PET/CT及DWI-MRI早期評估兔VX2肉瘤射頻消融效果

石華錚，劉士遠，朱海云，楊春山，高欣，平照福，壽毅，華威，吳翔

·實驗研究Experimental research·

PET/CT及DWI-MRI早期評估兔VX2肉瘤射頻消融效果

石華錚，劉士遠，朱海云，楊春山，高欣，平照福，壽毅，華威，吳翔

目的探討彌散加權（DWI）-MRI和18F-FDG-PET/CT評估兔VX2肉瘤射頻消融（RFA）治療早期效果的價值。方法14只新西蘭白兔雙側后肢接種VX2肉瘤建模，一側后肢VX2肉瘤接受超聲引導下RFA治療（RFA組），對側后肢不進行射頻治療（對照組）。RFA治療后2 d行DWI-MRI檢查，治療后3 d行PET/CT檢查。分別計算腫瘤病灶和消融灶表觀彌散系數（ADC）值和標準攝取值（SUV）值。根據外科切除病灶組織病理學檢查結果金標準，分別對DWI-MRI、PET/CT及兩者聯合等3種方法評估RFA瘤灶行臨床診斷一致性Kappa檢驗。結果VX2肉瘤RFA前，DWI-MRI顯示T1低信號，T2高信號，T1加權像環狀強化，PET/CT顯示18F-FDG呈結節狀或環狀聚集；消融后DWI-MRI顯示T1高信號，T2輕度高密度，T1加權像輕度強化，PET/CT顯示18F-FDG濃聚程度減低。消融瘤灶ADC值為（1.52± 0.24）×10-3mm2/s，明顯高于未消融瘤灶（1.09±0.12）×10-3mm2/s（P＜0.05）；SUV值為（0.60±0.30），明顯低于未消融瘤灶（9.60±3.20）（P＜0.05）。單獨DWI-MRI與單獨PET/CT評估結果的敏感性、特異性及準確性與組織病理學診斷結果的一致性Kappa值分別為0.357和0.428，無顯著性差別（P＞0.05），DWIMRI聯合PET/CT評估結果與組織病理學診斷結果的一致性Kappa值為0.786，與前兩者均有顯著性差別（P＜0.05）。結論DWI-MRI顯像ADC值和FDG-PET/CT顯像SUV值是評估RFA治療早期效果的有臨床應用價值的指標。DWI-MRI與FDG-PET/CT診斷腫瘤病灶治療效果各具優勢，兩者聯合應用可有效提高療效評估的準確性。

射頻消融；彌散加權像；兔VX2腫瘤；PET/CT；早期療效

射頻消融（RFA）是利用微波、激光和高頻超聲產生熱凝固性壞死并損毀腫瘤的一種治療方式，對無法手術切除的肝臟、肺臟、腎臟、骨、腎上腺和乳腺腫瘤具有十分重要的實用價值［1-2］，并可在不增加并發癥前提下改善患者療效和生存率［3］。針對這類患者，臨床上希望早期準確評估腫瘤RFA效果，然而早期RFA病灶局部炎性反應明顯，單純依賴解剖圖像變化很難評估治療反應究竟如何。PET/CT雖可早期評估消融療效，但價格昂貴，很難廣泛應用。有研究發現彌散加權（DWI）-MRI可以檢測腦梗死早期變化［4］，因此本研究試圖利用DWI-MRI表觀彌散系數（ADC）值評估射頻治療兔VX2肉瘤的早期效果并對比分析18F-FDG-PET/CT標準攝取值（SUV）評估結果，同時評估DWI-MRI、PET/CT及兩者聯合診斷射頻治療病灶的一致性。

1　材料與方法

1.1實驗動物和VX2腫瘤模型建立

本研究獲得上海交通大學醫學院動物實驗倫理委員會批準。普通級新西蘭白兔14只（上海市第六人民醫院動物實驗中心提供），體重2.0～2.5 kg，3～4月齡，雌雄不限。VX2荷瘤種兔購自上海交通大學醫學院。所有外科操作均在兔處于基礎麻醉（耳緣靜脈注射3.0%戊巴比妥鈉1 ml/kg）下進行。切取荷瘤種兔VX2瘤體邊緣組織，將魚肉狀腫瘤組織剪成1×1×1 mm3大小并置于4℃Hank液備用。采用切口瘤塊包埋種植法構建模型：臥位固定、備皮、消毒后切開后肢血供豐富的肌肉組織2 cm，將VX2瘤塊分別接種于14只兔雙后肢肌肉中，逐層縫合關閉切口，獨籠飼養。共28個腫瘤樣本用于本實驗。

