兔VX2惡性骨腫瘤髓內(nèi)浸潤能譜CT與病理對照

賈夢　陳海松　吳增杰　龐婧　徐文堅

[摘要]目的 建立兔VX2惡性骨腫瘤模型，探討能譜曲線鑒別惡性骨腫瘤髓內(nèi)微觀浸潤和骨髓水腫的應用價值。

方法將VX2惡性骨腫瘤種植到30只新西蘭大白兔右側(cè)脛骨，4～5周進行能譜CT掃描。取腫瘤標本切成矢狀斷面，制備病理切片。分別將常規(guī)CT和能譜CT圖像進行矢狀位重建，選取與病理切片一致的圖像觀察。根據(jù)病理切片，分別在腫瘤區(qū)域、移行區(qū)域及正常骨髓腔放置感興趣區(qū)（ROIs）進行點對點對比，觀察各區(qū)域能譜曲線特點，計算每組斜率值。

結(jié)果傳統(tǒng)120kVp混合能量CT不能顯示腫瘤移行區(qū);能譜CT圖像中22例可見位置及CT值均介于腫瘤區(qū)域和正常骨髓腔之間的移行區(qū)，移行區(qū)曲線斜率大于腫瘤區(qū)域，小于正常骨髓腔，差異有顯著性（F=142.03，P<0.01）。移行區(qū)域微觀浸潤區(qū)的斜率大于單純骨髓水腫區(qū)，差異有顯著性（t=-9.30，P<0.01）。

結(jié)論能譜CT圖像能顯示惡性骨腫瘤邊緣移行區(qū)，通過能譜曲線斜率的不同可以識別移行區(qū)并鑒別移行區(qū)內(nèi)的腫瘤微觀浸潤區(qū)及單純骨髓水腫區(qū)。

[關鍵詞]骨腫瘤;腫瘤侵潤;寶石能譜成像;體層攝影術，X線計算機

[中圖分類號]R738.1

[文獻標志碼]A

[文章編號]2096-5532（2020）01-0005-04

惡性骨腫瘤在青少年中的發(fā)病率較高，選擇合理截骨平面，對提高病人的生存質(zhì)量及預后尤為重要。傳統(tǒng)CT分辨率較差，不能清楚地顯示腫瘤邊界[1]。磁共振能較清楚地顯示腫瘤大體浸潤范圍，但對于腫瘤微觀浸潤顯示尚未達成一致[2-5]。能譜CT可以通過兩個不同電壓的X線球管的幾乎同時的掃描或單一球管兩個峰值電壓的瞬時切換，實現(xiàn)40～140keV的單能量圖像重建，單能量圖像模式與傳統(tǒng)CT相比能夠提高圖像質(zhì)量[6]。同時，能譜CT分析平臺提供了反映不同物質(zhì)特征的X線衰減曲線即能譜曲線，可以客觀反映病灶的細微病理變化[7]。目前，能譜CT在肌骨系統(tǒng)的疾病診斷方面也展現(xiàn)出優(yōu)勢，特別是在骨髓水腫的顯示方面[8-10]。本研究通過建立兔VX2惡性骨腫瘤模型，探討能譜CT曲線鑒別惡性骨腫瘤內(nèi)的腫瘤微觀浸潤及單純骨髓水腫的價值。

1材料與方法

1.1兔VX2骨腫瘤模型的建立

新西蘭大白兔32只（青島市藥品監(jiān)督管理所提供），雌雄不限，年齡2.0～2.5個月;體質(zhì)量2.0～3.0kg，平均（2.4±0.6）kg。將VX2瘤株接種于2只兔股骨周圍肌群，14d后全身麻醉下剝離腫瘤并剔除壞死及纖維組織，制備成1mm3組織塊備用。余30只新西蘭大白兔應用氯胺酮1.6mL/kg和地西泮1mL/kg先后耳緣靜脈注射麻醉，縱行切開右側(cè)脛骨近端較平坦處皮膚，暴露脛骨近端骨皮質(zhì)。

用牙科鉆鉆孔，將2塊VX2腫瘤組織塊送入骨髓腔，骨蠟封口，縫合，制備兔VX2骨腫瘤模型。術后3d肌注青霉素20萬單位。所有動物飼養(yǎng)于青島大學附屬醫(yī)院動物實驗室（采用標準室溫及專用兔糧）。

