前列腺癌骨转移模型的早期诊断:DWI及99Tcm-MDP骨显像比较

何玉洁,杜晓庆

(江苏省无锡市第四人民医院,1.影像科;2.核医学科,214062)

近年来前列腺癌骨转移的发病率明显增加,40%～70%的患者在就诊或治疗中会发生骨转移[1],因而对前列腺癌骨转移的早期诊断极为重要。由于具有较长潜伏期和隐蔽性发病等特点,临床上早期前列腺癌诊断骨转移较为困难,笔者在建立前列腺癌骨转移模型基础上进行磁共振(MRI)弥散成像(DWI)和99TcmMDP骨扫描的对比研究,探讨其应用价值,报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料

实验动物。BALB/c裸鼠,雄性,体质量(20±2)g,4～6周龄,由中国南京大学实验动物中心提供,实验与饲养条件遵照SPF级标准,均饲养于南京大学动物实验中心。人前列腺癌PC-3细胞株。用含100 mL/L胎牛血清(杭州四季青公司)的RPMI 1640培养液(美国Gibco公司)在37℃、50 mL/L CO2的孵箱内培养,以1.25 g/L胰酶和0.2 g/L EDTA的混合液消化传代。注射细胞的针管为29G型1 mL胰岛素注射针管(美国BD公司)。

1.2 方法

1.2.1 模型制备:将PC3细胞于细胞对数生长期消化下来,加入无血清培养液,调整细胞浓度为1×107/mL,将0.2 mL细胞悬液注入左侧胫骨近端。具体方法参照文献[2]。

1.2.2 实验观察指标:①肉眼观察指标行为学变化:观察并记录荷瘤裸鼠的生活习性、生长状态、精神状态、行为特征、饮水饮食变化及荷瘤部位肿瘤的生长等情况。28 d作为观察终点。②肿瘤生长和转移的评价脱颈椎法处死荷瘤裸鼠,分离瘤体、心脏、肝脏、肾脏。将各组织标本在10%福尔马林溶液中常规脱水、固定,石蜡包埋、做5 μ m薄层切片、苏木精—伊红染色,光学显微镜下观察细胞和组织的结构变化及有无远处转移灶。

1.2.3 MRI DWI及99Tcm-MDP骨显像:①MRI扫描及处理采用Bruker公司7.0T(PharmaScan)MRI扫描仪,孔径为16 am,最大梯度强度为 300 mT/m。大鼠麻醉后身体平行于扫描床,头端与主磁场方向一致,取俯卧轴面及冠状面扫描,采用表面线圈。T1WI:TR/TE 1300 ms/7.5 ms,层厚1.0 mm,层间距1.2 mm,FOV 4.0 cm,翻转角180°,矩阵256×256,带宽为 833 333.3 Hz,回波间隔为7.5 ms;T2WI T R/TE 4 200 ms/36 ms,带宽为35 714.3 Hz,回波间隔为12.0 ms,其余诸参数同T1Wl;DWI:单次激发EPI序列,TR/TE 3 000 ms/32 ms,翻转角90°,矩阵128×128,带宽为1250 000 Hz,回波间隔为0.5 ms;扫描完毕后利用ParaVision 4.0影像重建软件获得三维图像。

弥散敏感梯度(b值):0、1000(单位s/mm2)。在层面选择方向(S)、读出编码方向(R)、相位编码方向(P)3个方向上施加弥散梯度。ADC值采用直接测量法获得。99Tcm-MDP骨扫描检查:采用低能高分辨率准直器,窗速15 cm/min,显像仪器为Philips公司Vertex plus EPIC/MCD/AC双探头SPECT,尾静脉注射99Tcm-MDP 0.74 MBq/0.2 mL,全身静态显像(仰卧位),显像条件:针孔准直器,能峰140 keV,窗宽20%,计数率值300 k,采集时间5～20 min。99Tcm-MDP由南京森科公司提供,放化纯>95%。

统计采用SPSS13.0软件,所得数据若呈正态性分布且方差齐用配伍组设计的两两χ2检验进行数据分析,P≤0.05为有统计学意义。

2 结 果

裸鼠进行PC3细胞胫骨内注射后,均无意外死亡,无切口感染,进食睡眠良好,20只裸鼠中有18只模型建立成功。接种后平均(18.2±0.53)d胫骨周围出现软组织肿块,病理切片证实为肿瘤组织。观察终点瘤体直径0.5～1.2 cm,平均1.02 cm,仔细触摸可于左后肢胫骨部触及结节,米粒大小、质硬,继续发展至行走障碍。

MRI平扫见肿瘤组织:在T1W上为略低信号影,与周围组织境界清楚,EPI序列上T2W呈不均匀高信号影。内部有坏死灶时可呈长T1长T2信号。DWI见肿瘤组织呈高亮信号影,周围呈相对低信号影,与周围组织境界不清(见图1、2)。MRI早期平均(5.2±0.72)d出现异常信号改变,正确诊断 19例,假阴性1例,无假阳性,其诊断敏感性为94.4%,特异性为100%,正确诊断率为95%。

图1 肿瘤组织光镜检查结果

图2 DWI 3 d异常高信号影,箭头示;T2同期扫描未见异常。

正常裸鼠注射99Tcm-MDP后0.5 h双肾膀胱显影明显;1 h后头颅骨、中轴骨、肋骨和四肢骨放射性逐渐浓聚,移植瘤开始即轻度显影,1 h瘤体放射性异常浓聚,4 h瘤体放射性浓聚最强,明显高于骨骼影像,6 h后骨骼影开始消退,瘤体放射性浓聚逐渐减淡(见图3)。99Tcm-MDP骨扫描平均(6.9±0.5)d出现放射性浓聚,正确诊断15例,假阴性4例,假阳性1例,其诊断敏感性为77.7%,特异性93.3%,正确诊断率75%。两组比较χ2=56.45,P<0.05。

