肺癌DCE-CT技術與腫瘤血管生成的相關研究

董進，馬志娟，彭紅芬，宋少輝，陽義

武漢市第一醫(yī)院 放射科，湖北武漢 430022

肺癌DCE-CT技術與腫瘤血管生成的相關研究

董進，馬志娟，彭紅芬，宋少輝，陽義

武漢市第一醫(yī)院 放射科，湖北武漢 430022

目的用動態(tài)增強CT功能成像（DCE-CT）的方法觀察肺癌腫瘤血管生成。方法對28例肺癌進行DCE-CT掃描，記錄強化峰值（PH）、腫塊強化達到峰值時間（Tp），計算腫塊與主動脈強化峰值之比（M/A）、灌注值、相對血管容積（rBV）和毛細血管通透值（Pm），將各值分別與肺癌微血管密度（MVD）做相關性分析。將28例肺癌分為血管內皮生長因子（VEGF）表達陽性組和VEGF表達陰性組，分析2組MVD、各成像參數(shù)以及淋巴結轉移情況的差異。結果PH、M/A、灌注值、rBV、Pm分別為(27.03±8.89)HU、0.13±0.07、(0.33±0.06) μL·min-1·ml-1、(27.00±10.95)% 、(188.90±133.10) μL·min-1·ml-1。PH、M/A、灌注值、rBV與MVD呈正相關，其中，灌注值與MVD相關性最高（r=0.78，P＜0.0001），Pm值與MVD無相關性（r=0.29，P＞0.05）；VEGF陽性組MVD和CT功能成像參數(shù)高于VEGF陰性組，兩組淋巴結轉移情況差異有統(tǒng)計學意義（χ2=9.389，P＜0.05）。結論 DCE—CT可得到比較全面的肺癌血供情況，能為肺癌腫瘤血管生成的評估提供新方法。

動態(tài)增強CT；肺癌；腫瘤血管生成

動態(tài)增強 CT 功能成像（DCE-CT）技術，是指靜脈注 射對比劑后對興趣區(qū)進行快速連續(xù)掃描，通過測量局部組織血流灌注可以了解血流動力學及功能變化，對提高臨床診斷水平和治療效果判定均有重要意義。DCE-CT 技術近年來發(fā)展迅速，特別是多層螺旋 CT（MSCT）的出現(xiàn)，使這一技術成像的研究有了長足進步，顯示出其操作簡單，時間及空間分辨率高的優(yōu)點。

肺癌是一種血管生成依賴性疾病，血管生成在肺癌的生長與轉移過程中起著重要作用，直接針對血管內皮或阻遏血管生成過程的治療已成為新的腫瘤治療方法[1]。本研究通過對 28 例肺癌患者行 DCE-CT 掃描，觀察肺癌血供狀況，研究對肺癌患者抗血管生成治療的監(jiān)測、預后的臨床意義。

1 材料與方法

1.1 病例選擇

選擇 2009 年 2 月 ～2011 年 10 月，因胸片或常規(guī) CT檢查發(fā)現(xiàn)胸部占位性病灶而到我院放射科檢查的 47例病例。病例選擇標準 ：① 臨床懷疑肺癌 ；② 無對比劑使用禁忌證 ；③ 患者同意并能配合檢查。其中在檢查后 4 周內經手術證實為肺癌，且獲取了腫瘤大體標本及完整病理報告的28 例納入本研究對象。28 例病灶的直徑均在 1.6～5.9 cm，平均 3.47 cm，其中，鱗癌 9 例，腺癌 (包括細支氣管肺泡癌 )16例，轉移性肺癌3例。病理分級為：高分化肺癌2例，中分化肺癌 17 例，低分化肺癌 9 例 ；原發(fā)性肺癌中，11 例有淋巴結轉移。所有患者CT掃描前及手術前均未行任何抗腫瘤治療。

