磁共振擴(kuò)散張量成像在大鼠C6腦膠質(zhì)瘤分級(jí)中的應(yīng)用研究*

李香營(yíng)，蔣錫麗，楊 光，陳建強(qiáng)，戰(zhàn)躍福，唐少虎，韓向君

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬海口醫(yī)院/海口市人民醫(yī)院放射科，海口 570208)

膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見(jiàn)的原發(fā)性惡性腫瘤[1]，術(shù)前準(zhǔn)確評(píng)估膠質(zhì)瘤的惡性程度對(duì)預(yù)測(cè)腫瘤生物學(xué)行為，制定手術(shù)方案至關(guān)重要。磁共振擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)作為一種新的成像方法，可以反映組織微觀結(jié)構(gòu)變化，廣泛用于膠質(zhì)瘤診斷、鑒別診斷、分級(jí)及手術(shù)方案的制訂[2-3]。本研究旨在探討臨床3.0T DTI在Wistar大鼠C6腦膠質(zhì)瘤分級(jí)中的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1材料 C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞株購(gòu)于中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院細(xì)胞所，復(fù)蘇后培養(yǎng)于10%胎牛血清、1%青鏈霉素混合液的RPMI-1640培養(yǎng)基中，傳代接種。采用隨機(jī)數(shù)字表將67只體質(zhì)量215～330 g健康雌性Wistar大鼠分成實(shí)驗(yàn)組57只，對(duì)照組10只。注射濃度大于1×106/10 μL，注射點(diǎn)位于bregma點(diǎn)前1 mm，矢狀縫右旁開(kāi)3 mm處，注射方式采用硬腦膜下進(jìn)6 mm,退1 mm,微量注射器注射速度為10 μL/min,整個(gè)過(guò)程緩慢進(jìn)行，接種后大鼠先單籠喂養(yǎng)，記錄蘇醒時(shí)間、飲水進(jìn)食及精神狀態(tài)等。對(duì)照組為假手術(shù)組，注射相同劑量不含C6膠質(zhì)細(xì)胞的全培養(yǎng)基。

1.2方法

1.2.1DTI掃描及圖像處理 DTI掃描采用美國(guó)GE公司3.0T醫(yī)用掃描機(jī)，配備大鼠專用線圈，通道數(shù)目為8，所有成活大鼠分別在接種后第1～2周(22只)和3～4周(35只)行常規(guī)MRI及DTI檢查，增強(qiáng)方式采用尾靜脈注射釓噴替酸葡甲胺(Gd-DTPA，Mmagnevist，Schering,德國(guó))2.5～3 mL/kg，增強(qiáng)序列為常規(guī)軸位T1WI和T1-3D-IR-FSPGR序列。 T2WI序列參數(shù)為T(mén)R 3 000 ms,TE 120 ms，層間距 0 mm，層厚 3 mm，矩陣 192×192。DTI采用自旋回波的回波平面成像(SE-EPI)，15個(gè)非共線梯度方向，梯度擴(kuò)散因子(b)值為0、800 s/mm2，TR 2 500 ms，TE 88.7 ms。

DTI原始數(shù)據(jù)均由GE公司ADW4.4后處理工作站的Function Tool軟件進(jìn)行,首先消除圖像噪聲,經(jīng)工作站自動(dòng)計(jì)算產(chǎn)生部分各向異性分?jǐn)?shù)(FA)圖,并進(jìn)行圖像配準(zhǔn),獲得瘤體感興趣區(qū)(ROI)的FA 值。ROI選擇避開(kāi)出血、壞死、腦溝裂池等影響測(cè)量結(jié)果的區(qū)域[4]，以降低測(cè)量誤差。圖像分析由兩名高級(jí)職稱神經(jīng)影像專家共同完成,在兩人達(dá)成共識(shí)的情況下確定瘤體及對(duì)側(cè)鏡像腦組織區(qū)各多個(gè)等大(2 mm2，9Pix)ROI,得到相應(yīng)部位的FA值。

1.2.2HE染色和免疫組織化學(xué)檢查 所有接受DTI掃描的大鼠，1%戊巴比妥鈉(40 mg/kg)麻醉后經(jīng)心臟灌注4%多聚甲醛固定全腦24～48 h切片，取瘤體最大層面做連續(xù)冠狀切片進(jìn)行HE染色，光鏡下觀察接種腫瘤的分化程度，根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)2002年中樞神級(jí)系統(tǒng)腫瘤的分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

A、B：T1增強(qiáng)及FA偽彩圖顯示右側(cè)大鼠大腦半球低級(jí)別C6膠質(zhì)瘤。C、D：T1增強(qiáng)及FA偽彩圖顯示右側(cè)大鼠大腦半球高級(jí)別C6膠質(zhì)瘤，瘤體內(nèi)出現(xiàn)壞死