1.2RFA

為確保單針RFA范圍可以完全消融腫瘤病灶，于腫瘤種植后7 d行射頻治療。一側后肢腫瘤行射頻治療（RFA組），另一側后肢腫瘤作為未治療對照組。麻醉滿意后，超聲引導下將可伸縮鉤樣電極針經皮穿刺進入VX2腫瘤，針尖置于腫瘤中心位置，完全打開針尖。將RF2000型射頻治療儀（美國Boston科技公司）自粘性接地片帖于兔模型腹部，功率設置為20 W，每2分鐘增加10 W，直到射頻能量導致組織脫水產生的電阻力使治療儀自動停止為止（如果未自動停止，最長工作時間為6 min）。具有5年工作經驗的醫師完成RFA治療過程。

1.3DWI-MRI檢查

VX2兔經射頻治療后2 d，采用1.5-T MR成像系統掃描檢測14只模型兔：麻醉后俯臥固定，選用快速自旋回波T1加權圖像（TR/TE 532/15 ms，矩陣512×256）、快速自旋回波T2加權圖像（TR/TE 4 000/96 ms，矩陣512×256）及抑脂頻率（5 100/ 137 ms，矩陣512×256），擴散敏感系數（b值）為50、500、1 000 s/mm2，層厚3.0 mm，間隔1.0 mm，視野21 cm。采用單盲法閱片，測定治療組與對照組腫瘤區域ADC值，b值取300、600、800 s/mm2。采用視覺分析法建立腫瘤病灶治療后DWI-MRI評價標準：DWI顯像治療區域若顯示較周圍本底有明顯增高的信號影，評價為有腫瘤活性殘存；若治療區域信號與本底基本一致，則評價為腫瘤活性減滅。

1.4PET/CT檢查

VX2兔經射頻治療第3天，禁食4 h后被麻醉俯臥固定，耳緣靜脈21 G留置針注入18F-FDG（37 MBq/kg），45～50 min后采集圖像。CT掃描參數為140 kV，80 mA，旋轉1周時間為0.8 s，螺距5.0 mm，床速22.5 mm/s；PET圖像采集時間為每床位5 min。以SUV值作為定量指標，通過XelerisTM功能成像處理查看系統（美國通用醫療生物科學公司）圖像融合工作站調用PET/CT斷層圖像，獲得橫斷面數據；根據CT圖像準確選取腫瘤最大切面，在PET圖像上勾畫對照組與治療組腫瘤區域邊緣，取放射性濃聚較均勻部位作SUV值檢測，獲得腫瘤組織最大SUV（SUVmax）值。建立腫瘤病灶治療后FDGPET/CT評價標準：①腫瘤活性殘存：治療區域仍有灶狀、片狀、塊狀FDG攝取增高影，且治療勾畫區域SUVmax值≥2.5；②腫瘤活性減滅：治療區域FDG攝取值與周圍組織本底基本相同，且治療勾畫區域SUV值＜2.5。

1.5組織病理學檢查

PET-CT掃描后以過量麻醉（戊巴比妥鈉90 mg/ kg）處死所有實驗兔，外科手術切除一側后肢腫瘤組織及對側后肢消融區域組織，石蠟包埋固定，HE染色后作光鏡下組織病理學觀察。建立腫瘤治療后組織病理學評價標準：①腫瘤活性消亡：多個鏡下視野見治療區域細胞彌漫凝固性壞死，伴或不伴充血、液性壞死及炎性細胞浸潤；②腫瘤活性殘存：鏡下視野見治療區域腫瘤細胞片狀分布。