1.2CT檢查方法

模型兔生長到4周時，全身麻醉，取仰臥位，進行CT掃描（DiscoveryCT750HD，GEHealthcare，Milwaukee，Wisconsin，USA），掃描范圍包括患側(cè)的膝關節(jié)及踝關節(jié)。篩選出23只腫瘤種植成功的模型兔納入研究。CT檢查包括常規(guī)120kVp掃描和雙能CT掃描。常規(guī)平掃：層厚0.625mm，管電壓120kVp，管電流100mA，層間隔為0.625mm，螺距為0.531。能譜CT的掃描參數(shù)為：管電壓為140和80kVp瞬時切換，管電流為600mA，層厚為0.625mm，螺距為0.531，轉(zhuǎn)速每周0.6s。

1.3圖像處理與分析

用AdvancedWorkstation（AW4.4;GEHeal-thcare，Waukesha，Wisconsin，USA）工作站進行圖像重建與數(shù)據(jù)測量。分析不同的單能量圖像，利用最佳對比噪聲比（CNR）曲線得出最佳單能量為140keV（圖1A）。并進行120kVp的常規(guī)圖像與140keV的能譜圖像多平面重建（MPR）。分別選取腫瘤實性成分及髓腔為感興趣區(qū)（ROIs）和背景。

1.4標本制備

影像學檢查完畢，立即耳緣靜脈注射過量鹽酸氯胺酮處死模型兔，-60℃冷凍。根據(jù)CT矢狀位重建圖像，將標本切成厚度約為2mm的組織片，最佳切片不僅包含最大范圍的腫瘤區(qū)域還要與CT圖像相匹配。縱軸平行脛骨骨皮質(zhì)前外側(cè)緣，橫軸垂直于脛骨前緣骨皮質(zhì)，分區(qū)的大小以載玻片的大小及不破壞骨髓腔為原則，對標本進行分區(qū)，其面積約為2.0cm×2.0cm或2.0cm×1.5cm（圖1B、C）。隨后對標本進行編號和拍照。而后置于40g/L甲醛中固定，40g/L稀鹽酸溶液中脫鈣，最后將組織塊包埋、切片，蘇木精-伊紅（HE）染色。

1.5能譜曲線與病理對照研究

由兩名病理科醫(yī)師確定腫瘤區(qū)、正常骨髓組織及移行區(qū)（位于兩者之間）。移行區(qū)在病理上包括腫瘤骨髓微觀浸潤區(qū)和單純水腫區(qū)。CT圖像分析由兩名放射科醫(yī)師完成，對腫瘤區(qū)、移行區(qū)及正常區(qū)域進行能譜曲線分析。對照病理結(jié)果，將3～5個連續(xù)ROIs分別放在腫瘤區(qū)、移行區(qū)及正常區(qū)域，ROIs的大小為2.0mm×2.0mm或2.0mm×1.5mm

（圖1D、E）。工作站自動生成能譜曲線，以單能量值為橫坐標，CT值為縱坐標。在40～70keV間曲線較陡直，以這兩個點作為參考點來計算能譜曲線斜率。

1.6統(tǒng)計學方法

采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果以[AKx-D]±s形式表示，數(shù)據(jù)間比較采用單因素方差分析和t檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2結(jié)果

2.1CT圖像與病理對照

大體標本：VX2腫瘤在髓腔內(nèi)浸潤生長，切面呈灰白色魚肉狀，病變中心區(qū)可見明顯壞死（20例）及出血（12例）。光鏡下：骨髓正常結(jié)構(gòu)消失，由大量深染的細胞取代，細胞形態(tài)大而圓，排列密集呈瘤巢狀，其內(nèi)細胞間質(zhì)少，并少見角化區(qū);腫瘤細胞高度異型且為未分化細胞，胞漿稀疏，核大且染色質(zhì)豐富，可見較多核分裂象;凝固性壞死區(qū)的腫瘤細胞皺縮，細胞核小，表現(xiàn)為紅染的無結(jié)構(gòu)區(qū)。骨髓水腫鏡下特點為：正常骨髓組織粉染，邊界不清（圖1F）。腫瘤髓腔內(nèi)微觀浸潤表現(xiàn)為：腫瘤細胞排列成團狀或巢狀，分散在髓腔內(nèi)（圖1G）。微觀浸潤7例，單純骨髓水腫16例。腫瘤微觀浸潤范圍為0.90～1.72cm，平均（1.27±0.42）cm。傳統(tǒng)120kVp混合能量CT不能顯示腫瘤移行區(qū)。能譜CT圖像中22例可見位置及CT值均介于腫瘤區(qū)域和正常骨髓腔間的移行區(qū)，顯示清楚的有7例，其中既有病理結(jié)果顯示的腫瘤微觀浸潤（4例），也有單純骨髓水腫（3例）;模糊15例;1例未顯示移行區(qū)，病理切片結(jié)果為輕度骨髓水腫。

