【摘要】目的评价表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）在兔VX2肝癌动脉化疗栓塞（TACE）后监测肿瘤坏死中的作用。方法(1)选用30只成年雄性新西兰大白兔，其中6只为种兔，将VX2瘤组织碎块种植于肝包膜下，建立移植性肝癌模型。（2）2周后将接种成功的24只VX2兔行常规MRI及扩散加权成像（DWI）。常规MRI用FSE序列；DWI检查用SEEPI序列(TR/TE=3000～4000 ms/50.9～70.2 ms；层厚为3 mm；层距为0.5 mm；FOV为12 cm×12 cm；b值为600 s/mm2)。（3）将24只兔平均分为A、B两组。A组动物MRI检查后用超液化碘油与阿霉素制成乳化栓塞剂行TACE治疗，B组不治疗。（4）治疗后3 d A、B两组均行MRI检查，方法同（2）。在肿瘤内分散放置3个感兴趣区（ROI），分别测得3个ADC值，取平均数。（5）检查完毕后将所有动物处死取肝脏做病理，测量肿瘤坏死范围，以百分数表示。测量A、B两组的ADC值，研究其与肿瘤坏死百分数的相关性。结果24只（100%）动物接种成功，2周后肿瘤直径约1～2 cm。治疗后A组平均ADC值为(1.92±0.19)×10-3 mm2/s，B组平均ADC值为(1.63±0.12)×10-3 mm2/s；A组肿瘤坏死率约为94%，B组为50%；A组平均坏死率为(89.1±0.4)%，B组平均坏死率为(46.6±0.5)%。A、B两组间ADC值差异有显著性（P<0.05），与坏死率的相关系数分别为0.92 和0.89。结论ADC值与肝癌TACE治疗后的肿瘤坏死密切相关，可用于早期监测TACE的疗效。 【关键词】兔； VX2肿瘤； 磁共振成像； 肝动脉化疗栓塞 Value of apparent diffusion coefficient in monitoring tumor response to TACE of hepatic carcinoma in rabbitsJIANG Zhaoxia, PENG Weijun, LI Wentao, et al.Department of Radiology,Affiliated Cancer Hospital of Fudan University,Shanghai 200032, China 【Abstract】ObjectiveTo evaluate the usefulness of apparent diffusion coefficient (ADC) in estimating tumor necrosis after transarterial chemoembolization (TACE).Methods(1)24 adult male New Zealand White rabbits were selected, the VX2 tumor cells were implanted into the left lobe of the liver, and established the implanted model of hepatic carcinoma. (2) 2 weeks later, 24 rabbits bearing VX2 tumors successfully underwent conventional MRI and DWI examination. Both conventional images and DWI were obtained with a 1.5T MR imaging system(Signa Infinity Twinspeed Excite, GE, US) and a phased array knee coil. The DWI protocol was SEEPI (TR/TE=3000～4000 ms/50.9～70.2 ms; slice thickness, 3 mm; interslice gap , 0.5 mm; FOV ,12×12 cm; bfactors , 600 s/mm2). (3)All 24 rabbits bearing VX2 tumors in the livers were divided randomly into two groups: A, TACE group and B,control group. A group underwent TACE using the mixture of ethiodized oil and Adriamycin; while B group was untreated.(4)3 days after treatment, both A、B groups performed MRI study using the same ways as (2).3 ROIs were placed diffusedly in the tumor and the mean ADC value was measured.