1.6統計學方法

采用t檢驗分析未處理腫瘤病灶和RFA后病灶的ADC值和SUVmax值。以病理學檢查結果為金標準，通過臨床診斷一致性檢驗評估DWI-MRI、PET/CT及DWI-MRI聯合PET/CT顯像的敏感性、特異性和準確性，并計算各評價方法的Kappa值。采用SPSS13.0統計軟件對以上數據進行分析，計量資料以均數±標準差表示，P＜0.05視為差異有統計學意義。

2　結果

2.1一般資料

本研究中動物模型構建成功率為100%。成瘤腫塊樣本共28個，種植后1周腫瘤平均直徑為（1.6± 0.16）cm。所有14只兔模型均成功接受超聲引導下射頻治療，平均消融時間為（5.07±0.77）min，平均初始阻抗為（60.9±10.0）Ω。DWI-MRI和PET/CT顯像成功率均為100%。所有動物在射頻消融術后1 d進食量均見減少，術后3 d恢復正常。

2.2DWI-MRI和PET/CT評估未治療VX2腫瘤

MRI圖像見VX2荷瘤與周圍肌肉組織境界清晰，呈現T2較均勻高信號。增強掃描T1加權像可見瘤灶環狀強化，DWI呈較高信號。PET/CT圖像顯示18F-FDG濃聚于腫瘤組織內，呈結節狀或環狀高度聚集區域（圖1）。定量分析表明VX2荷瘤平均ADC值和平均SUVmax值分別為（1.09±0.12）×10-3mm2/s和（9.60±3.20）。病理組織大體標本切面見灰紅、鮮嫩魚肉樣組織，腫瘤中心可見卵圓形液化壞死，與正常組織間界限明顯。鏡下觀察HE染色示大量腫瘤細胞排列紊亂、核大濃染，胞質少胞界不清，呈異型性改變。VX2腫瘤含有高度惡性腫瘤細胞，周邊區域呈現有活力的腫瘤細胞，中央區域為液化性壞死病變（圖2）。

圖1　射頻治療和未治療VX2肉瘤DWI-MRI與FDG-PET/CT顯像圖

圖2　射頻治療和未治療VX2肉瘤病理組織HE染色

2.3DWI-MRI和PET/CT評估RFA后VX2腫瘤

RFA區域為T1、T2稍高信號，T1加權增強圖像輕度強化，與未處理腫瘤的DWI高信號相比，消融灶DWI信號減低。PET圖像示18FDG聚集效應明顯減低（圖1）。定量分析表明消融灶ADC值和SUVmax值分別為（1.52±0.24）×10-3mm2/s和（0.60± 0.30），與未治療腫瘤ADC值和SUVmax值比較分別為明顯增加（t=6.36，P=0.001）和明顯減低（t= 8.18，P=0.000）（表1）。病理分析發現消融灶瘤細胞腫脹，細胞密度減少，瘤細胞破裂溶解及片狀凝固壞死，出現核固縮、染色質模糊溶解、胞質嗜酸性壞死、胞質邊界模糊等特征性改變（圖2）。壞死區域周圍可見單核細胞、中性粒細胞浸潤。

表1　RFA組和未治療對照組ADC值、SUVmax值變化情況

2.4不同方法評價VX2腫瘤射頻治療的統計學比較

DWI-MRI評價方法與PET/CT評價方法的敏感性、特異性、準確性無顯著性差別，兩者Kappa值分別為0.357和0.428（P＞0.05）；DWI-MRI聯合PET/CT評價方法較單獨DWI-MRI及單獨PET/CT評價方法的敏感性、特異性及準確性均有顯著性差別，其Kappa值為0.786（P＜0.05）（表2）。

3　討論

MRI常規成像技術是目前臨床上最常用的腫瘤射頻治療效果的評價方法，具有較高應用價值，但也存在一定缺陷。這表現在RFA后病灶及周圍組織熱損傷導致信號改變，干擾惡性腫瘤殘存灶的檢出［5］。本研究發現RFA后常規MR圖像信號在T1及T2加權像有所改變，但尚無法判斷病灶內是否有腫瘤殘存。可見，通過觀察腫瘤信號變化評價腫瘤是否殘余或局部進展并不適用于RFA治療后早期。Zheng等［6］研究提出動態增強CT造影和MRI較單純平掃用于評估腫瘤殘余更具有價值，但本研究中腫瘤治療區域增強掃描同樣呈輕度強化，判斷腫瘤有無殘存同樣較困難。

