3.0T MRI水通道蛋白分子成像在胰腺癌的应用价值

马婉玲， 魏梦绮， 任静， 潘奇， 文娣娣， 宦怡

·腹部影像学·

3.0T MRI水通道蛋白分子成像在胰腺癌的应用价值

马婉玲， 魏梦绮， 任静， 潘奇， 文娣娣， 宦怡

目的探讨3.0T MRI水通道蛋白分子成像定量参数(ADCAQPs)在胰腺癌的应用价值。方法采用GE Discovery MR750 3.0T磁共振扫描仪对临床或手术病理证实的37例胰腺癌患者行胰腺多b值DWI。应用水通道蛋白AQPs模型、非高斯IVIM双指数模型和拉伸指数模型分析多b值DWI，测量胰腺癌和非癌胰腺组织的水通道蛋白扩散系数(ADCAQPs)、纯扩散系数(ADCslow)和分布扩散系数(DDC)，采用独立样本t检验进行统计学分析。结果胰腺癌的ADCAQPs值和ADCslow值明显高于非癌胰腺组织(0.346 vs. 0.202 μm2/ms，Plt;0.001；0.611 vs 0.521×10-3mm2/s，P=0.037)，胰腺癌的DDC值明显低于非癌胰腺组织(1.244 vs 1.679×10-3mm2/s，P=0.013)，差异均有统计学意义。与ADCslow和DDC相比，ADCAQPs鉴别胰腺癌和非癌胰腺组织时的诊断效能更高(0.890gt;0.699gt;0.640)。胰腺癌的ADCAQPs值和ADCslow值呈正相关(r=0.414，P=0.015)。结论水通道蛋白扩散系数ADCAQPs和非高斯模型DWI扩散系数(ADCslow、DDC)可以有效鉴别胰腺癌和非癌胰腺组织，ADCAQPs是鉴别胰腺癌和非癌胰腺组织的最佳参数，3.0T MRI水通道蛋白分子成像是无创性早期诊断和鉴别胰腺癌与非癌胰腺组织的理想方法之一。

胰腺肿瘤； 水通道蛋白； 纯扩散系数； 分布扩散系数

恶性肿瘤中胰腺癌预后最差，5年生存率仅1%～3%[1]，早期诊断和鉴别胰腺癌对于判断能否手术切除、提高生存率至关重要。绝大部分胰腺癌确诊时已发生转移或周围血管侵犯，不足10%的胰腺癌确诊时能进行手术治疗[2]，对于无症状的早期胰腺癌，尚无有效的筛查工具[3]。本研究应用水通道蛋白AQPs模型、非高斯IVIM双指数模型和拉伸指数模型分析多b值DWI，探讨水通道蛋白扩散系数ADCAQPs和非高斯模型DWI扩散系数(ADCslow、DDC)在胰腺癌诊断中的应用价值。

材料与方法

1.研究对象

2014年5月-2016年1月，搜集临床疑诊并经B超和/或CT筛查可见胰腺实性肿块的患者，最终将手术或临床证实的37例胰腺癌患者纳入本研究。其中手术或穿刺证实25例均为胰腺导管腺癌，其余12例经临床随访证实，有2例行姑息性支架减黄术，10例行放化疗等保守治疗。37例胰腺癌患者中女14例，男23例，年龄 20～76岁，平均年龄58.32岁。临床主要表现为腹胀，腹痛，消瘦，厌食，消化不良，体重下降，其中18例出现黄疸。

表1 胰腺癌及非癌胰腺组织的各参数值比较表

2.检查方法

所有患者检查前一日晚口服番泻叶清洁肠道，检查前禁食、禁水4 h。

所有患者采用GE Discovery MR750 3.0T磁共振扫描仪，32通道腹部相控阵线圈，进行胰腺常规MRI扫描，包括横轴面T1WI、T2WI扫描。横轴面T1WI采用LAVA-Flex(liver acquisition with volume acceleration flex)序列，扫描参数：TR 4.3 ms，TE 1.6 ms，层厚4.0 mm，层间距0 mm，矩阵260×210，视野360 mm×324 mm，激励次数1，翻转角14°，扫描时间11 s，带宽200 Hz/pixel，范围包含整个胰腺。T2WI采用快速自旋回波(fast spin echo，FSE)序列，应用呼吸门控和脂肪抑制技术，扫描参数如下：TR 10000 ms，TE 70 ms，层厚4.0 mm，层间距0.5 mm，矩阵320×320，视野360 mm×360 mm，激励次数1.5，翻转角110°，扫描时间2～4 min，带宽62.5 Hz/pixel，扫描范围包含整个胰腺。