1.2 CT檢查

檢查之前，向患者詳細解釋檢查程序，并指導患者練習呼吸，要求在掃描序列中，重復屏氣的呼吸深度盡量相同。先行常規(guī)全肺橫斷面掃描，確定腫塊部位，然后以腫塊最大層面為中心行平掃1次。然后使用高壓注射器自前臂靜脈以 6～8 mL/s 的流率[2]注射對比劑碘海醇（300 mgI/mL）40 mL，注射后 10 s，囑患者屏氣，行第 1 期 DCE-CT 掃描 ：掃描 21 次，掃描時間 0.75 s，間隔 1.5 s，共 30 s。第1 期掃描結束后，囑患者平靜呼吸 20 s，然后行第 2 期動態(tài)DCE-CT 掃描 ：掃描 7 次，掃描時間 0.75 s，間隔 10 s，共60 s。平掃及兩期動態(tài)掃描均采用軸面掃描，掃描層面相同，掃描參數(shù)相同。

1.3 圖像處理及數(shù)據分析

將每例病例掃描 116 幅圖像傳送至工作站，利用隨機軟件 Functional CT 制作彩色編碼的腫塊血流灌注圖，分析腫塊血流灌注的特點[3]。在每次掃描所得 4 幅圖像上分別在腫塊和主動脈或頸總動脈上劃定感興趣區(qū)，記錄CT值并繪制腫塊的時間 - 密度曲線（TDC）[4]。將所得數(shù)據輸入Excel軟件，分別計算以下參數(shù) ：

（1） 強化峰值（PH）。腫塊增強最大值，由腫塊最大增強 CT 值減去腫塊平掃 CT 值。

（2）腫塊強化達到峰值時間 (Tp)。

（3）腫塊與主動脈強化峰值之比 (M/A)。由 PH 值除以主動脈增強峰值得到。

(2)根據煤炭行業(yè)清潔生產指標、產業(yè)政策等確定的指標為評價標準，逐一比較各項指標，根據完成情況確定分值，做出評價。這種方法有助于客觀地認識和掌握本礦區(qū)在整個行業(yè)中的總體位置，發(fā)現(xiàn)自身的優(yōu)勢，尋找不足之處。

（4）灌注值。即腫塊組織單位體積的血流，由腫塊TDC 的最大斜率值除以主動脈增強峰值，計算公式：

其中，MG 是肺癌 TDC 的最大斜率值，為腫塊增強值除以對應時間所得的最大值。

（5）相對血管容積（rBV）和毛細血管通透值 (Pm)：以時間t為橫坐標，該時間的腫塊增強值除以主動脈增強值所得結果為縱坐標制圖，所得直線回歸曲線的截距為 rBV，斜率為 Pm。

1.4 病理標本處理、觀察

將手術切除的病理標本以 10%中性甲醛固定，常規(guī)石蠟包埋備用。腫塊取材部位盡可能與CT掃描層面一致。使用“兩步法”分別進行 CD31 和血管內皮生長因子（VEGF）免疫組織化學染色[5]。微血管密度（MVD）計數(shù)方法，先在低倍鏡 (×100)下掃視整個玻片，找出微血管密度最大的“熱點”后，變換高倍鏡 (×200)觀察并計數(shù)。任何被抗體染成棕色的單個細胞或細胞團，無論有無管腔形成，只要與周圍的微血管、腫瘤組織及其他結締組織成分有清楚的分離，都作為1條可計數(shù)的血管。腫瘤內硬化區(qū)以及與腫瘤交界處軟組織內的微血管不作計數(shù)；具有厚的平滑肌或管腔直徑＞8個紅細胞直徑的血管也不予計數(shù)。以此標準記錄5個視野內的微血管數(shù)，取其平均數(shù)作為該病例的 MVD。腫瘤組織VEGF的表達采用將腫瘤細胞染色程度分為 4 級 ：未染色為 0，弱染色為 1，中等染色為 2，強染色為 3 ；將染色陽性細胞的百分比分為 4 級 ：O% 為 0，≤ 25% 為 1，26% ～50% 為 2，≥ 50%為 3。將兩次評分值相加，將結果 ＞3 者納入 VEGF 染色陽性組，≤ 3 者納入VEGF染色陰性組。

1.5 統(tǒng)計學分析

對 DCE-CT 各參數(shù)值分別與肺癌 MVD 做相關性分析。將 28 例病例分為 VEGF 表達陽性和 VEGF 表達陰性組，采用t檢驗，比較兩組病例 MVD、DCE-CT 各參數(shù)的均數(shù)間的差別，采用卡方檢驗分析肺癌淋巴結轉移與 VEGF 表達的關系[6]。統(tǒng)計學意義水平設為P＜0.05。

