磁共振扩散加权成像评价肝癌介入术后疗效的临床及动物实验研究

               作者： 汪盛齐，杨小庆，邓钢，何仕诚，郭金和，牛焕章，陈晟    

 [摘要]目的：应用磁共振扩散加权成像技术评价肝脏肿瘤介入手术疗效。方法：临床影像学诊断肝癌并行介入化疗栓塞术患者6例，VX2肿瘤造模新西兰大白兔2只。所有受检者及实验兔均先行常规T1WI、T2WI扫描，然后受检者在屏气下、实验兔在麻醉下进行2个不同扩散敏感因子b值的DWI扫描。结果：扩散扫描取不同b值时，介入手术术后与术前病灶表观扩散系数（ADC）的比值在110％以上时预后较好，低于110％时预后较差；病灶ADC值与肝脏ADC值的比值术后为术前的110％以上时预后较好，低于110％时预后较差。结论：磁共振扩散加权成像技术对评价肝脏肿瘤介入手术疗效似有指导价值。

    [关键词] 磁共振成像；扩散加权成像；量化研究；栓塞，性；肝癌

    随着磁共振硬件与软件技术的，扩散加权成像（diffusionweighted imaging，DWI）技术逐渐被人们认识，并应用于临床。DWI是目前唯一无创反映活体组织扩散的检查方法 [1] ，它对脑缺血超早期的定性与定量诊断价值已经得到公认，在脑内肿瘤的鉴别诊断中也得到了一定程度的应用[2-3] ，而在肝脏肿瘤研究方面，国内外报道不多。我们对经介入化疗栓塞后的VX2兔肝癌肿瘤模型进行DWI的定量分析，同时辅以临床病例跟踪，以期探讨DWI技术对临床肝脏肿瘤病变影像诊断的理论指导价值。

    1  材料与方法

    1．1  材料2只新西兰大白兔，用其建立VX2兔转移瘤模型。肝癌患者6例，均经影像学确诊，行肝动脉介入化疗栓塞术，手术顺利。

    1．2   方法

    1．2．1  兔肝转移瘤模型的建立  （1）实验动物的选择：纯种新西兰雌性大白兔2只，5月龄，体重2～3kg。（2）试剂和药品：碘油、表阿霉素。 （3）造模方法：采用文献介绍的方法进行建模和肝动脉插管[4] 。VX2肿瘤细胞株接种于兔后腿外侧肌肉内，2周后可扪及一实性包块。剥离瘤块，在平皿中剪除坏死及结缔组织，用生理盐水冲洗数遍后剪切成2mm3的组织块，经离心清洗后注入肝组织内，接种量为2mm3・只-1，饲养2周后生长成直径2~3cm的肝内肿瘤。肿瘤血供主要来自肝动脉，虽然是移植瘤，但解剖形态特性与原发性肝癌很相似，可作为动物肝癌模型。（4）行介入化疗栓塞手术：全麻下经股动脉切开，用3Fcobra导管插入肝固有动脉，经DSA造影证实肿瘤供血动脉后分别行肝动脉化疗栓塞，栓塞后再次行肝动脉造影。

    1．2．2   MRI成像检查  采用Marconi Medical System (Eclipse) 1.5Tesla 超导型磁共振扫描仪及配备的相应软件、线圈。扫描前患者与实验兔均禁食6h；扫描时采取仰卧位，头先进；扫描范围从膈顶到右肾下极。首先行常规MRI平扫，采用T1WI、T2WI的横断位序列，然后行DWI。于术前2d及术后5～7d共扫描2次。常规T1WI及T2WI扫描参数，RFFAST序列T1WI：TR为165ms，TE为4.5ms，频带宽为20.8，视野35~40cm，翻转角80°，矩阵192×256，层厚为5.0mm，层数10；EXPRESS序列T2WI：TR为15000ms，TE为81ms，频带宽为83.3，矩阵232×256，视野35~40cm，层厚5.0mm，层数10。患者屏气采集，实验兔麻醉下采集。DWI采用自旋平面回波成像技术（SEEPI）：TR 4000～4500ms，TE 55～98ms，层数15，层厚5mm，层距2mm，视野35~38cm，矩阵100×128，1次激励，采用频率选择脂肪抑制技术，并在扫描野上下各添加1条预饱和带，选用2个不同的扩散敏感因子b分别为300、500s・mm-2各扫描1次，扩散梯度同时取X、Y、Z3个方向。每次启用2个扩散梯度即b＝0和b≠0，一次扫描可获得多层图像，每层包括b为0（即无扩散时的图像）、读出、相位、层面3个方向及合成的图像共5帧图像。