图3 99Tcm-MDP骨扫描7 d左下肢放射性浓聚

HE染色结果:左后肢胫骨及其髓腔内容物HE染色结果显示(图4):组织内有密集成群的肿瘤细胞,排列紊乱,异形性明显。核大深染,染色质数目不均;有少量巨核细胞,组织内间质成分少。

3 讨 论

前列腺癌骨转移异种种植动物模型按照种植的途径不同可分为:血行播散、前列腺癌原位种植和局部注射。前两者制作形成骨转移灶机率较低,局部注射法制作骨转移模型具有制作方法简单、不受脏器转移影响、动物死亡率低、便于动态观察等多种优点,有较高的骨转移形成率[3]。本组为90%,同Fisher JL实验结论相近[4]。理论上该方法主要缺陷是易造成骨皮质和骨髓腔的损伤,且主要为骨干的转移,与临床上常见的骨骺端转移不同。但从本研究制作模型的影像学和组织病理结果来看:将人前列腺癌PC-3细胞株直接注入裸鼠胫骨髓腔内后第1周即可通过影像学检测到局部骨质代谢异常,结合后期组织病理学方法证实其为骨转移。形成的骨转移灶增殖迅速,容易跨越骨骺板,向膝关节及股骨下端延侵犯,近3周即突破胫骨骨皮质,局部形成肉眼可见的瘤体,与临床上所见的骨转移状况相类似,可满足临床观察模拟骨转移侵犯过程及用药评估等方面的需求。

前列腺癌骨转移的早期诊断是一个临床难题,目前常用的X线照片发现的骨质破坏和成骨性改变一般是在出现早期骨转移出现3个月之后;CT可以发现骨质改变的细节,但难以早期发现微小转移灶,且发现时间较X线并无明显优势;PET(PET/CT)价格昂贵;分子影像诊断在实验室已经广泛应用,但在临床尚一时难以广泛应用;核素骨扫描是普遍采用的检查手段,但存在着假阴性、假阳性问题。磁共振DWI能通过检测生物组织内水分子运动状态的改变来间接反映组织结构及细胞功能变化等信息,对于组织的一些生理学和形态学改变非常敏感,如细胞密度、组织活性以及对各种治疗的反应等[5]。在骨转移发生早期,由于肿瘤细胞生成迅速,骨细胞周围微环境发生改变,水分子弥散受限产生高信号,所以DWI能够早期的从局部微环境水分子的细微改变推断出早期产生成骨或溶骨病灶,达到对前列腺癌骨转移早期诊断的目的。

MRI显像典型的前列腺癌骨转移为成骨性,表现为T1极低T2极低信号,溶骨性转移表现为T1低T2高信号病灶,弥散成高信号。在本研究中,部分荷瘤裸鼠肿瘤处DWI骨髓腔及周边高信号出现高信号较T2早,表明DWI是一种极早期的功能影像诊断手段。另外本实验应用的7.0T高场强动物磁共振扫描仪具有极高空间分辨率和高场强使其图像明显优于常规1.5 TMR,能够尽早期发现微小的骨质改变及微小转移灶,具有较高敏感性。其特异性也很高。本组模型示诊断敏感性为94.4%,特异性为100%,正确诊断率为95%和99Tcm-MDP骨扫描组比较具有显著性差异。

本组模型中示99Tcm-MDP骨扫描不仅有1例假阳性病灶数,而且有4例假阴性病灶数。形成假阳性的原因为把鼠膝关节的浓聚误认为瘤体。形成假阴性的原因可能为核素骨扫描的空间分辨率较低,不能发现小于1 cm以下的病灶;另外前列腺癌骨转移成骨和溶骨反应并存,成骨反应导致的骨扫描放射性核素浓聚相对于MRI上骨髓侵及时的长T1、长T2改变是一个相对比较慢的过程,动物实验也表明这个过程在核素骨扫描上需要几个星期[6],另外膀胱尿液内的放射性物质会掩盖骶骨转移放射性浓聚和过度扫描效应也会形成假阴性的诊断。

综上所述在前列腺癌骨转移的早期诊断上MRI DWI较99Tcm-MDP骨扫描具有更高的敏感性、特异性及准确性.,更能早期发现病灶,值得推广应用。

[1]Jemal A,Murray T,Ward E,et al.Cancer statistics[J].2005.CA Cancer J Clin,2005,55:10.

[2]罗勇,张林琳,宁亮,等.前列腺癌细胞株Du145裸鼠胫骨部骨肿瘤转移模型的建立[J].中华男科学杂志,2006,12(2):136.

[3]廖晖,陈安民,郭风劲,等.人前列腺癌骨转移模型的建立[J].华中科技大学学报(医学版),2007,36(1):63.

[4]Fisher JL,Schmitt JF,Howard ML,et al.An in vivo model of prostate carcinoma growth and invasion in bone[J].Cell Tissue Res,2002,307:337.

[5]M urtz P,Flacke S,Tmber F,et al.Abdomen:diffusion weighted M R imaging with pulse triggered single-shot sequences[J].Radiology,2002,224:258.

[6]Khurana JS,Rosenthal DI,Rosenberg AE,et al.Skeletal metastases in liposarcoma detectable only by magnetic resonance imaging[J].Clinical Orthopaedics and Related Research,1989,243:207.