2 結果

彩色灌注圖直觀地顯示了腫塊不同部位血流灌注的差異（圖 1～4）。在部分肺癌病灶中可以發(fā)現(xiàn)，在腫塊邊緣部位以及中央壞死區(qū)周圍的血流灌注明顯增高。相應地，在免疫組化病理分析中發(fā)現(xiàn)，腫瘤組織邊緣部位和壞死區(qū)域周圍的 MVD 高于中央部位的 MVD，VEGF 表達陽性細胞亦多于中央部位。

圖1 CT動態(tài)增強掃描圖

圖2 CT動態(tài)增強掃描TDC圖

圖3 腫塊中間部位染色免疫組化病理圖

圖4 腫塊邊緣部位染色免疫組化病理圖

3 討論

3.1 肺癌DCE-CT的理論基礎、模型分析及參數(shù)的計算

隨著現(xiàn)代醫(yī)學影像技術的快速發(fā)展和人們對腫瘤生物學特性認識的逐漸深入，形態(tài)與功能相結合的影像學技術為肺癌的研究提供了新的方法。大量的研究發(fā)現(xiàn)[7]，血管生成在肺癌的生長與轉移過程中起著重要的作用，MVD與肺癌患者的生存率有著非常密切的關系 。因此，準確地評估肺癌的血管生成狀況對肺癌患者治療手段的選擇和預后均有重要意義。腫瘤的 CT 功能成像參數(shù)除了 PH 和 M/A 外，主要還有血流灌注值、rBV 和 Pm 等。目前，計算灌注值的數(shù)學模型主要有去卷積模型和分隔模型。去卷積模型的主要優(yōu)點在于其不受組織器官血流動力學假設的局限，因而,可允許使用較低的對比劑注射流率。分隔模型理論認為，在靜脈注射對比劑后,早期的首次通過時間內，對比劑主要集聚在血管內而沒有滲入到組織間隙，由此可根據 Fick原理推導出組織的灌注值。由于該模型忽略了組織內對比劑的靜脈流出，因此，需要強調使用較高的對比劑注射流率以減少誤差 。rBV 與 Pm 值的計算公式也可以由分隔模型的二室理論導出。以時間為橫坐標，該時間腫塊的增強CT值與血管的增強CT 值的比值為縱坐標制圖，可以得到直線回歸曲線。該曲線的截距即為 rBV，斜率為 Pm，Miles等人曾用該方法獲取了淋巴瘤的毛細血管通透值。

3.2 DCE-CT參數(shù)與肺癌MVD的相關性分析

研究表明[8]，動態(tài)增強 CT 可為肺部孤立性結節(jié)病變提供更多的血流動力學信息而有助于肺癌的診斷。為了更好地觀察肺癌的腫瘤血管生成，本研究將CT功能成像參數(shù)分別與 MVD作了相關性分析。結果除 Pm外，各參數(shù)均與MVD 有良好的相關性。其中，以灌注值相關性最高（r=0.78，P＜0.001）。根據腫瘤強化的二室模型理論，注射對比劑后早期腫塊的強化主要由血管內的對比劑決定，在達到峰值時，腫塊的強化則由血管內和血管外兩處的對比劑共同決定，因此，M/S 和 PH 不僅與腫瘤組織的血管密度相關，還與腫瘤間質對對比劑的聚集和滯留程度相關。而反映單位組織內血流的灌注值則僅僅由早期首次通過時間內對比劑在腫瘤血管內的聚集速率決定，因此，灌注值與MVD相關性比 PH 或 M/S 更高。rBV 反映了腫瘤組織中所有血管的相對容積，即除了納入MVD計數(shù)范圍的微血管外還包括了一些管腔較大的腫瘤血管，這可能是 rBV 和 MVD 相關性相對較小的解釋。腫瘤新生血管的血管壁缺少平滑肌層和神經末梢，基底膜也不完整，這是腫瘤細胞容易進入血管系統(tǒng)發(fā)生遠處轉移的病理學基礎之一。因此，觀察肺癌血管的通透性有助于更完整地了解肺癌腫瘤血管的生成。本研究通過 DCE-CT 首次獲取肺癌的毛細血管通透值 Pm。研究結果提示，肺癌毛細血管的通透性與其微血管密度MVD不一定具有相關性。

