期相腫瘤nIC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表1）。

表1 實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組腫瘤多期相增強(qiáng)掃描后nIC值

2.3 病理學(xué)檢查及nIC和MVD相關(guān)性分析

病理學(xué)檢查HE染色顯示125I粒子治療移植瘤有效，實(shí)驗(yàn)組瘤體中心及125I粒子周圍見大片液化壞死囊變區(qū)，無正常胰腺癌細(xì)胞，癌細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，胞核溶解，呈均質(zhì)、紅染表現(xiàn)，殘存瘤體內(nèi)側(cè)見有殘存胰腺癌細(xì)胞，癌細(xì)胞排列較松散，胞質(zhì)減少，呈嗜伊紅狀，核固縮，殘存瘤體外側(cè)細(xì)胞排列開始緊密，并可見散在的核固縮瘤細(xì)胞（圖1(11)）；對(duì)照組移植瘤內(nèi)無明顯或有少許液化壞死囊變區(qū)，胰腺癌細(xì)胞呈巢片狀排列，癌細(xì)胞緊密，核大深染，有較多核分裂像，其內(nèi)分布較多血管（圖1(12)）。

圖1 能譜CT檢測(cè)成像特征及HE染色圖示

MVD計(jì)數(shù)在實(shí)驗(yàn)組為15.91±5.83，對(duì)照組為39.62±9.63，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=5.957，P＜0.01），表明125I粒子植入明顯抑制和破壞腫瘤血管形成。多期相（注入對(duì)比劑后10 s、25 s、60 s）nIC與MVD相關(guān)性分析顯示，均存在正線性相關(guān)（分別為r=0.63，P＜0.0001；r=0.51，P=0.002；r=0.48，P=0.0017）。

3 討論

125I粒子組織間植入是一種新興的放射治療腫瘤的姑息性手段，具有腫瘤靶區(qū)劑量分布均勻、操作簡(jiǎn)便準(zhǔn)確、創(chuàng)傷小等特點(diǎn)，能有效緩解患者疼痛并控制腫瘤局部復(fù)發(fā)，顯著延長(zhǎng)生存期，提高生活質(zhì)量［4-6］。125I粒子因含有金屬粒子而產(chǎn)生偽影，導(dǎo)致患者術(shù)后CT復(fù)查及隨訪產(chǎn)生困難。

能譜CT成像引入了物質(zhì)單能量成像和能譜分析功能，GSI成像可將復(fù)雜的X線衰減線性化，可以80、140 kVp在0.5 ms內(nèi)快速交替切換，通過計(jì)算解析出不同的單能量圖像（40～140 keV共101個(gè)連續(xù)keV能量圖像），最佳單能量圖像可提高病灶顯示效果［7-8，10］。GSI掃描模式可明顯降低圖像金屬粒子偽影問題，彌補(bǔ)常規(guī)CT缺陷，為金屬物置入術(shù)后CT療效評(píng)估和隨訪提供了可能。GSI成像能進(jìn)行物質(zhì)分離，生成基礎(chǔ)物質(zhì)如碘、水、鈣等新的密度圖像，在碘基圖中測(cè)得病灶碘濃度，從而一定程度上反映活體組織微循環(huán)變化和血流灌注量，用于定量分析，為實(shí)驗(yàn)研究和臨床應(yīng)用提供更多、更全面的物質(zhì)組成及微血管形成信息，因此對(duì)腫瘤隨訪評(píng)估優(yōu)于單純CT測(cè)量［7-8，10-13］。本研究采用最佳CNR分析技術(shù)，在70 KeV單能量圖像下，更清晰地顯示了125I粒子及鄰近組織，去除多數(shù)硬化偽影；碘基圖顯示了活性實(shí)體瘤體部分碘劑明顯沉積，反映其組織血供水平，與病理表現(xiàn)一致；水基圖顯示了瘤體中心及125I粒子周圍明顯壞死囊變，含水量增加，與實(shí)驗(yàn)組病理表現(xiàn)一致，胰腺癌細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，呈均質(zhì)、紅染表現(xiàn)。能譜CT基物質(zhì)圖像密度高低由定量指標(biāo)反映，目前臨床上最為常用的基物質(zhì)是水-碘基物質(zhì)對(duì)［7-8，10］。碘是CT對(duì)比劑最主要成分，碘基圖像能反映對(duì)比增強(qiáng)后被檢活性實(shí)體瘤內(nèi)碘濃度含量，從而間接反映其組織血供狀況，臨床應(yīng)用非常廣泛［7-8，10-12］。本研究中125I粒子植入胰腺癌實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組腫瘤碘含量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。nIC是評(píng)估胰腺癌治療效果的指標(biāo)，與胰腺癌血管改變相關(guān)，本研究顯示實(shí)驗(yàn)組nIC高低與125I粒子抗腫瘤效應(yīng)相關(guān)性明顯低于對(duì)照組。新生血管形成是腫瘤血管生成和增殖的必需條件，MVD則可反映腫瘤血管生成程度，是早期提示胰腺癌發(fā)生發(fā)展、術(shù)后復(fù)發(fā)、預(yù)后的可靠指標(biāo)之一，與CT強(qiáng)化模式和方式有關(guān)［13-14］。本研究顯示，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組腫瘤碘含量及定量分析結(jié)果與病理表現(xiàn)和免疫組化檢測(cè)結(jié)果相一致，實(shí)驗(yàn)組125I粒子組織間植入后瘤體中心及125I粒子周圍壞死囊變區(qū)MVD明顯減少，表明125I粒子治療移植瘤的有效性。