(5)After MRI scan, all animals were sacrificed and the livers were dissected and sliced. The percentage of necrotic area in each rabbit was calculated, and the relationship between ADC of A、B groups and extent of necrosis was analyzed by a Pearson’s correlation test. Results24 rabbits (100%)were implanted successfully, and the tumors were 1～2 cm in diameter 2 weeks later. There was a significant difference in the ADCs between TACE group and control group by (1.92±0.19 )×10-3 mm2/s vs (1.63±0.12)×10-3 mm2/s; the tumor necrotic percentage was in 89.1±0.4% in TACE group while 46.6±0.5% in the control group.A significant positive correlation between ADC and tumor necrosis was noted.ConclusionThe ADC value correlates well with tumor necrosis, it has potentiasl for detecting early response of tumor to TACE. 【Key words】Rabbits; VX2 tumors; Magnetic resonance imaging; Transarterial chemoembolization 以往对肝癌治疗后的磁共振或像(MRI)监测和随访仅限于常规平扫及增强。近年来，随着磁共振设备、技术的迅速发展和各种扫描序列的完善，人们已不满足于常规解剖图像的分析，开始了病变功能状态的影像学探讨。扩散加权成像（diffusionweighted imaging, DWI）是目前常用于肝脏的功能成像方法，其在肝癌疗效评价中的作用正被越来越多的学者所关注。本研究旨在探讨DWI在兔VX2肝癌动脉化疗栓塞（TACE）后早期监测肿瘤坏死中的作用。 材料与方法 一、建立动物模型 (一) 荷瘤兔的制作 选购2～3 kg成年雄性新西兰大白兔30只，其中6只供肿瘤传代使用，由复旦大学医学院动物实验教研室提供。VX2瘤株由中山医院放射科惠赠，将VX2瘤细胞悬液接种于种兔大腿部皮下成瘤，2周左右瘤体长至1～2 cm3大小即制成荷瘤兔。 (二) 肝癌动物模型的制作 采用外科方法取出肿瘤，切开瘤体取靠近周缘的灰白色鱼肉样活性成份，剪成1～2 mm3组织碎块放入生理盐水中，用18 G针头1 ml 针筒抽吸作为瘤种备用。将实验兔用氯胺酮0.1 g/kg 加安定5 mg/kg联合静脉麻醉后固定，在无菌条件下开腹暴露肝脏，将肝左叶拉出体外，注入备用瘤种约0.1～0.2 ml，拔针后立即用明胶海绵压迫数秒钟后回纳入腹腔，缝合伤口。另将0.1～0.2 ml瘤组织接种于种兔大腿皮下用于传代。 二、MRI检查 接种后2周左右，将24只VX2肝癌兔行MRI检查，包括DWI和常规MRI序列。采用GE双梯度多通道磁共振扫描仪(signa twinspeed excite 1.5T)，使用相控阵膝关节线圈。将兔用氯胺酮0.1 g/kg加安定5 mg/kg联合麻醉后，腹部加压包扎并固定于线圈内。先用FSE序列行常规检查找出结节，包括轴位T2WI和T1WI扫描。DWI利用SEEPI序列进行扫描，扫描参数如下：TR/TE=3000～4000 ms/50.9～70.2 ms；层厚为3 mm；层距为0.5 mm；FOV为12 cm×12 cm；b值为600 s/mm2，矩阵为512×512。 三、TACE治疗 将24只VX2肝癌成年兔随机分A、B两组，每组12只。A组为治疗组，B组为对照组。A组动物MRI检查后，行经皮股动脉插管TACE治疗，B组动物不作治疗。介入治疗在Toshiba Infinix Vci旋转DSA机导引下进行。将动物麻醉后，固定于DSA操作台上，行腹股沟区备皮、消毒、铺巾、局麻后，钝性分离暴露游离右侧股动脉约2 cm，用4号丝线提起远端股动脉，用眼科剪将股动脉剪开一小口，将3F微导管推送入股动脉内，在导丝引导下选择性插入腹腔动脉、胃肝动脉直至肝固有动脉。行血管造影后，经导管向肝动脉缓慢注入0.6～0.8 ml碘油阿霉素栓塞乳剂（将5 mg盐酸阿霉素溶于1 ml超液态碘油中乳化而成）。 四、MRI复查及ADC值测量 治疗3 d后A、B两组均行MRI检查。