3.3 肺癌VEGF表達與DCE-CT參數(shù)、MVD及淋巴結轉移的關系

VEGF的主要生理功能是促進血管內皮細胞增殖及提高血管通透性。本研究中 28 例肺癌 VEGF 表達陽性 19 例，陽性率 67.9%，與以往的研究結果類似。肺癌 VEGF 表達陽性組 MVD 及動態(tài) CT 各功能參數(shù)指標均顯著高于 VEGF陰性組（P＜0.05），進一步證實了 VEGF 在肺癌血管生成中的重要作用。以往的研究還發(fā)現(xiàn)，VEGF表達與肺癌患者的預后密切相關。

本研究中，VEGF 表達陽性組淋巴結轉移 10 例，而VEGF表達陰性組淋巴結轉移 1例，2組淋巴結轉移情況具有統(tǒng)計學意義（χ2=9.389，P＜0.05），表明肺癌 VEGF 的表達與淋巴結轉移有密切關系。VEGF促進肺癌腫瘤血管生成的作用機制還不完全清楚，有人認為局部缺氧是誘導腫瘤細胞產生 VEGF，并由此促進腫瘤血管生成的主要原因。

本研究中，在部分肺癌的灌注彩色編碼圖上可以看到病灶邊緣及壞死區(qū)域周圍的強化及血流灌注明顯增高。相應的病灶中，可以發(fā)現(xiàn)腫瘤微血管和VEGF表達陽性細胞在腫塊邊緣部位及中央壞死區(qū)的周圍多見。該結果提示了腫瘤組織缺氧壞死與 VEGF表達及新生血管形成可能存在著重要關系。

本研究利用 DCE-CT 掃描觀察了肺癌血流模式的多個功能參數(shù)，并將其與肺癌MVD、VEGF 的表達以及淋巴結轉移情況作了相關的分析，以此獲得了較為完善的肺癌血供情況。隨著檢查設備的不斷更新和各種相關計算軟件的出現(xiàn)，CT功能成像參數(shù)的獲取將更為方便準確。

因此，筆者認為 DCE-CT功能成像技術是更好的比較準確地觀察肺癌血管生成的新方法，有重要的臨床應用價值。

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Correlation Studies of Dynamic Contrast-Enhanced Computed Tomography Functional Imaging for the Observation of Tumor Angiogenesis in Patients with Lung Carcinoma

DONG Jin, MA Zhi-juan, PENG Hong-fen,
SONG Shao-hui, YANG Yi
Department of Radiology, The First Hospital of Wuhan , Wuhan Hubei 430022, China

ObjectiveTo investigate the role of dynamic contrast-enhanced computed tomography (DCE-CT) in the observation of tumor angiogenesis in patients with lung carcinoma.Methods28 patients with pathology-proved pulmonary carcinoma underwent DCE-CT scan before operation. The functional imaging parameters: peak height(PH), the time of peak height(Tp), the ratio of PH of the mass to aorta(M/A), perfusion, the relative blood volume (rBV) and permeability (Pm) were calculated and correlated with the microvessel density (MVD) of the carcinoma. The functional imaging parameters MVD and the lymph node involvement between VEGF positive group and VEGF negative group were analyzed.ResultsThe Perfusion, PH, M/A and rBV correlated positively with MVD (r=0.78, 0.66, 0.69, 0.70 respectively; P＜0.0001), and no significant correlation was found between Pm and MVD (r=0.29, P＞0.05). The functional imaging parameters and MVD of VEGF positive group were higher than those of VEGF negative group (P＜0.05) and the difference of lymph node involvement between two groups was significant (χ2=9.389, P＜0.05).ConclusionDCE-CT functional imaging technique provides general information of lung carcinoma angiogenesis and alternates non-invasive option for observation of tumor angiogenesis in patients with lung carcinoma.

dynamic enhanced CT; lung carcinoma; tumor angiogenesis

R445.3

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.07.010

1674-1633(2012)07-0040-03

2012-01-08

2012-04-09

本文作者：董進，副主任醫(yī)師。

作者郵箱：djyl516@126.com