總之，能譜CT可有效地評(píng)估125I粒子植入胰腺癌荷瘤裸鼠后的治療效果，其單能量圖像明顯降低圖像金屬硬化偽影，能更清晰地顯示125I粒子及鄰近組織；其物質(zhì)分析功能可定量檢測(cè)碘濃度，反映活體組織微循環(huán)變化和血流灌注量，為組織定性診斷提供幫助，從而為臨床推廣應(yīng)用125I粒子治療胰腺癌提供可靠的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

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Application of spectral CT imaging in making early evaluation of the effect of125I particle interstitial brachytherapy for pancreatic carcinoma：an experimental study

HU Shu-dong，CHEN Ye-rong，LIU Yu，SONG Qi，LIN Xiao-zhu，WANG Zhong-min，CHEN Ke-min.Department of Radiology，Affiliated Renmin Hospital of Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu Province 212002，China

WANG Zhong-min，E-mail：wzm0722@hotmail.com

ObjectiveTo discuss the application of spectral CT imaging in evaluating the early therapeutic response of125I seed interstitial brachytherapy for pancreatic carcinoma in experimental nude mice. MethodsBxPC-3 human pancreatic cancer cell xenografts were subcutaneously inoculated at the dorsal part of the limbs in 16 BABL/c nude mice.When the tumor developed to the size of 1-1.5 cm，the tumor-bearing mice were randomly divided into the study group（n=8，receiving implantation of125I seeds of 1.0 mCi）and the control group（n=8，receiving implantation of ghost shell particles of 0 mCi）.Two weeks after the procedure，plain spectral CT scan as well as enhanced multiphase（10 s，25 s and 60 s）spectral CT scan were performed to obtain multi-phasic image series.The contrast-to-noise ratio（CNR）and iodine concentration（IC）inside the lesions were determined，and the normalized iodine concentrations（nIC）of tumor were thus obtained. Immunohistochemical staining of tumor was used to measure microvessel density（MVD）within the tumor；the correlation between nIC and MVD was analyzed.ResultsThe lesion's nICs measured on each of three phases（10 s，25 s and 60 s）in the study group were lower than those in the control group，the differences were statistically significant（P＜0.05）.MVD count in the study group was lower than that in the control group，the difference was statistically significant（t=5.957，P＜0.01）.A parallel linear correlation existed between nIC obtained from each phase of three phases and MVD count（r=0.63，P＜0.000 1；r=0.51，P=0.002；and r=0.48，P=0.001 7 for 10 s，25 s and 60 s phases respectively）.ConclusionSpectral CT imaging is an effective method for evaluating the therapeutic effect of125I seed interstitial brachytherapy for pancreatic carcinoma of experimental mice.（J Intervent Radiol，2015，24：1086-1089）

125I seed；brachytherapy；tomography，X-ray computed；spectral imaging；pancreatic carcinoma；microvessel density

R735.8

A

1008-794X（2015）-12-1086-04

2015-05-26）

（本文編輯：邊佶）

10.3969/j.issn.1008-794X.2015.12.015

國(guó)家自然科學(xué)基金（81271682、31270897、181401455）、上海市科委生物醫(yī)藥重點(diǎn)項(xiàng)目（ZK2012A20）、鎮(zhèn)江市科技支撐（社會(huì)發(fā)展）計(jì)劃（SH2013083）、江蘇大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)科技發(fā)展基金（JLY20140014）

212002鎮(zhèn)江江蘇大學(xué)附屬人民醫(yī)院放射科（胡曙東、諶業(yè)榮）；上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院放射科（劉玉）；上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院放射科（宋琦、林曉珠、王忠敏、陳克敏）

王忠敏E-mail：wzm0722@hotmail.com