人胰腺癌原位移植模型MRI增強掃描特征及病理對照研究

王冬青 何偉 羅一烽 孫維斌 許云飛 殷瑞根 王錚超

·論著·

人胰腺癌原位移植模型MRI增強掃描特征及病理對照研究

王冬青 何偉 羅一烽 孫維斌 許云飛 殷瑞根 王錚超

目的探討人胰腺癌原位移植瘤模型的MRI影像學表現及其病理基礎。方法應用3.0T磁共振成像儀及臨床型乳腺線圈對30只胰腺癌裸鼠原位模型行冠狀位及橫斷位TSE-T1WI/T2WI平掃，經腹腔注射釓噴酸葡胺(Gd-DTPA)行連續動態增強掃描，測量平掃和增強掃描各時相腫瘤信號強度，計算強化率，分析MR圖像特征并與病理對照。結果30只裸鼠荷瘤接種成功率為100%，組織學檢查符合胰腺低分化腺癌。與鄰近組織信號相比，90%(27/30)腫瘤T1WI呈均勻稍低信號，10%(3/30)信號欠均勻；80%(24/30)腫瘤T2WI呈不均勻高信號、內見斑片狀更高或等信號區，20%(6/30)呈均勻等高信號。平掃腫瘤信號強度為228.35±11.71，增強掃描后1.5、3、6、9、12 min的腫瘤信號強度分別為258.20±11.17、301.75±17.09、358.65±25.13、480.05±19.01、558.35±40.49，均明顯高于平掃(P值均<0.01)；各時相強化率分別為0.13±0.04、0.35±0.11、0.56±0.10、1.10±0.10、1.45±0.18，各時相間差異均有統計學意義(P值均<0.01)。MR強化明顯區為供血豐富的腫瘤生長活躍區域，中央無強化區為壞死組織和(或)腫瘤細胞致密且毛細血管較少區域。結論經腹腔注射對比劑后可獲得清晰的移植瘤MRI圖像，與病理檢查結果具有很好的一致性。

胰腺腫瘤； 磁共振成像； 注射，腹腔內； 裸小鼠

胰腺癌原位模型雖然比皮下移植模型更接近人類的疾病過程，但是由于腫瘤生長在腹腔內，并且位置較深，所以很難對腫瘤的生長進行無創的監測和評估。本研究經腹腔注射順磁性對比劑釓噴酸葡胺(Gd-DTPA)，分析比較胰腺癌異種原位移植瘤增強前后腫瘤信號變化及增強掃描各時相腫瘤的強化率來定量評價其影像學特征，為進一步探討人胰腺癌的MRI特征提供有價值的信息。

材料和方法

一、人胰腺癌裸鼠原位移植模型的建立

人胰腺癌細胞株PANC1購自中國科學院上海生物科學研究所，體外常規傳代培養。收集對數生長期細胞消化制成1×108/ml的單細胞懸液。BALB/C-nu 30只，購自揚州大學農學院動物實驗中心，雌性，4～6周齡，體重16～20 g。麻醉后開腹將50 μl細胞懸液注入裸小鼠胰腺包膜下。每日觀察、記錄接種后荷瘤鼠的一般狀態。

二、MRI檢查

術后4周應用西門子3.0T超導磁共振成像儀行MRI檢查。麻醉固定荷瘤裸鼠后從乳腺線圈中央垂直穿過，其上下方放置水模。平掃序列：TSE-T1WI/T2WI橫軸位、冠狀位，并加掃抑脂相，根據腫瘤形態加掃矢狀位；增強掃描采用經腹腔注射對比劑釓噴酸葡胺0.1 mmol/kg體重(0.2 ml/kg體重)，注射后1.5、3、6、9、12 min行增強掃描。

用圓形感興趣區(ROI，2 mm2)測量平掃和增強各時相腫瘤信號強度。盡量避開腫瘤邊緣及壞死組織，測量3個ROI信號值，取均值。在垂直于相位編碼方向測量50 mm2ROI的周圍背景噪聲。計算腫瘤強化率。強化率=(增強后信號強度-增強前信號強度)/增強前信號強度。繪制強化率曲線。

三、移植瘤病理檢查

術后4周處死荷瘤鼠，收集腫瘤原發灶及發生侵襲、轉移的臟器。觀察大體標本，常規病理檢查。

四、統計學處理

采用SPSS16.0統計軟件包處理。腫瘤信號強度比較采用Dunnett-t檢驗，各時相強化率采用完全隨機設計的單因素方差分析(ANOVA)，若有顯著性差異，則進一步用SNK法進行各組間的兩兩比較。P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

