磁共振彌散加權成像評估血管阻滯劑對兔肝VX2瘤療效的最優b值研究*

廣州醫科大學附屬廣州市第一人民醫院放射科(廣東 廣州 510180)

劉灶松* 黃丹萍 徐向東 常漢征 楊蕊夢

兔VX2 肝癌模型腫瘤成瘤率高、易制作、生長迅速，并且具有與人類肝細胞癌極為相似的病理學及影像學特征，是較理想的用于影像實驗研究的肝癌模型。近年來，有不少關于磁共振彌散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)監測兔VX2 肝癌治療效果的研究[1-3]，但對于DWI評價兔VX2肝癌療效的最優成像b值，目前還未形成統一共識[1-2]。為了進一步規范DWI檢測兔VX2肝癌治療效果，本研究采用血管阻滯劑對肝癌進行治療，并從0～900s/mm2取9個b值進行成像，對相應的圖像質量及彌散效果進行研究，以期為DWI觀察兔VX2肝癌治療療效選出最佳b值。

1 材料與方法

1.1 建立動物模型新西蘭大白兔30只，體重1.8～2.3kg，平均體重2.1kg，雌雄不限，荷瘤兔1只(廣州普天達盛生物科技有限公司惠贈)。經烏拉糖(4mL/kg)靜脈麻醉后，在CT引導下，將荷瘤兔腿部VX2瘤塊(瘤塊體積為1～2mm3)移植到30只健康新西蘭大白兔肝左葉，成功建立28只動物模型，2只實驗過程中死亡。

1.2 試驗分組成功建立28只兔VX2肝癌模型，2周后待腫瘤長至直徑≥10mm時，隨機抽取14只為實驗組，剩余14只為對照組。實驗組baseline進行MRI掃描后靜脈注射新型血管阻斷劑M410(中科院廣州化學研究所饋贈)，按25mg/kg溶于2mmL生理鹽水配制，以后每3天靜脈注射一次血管阻斷劑M410，對照組baseline行MRI掃描后以同樣的方式給予等量生理鹽水。兩組動物均于給藥后14d進行MRI掃描。

1.3 設備及掃描方法兩組于baseline及14d行MR掃描，用烏拉糖(4mL/kg)麻醉實驗兔后，將實驗兔仰臥固定，自主呼吸。采用SIEMENS Verio 3.0T超導磁共振掃描儀，使用小號柔軟線圈，用腹帶加壓及呼吸門控掃描技術減少運動偽影。采用呼吸門控技術行軸位T1WI掃描，掃描參數：TR 120ms，TE 3.5ms，FOV 150mm×150mm；軸位及冠位T2WI掃描，掃描參數：TR 300ms，TE 65ms，FOV 150mm×150mm；采用SE-EPI序列行DWI掃描，掃描參數：層厚3mm，間距為0，各向同性，矩陣256×256，FOV 150mm×150mm，b值分別取0、100、200、300、400、500、600、700、800、900s/mm2。將100～900s/mm2的9個b值分別與b值為0s/mm2組合形成9組ADC圖。

1.4 數據測量及分析觀察腫瘤T1WI及T2WI的表現，并在T2WI圖像上，選擇腫瘤的最大層面，測量其長徑與短徑求平均值。在不同b值的DWI圖上，分別測量正常肝臟、VX2腫瘤的信號強度(SI)；根據圖像的邊緣清晰度及噪聲評價ADC圖的質量，并在不同b值的ADC圖上分別測量正常肝臟、VX2腫瘤的ADC值，為避免測量誤差，注意盡量避開膽管、血管和偽影。正常肝臟的ROI面積約50mm2，VX2瘤的ROI面積約為30～40mm2，測量腫瘤實性成分，各測3次取平均值。分析對比噪聲比(CNR)，在兼顧圖像質量并反映彌散差異基礎上，為便于實驗對照觀察，選擇實驗組與對照組CNR相差最大時的b值。CNR公式如下：

CNR=[VX2腫瘤(SI)-正常肝臟(SI)] / 背景噪聲的標準差(SD)

