前列腺癌骨轉移模型的早期診斷: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院,1.影像科;2.核醫學科,214062)

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

1 材料與方法

1.1 材料

實驗動物。BALB/c裸鼠,雄性,體質量(20±2)g,4～6周齡,由中國南京大學實驗動物中心提供,實驗與飼養條件遵照SPF級標準,均飼養于南京大學動物實驗中心。人前列腺癌PC-3細胞株。用含100 mL/L胎牛血清(杭州四季青公司)的RPMI 1640培養液(美國Gibco公司)在37℃、50 mL/L CO2的孵箱內培養,以1.25 g/L胰酶和0.2 g/L EDTA的混合液消化傳代。注射細胞的針管為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細胞于細胞對數生長期消化下來,加入無血清培養液,調整細胞濃度為1×107/mL,將0.2 mL細胞懸液注入左側脛骨近端。具體方法參照文獻[2]。

1.2.2 實驗觀察指標:①肉眼觀察指標行為學變化:觀察并記錄荷瘤裸鼠的生活習性、生長狀態、精神狀態、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。將各組織標本在10%福爾馬林溶液中常規脫水、固定,石蠟包埋、做5 μ m薄層切片、蘇木精—伊紅染色,光學顯微鏡下觀察細胞和組織的結構變化及有無遠處轉移灶。

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,其余諸參數同T1Wl;DWI:單次激發EPI序列,TR/TE 3 000 ms/32 ms,翻轉角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,全身靜態顯像(仰臥位),顯像條件:針孔準直器,能峰140 keV,窗寬20%,計數率值300 k,采集時間5～20 min。99Tcm-MDP由南京森科公司提供,放化純>95%。

統計采用SPSS13.0軟件,所得數據若呈正態性分布且方差齊用配伍組設計的兩兩χ2檢驗進行數據分析,P≤0.05為有統計學意義。

2 結 果

裸鼠進行PC3細胞脛骨內注射后,均無意外死亡,無切口感染,進食睡眠良好,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,仔細觸摸可于左后肢脛骨部觸及結節,米粒大小、質硬,繼續發展至行走障礙。

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,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染色結果:左后肢脛骨及其髓腔內容物HE染色結果顯示(圖4):組織內有密集成群的腫瘤細胞,排列紊亂,異形性明顯。核大深染,染色質數目不均;有少量巨核細胞,組織內間質成分少。

3 討 論

前列腺癌骨轉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移灶機率較低,局部注射法制作骨轉移模型具有制作方法簡單、不受臟器轉移影響、動物死亡率低、便于動態觀察等多種優點,有較高的骨轉移形成率[3]。本組為90%,同Fisher JL實驗結論相近[4]。理論上該方法主要缺陷是易造成骨皮質和骨髓腔的損傷,且主要為骨干的轉移,與臨床上常見的骨骺端轉移不同。但從本研究制作模型的影像學和組織病理結果來看:將人前列腺癌PC-3細胞株直接注入裸鼠脛骨髓腔內后第1周即可通過影像學檢測到局部骨質代謝異常,結合后期組織病理學方法證實其為骨轉移。形成的骨轉移灶增殖迅速,容易跨越骨骺板,向膝關節及股骨下端延侵犯,近3周即突破脛骨骨皮質,局部形成肉眼可見的瘤體,與臨床上所見的骨轉移狀況相類似,可滿足臨床觀察模擬骨轉移侵犯過程及用藥評估等方面的需求。

前列腺癌骨轉移的早期診斷是一個臨床難題,目前常用的X線照片發現的骨質破壞和成骨性改變一般是在出現早期骨轉移出現3個月之后;CT可以發現骨質改變的細節,但難以早期發現微小轉移灶,且發現時間較X線并無明顯優勢;PET(PET/CT)價格昂貴;分子影像診斷在實驗室已經廣泛應用,但在臨床尚一時難以廣泛應用;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水分子運動狀態的改變來間接反映組織結構及細胞功能變化等信息,對于組織的一些生理學和形態學改變非常敏感,如細胞密度、組織活性以及對各種治療的反應等[5]。在骨轉移發生早期,由于腫瘤細胞生成迅速,骨細胞周圍微環境發生改變,水分子彌散受限產生高信號,所以DWI能夠早期的從局部微環境水分子的細微改變推斷出早期產生成骨或溶骨病灶,達到對前列腺癌骨轉移早期診斷的目的。

MRI顯像典型的前列腺癌骨轉移為成骨性,表現為T1極低T2極低信號,溶骨性轉移表現為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。另外本實驗應用的7.0T高場強動物磁共振掃描儀具有極高空間分辨率和高場強使其圖像明顯優于常規1.5 TMR,能夠盡早期發現微小的骨質改變及微小轉移灶,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,而且有4例假陰性病灶數。形成假陽性的原因為把鼠膝關節的濃聚誤認為瘤體。形成假陰性的原因可能為核素骨掃描的空間分辨率較低,不能發現小于1 cm以下的病灶;另外前列腺癌骨轉移成骨和溶骨反應并存,成骨反應導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],另外膀胱尿液內的放射性物質會掩蓋骶骨轉移放射性濃聚和過度掃描效應也會形成假陰性的診斷。

綜上所述在前列腺癌骨轉移的早期診斷上MRI DWI較99Tcm-MDP骨掃描具有更高的敏感性、特異性及準確性.,更能早期發現病灶,值得推廣應用。

[1]Jemal A,Murray T,Ward E,et al.Cancer statistics[J].2005.CA Cancer J Clin,2005,55:10.

[2]羅勇,張林琳,寧亮,等.前列腺癌細胞株Du145裸鼠脛骨部骨腫瘤轉移模型的建立[J].中華男科學雜志,2006,12(2):136.

[3]廖暉,陳安民,郭風勁,等.人前列腺癌骨轉移模型的建立[J].華中科技大學學報(醫學版),2007,36(1):63.

[4]Fisher JL,Schmitt JF,Howard ML,et al.An in vivo model of prostate carcinoma growth and invasion in bone[J].Cell Tissue Res,2002,307:337.

[5]M urtz P,Flacke S,Tmber F,et al.Abdomen:diffusion weighted M R imaging with pulse triggered single-shot sequences[J].Radiology,2002,224:258.

[6]Khurana JS,Rosenthal DI,Rosenberg AE,et al.Skeletal metastases in liposarcoma detectable only by magnetic resonance imaging[J].Clinical Orthopaedics and Related Research,1989,243:207.