圖1不同級(jí)別C6腦膠質(zhì)瘤T1增強(qiáng)和FA圖

確定膠質(zhì)瘤分級(jí)，低級(jí)別膠質(zhì)瘤為WHO Ⅰ～Ⅱ級(jí)，高級(jí)別膠質(zhì)瘤為WHOⅢ～Ⅳ級(jí)。另取切片3張行GFAP免疫組織化學(xué)檢查，方法按試劑盒說(shuō)明書(shū)完成。

2 結(jié) 果

2.1MRI檢查結(jié)果 實(shí)驗(yàn)組57只大鼠均成功完成MRI掃描，低級(jí)別膠質(zhì)瘤體積相對(duì)較小，信號(hào)均勻，增強(qiáng)后多呈輕度均勻強(qiáng)化。高級(jí)別膠質(zhì)瘤腫瘤體積多較大，信號(hào)不均勻，增強(qiáng)后多以明顯不均勻強(qiáng)化或環(huán)狀強(qiáng)化為主。DTI顯示瘤體高級(jí)別膠質(zhì)瘤瘤體FA值為(0.167±0.035)，低級(jí)別膠質(zhì)瘤瘤體FA值為(0.147±0.015)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=2.34,P<0.05)，見(jiàn)圖1。10只對(duì)照組大鼠MRI掃描檢查未見(jiàn)異常信號(hào)。

2.2病理結(jié)果 本組研究57只荷瘤大鼠中，低級(jí)別膠質(zhì)瘤(WHO Ⅰ～Ⅱ級(jí))18只，高級(jí)別膠質(zhì)瘤(WHO Ⅲ～Ⅳ級(jí))39只，其中1～2周時(shí)，腫瘤級(jí)別Ⅰ～Ⅱ級(jí)18例，Ⅲ～Ⅳ級(jí)4例，接種3～4周，腫瘤級(jí)別Ⅲ級(jí)14例，Ⅳ級(jí)21例。HE染色顯示瘤體腫瘤細(xì)胞排列密集，以高級(jí)別更加明顯，伴有不同程度出血和壞死，細(xì)胞核異形性明顯。對(duì)照組大鼠均未見(jiàn)腫瘤生長(zhǎng)。

3 討 論

膠質(zhì)瘤是腦內(nèi)最常見(jiàn)的惡性腫瘤，占原發(fā)性腦腫瘤的80%[3]，術(shù)前準(zhǔn)確評(píng)估膠質(zhì)瘤的惡性程度對(duì)預(yù)測(cè)腫瘤生物學(xué)行為，制定手術(shù)方案及預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)歸、評(píng)估預(yù)后至關(guān)重要[2,5]。由于腫瘤存在不同程度的異質(zhì)性，根據(jù)活檢或手術(shù)切除標(biāo)本的組織學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行分級(jí)存在一定缺陷[6]。DTI作為一種新的功能成像方法，可以反映水分子的彌散特點(diǎn)，評(píng)估組織微觀結(jié)構(gòu)變化，廣泛用于膠質(zhì)瘤診斷、鑒別診斷、分級(jí)及手術(shù)方案的制訂[1,7]。大鼠C6腦膠質(zhì)瘤接近于人腦膠質(zhì)瘤的生物學(xué)特性，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果具備良好的可重復(fù)性，為此本研究通過(guò)建立鼠腦膠質(zhì)瘤模型，旨在探討臨床3.0T DTI在Wistar大鼠C6腦膠質(zhì)瘤分級(jí)中的應(yīng)用價(jià)值。

本組實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示C6細(xì)胞在接種1～2周時(shí)，腫瘤級(jí)別Ⅰ～Ⅱ級(jí)18例，Ⅲ～Ⅳ級(jí)4例，接種3～4周，腫瘤級(jí)別Ⅲ級(jí)14例，Ⅳ級(jí)21例，這與已有研究結(jié)果相似[8-9]，也進(jìn)一步證實(shí)了鼠腦膠質(zhì)瘤的病理級(jí)別與C6細(xì)胞接種后處死的時(shí)間窗有關(guān)[10]。不過(guò)李明等[11]通過(guò)將C6細(xì)胞接種到SD大鼠，并在不同時(shí)間點(diǎn)掃描處死大鼠后發(fā)現(xiàn)腫瘤的病理級(jí)別在Ⅱ～Ⅲ級(jí)，推測(cè)可能與植入的細(xì)胞種類、動(dòng)物個(gè)體間差異及接種后處理時(shí)間等因素有關(guān)。

