兔VX2惡性骨腫瘤髓內浸潤能譜CT與病理對照

[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。根據病理切片，分別在腫瘤區域、移行區域及正常骨髓腔放置感興趣區（ROIs）進行點對點對比，觀察各區域能譜曲線特點，計算每組斜率值。

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

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

[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病率較高，選擇合理截骨平面，對提高病人的生存質量及預后尤為重要。傳統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40～140keV的單能量圖像重建，單能量圖像模式與傳統CT相比能夠提高圖像質量[6]。同時，能譜CT分析平臺提供了反映不同物質特征的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在肌骨系統的疾病診斷方面也展現出優勢，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（青島市藥品監督管理所提供），雌雄不限，年齡2.0～2.5個月;體質量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，縱行切開右側脛骨近端較平坦處皮膚，暴露脛骨近端骨皮質。

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。所有動物飼養于青島大學附屬醫院動物實驗室（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），掃描范圍包括患側的膝關節及踝關節。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120kVp掃描和雙能CT掃描。常規平掃：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據測量。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（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域還要與CT圖像相匹配。縱軸平行脛骨骨皮質前外側緣，橫軸垂直于脛骨前緣骨皮質，分區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，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

由兩名病理科醫師確定腫瘤區、正常骨髓組織及移行區（位于兩者之間）。移行區在病理上包括腫瘤骨髓微觀浸潤區和單純水腫區。CT圖像分析由兩名放射科醫師完成，對腫瘤區、移行區及正常區域進行能譜曲線分析。對照病理結果，將3～5個連續ROIs分別放在腫瘤區、移行區及正常區域，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統計學方法

采用SPSS17.0統計軟件進行數據分析，結果以[AKx-D]±s形式表示，數據間比較采用單因素方差分析和t檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

2結果

2.1CT圖像與病理對照

大體標本：VX2腫瘤在髓腔內浸潤生長，切面呈灰白色魚肉狀，病變中心區可見明顯壞死（20例）及出血（12例）。光鏡下：骨髓正常結構消失，由大量深染的細胞取代，細胞形態大而圓，排列密集呈瘤巢狀，其內細胞間質少，并少見角化區;腫瘤細胞高度異型且為未分化細胞，胞漿稀疏，核大且染色質豐富，可見較多核分裂象;凝固性壞死區的腫瘤細胞皺縮，細胞核小，表現為紅染的無結構區。骨髓水腫鏡下特點為：正常骨髓組織粉染，邊界不清（圖1F）。腫瘤髓腔內微觀浸潤表現為：腫瘤細胞排列成團狀或巢狀，分散在髓腔內（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120kVp混合能量CT不能顯示腫瘤移行區。能譜CT圖像中22例可見位置及CT值均介于腫瘤區域和正常骨髓腔間的移行區，顯示清楚的有7例，其中既有病理結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，病理切片結果為輕度骨髓水腫。

2.2能譜曲線與病理對照

移行區能譜CT的曲線斜率（7.79±3.40）大于腫瘤區（3.72±2.15），而小于正常骨髓區（12.89±4.12），差異有顯著性（F=142.03，P<0.01）。移行區中腫瘤微觀浸潤區的能譜曲線斜率為（10.88±2.69），大于水腫區斜率（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量[12]，有利于移行區顯示。本文研究的能譜圖像可顯示大多數腫瘤移行區（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勢。

本文結果顯示，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，正常髓腔內豐富的紅骨髓含有更多的細胞內液及細胞間隙液[16]，曲線陡峭、斜率大;腫瘤區含有大量的腫瘤細胞，細胞形態大而圓，排列密集呈瘤巢狀，其內細胞間質少，并少見角化區，曲線較平直、斜率小;腫瘤移行區是由些許腫瘤細胞（微觀浸潤）或者水腫（其內可能混有一些炎性細胞及壞死組織）構成[10，16]，在位置和成分上都是起過渡作用的，因此移行區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域或者水腫區域周圍，并不混有腫瘤細胞或者水腫，因此可以和移行區鑒別。通過能譜CT圖像密度的差異可區分腫瘤區、移行區及正常髓腔，能譜曲線斜率的不同進一步證實了三者間的差別。

腫瘤移行區是由腫瘤細胞（微觀浸潤）或者水腫組織構成（其內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）。腫瘤微觀浸潤在病理學上表現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。病理表現腫瘤微觀浸潤區骨髓水腫較單純骨髓水腫明顯，使得腫瘤微觀浸潤區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，運用能譜曲線來區分腫瘤微觀浸潤區或者單純水腫區，表現并不直觀，今后的研究需把曲線直接轉換成彩圖，更直觀地顯示不同的區域;第四，本研究未探討能譜CT增強掃描在移行區鑒別中的價值。

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

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[ZK）]

（本文編輯 黃建鄉）