一、原位移植瘤MRI表現

MRI掃描示接種成功率為100%，腫瘤平均體積為0.7 cm×0.7 cm×0.5 cm。腫瘤呈類圓形或不規則形，部分腫瘤沿周圍組織間隙浸潤生長。90%(27/30)腫瘤T1WI呈均勻稍低信號，10%(3/30)信號欠均勻；80%(24/30)腫瘤T2WI 呈不均勻高信號、內見斑片狀更高信號或等信號區，20%(6/30)呈均勻等高信號。病灶強化不均勻，以周緣強化明顯，中央片狀無強化區或不均勻弱強化區，隨時間延遲而逐漸縮小(圖1)。

增強掃描各時相病灶的信號強度均明顯高于平掃信號強度，以注入對比劑后9 min強化信號與平掃信號的差異最明顯(表1)，各時相強化率兩兩之間差異也均具有統計學意義(P<0.01)。

二、移植瘤的病理改變

腫瘤呈類圓形、分葉狀或結節狀，質較硬，包膜不完整，向周圍組織間隙浸潤，分界不清，腫塊中央出現點狀壞死腔。部分移植瘤有腹膜轉移。鏡下見移植瘤細胞排列成實性巢片狀瘤結節，無腺腔樣結構，中央為大片結構模糊的壞死區，周緣腫瘤細胞生長旺盛，異型性明顯，胞核大而圓，染色深，可見巨核、雙核，甚至奇異形核及病理性核分裂像。癌細胞間可見小血管斷面，瘤旁可見正常胰腺結構及大量血管(圖2)。

圖1移植瘤4周MRI平掃(a)及增強后1.5、3、6、9 min(b～e)的橫斷位圖像圖2裸鼠原位移植瘤的病理改變(HE ×200)

表1 腫瘤平掃和增強掃描各時相信號強度和強化率

三、MRI圖像與腫瘤病理對照

MR強化明顯區為供血豐富的腫瘤生長活躍區域，中央無強化區為壞死組織和(或)腫瘤細胞致密且毛細血管較少區域。

討 論

隨著MR軟硬件技術的迅速發展和廣泛應用，非侵襲性獲得活體內解剖和生理學信息、高空間和時間分辨率下數據三維采集、高軟組織分辨率及無電離輻射等優點，使其在胰腺癌診斷中的價值受到越來越多的關注，并顯示出明顯的優勢，成為生物醫學研究的常用手段之一[1]。為取得理想的圖像質量，國外文獻多采用高或超高場強實驗型MRI掃描儀和內徑較小的線圈進行荷瘤裸鼠成像研究[2-4]。高場強成像儀可更快速成像，獲得更高的信噪比，增加水和脂肪頻率的分離；而相控陣線圈可增加信噪比，便于進行更小FOV或更高分辨率的上腹部MR成像。本研究采用西門子3.0T超導磁共振成像儀及臨床型乳腺線圈，對各項掃描參數優化組合后，行荷瘤鼠MRI檢查，掃描序列同人類基本相同。荷瘤鼠胰腺組織菲薄，MRI信號對比不明顯，且胰腺周圍組織在T2WI多呈低信號，故成瘤后，高信號的瘤灶與低信號的胰周組織、肝臟對比明顯，能清楚顯示瘤灶。因此，平掃T2WI序列對于腫瘤的發現具有非常重要的意義。而MR動態增強掃描更是診斷少血供性胰腺癌的有效方法[5-6]，有助于發現<10 mm的小腫瘤。

鑒于小鼠的腸系膜、腹膜面積大，毛細血管豐富，腹腔注射藥物后吸收較快，且入血后的代謝及藥理作用與靜脈途徑一致，因此本實驗采用腹腔注射途徑，同樣獲得滿意的原位胰腺癌的MR圖像。

高質量MR圖像與病理檢查結果取得了很好的一致性。強化明顯區為供血豐富的腫瘤生長活躍區，中央無強化區為壞死組織和(或)腫瘤細胞致密但毛細血管較少區。因為人胰腺癌細胞株PANC1形成的移植瘤屬于相對乏血供低分化腺癌，生長較快，內部血供明顯不均。腫瘤生長旺盛、血供豐富的周圍區域先強化，中央區域血供較少，腫瘤細胞致密，組織間隙小，壞死多，對比劑滲透慢，故瘤灶中央早期強化并不明顯，但隨著時間延長對比劑可逐漸滲透入瘤灶中央的組織間隙，所以延遲掃描會顯示弱強化區逐漸縮小。同樣，上述病理改變導致腫瘤內部對比劑廓清慢，所以強化時間長，強化程度降低慢。另外，增強掃描中掌握瘤灶與周圍組織信號差別的最佳時間窗是更好了解腫瘤生物學特性的關鍵。本結果表明，增強后各時相腫瘤的信號強度、強化率之間均有明顯差異，增強掃描9 min后信號強度與平掃差別最大，從而為胰腺癌動物模型的MRI增強掃描研究提供了較長的時間窗。

[1] Tsurusaki M,Semelka RC,Zapparoli M,et al.Quantitative and qualitative comparison of 3.0 T and 1.5 T MR imaging of the liver in patients with diffuse parenchymal liver disease.Eur J Radiol,2009,72:314-320.