2.2能譜曲線與病理對照

移行區(qū)能譜CT的曲線斜率（7.79±3.40）大于腫瘤區(qū)（3.72±2.15），而小于正常骨髓區(qū)（12.89±4.12），差異有顯著性（F=142.03，P<0.01）。移行區(qū)中腫瘤微觀浸潤區(qū)的能譜曲線斜率為（10.88±2.69），大于水腫區(qū)斜率（5.84±2.11），差異有顯著性（t=-9.30，P<0.01）。見圖1H、I。

3討論

能譜CT能夠提供40～140keV的101個不同的單能量圖像。低能量水平圖像能夠提高圖像的密度分辨率，有助于病灶檢出;高能量圖像雖然降低了圖像對比度，但是可以有效去除偽影[11]。研究顯示，140keV具有最佳CNR，能譜CT單能量圖像能夠降低線束硬化偽影并提高圖像質(zhì)量[12]，有利于移行區(qū)顯示。本文研究的能譜圖像可顯示大多數(shù)腫瘤移行區(qū)（22/23），1例病理顯示輕度骨髓水腫，在能譜CT圖像中未能顯示。能譜CT單能量圖像在顯示骨腫瘤邊界方面有明顯優(yōu)勢。

本文結(jié)果顯示，能量段40～70keV水平斜率變化大，這與X線能量越低，吸收系數(shù)越大，X線衰減量有關[13]。因此，本研究選擇40～70keV作為定量分析的指標。雙能CT能譜曲線反映了隨著能量增加，CT值發(fā)生的變化。不同組織類型有不同的能譜曲線[14]。本研究ROIs大小的選擇，主要是考慮兔脛骨骨髓腔較窄，避免部分容積效應，同時避免腫瘤的壞死、囊變、出血和鈣化等[15]。由于兔齡較小，正常髓腔內(nèi)豐富的紅骨髓含有更多的細胞內(nèi)液及細胞間隙液[16]，曲線陡峭、斜率大;腫瘤區(qū)含有大量的腫瘤細胞，細胞形態(tài)大而圓，排列密集呈瘤巢狀，其內(nèi)細胞間質(zhì)少，并少見角化區(qū)，曲線較平直、斜率小;腫瘤移行區(qū)是由些許腫瘤細胞（微觀浸潤）或者水腫（其內(nèi)可能混有一些炎性細胞及壞死組織）構(gòu)成[10，16]，在位置和成分上都是起過渡作用的，因此移行區(qū)能譜曲線斜率應該介于腫瘤組織和正常骨髓組織之間。正常骨髓在微觀浸潤區(qū)域或者水腫區(qū)域周圍，并不混有腫瘤細胞或者水腫，因此可以和移行區(qū)鑒別。通過能譜CT圖像密度的差異可區(qū)分腫瘤區(qū)、移行區(qū)及正常髓腔，能譜曲線斜率的不同進一步證實了三者間的差別。

腫瘤移行區(qū)是由腫瘤細胞（微觀浸潤）或者水腫組織構(gòu)成（其內(nèi)可能混有一些炎性細胞及壞死組織，選取ROIs時已避開壞死區(qū)）。腫瘤微觀浸潤在病理學上表現(xiàn)為腫瘤細胞單個或成簇狀分布，紅骨髓含量減少，周圍骨髓明顯水腫。病理表現(xiàn)腫瘤微觀浸潤區(qū)骨髓水腫較單純骨髓水腫明顯，使得腫瘤微觀浸潤區(qū)斜率高于單純骨髓水腫。總之，能譜曲線斜率能夠鑒別密度值差別較小的不同組織成分。

本研究存在以下局限性：首先，本研究的樣本量小，病種單一;其次，受實驗設備限制，不能在光鏡下進行完整大體標本觀察;第三，運用能譜曲線來區(qū)分腫瘤微觀浸潤區(qū)或者單純水腫區(qū)，表現(xiàn)并不直觀，今后的研究需把曲線直接轉(zhuǎn)換成彩圖，更直觀地顯示不同的區(qū)域;第四，本研究未探討能譜CT增強掃描在移行區(qū)鑒別中的價值。