本实验MR配套图像处理工作站为GE ADW4.0，通过Function tool 2软件包进行后处理，设定b值后重建扩散加权图像并生成ADC图。ADC 值测量方法：在肿瘤最大层面选3个不同位置的感兴趣区（region of interest, ROI）,面积约10～20 mm2，测量ADC，取平均值。观察指标：①治疗前A、B两组间ADC值的差别；②治疗后3 d A组与对照组B之间ADC值的差别。 五、病理检查 检查完毕将动物处死后，取肝脏标本用10%甲醛溶液固定。在肿瘤最大层面将肝脏沿MRI扫描方向剖开，测量肿瘤大小及肉眼观察肿瘤坏死情况。然后将肿瘤用液体石蜡包埋，5 μm切片和苏木精伊红（HE）染色，通过低倍镜下观察每张切片上坏死细胞占整个肿瘤的比率评价肿瘤坏死情况，用百分数表示。 六、统计学处理 数据变量使用（平均值±标准差) 进行表述。采用SPSS 11.0分析软件，A、B两组间ADC值比较用配对t检验，P<0.05为统计学有差异。测量A、B两组的ADC值，与肿瘤坏死百分数的关系用Pearson’s相关检验。 结果 一、动物模型及TACE治疗 24只兔肝VX2肿瘤模型均种植成功，接种成功率为100%。DSA造影可见瘤灶粗大的供瘤动脉，由肝左动脉供血，肿瘤血管丰富，局部血管网增多、紊乱(见图1A)。经供瘤动脉注入碘油，瘤灶内可见碘油沉积(见图1B)。 二、MRI检查 2周后肿瘤直径约1～2 cm，共有24个病灶，位于肝左叶。常规MRI平扫显示瘤灶主体呈长T1、稍长T2信号，其间混杂长T1、长T2信号(坏死囊变区)。在扩散加权像上肿瘤表现为高信号，而在ADC图上肿瘤信号低于正常肝实质（见图2）。 图1（略）图2（略） 三、病理检查 新鲜标本显示肿瘤为白色，无包膜，剖面呈鱼肉状，肿瘤中心可见豆腐渣样坏死组织。低倍镜下可见肝内浸润性癌巢，与肝实质无明显边界。肿瘤细胞分散排列,可见纤维间隔, 新生毛细血管丰富。高倍镜下可见瘤细胞体积大, 胞浆丰富, 淡红染色, 核肥大, 核分裂像多见(见图3A)。治疗后出现大量坏死细胞，还可见皱缩浓染的凋亡细胞及凋亡小体(见图3B)。 3A示镜下（20×10）瘤细胞体积大，胞浆丰富，淡红 染色，核肥大，核分裂像多见；图3B示肿瘤治 疗后大量坏死细胞中残存的瘤细胞岛（箭头）。 图3（略） 四、数据分析 治疗前A组平均ADC值为(1.49±0.26)×10-3 mm2/s，B组平均ADC值为(1.56±0.21)×10-3 mm2/s，差异无显著性（P>0.05）。治疗后A组平均ADC值为(1.92±0.19)×10-3 mm2/s，B组平均ADC值为(1.63±0.12)×10-3 mm2/s，(P<0.05)，差异有显著性。低倍镜下A组平均坏死率为(89.1±0.4)%，B组平均坏死率为(46.6±0.5)%。A组ADC值与坏死率的相关系数为0.92，B组与坏死率的相关系数为0.89，(P<0.05)，差异无显著性。 图4（略） 讨论 以往对肿瘤TACE治疗后的随访仅限于对病变大小的测量，密度或信号的改变及其强化特征。但事实上，在化疗后的1～2个月内肿瘤的大小并无显著的变化，而且影像学上肿瘤的缩小与组织上的肿瘤坏死程度之间存在差异［1］，因此体积改变常常不能用作早期疗效评价的指标。 CT是TACE介入治疗后最常用的随访技术，对肿瘤碘油沉积情况显示较满意，但是由于碘油伪影的干扰，无法判断肿瘤存活与坏死。而MRI平扫上碘油沉积灶信号难以辨别，治疗后的强化也有部分来自反应性的肉芽增生。因此有学者提出了用DWI对肿瘤行疗效评价的可能性。 最近几年，关于DWI在肝癌治疗后疗效评价中的研究较多。Herneth等［2］用DWI动态观察带瘤小鼠，将早、中、晚期肿瘤的ADC值进行对比，并与病理相对照，发现随着病程的进展，肿瘤中心的ADC值逐渐升高，坏死组织的ADC值显著高于存活成分，ADC值的改变早于T2WI上信号的改变，甚至早于组织学上的变化。2000年Geschwind等［3］通过对VX2兔动物模型实验发现，行TACE后的肝癌坏死区域，其ADC值显著高于存活肿瘤成分，并经过病理证实。 我们的研究是利用DWI观察TACE术后早期治疗组与对照组的ADC值变化，并与病理结果对照，通过ADC值与肿瘤坏死程度之间的定量关系，分析DWI早期评价肝癌TACE疗效的可能性。本研究结果表明：①治疗组坏死率显著高于对照组，说明TACE治疗有效。②治疗组的ADC值显著高于对照组，与病理检查肿瘤坏死范围相一致。推测可能是因为治疗后肿瘤细胞发生程度不一的肿胀变性甚至坏死，原来完整的细胞膜崩解消散，可造成局部水分子扩散加快。肿瘤内实性细胞成分内与液化坏死组织里的水分子扩散截然不同。这些分子水平的变化可以被扩散加权成像检测到，反映在扩散图像上则表现为高信号区域代表肿瘤活性区域，ADC值较小，而低信号区域往往代表坏死区域，ADC值较大。通过这种扩散差异可以监测肿瘤内部细胞变化及对治疗的反应［4］。③治疗后肿瘤内除了大量的坏死细胞外，还出现了多量凋亡细胞，与以往的许多研究一致。