[2] Bouvet M,Spernyak J,Katz MH,et al.High correlation of whole-body red fluorescent protein imaging and magnetic resonance imaging on an orthotopic model of pancreatic cancer.Cancer Res,2005,65:9829-9833.

[3] Grimm J,Potthast A,Wunder A,et al.Magnetic Resonance imagine of the pancreas and pancreatic tumors in a mouse orthotopic model of human cancer.Int J Cancer,2003,106:806-811.

[4] Weissleder R,Moore A,Mahmood U,et al.In vivo magnetic resonance imaging of transgene expression.Nat Med,2000,6:351-355.

[5] 盧光明,王中秋,鄭玲,等.動態增強磁共振成像對胰腺癌及胰腺內分泌腫瘤的診斷價值探討.中華醫學雜志,2006,86:951-954.

[6] Kumaga M,Kano MR,Morishita Y,et al.Enhanced magnetic resonance imaging of experimental pancreatic tumor in vivo by block copolymer-coated magnetite nanoparticles with TGF-β inhibitor.J Control Release,2009,140:306-311.

2010-06-29)

(本文編輯：屠振興)

MRIenhancementscanningfeaturesandpathologyoftheorthotropictransplantationnudemousemodelwithhumanpancreaticcancer

WANGDong-qing,HEWei,LUOYi-feng,SUNWei-bin,XUYun-fei,YINRui-gen,WANGZheng-chao.

DepartmentofRadiology,AffiliatedHospital,JiangsuUniversity,Zhenjiang212001,China

Correspondingauthor:WANGDong-qing,Email：wangdongqing71@hotmail.com

ObjectiveTo investigate the MRI imaging features, and pathologic basis of the orthotropic transplantation nude mouse model with human pancreatic cancer.MethodsAdopting Siemens Magnetom Trio Tim 3.0 Tesla superconductive MRI and breast coil was used to examine 30 orthotropic transplantation nude mouse models of the human pancreatic cancer, these mouse were sampled to acquire TSE-T1-weighted and T2-weighted transverse axial images. Intraperitoneal injection of Gd DTPA was used to perform continuous dynamic enhancement scanning. Signal intensities of tumors were measured in plain scanning and each phase′s enhancement scanning images, respectively. Intensification rates of tumors were calculated. Pathologic examination of tumors was performed to be compared with the findings of MRI scanning.ResultsThe successful rate of inoculation of 30 nude mice was 100%. The histological findings were comparable with poorly differentiated adenocarcinoma. Compared with signal of adjacent tissues, the MRI findings of the tumors were uniformly slightly hypointensity (90%, 27/30), or unevenly (10%, 3/30) on TSE-T1WI; uniformly (20%, 6/30) or unevenly (80%, 24/30) hyperintensity with equal or more hyper signal spots on TSE-T2WI. Signal intensities on plain scanning was 228.35±11.71, and 1.5, 3, 6, 9, 12 min after enhancement scanning, the signal intensities were 258.20±11.17, 301.75±17.09, 358.65±25.13, 480.05±19.01, 558.35± 40.49, which were significantly higher than those in plain scanning (P<0.01). The intensification rate of every phase was 0.13±0.04, 0.35±0.11, 0.56±0.10, 1.10±0.10, 1.45±0.18, and the difference among these phases was statistically significant (P<0.01). The significantly intensified area was the area where the tumor cells grew actively with rich capillaries; the central area without intensification was the area of necrotic tissue and/or densely packed tumor cells and few capillaries.ConclusionsHigh resolution MRI imaging of implanted tumors can be obtained by intraperitoneal injection of contrast, and it is consistent with pathologic examinations.

Pancreatic neoplasm; Magnetic resonance imaging; Injections, intraperitoneal; Nude mouse;

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2011.03.010

江蘇省自然科學基金資助項目(BK2006080)

212001 鎮江，江蘇大學附屬醫院影像科

王冬青，Email：wangdongqing71@hotmail.com