綜上所述，能譜CT圖像質(zhì)量優(yōu)于常規(guī)CT，能夠顯示惡性骨腫瘤邊緣的移行區(qū)，通過能譜曲線斜率的不同可以鑒別腫瘤移行區(qū)內(nèi)的微觀浸潤及單純骨髓水腫區(qū)。

[參考文獻]

[1]RAJIAHP，ILASLANH，SUNDARAMM.Imagingofprimarymalignantbonetumors（nonhematological）[J].RadiologicClinicsofNorthAmerica，2011，49：1135-1161.

[2]OFLANAGANSJ，STACKJP，MCGEEHM，etal.Imagingofintramedullarytumorspreadinosteosarcoma.Acomparsionoftechniques[J].JBoneJointSurgBr，1991，73（6）：998-1001.

[3]GOLFIERIR，BADDELEYH，PRINGLEJS，etal.MRIinprimarybonetumors：therapeuticimplications[J].EuropeanJournalofRadiology，1991，12（3）：201-207.

[4]ONIKULE，F(xiàn)LETCHERBD，PARHAMDM，etal.AccuracyofMRimagingforestimatingintraosseousextentofosteosarcoma[J].AJR：AmericanJournalofRoentgenology，1996，167（5）：1211-1215.

[5]李海嘯，胡永成，黃洪超.MRI在測量惡性骨腫瘤髓內(nèi)浸潤范圍及確定合理截骨平面中的作用[J].中華關節(jié)外科雜志（電子版），2007，1（5）：311-317.

[6]NICOLAOUS，LIANGT，MURPHYDT，etal.Dual-EnergyCT：apromisingnewtechniqueforassessmentofthemusculoskeletalsystem[J].AmericanJournalofRoentgenology，2012，199（5，S）：S78-S86.

[7]梁遠鳳，李琦，羅天友.能譜CT平掃定量分析鑒別診斷周圍型肺癌與結(jié)核球[J].中國醫(yī)學影像技術，2017，33（8）：1206-1210.

[8]雷立昌，陳建宇.能譜CT的臨床應用與研究進展[J].中國醫(yī)學影像技術，2013，29（1）：146-149.

[9]安鵬，張晨穎，張銀霞.雙能量CT在骨骼肌肉系統(tǒng)病變中的應用[J].臨床放射學雜志，2019，38（7）：1139-1142.

[10]REDDYT，MCLAUGHLINPD，MALLINSONPI，etal.Detectionofoccult，undisplacedhipfractureswithadual-energyCTalgorithmtargetedtodetectionofbonemarrowedema[J].EmergencyRadiology，2015，22（1）：25-29.

[11]林曉珠，沈云，陳克敏.CT能譜成像的基本原理與臨床應用研究進展[J].中華放射學雜志，2011，45（8）：798-800.

[12]CHAIJW，CHOIJA，CHOIJY，etal.Visualizationofjointandboneusingdual-energyCTarthrographywithcontrastsubtraction：invitrofeasibilitystudyusingporcinejoints[J].SkeletalRadiology，2014，43（5）：673-678.

[13]LIUXW，OUYANGD，LIH，etal.Papillarythyroidcan-

cer：dual-energyspectralCTquantitativeparametersforpreoperativediagnosisofmetastasistothecervicallymphnodes[J].Radiology，2015，275（1）：167-176.

[14]COUPALTM，MALLINSONPI，MCLAUGHLINPA，etal.Peeringthroughtheglare：usingdual-energyCTtoovercometheproblemofmetalartefactsinboneradiology[J].SkeletalRadiology，2014，43（5）：567-575.

[15]龐慧婷，張曉苗，董越，等.年齡和月經(jīng)狀態(tài)對成年女性骨盆骨髓ADC值得影響[J].中國醫(yī)學影像技術，2019，35（1）：125-128.

[16]BIERRYG，VENKATASAMYA，KREMERS，etal.Dua-

lenergyCTinvertebralcompressionfractures：performanceofvisualandquantitativeanalysisforbonemarrowedemade-

monstrationwithcomparisontoMRI[J].SkeletalRadiology，2014，43（4）：485-492.

[ZK）]

（本文編輯 黃建鄉(xiāng)）