多b值DWI序列采用呼吸触发技术，应用平面回波序列(echo plane imaging，EPI)进行横轴面DWI扫描，b值采用0，10(4)，20(2)，40(1)，60(1)，80(1)，100(1)，150(2)，200(2)，400(4)，800(4)，1000(6)，1200(6)， 1500(6)，2000(8)，3000(8)，4000(8) s/mm2(注：括号内为NEX)。扫描参数：TR 6600 ms，TE最小，层厚4.0 mm，层间距1.0 mm，矩阵128×128，视野380 mm×304 mm，激励次数1～8，翻转角90°，扫描时间10～14 min，带宽250 Hz/pixel，范围包含整个胰腺。

3.数据后处理及ROI的选取

将所采集的多b值DWI原始数据导入本研究所用磁共振扫描仪自带的工作站上GE Advantage Windows 4.6，利用其自带的MADC软件，应用水通道蛋白AQPs模型、非高斯IVIM双指数模型和拉伸指数模型。计算公式：Sb/S0=f·exp[-b·(ADCfast+ADCslow)]+(1-f)·exp(-b·ADCslow)，Sb/S0=exp[(b·DDC)α]对包含17个b值信息的DWI数据进行处理，得到水通道蛋白扩散系数(ADCAQPs)、纯扩散系数 (ADCslow)和分布扩散系数(DDC)的参数图。

参照横轴面T1WI、T2WI图，在显示胰腺癌灶和癌周胰腺组织对比最清晰的b值序列DWI图上(图1)，采用手绘法在显示胰腺癌灶和癌周胰腺组织最大的连续3个层面(小病灶至少选定显示病灶清晰的连续2个层面)，沿着距离病灶边缘1 mm处勾画出3个不同的兴趣区(region of interest，ROI)，相同部位的形状和大小一致的ROI会自动生成匹配在相同层面的ADCAQPs、ADCslow和DDC值参数图上。胰腺癌灶的ROI为不规则形，测量中需尽量避开坏死、囊变、出血、血管和扩张的胰胆管区域。非癌胰腺组织的ROI为圆形或椭圆形。分别记录胰腺癌和非癌胰腺组织的测量面积及各参数值，取两人三次的测量结果平均值作为最终结果。

4.统计学分析

采用SPSS 17.0统计学软件(version 17.0，SPSS Inc.，Chicago，IL)进行分析。经过单样本Kolmogorov-Smirnov检验，每组数据均呈正态分布。对胰腺癌灶和非癌胰腺组织的ADCAQPs、ADCslow和DDC值的比较应用独立样本t检验，以Plt;0.05为差异有统计学意义。并应用非参数Spearman′s rho检验分析胰腺癌的ADCAQPs和ADCslow、DDC值之间的相关性。

采用MedCalc version 12.3软件的ROC曲线进行分析，评估ADCAQPs、ADCslow和DDC值鉴别胰腺癌和癌周胰腺组织的诊断效能。

结果

1.各参数值测量结果

胰腺癌的ADCAQPs和ADCslow值明显高于非癌胰腺组织的ADCAQPs和ADCslow值，DDC值明显低于非癌胰腺组织的DDC值，差异均具有统计学意义(表1，图2)。

2.各参数值鉴别胰腺癌和非癌胰腺组织的ROC曲线分析结果

与ADCslow和DDC值相比，ADCAQPs鉴别胰腺癌和非癌胰腺组织时诊断效能最高，当ADCAQPs值gt;0.253 μm2/ms时，鉴别胰腺癌和非癌胰腺组织胰腺癌的敏感度、特异度和符合率均最高(表2，图3)。

3.ADCAQPs、ADCslow和DDC值的相关性

胰腺癌的ADCAQPs值和ADCslow值呈正相关(r=0.414，P=0.015，图4)。ADCAQPs值和DDC值呈负相关趋势，但差异无统计学意义(r=-0.213，P=0.243)。

表2 各参数值鉴别胰腺癌和癌周胰腺组织的ROC曲线分析结果

注：*ADCAQPsvs ADCslow；**ADCslowvs DDC；***DDC vs ADCAQPs

图1 a) DWI图(b=1500s/mm2)，胰头癌灶呈不均匀高信号，沿癌灶边缘1mm勾画不规则形ROI； b) 图a下方相邻层面DWI图(b=1500s/mm2)，胰头癌灶呈不均匀高信号，沿癌灶边缘1mm勾画不规则形ROI； c) 图b下方相邻层面DWI图(b=1500s/mm2)，胰头癌灶呈不均匀高信号，沿癌灶边缘1mm勾画不规则形ROI； d) 图a相同层面ADCAQPs参数图，相同位置、形状、大小的ROI自动匹配生成在胰头癌灶区； e) 图b相同层面ADCAQPs参数图； f) 图c相同层面ADCAQPs参数图。