细胞凋亡也导致了细胞外液增多，细胞间隙扩大，使得肿瘤细胞ADC值增高。 磁共振扩散成像在脑部疾病，特别是急性脑梗塞的诊断中运用较广，也较为成熟，但在上腹部脏器如肝脏中的应用却仍处在探索阶段。这是由于在肝脏扩散加权成像检查时易受呼吸运动的影响，而且小动物呼吸频率高，因此制动是本实验需要克服的主要问题之一。通过预实验，我们发现氯胺酮0.1 g/kg加安定5 mg/kg联合静脉注射具有切实的深度麻醉效果，该剂量麻醉时间可长达40～60 min，而且动物耐受性好。麻醉后将动物固定于膝关节线圈内，腹部加压包扎可有效控制呼吸运动。 一个脉冲序列采取2种不同b值即可获取ADC 值,但实验研究和临床应用发现ADC 值与采样序列中实际插入的b值多少及大小有关。Kim等［5］及Yamada等［6］研究发现，随着b值的增大，肝脏及病变的ADC值相应减小。这主要由于在生物组织中，扩散加权图像上的信号衰减不但取决水分子的扩散效应,还取决于毛细血管微循环的灌注作用。用小b值及小b值差测得的水分子的运动主要来自运动较快的血流,所得的ADC 值偏大,所以用小b值及小b值差可反映组织的血流灌注，而b值及b值差越大,DWI及ADC值受血流灌注因素的影响就越小,也就越接近于实际扩散系数。以往的b值均不超过1 000 s/mm2,但近年来相继有学者探讨高b值（高达4 000 s/mm2）在肿瘤评价中的应用［7］。值得注意的是由于b值的加大,必然引起扩散梯度脉冲的时间的延长,TE值也就很大,而肝脏TE较短, 从而影响图像的质量,特别是降低病灶检出率,目前尚未有一个公认的参考b值。我们通过预实验，发现b=600 s/mm2时，肝癌肿瘤与肝实质的对比信号强度最明显，而在高b值=2 000 s/mm2时，图像的信噪比降低，肿瘤与肝实质的信号强度均与背景噪声接近，因而本研究b值取600 s/mm2。 我们认为，测量ADC值可以早期监测肝癌TACE的疗效，可为下一步治疗提供指导。 参考文献 1Takayasu K, Arii S, Matsuo N, et al. Comparison of CT findings with resected specimens after chemoembolization with iodized oil for hepatocellular carcinoma. Am J Roentgenol， 2000，175∶699-704. 2Herneth AM, Guccione S, Bednarski M. Apparent diffusion coefficient: a quantitative parameter for in vivo tumor characterization. Eur J Radiol, 2003, 45∶208-213. 3Geschwind JF, Artemov D, Abraham S, et al. Chemoembolization of liver tumor in a rabbit model: assessment of tumor cell death with diffusionweighted MR imaging and histologic analysis. J Vasc Interv Radiol ,2000,11∶1245-1255. 4Kamel IR, Bluemke DA, Ramsey D, et al. J. Role of diffusionweighted imaging in estimating tumor necrosis after chemoembolization of hepatocellular carcinoma. Am J Roentgenol，2003, 181∶708-710. 5Kim T, Murakami T, Takahashi S, et al. Diffusionweighted singleshot echoplanar MR imaging for liver disease. Am J Roentgenol， 1999，173∶393-3986. 6Yamada I, Aung W, Himeno Y,et al. Diffusion coefficients in abdominal organs and hepatic lesions: evaluation with intravoxel incoherent motion echoplanar MR imaging. Radiology， 1999,210∶617-623. 7Roth Y, Tichler T, Kostenich G, et al. Highbvalue diffusionweighted MR imaging for pretreatment prediction and early monitoring of tumor response to therapy in mice. Radiology， 2004,232∶685-692. 上海《肝脏》杂志社版权 |