弥散加权成像对CT-26荷瘤鼠皮下模型的评价研究

祝令称，赵瑶，崔社娟，程鑫，张仕状

(潍坊医学院医学影像学系，山东潍坊 261053)

人结肠癌荷瘤裸鼠模型是研究结肠癌的重要方法，DWI 是唯一能反映活体内组织水分子扩散运动的磁共振成像技术［1］，对病变能进行早期的检测。有学者曾利用医用1.5T MR 及医用线圈通过DWI 观察荷瘤鼠的肿瘤生长情况，因小鼠瘤体小，采集信号困难，未曾得到清晰的影像学资料。随着MRI 技术的发展，3.0T MR 及医用线圈已广泛应用于临床和科研，但对结肠癌荷瘤裸鼠应用评价鲜见报道。本研究旨在通过对临床3.0T MR 中多序列及参数的定量分析，探讨DWI 在结肠癌荷瘤鼠模型中的应用价值。

1 材料与方法

1.1 建立CT-26 荷瘤鼠模型 将处于对数生长期的含5 ×106个/mL 的小鼠结肠癌CT-26 细胞株(购自中国科学院上海生命科学研究所细胞库)0.2 mL 细胞悬液接种于小鼠的右侧腋部皮下(BALB/c 小鼠购于北京维通利华实验动物技术中心，购入时为6 周龄，雌雄各20 只，体重(21.0±2.5)g。荷瘤完成后，每日定时观察小鼠的一般生存状态、肿瘤的生长情况。

1.2 MR 检查

1.2.1 检查前准备 检查前用10%水合氯醛经小鼠腹腔注射，将麻醉小鼠编号，放入自制的固定器中，置于扫描床上，小鼠身体平行于扫描床，头端与主磁场方向一致。包绕式软制表面线圈置于小鼠表面，调整肿瘤至同一方向。

1.2.2 MR 扫描参数 采用GE3.0T 超导型MR 扫描仪。具体参数为T1WI:TR 880 ms，TE 15 ms，NEX 4;T2WI:TR 3 880 ms，TE 130 ms，NEX 8;所有轴位及冠状位成像采用自旋回波(spin echo，SE)。DWI 选择自旋回波平面成像序列 (SE-EPI)扫描，TR 6 000 ms，TE 90 ms，NEX 6，b 值为(0，1 000 s/mm2)，FOV 15 mm，矩阵128 ×128，层厚3.0 mm，层间距3.0 mm。

1.2.3 DWI 图像后处理 由b 值为(0，1 000 s/mm2)的DWI 图像拟合出ADC 图，在肿瘤的最大层面上避开明显坏死区，选择结构均匀的组织作为感兴趣区(region of interest，ROI)，测量其平均信号强度，各测3 个不同区域的ROI 信号值，取平均值。测量T2WI 上肿瘤冠状最大径层面的长径(a)和短径(b)，按下列公式计算肿瘤的大体体积(mm3):V=1/ 6 ×π×a×b2。

1.3 病理观察 MR 检查结束后，将肿瘤组织完整切除，用游标卡尺测量肿瘤大体标本的体积。固定、石蜡包埋、切片，HE 染色行病理学观查。

1.4 统计学分析 采用SPSS17.0 统计学软件进行相关统计学检验。连续正态分布变量资料数据以表示，采用t 检验和方差分析进行两两比较，相关性检验采用Pearson 相关性分析，P ＜0.05 认为差异具有统计学意义。

2 结 果

2.1 动物模型的建立 40 只小鼠皮下荷瘤成功率为100%，实验过程中小鼠生长状态良好，毛色、进食、饮水正常，未见明显消瘦等异常表现。

2.2 荷瘤鼠常规MRI 及DWI 表现 肿瘤信号略不均匀，T1WI 图像以等或低信号为主 (图1a)，T2WI 图像以高信号为主，部分内部可见点片状高信号坏死区(图1b 和1c)。DWI 图像上肿瘤呈明显高信号，周围正常组织信号明显降低(图1d)。提示肿瘤组织弥散明显受限。