表2　不同方法評價VX2腫瘤射頻治療的敏感性、特異性和準確性

局部組織代謝變化往往發生于形態學改變之前。因此，功能性成像技術如FDG-PET/CT及DWIMRI顯像有望成為評估射頻治療后腫瘤代謝改變的非侵襲性方法。DWI表現的是組織內部功能性變化，常規MRI檢查則是反映組織形態學變化，因此在早期常規MRI T1及T2加權像尚無異常發現時，DWI即可顯示病變區域組織功能性變化。腫瘤組織細胞外液減少、細胞密集程度較高、細胞外液自由水擴散受限使得ADC值下降，在DWI加權像表現為較周圍正常組織的高信號［7］；射頻治療后，腫瘤病灶凝固性壞死一方面使組織含水量減少，另一方面細胞死亡后包膜通透性增高，細胞內液體進入細胞外增多，使得ADC值增高，因此在DWI加權像治療區域表現為信號減低區［8］。上述水分子彌散機制和DWI成像，有助于了解射頻治療后腫瘤情況，并判斷治療區域有無殘留腫瘤組織。本實驗中腫瘤種植后均表現為DWI高信號，射頻治療后腫瘤病灶DWI信號減低，提示DWI成像對腫瘤射頻治療后腫瘤組織代謝變化有較高靈敏度。但DWI也存在一定缺陷，表現在判斷腫瘤的特異性較低，因為腫瘤治療區域諸多因素均可影響水分子彌散狀態，并影響DWI信號改變，主要表現為治療后損傷區域水腫，可使該區域含水量增高，導致DWI增高；治療后原腫瘤區域即使沒有活性腫瘤細胞，但纖維增生性反應較明顯，導致間質水分子彌散障礙，引起ADC值下降而DWI表現為高信號；高T2信號透過效應及不同b值選擇可顯示不同組織。上述這些因素均干擾DWI信號，從而影響射頻治療后瘤灶情況判斷。

許多研究報道18F-FDG-PET在區分殘余腫瘤和檢測腫瘤復發方面具有高度敏感性和特異性［9-10］。有研究證實，18F-FDG-PET/CT顯像動態觀察發現兔VX2肺移植瘤三維適形放療中腫瘤組織與正常肺組織的SUV比值在短期內顯著降低，故可用于CT形態學改變前評估放療早期療效［11］。本研究證實VX2腫瘤模型經RFA治療3 d后18F-FDG攝取值明顯下降，提示18F-FDG-PET/CT可用于評估早期階段射頻治療效果。

射頻治療后有腫瘤殘留灶時，治療區域可出現局灶性FDG攝取異常增高，這對治療后腫瘤殘存的判斷有較高特異性。但18F-FDG判斷腫瘤殘存也有一定的假陰性，表現為射頻治療后腫瘤殘存區域FDG輕中度攝取，這主要是治療后殘存腫瘤細胞代謝活性降低（細胞功能下降而非細胞壞死）、殘存腫瘤區域較小或腫瘤細胞沿間質浸潤生長的緣故，與炎性反應性細胞改變難以區別。

功能成像DWI-MRI及18F-FDG有不同的顯像優勢，對腫瘤殘存檢測的靈敏性較高，但也存在影響因素較多、檢測特異性較低的缺點。本實驗研究顯示，單獨DWI-MRI或單獨FDG-PET/CT檢查的評估結果與組織病理學診斷結果的一致性Kappa值均較低，而DWI-MRI聯合PET/CT檢查明顯提高評估結果的特異性與準確性，與組織病理學診斷結果的一致性Kappa值明顯提高。DWI出現高信號假陽性時，PET/CT顯像18F-FDG攝取程度、T1和T2信號改變能校正假陽性結果，而PET/CT顯像假陽性結果也可由DWI信號、T1和T2信號改變予以糾正。因此，功能成像整合可明顯降低評價方法的假陽性率，進一步提高腫瘤治療后評估的準確率。Zheng等［12］研究也認為，聯合應用18F-FDG-PET/CT和DWI功能成像-常規及增強MRI，可更好地準確評估射頻治療術后早期腫瘤消融情況，以便對腫瘤復發高風險患者進行再次射頻治療干預；這對提高患者預后有重要臨床價值。