本研究通過(guò)建立不同時(shí)間段大鼠C6腦膠質(zhì)瘤模型后高級(jí)別膠質(zhì)瘤瘤體FA值高于低級(jí)別膠質(zhì)瘤，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),這與國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)研究結(jié)果相似[12-13]。不過(guò)FA值在膠質(zhì)瘤分級(jí)中的作用研究結(jié)果也存在一定爭(zhēng)議，EL-SEROUGY等[3]在一項(xiàng)35例膠質(zhì)瘤患者的DTI研究中發(fā)現(xiàn)瘤體MD值聯(lián)合瘤周組織FA值對(duì)鑒別高級(jí)別膠質(zhì)瘤和低級(jí)別膠質(zhì)瘤有一定幫助，而瘤體FA值在膠質(zhì)瘤分級(jí)中作用有限。這可能有兩方面原因：(1)FA值受多種因素影響，比如腫瘤細(xì)胞密度、細(xì)胞外聞隙、白質(zhì)纖維髓鞘完整性等；(2)目前研究多針對(duì)DTI在膠質(zhì)瘤患者分級(jí)中的應(yīng)用，因不同患者存在異質(zhì)性，缺乏實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性，研究結(jié)果存在爭(zhēng)議。不過(guò)，本組研究采用接近人腦膠質(zhì)瘤的大鼠膠質(zhì)瘤模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果具備良好的可重復(fù)性，降低了個(gè)體異質(zhì)性造成的實(shí)驗(yàn)偏倚。

綜上所述，通過(guò)建立C6大鼠腦膠質(zhì)瘤模型發(fā)現(xiàn)，DTI參數(shù)FA值可以為術(shù)前膠質(zhì)瘤分級(jí)提供準(zhǔn)確可靠、無(wú)創(chuàng)的影像學(xué)信息。不過(guò)本研究也存在一些缺陷，首先本研究樣本量較少，無(wú)法確定膠質(zhì)瘤分級(jí)的具體閾值，這也是以后研究的方向。另外臨床3.0T磁共振空間分辨力不足，不能滿足大鼠白質(zhì)纖維示蹤，之后本課題組將進(jìn)行更高場(chǎng)強(qiáng)MRI鼠腦膠質(zhì)瘤分級(jí)研究。

[1]MOHAMMADZADEH A,MOHAMMADZADEH V,KOORAKI S,et al.Pretreatment evaluation of gioma[J].Neuroimaging Clin N Am,2016,26(4):567-580.

[2]PAPAGEORGIOU T S,CHOURMOUZI D,DREVELENGAS A,et al.Diffusion tensor imaging in brain tumors:A study on gliomas and metastases[J].Phys Med,2015,31(7):767-773.

[3]EL-SEROUGY L,ABDEL R A A,EZZAT A,et al.Assessment of diffusion tensor imaging metrics in differentiating low-grade from high-grade gliomas[J].Neuroradiol J,2016,29(5):400-407.

[4]WANG W,STEWARD C E,DESMOND P M.Diffusion tensor imaging in glioblastoma multiforme and brain metastases:the role of p,q,L,and fractional anisotropy[J].AJNR Am J Neuroradiol,2009,30(1):203-208.

[5]CHOI Y S,AHN S S,LEE S K,et al.Amide proton transfer imaging to discriminate between low- and high-grade gliomas:added value to apparent diffusion coefficient and relative cerebral blood volume[J].Eur Radiol,2017,27(8):3181-3189.

[6]CHAWALPARIT O,SANGRUCHI T,WITTHIWEJ T,et al.Diagnostic performance of advanced MRI in differentiating high-grade from low-grade gliomas in a setting of routine service[J].J Med Assoc Thai,2013,96(10):1365-1373.

[7]LIANG R,WANG X,LI M,et al.Potential role of fractional anisotropy derived from diffusion tensor imaging in differentiating high-grade gliomas from low-grade gliomas:a meta-analysis[J].Int J Clin Exp Med,2014,7(10):3647-3653.

[8]陳淑玲,郭子義,鐘小航.晚期鼠腦膠質(zhì)瘤模型的建立與磁共振灌注成像研究[J].重慶醫(yī)學(xué)，2014，43(25):3317-3318,3321.

[9]李香營(yíng),魏曉,劉輝,等.Wistar大鼠C6腦膠質(zhì)瘤晚期階段模型的建立及MR成像[J].實(shí)用放射學(xué)雜志,2012,28(3):461-464.

[10]魏曉,李香營(yíng),袁園,等.適于腦膠質(zhì)瘤浸潤(rùn)MRI研究的動(dòng)物模型構(gòu)建[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志,2013,19(4):390-392.

[11]李明,馮華,李飛,等.大鼠C6腦膠質(zhì)瘤模型的病理特征與MRI的觀察[J].中華神經(jīng)外科雜志,2005,21(5):279-282.

[12]蔣玲,姚振威,馮曉源,等.DTI定量參數(shù)對(duì)膠質(zhì)瘤分級(jí)與腫瘤增殖活性的評(píng)價(jià)[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志,2013,19(2):106-110.

[13]SERVER A,GRAFF B A,JOSEFSEN R,et al.Analysis of diffusion tensor imaging metrics for gliomas grading at 3 T[J].Eur J Radiol,2014,83(3):156-165.