2.3 肿瘤组织的ADC 值与DWI 信号强度 肿瘤中心实性部分和边缘部分的ADC 值、DWI 信号强度间均无统计学差异(P ＞0.05)，但与周围正常肌肉组织比较，两者的ADC 值及DWI 信号强度均有统计学差异(P ＜0.05) (表1)。DWI 和T2WI肿瘤中心实性部分的信号强度、信噪比间分别比较，均有统计学差异P ＜0.05，表2)。

2.4 病理学检查 通过T2WI 测量肿瘤体积与病理测量结果基本一致，无统计学差异(P ＞0.05)，且明显正相关(r=0.964，表3)。HE 染色见肿瘤组织核固缩、深染，细胞间隙明显增大(图2)。

表1 肿瘤各部分DWI 信号强度及ADC 值

表2 DWI、T2WI 肿瘤中心实性部分信号强度及信噪比

表3 MRI 及病理测量肿瘤体积比较()

表3 MRI 及病理测量肿瘤体积比较()

3 讨 论

裸鼠在基因遗传上与人类的相似性使其成为理想的实验动物［2］。本研究采用皮下移植建立裸鼠结肠癌模型，具有操作简单、成瘤率高、便于观察肿瘤的发生、生长情况等优点，方便直接给药，有利于影像的成像观察［3］，与国内常用的SD 大鼠结肠癌模型相比，本模型最突出的优势有两点:第一，在药物疗效评价中，Balb/c 小鼠的选用，有利于观察肿瘤的干预效果;其次，在一些实验性药物治疗的基础中，小鼠的用药量相对较小，仅约为大鼠的1/10，可极大的节约成本。本实验结果显示，该模型成瘤率达100%，成瘤潜伏期短，3 d即可触及结节，2 w 后为大小不等肿块，荷瘤后适于MR 检查，同时为更深入地研究结肠癌发病机制、寻求合理的治疗手段，为筛选新型抗肿瘤药物等其它实验研究提供了较理想的荷瘤裸鼠模型。

小动物专用MR 具有高磁场强度、高分辨率等特点，常被用来评价荷瘤裸鼠的生长状态，但费用昂贵、难以普及。目前，国内外采用临床磁共振对裸鼠移植模型研究文献报道较少。赵荣荣等［4］通过采用医用线圈对结肠癌荷瘤兔在临床医用3.0T MR 中行弥散加权成像，获得了较成功的图像。常规T1WI、T2WI 能显示荷瘤鼠肿瘤的解剖细节，也成为MR 分子靶向成像［5］和动态增强的基本序列［6］。本研究尝试采用临床医用高分辨率表面线圈对荷瘤鼠模型成像，肿瘤在T1WI、T2WI 上以长T1 长T2 信号为主，坏死囊变较少，T2WI 图像上肿瘤与与周围组织结构的解剖关系较清晰，可活体评价肿瘤容积，并与组织容积有很好的相关性［7］。为验证MRI 与病理解剖观测结果的相关关系，选用较为客观且易于确定肿瘤冠状最长径、最短径来表征肿瘤大小，结果显示，MR 测量体积为(2.13±0.22)cm3，病理法测量体积为(2.23 ±0.15)cm3，两者无统计学差异，且高度相关。因此表明，MRI 测量结果可真实反映肿瘤大小，且其观测时所受干扰因素较少，不同研究时间可比较性较强，更加适于动态纵向研究，尤其适合在一些抗肿瘤药物治疗的基础研究中的应用。