總之，射頻治療后早期階段DWI成像及18FFDG顯像均已存在明顯變化，ADC值和SUV值可作為評估射頻早期療效的重要參數。DWI-MRI聯合FDG-PET/CT檢查可彌補單一方式評估治療區域腫瘤殘存與否的不足與缺陷，明顯提高診斷的準確性。

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FDG-PET/CT and diffusion-weighted MRI evaluation of the early therapeutic effect of radiofrequencyablation for VX2 sarcomas in rabbits

SHI Hua-zheng，LIU Shi-yuan，ZHU Hai-yun，YANG Chunshan，GAO Xin，PING Zhao-fu，SHOU Yi，HUA Wei，WU Xiang.Department of Radiology，Shanghai Changzheng Hospital，the Second Military Medical University，Shanghai 200003，China

LIU Shi-yuan，E-mail：1090830052@qq.com

ObjectiveTo discuss the value of diffusion-weighted MRI（DWI）and18F-FDG-PET/CT in assessing the early therapeutic effect of radiofrequency ablation（RFA）for VX2 sarcomas in experimental rabbits.MethodsVX2 sarcoma was inoculated at bilateral hind limbs in 14 New Zealand white rabbits to establish the animal models.The implanted VX2 tumor on one hind leg was treated with ultrasound-guided percutaneous RFA（study group），while no RFA was given to the VX2 tumor on the contralateral hind leg（control group）.DWI-MRI was performed at 2 days after RFA，and18F-FDG-PET/CT examination was employed at 3 days after RFA.The mean apparent diffusion coefficient（ADC）values and standard uptake value（SUV）of the untreated tumor and the ablated tumor were separately calculated.Taking the pathologic result as the gold standard，the consistency of DWI-MRI，PET/CT as well as the combination of DWI-MRI and PET/CT with the clinical diagnosis was separately evaluated by Kappa test.ResultsBefore RFA，DWI-MRI demonstrated that the VX2 tumor was characterized by hypo-intensity signal on T1 and hyper-intensity signal on T2 with ring-shaped enhancement on T1-weighted image；PET/CT showed that the tumor had nodular or ring-shaped18F-FDG accumulation.After RFA，DWI-MRI revealed that the VX2 tumor was manifested as hyper-intensity signal on T1 and slight higher density on T1 with slight enhancement on contrast-enhanced T1-weighted image；PET/CT showed lowered accumulation of18F-FDG.The mean ADC value of the ablated tumor was（1.52±0.24）×10-3mm2/s，which was obviously higher than that of the unablated tumor，that was（1.09±0.12）×10-3mm2/s，the difference was statistically significant（P＜0.05）.The mean SUV value of the ablated tumor was（0.6±0.3），which was significantly lower than that of the ablated tumor（9.6±3.2，P＜0.05）.No significant difference in sensitivity，specificity and accuracy existed between DWI-MRI and pathology as well as between PET/CT and pathology，the Kappa value being 0.357 and 0.428 respectively（P＞0.05）.The Kappa value of the consistency between combination of DWI-MRI with PET/CT and pathology was 0.786，which was significantly different from the result by simple DWI-MRI or simple PET/CT evaluation（P＜0.05）.ConclusionBoth ADC value of DWI-MRI and SUV value of PET/CT are useful indexes for evaluating the early therapeutic effect of RFA.Both DWI-MRI and PET/CT have their respective advantages，nevertheless，combination use of both can effectively improve the evaluation of curative effect for VX2 tumor after RFA in experimental rabbits.（J Intervent Radiol，2015，24：243-247）

radiofrequency ablation；diffusion-weighted imaging；rabbit VX2 tumor；PET/CT；early effect

R735

A

1008-794X（2015）-03-0243-05

2014-12-08）

（本文編輯：邊佶）

10.3969/j.issn.1008-794X.2015.03.015

200003上海第二軍醫大學長征醫院影像科（石華錚、劉士遠）；解放軍第85醫院PET/CT中心（石華錚、朱海云、楊春山、高欣、平照福、壽毅、華威、吳翔）

劉士遠E-mail：1090830052@qq.com