1.5 統計學方法使用SPSS 25.0版進行統計學分析，采用兩組獨立樣本T檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 肝臟VX2腫瘤MRI特點比較實驗組與對照組不同時間點的腫瘤大小(表1)：baseline時間點，兩組腫瘤直徑差異無顯著統計學意義(P＞0.05)；用藥14d后，對照組腫瘤直徑明顯大小實驗組，差異有統計學意義(P＜0.05)。肝VX2腫瘤在T1WI圖像上呈邊界清楚的橢圓形低信號影，低于周圍肝實質，其中心信號略不均勻，有斑點或斑片狀更低信號區(圖1A)；在T2WI圖像上呈邊緣清楚的橢圓形高信號影，高于周圍肝實質，其中心信號不均勻，有斑點及斑片狀低信號區(圖1B)。

圖1 實驗組肝VX2瘤T1WI、T2WI圖(仰臥位)。肝左葉見類圓形異常信號影，邊界清楚，T1WI為低信號(1A)，T2WI主要為高信號，內見斑片狀低信號(1B)。

2.2 肝臟VX2腫瘤的DWI表現及最佳成像b值肝VX2腫瘤在DWI圖像(圖2A～2I)上呈明顯的高信號，表現為“燈泡征”，在ADC圖上，腫瘤信號低于周圍肝實質，腫瘤中心信號不均勻，有不規則高信號影。同一b值條件下，用藥后14d，實驗組ADC值高于對照組。隨著b值的增加，圖像背景噪聲增加，圖像顆粒增粗，圖像質量下降，但是肝臟信號下降，腫瘤與周圍肝臟信號強度的對比增加。b值小于600s/mm2時，DWI圖片上腫瘤與膽囊均表現為高信號影，其中膽囊呈明亮高信號，高于腫瘤信號；當b值大于等于600s/mm2時，膽囊信號明顯減低，但腫瘤仍為高信號，信號改變不明顯，此時能更準確地反映組織擴散差異，且圖像未出現變形。兩組圖像的CNR隨著b值的增加均下降(圖3)；當b值等于700s/mm2時，實驗組與對照組CNR的差別最大(表2，P＜0.05，差異有統計學意義)，此時有利兩組試驗對照觀察。因此，在符合b值大于等于600s/mm2且CNR差別最明顯時的b值為700s/mm2，所以本研究推薦b值等于700s/mm2為最優。

表1 實驗組和對照組VX2腫瘤不同時間點的平均直徑(mm)

圖2 實驗組肝VX2瘤，用藥后14d，b值分別為100(2A)、200(2B)、300(2C)、400(2D)、500(2E)、600(2F)、700(2G)、800(2H)、900(2I)s/mm2時DWI圖，b值小于600s/mm2時，腫瘤及膽囊信號均為高信號，膽囊為明顯高信號，高于腫瘤信號；b值大于等于600s/mm2時，膽囊信號明顯減低，逐漸低于腫瘤信號，而腫瘤信號隨b值增大略有減低，到b值為900時腫瘤仍為明顯高信號。

圖3 實驗組及對照組腫瘤與肝臟平均CNR隨b值的變化趨勢

3 討 論

DWI是磁共振的一種功能成像，它能夠無創性反映活體組織內水分子擴散運動狀態以反映組織內部結構特點。活體中的水分子存在細胞內、細胞外和組織間隙，其中細胞外的水分子運動對DWI信號影響最大，細胞外水分子運動易受到各種生物膜的影響，造成擴散運動受限[1]。活體腫瘤組織和壞死腫瘤組織的DWI表現不同，活體腫瘤組織細胞增大，細胞核大、胞質相對較少、細胞膜完整，水分子擴散受限，ADC值減低，DWI表現為高于周圍肝實質的高信號；而壞死腫瘤組織細胞膜及細胞核破壞，水分子自由擴散，ADC值增高，顯示為DWI低信號[4-5]。ADC值的變化還可以反映組織病理的變化，因此，DWI常用于評價腫瘤組織增殖、壞死情況及治療效果[6-9]。