DWI 主要是通过无创的反映活体组织内水分子的微观弥散情况，早期明确组织结构特点［8］。肿瘤组织的细胞体积及核浆比例增大，细胞密度增加，水分子弥散受限，DWI 信号增高。通过模拟合成ADC 图，对ADC 值的测量可以定量的反映扩散程度，决定ADC 值的主要因素是细胞外间隙的弥散阻力，其次是细胞的含水量等［9-10］。微灌注对ADC 值也有影响，散梯度因子b 值越小，灌注效应对ADC 值的影响越大。要消除灌注效应对扩散的影响，b 值最小需达到800 s/ mm2［11］，b 值愈大，图像越易产生伪影，目前尚无b 值选取的最佳标准和方法，有研究表明b 值选择应满足图像信噪比，有效抑制灌注效应影响的同时应尽量选用高b值［12］。本研究采用的b 值为0、1 000 s/mm2，虽然部分小鼠有磁敏感呼吸伪影，与T2WI 相比，信噪比欠佳，但总体图像质量比较满意，结合常规T2WI 及T1WI，能够清晰显示肿瘤情况，肿瘤的信号强度明显高于周围组织，ADC 值明显小于周围组织，说明肿瘤细胞增殖旺盛，水分子明显受限，与上述理论相符，故可以通过DWI 进行定性及定量检测，对荷瘤鼠肿瘤进行动态观察，且结果更容易反映疾病的特点。

本研究同时对DWI 上肿瘤边缘部分及中心实性部分的信号强度和ADC 值进行测量，发现两者之间无统计学差异，但是肿瘤中心实性成分和边缘部分ADC 值明显低于周围正常组织，有统计学差异，提示测量边缘区域ADC 值有助于进一步明确肿瘤边界。

本实验采用临床3.0T 医用MR 及医用表面线圈对人结肠癌荷瘤鼠进行DWI 检测，结合T1WI、T2WI 图像及ADC 值的定量测量，能准确无创的对活体肿瘤进行动态观察，为肿瘤药物的疗效研究提供了一种可靠的方法。

［1］柏沙美，江新青，谢琦，等.兔VX2 肝癌模型磁共振扩散加权成像的初步研究［J］.中国临床医学影像杂志，2008，19:214-216.

［2］Deng J，Miller FH，Rhee TK，et al.Diffusion-weighted MR Imaging for Determination of Hepatocellular Carcinoma Response to Yttrium-90 Radioembolization ［J］.Vasc Interv Radiol，2006，17:1195-1200.

［3］Wang W，El-Deiry WS.Bioluminescent molecular imaging of endogenous and exogenous P53-mediated transcription in vitro and invivo using an HCT116 human colon carcinoma xenograft model ［J］.Cancer Biol ＆ Ther，2003，2 (2):196-202.

［4］赵荣荣，韩明，赵瑶，等.MR 分子成像评价壁虎活性单体对兔VX2 移植瘤疗效的实验研究［J］.医学影像学杂志，2013，23 (3):341-344.

［5］Baio G，Fabbi M，de Totero D，et al.Magnetic resonance imaging at 1.5 T with immunospecific contrast agent in vitro and in vivo in a xenotransplant model ［J］.MAGMA，2006，19(6):313-320.

［6］Tang JS，Choy G，Bernardo M，et al.Dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging in the assessment of early response to tumor nrcrosis factor alpha in a colon carcinoma model［J］.Invest Radiol，2006，41 (9):691-696.

［7］Brockmann MA，Ulmer S，Leppert J，et al.Analysis of mouse brain using a clinical 1.5 T scanner and a standard small loop sur-face coil ［J］.Brain Res，2006，1068 (1):138-142.

［8］韩明，程鑫，张仕壮，等.ADC 值在内皮抑素对小鼠结肠癌疗效评价中的应用价值［J］.中国医学影像技术，2009，25 (6):963-965.

［9］Baur A，Reiser MF.Dif fusion weighted imaging of the muscu lo skeletal system in humans ［J］.Skeletal Radiol，2000，29(10):555-562.

［10］Kim JH，Kim JK，Park BW，et al.Apparent diffusion coefficient:protate cancer versus noncancerous tissue according tu-