    1．2．3  数值测量  测量病灶各层面的术前及术后ADC值（b＝300、500s・mm-2），进行量化研究的数据为病灶多个层面所测值的平均值；测量病灶以外区域的肝脏术前、术后ADC值（b＝300、500s・mm-2），测量时尽量避开血管、胆管和伪影，选用2～3个感兴趣区（ROI），面积为（20±5）mm2 ，进行量化研究的数据为2个感兴趣区所测值的平均值。肝脏、病灶的表观扩散系数（ADC）值按照以下公式：ADC=1/bln(SI0/ SI)，SI0、SI分别为b＝0 和b≠0时DWI图上感兴趣区的信号强度值。

    2  结    果

    2．1  患者数据结果6例患者，2例于介入术后3个月内死亡，4例随访半年健在。病灶介入术后存活患者ADC值为术前ADC值的1.5倍以上，死亡患者ADC值为术前ADC值的91.61％（b＝300s・mm-2）和94.98％（b＝500s・mm-2）（表1、图1）；存活患者病灶与肝脏ADC比值介入术后为术前的1.5倍左右，死亡患者病灶与肝脏ADC比值介入术后为术前的89.65％（b＝300s・mm-2）和99.07％（b＝500s・mm-2）（表2、图2）。表1  6例患者扩散扫描取不同b值时介入手术前后ADC值病灶的比较可见死亡患者的ADC值病灶/ADC值肝脏术后术前比值均在110％以下2．2  实验兔数据结果实验兔2只，1只于介入术后13d死亡，1只术后存活35d。病灶介入术后存活兔术后ADC值为术前ADC值的114.90％（b＝300s・mm-2）和105.06％（b＝500s・mm-2），死亡兔术后ADC值为术前ADC值的93.26％（b＝300s・mm-2）和91.08％（b＝500s・mm-2）；存活兔ADC值病灶/ADC值肝脏介入术后为术前的121.54％（b＝300s・mm-2）和184.04％（b＝500s・mm-2），死亡兔ADC值病灶/ADC值肝脏介入术后为术前的97.08％（b＝300s・mm-2）和105.63％（b＝500s・mm-2）。