近年來，有不少關于DWI評價動物腫瘤模型的療效研究[2-3,5]，研究發現ADC值的變化可以敏感地反映組織的病理變化，并能對纖維化及腫瘤復發進行初步預判[3]，腫瘤治療后DWI信號降低，ADC值升高[2]，射頻消融治療后，腫瘤中央區與周圍區ADC值的變化不同[3,5]，而且ADC值的改變早于腫瘤大小的改變[1,10]。此外，DWI還能區分腫瘤的壞死性質，液化壞死時ADC值升高，凝固性ADC值降低[2]。本研究用血管阻斷劑M410治療兔肝VX2瘤，治療14d，實驗組腫瘤明顯小于對照組，提示M410對兔肝VX2瘤具有很好的治療效果，DWI也可有效地評價M410對兔肝VX2瘤的療效，治療后實驗組腫瘤ADC值高于對照組。

DWI成像質量受DWI敏感度即b值的影響，同一組織的ADC值取決于不同的b值，ADC值隨著b值的升高而降低[4-6,11]。b值高時組織重T2*效應易產生較明顯磁敏感偽影和渦流偽影，能使圖像發生扭曲，b值降低，DWI重T2*效應減輕，但圖像中T2成分和微血管灌注對圖像信號的影響變得明顯，從而導致病變內水分子擴散的差異減小，所以b值選擇過小時，難于判斷病變內水分子擴散的差異[4]。劉于寶等[2]認為為了更準確地用ADC值表達組織的彌散情況以及獲得更好的圖像質量，理想的b值應該在400～600s/mm2之間；也有研究認為b值取600、800s/mm2測出的數據比較穩定。而邵海波等[4]則認為進行兔VX2腫瘤的DWI成像時，選擇b值為1000s/mm2較為合適，對b值的選擇，目前尚無統一的標準，這將影響ADC值的測量結果及腫瘤治療前后的對比，所以b值的選取很重要，并有待規范。本研究中采用100～900s/mm29個b值進行DWI成像，對圖像進行對比，兼顧圖像的質量和腫瘤組織中水分子擴散的差異，選擇最優b值，研究發現b值＜600s/mm2時，DWI圖片上腫瘤與膽囊均表現為高信號影，說明存在T2成分影響，不利于辨別水分子擴散的差異；當b值≥600s/mm2時，膽囊信號明顯減低，但是腫瘤仍然為高信號，DWI圖像上活性腫瘤為高信號，表明水擴散受限，壞死區域顯示為低信號影，表明水擴散不受限，此時可以很好地反映水分子擴散運動差異。眾所周知，擴散加權成像的原理是在T2序列180°脈沖前后加上兩個對稱的擴散敏感梯度脈沖，這兩個對稱的脈沖會導致DWI圖上信號的缺失，以此來計算ADC值，而b值反映擴散的強度，低b值時觀察到的信號缺失是反映宏觀水運動的，即局部微環境的灌注，反應水分子的擴散能力差，高b值則相反。所以本研究中應該選擇b值≥600s/mm2以有效的反應水分子的運動，這與目前軟組織腫瘤的研究多以b值＞500s/mm2相符[4]。此外，本研究發現，隨著b值升高，圖像并未出現明顯變形，腫瘤與肝實質的對比突出；但隨著b值的升高，圖像噪聲增加，圖像的CNR有所下降，當b值為700s/mm2時實驗組和對照組CNR差異最大，差異有統計學意義，這有利于兩組試驗的對比觀察。因此，本研究選擇b值為700s/mm2重建ADC圖，得到了較理想的ADC圖。

表2 實驗組和對照組不同b值的平均CNR測量結果

綜上所述，兼顧圖像質量并客觀反映腫瘤組織中水分子擴散的差異，同時又有利于實驗的對照觀察，采用DWI評價血管阻斷劑對兔肝VX2瘤的療效時，b值選取700s/mm2較為合適。