    3  讨    论

　DWI的基本原理是以MRI对扩散运动的天然敏感性为基础，在常规MRI序列中加入一个作自身扩散测量的梯度场。在常规MR成像序列中，于一定方向上加入一个扩散敏感梯度磁场（diffusionsensitizing gradient,DSG），可通过运动的水分子使质子在其横向磁化方向产生一个相位飘移，造成信号衰减来判断像素内不连贯运动扩散的有无及其强度[56] 。平面回波成像技术（echo planar imaging，EPI）是目前磁共振领域最快的成像方法，为梯度回波的一种特殊形式，其特点是通过一次射频激发，获得整个平面成像的原始数据，从而缩短成像时间。在机体内，由于水分子的运动还受血流灌注、呼吸运动、心脏搏动及脉搏等生理因素的影响，难以测得精确的扩散系数Ｄ，只能称之为表观扩散系数ADC（apparent diffusion coefficient），ADC值越大，则组织内水分子的运动越强，扩散加权像上水分子的相位离散越强，信号越弱。ADC值是定量指标，由于不同病变具有不同的ADC值，因而可以对疾病的诊断提供量化指标。DWIEPI是在EPI基础之上加一非常强大的梯度脉冲，该脉冲对水分子的扩散运动非常敏感。在扫描序列中加入对称的扩散敏感梯度（ｂ）脉冲，使得在施加梯度场方向上的水分子运动活跃，像素内水分子的相位离散加剧，信号降低。ｂ值越大，水分子间相位离散越重，信号降低越明显。如果组织内有病变，则病变组织与正常组织的水分子的离散程度就不同，其信号降低的程度与正常组织就有差别，从而有利于发现病变。即水分子的扩散运动可引起EPI信号的去相位，使信号降低，扩散运动愈快，信号降低愈明显，表观扩散系数ADC值愈大。反之，信号相对愈高，ADC值愈小。DWI可区分坏死与残存有活力的肿瘤细胞。当肿瘤细胞存活时胞膜完好，可以阻止水分子的扩散运动；反之，细胞死亡后胞膜破裂，无法阻止水分子扩散运动，此时水分子在组织内自由无阻，坏死区肿瘤组织信号强度较存活肿瘤组织区明显降低。ADC图可以从量的分析上证实以上两者的信号差异[1] ，ADC测得的肿瘤坏死区域信号几乎与胆囊信号一致，证实了坏死区的液态环境，这一高扩散率是因肿瘤细胞溶解，胞膜破裂，大量胞内液漏出造成胞外水分子自由扩散增加，而且细胞凋亡也使胞外水份增多所致。因此DWI图像可以观察肿瘤内液体成分及肿瘤细胞活性程度。Namimoto等[7] 的研究表明，恶性肿瘤ADC值比良性肿瘤的明显降低。Chan等[8] 用ADC值区分肝脓肿囊肿及肝肿瘤的坏死区。在其它的对于肝细胞性肿瘤的动物模型研究表明，DWI可以清晰地将肿瘤的坏死区域与存活区域分开。在Kamel等[9] 的研究中发现，DWI技术可以定量分析化疗栓塞术后肿瘤组织的坏死程度，这比增强扫描精度高得多。常规的CT及MRI扫描无法对肿瘤的坏死进行定量分析，而这一分析对判断预后是非常重要的。从我们获得的扫描图像可以看出，术前DWI肿瘤病灶呈高信号，介入化疗栓塞术后该病灶中心区域见低信号，而CT扫描图像无法发现此差异，T2压脂图像差异不明显，由此可见扩散成像可以获取更加丰富的影像资料（图3）。白箭头所指即为病灶，术前常规T2压脂像（图A）及DWI（b=300s・mm-2，图B）均可见病灶，术后CT（图C）可见碘油充填病灶，常规术后T2压脂像（图D）所示病灶影像与术前相比变化不大，术后DWI（b=300s・mm-2，图E；b=500s・mm-2，图F）则可以明确发现病灶内部存在低信号区，表明该区域肿瘤组织已坏死图3  患者影像资料对比图    我们的临床病例及动物兔实验数据均表明，扩散扫描取不同b值介入手术前后ADC值病灶比较（术后/术前）的值在110％以上时患者预后较好，低于110％时患者预后较差；介入手术术后与术前比较， ADC值病灶/ADC值肝脏之值在110％以上时患者预后较好，低于110％时患者预后较差。此现象是否可以说明病灶ADC值变化对判断预后有指导意义，有待于样本增大后再行证明。

    []

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    [8]CHAN J H, TSUI E Y, LUK S H, et al. Diffusionweighted MR imaging of the liver: distinguishing hepatic abscess from cystic or necrotic tumor [J].Abdom Imaging,2001,26(2):161165.

    [9]KAMEL I R, BLUEMKE D A, RAMSEY D, et al. Role of diffusionweighted imaging in estimating tumor necrosis after chemoembolization of hepatocellular carcinoma[J]. AJR, 2003, 181(3): 708710.