讨论

非高斯IVIM双指数扩散模型和拉伸指数扩散模型的理论基础是基于水分子经过细胞膜的跨膜转运通过简单自由扩散完成，实际上活体组织内水分子的扩散包括被动扩散和通过细胞膜上水通道蛋白(aquaporins，AQPs)介导的主动转运两个部分[4-6]，基于AQPs基础上的DWI不同于传统概念上的单纯水扩散成像，将DWI称为水分子加权成像(water molecular weighted imaging，WMWI)更加准确一些[4]。哺乳动物体内已经发现13个AQPs的亚型，广泛分布于全身各组织器官的细胞膜上，介导着水和小分子物质的主动跨膜转运，对维持活体组织内渗透压的平衡以及保持内环境的稳定具有重大意义。在很多疾病的发生、发展过程中，AQPs的分布和表达发生了不同程度的改变[7-10]。AQPs是全身多种疾病治疗和预防的关键分子靶点，对其数量、分布和功能的调控对预防和治疗疾病具有十分重要的意义。

胰腺组织细胞膜上分布AQP1、AQP3、AQP5、AQP8 和AQP 12 等亚型[7，11-12]。AQP1在肿瘤毛细血管内皮细胞高表达，会促进肿瘤血管的新生，加速肿瘤的生长[7，9]，AQP1在软骨细胞的粘附和迁移过程中发挥着重要的作用[13-14]。AQP3的表达在皮肤的再生和修复、基底细胞癌和结肠癌等肿瘤的进展过程中发挥重要作用[7，15-17]，AQP8在肝癌细胞低表达会引起肿瘤细胞凋亡[14]。AQP5基因敲除小鼠的唾液分泌会明显减少[18]；AQP12的表达与胰腺的外分泌活动密切相关，AQP12基因敲除小鼠会发生严重的急性胰腺炎[19]。调节AQP1、AQP3、AQP5、AQP8和AQP12的表达水平可以在基因和分子层面预防和治疗多种胰腺疾病，为临床治疗方案的制定提供重要信息。

李加慧等[20]通过对离体红细胞进行多b值DWI成像显示，b值gt;1700 s/mm2后水分子扩散的信号主要来自水分子通过细胞膜AQPs主动跨膜转运的信息，基本可以忽略水分子自由扩散的信号。李秋菊等[21]研究显示高b值(1700～4500 s/mm2)下ADC值的变化与肝细胞膜AQPs的表达相关，高b值DWI成像能够反映细胞膜上AQPs的分布信息，AQP MRI可以反映水分子经细胞膜AQPs主动跨膜转运的特征信息。本实验结果表明胰腺癌的ADCAQPs值明显高于非癌胰腺组织的ADCAQPs值，且从胰腺癌及非癌胰腺组织的ADCAQPs值比较箱图来看，两者ADCAQPs值几乎没有重叠，差异有统计学意义，AQP MRI能够鉴别胰腺癌和非癌胰腺组织。与非高斯双指数和拉伸指数模型所得扩散系数(ADCslow、DDC)相比，ADCAQPs值鉴别胰腺癌和非癌胰腺组织时的曲线下面积最大(0.890gt;0.699gt;0.640)，具有最高的诊断效能。Anderson 等[22]研究证实，多b值DWI时采用的b值范围越高，组织内水分子非高斯扩散的特征性信息反映病变的潜力越好，本实验结果与之结论一致。胰腺癌的ADCAQPs值和ADCslow值呈正相关，ADCAQPs值能够间接反映水分子通过细胞膜水通道蛋白主动转运的信息。

图2 a) 胰腺癌及非癌胰腺组织组织的ADCAQPs值比较箱图； b) 胰腺癌及非癌胰腺组织组织的ADCslow值比较箱图； c) 胰腺癌及非癌胰腺组织组织的DDC值比较箱图。 图3 ADCAQPs鉴别胰腺癌和癌周胰腺组织组织的ROC曲线。

本实验有以下几方面的不足：①纳入实验的病例数较少，有病理结果并且取得大体标本的病例数仅16例，因此并未对胰腺癌组织进行AQP分子病理染色。笔者将继续搜集胰腺癌病例，进行大样本的胰腺癌多b值DWI成像研究以及多b值DWI影像参数与病理参数(AQP1和AQP3表达水平、MVD、CD34、CD44、S100、VEGF、纤维化含量)的相关性研究。②未考虑肿瘤相关性胰腺炎、胰腺组织萎缩及脂肪变性等因素对非癌胰腺组织ADCAQPs、ADCslow和DDC值的影响。③虽然DWI扫描时应用的呼吸触发EPI序列，但呼吸运动伪影不可避免对DWI图像造成一定的影响，EPI序列产生的一些伪影，也造成了测量的误差。

总之，胰腺癌的ADCAQPs值明显高于非癌胰腺组织，两者ADCAQPs值几乎没有重叠，差异具有统计学意义，AQP MRI可以鉴别胰腺癌和非癌胰腺组织，在分子层面早期诊断胰腺癌。胰腺癌的ADCAQPs值和ADCslow值呈正相关，高b值(gt;1500 s/mm2)DWI时的扩散系数ADCAQPs值能够间接反映水分子通过细胞膜水通道蛋白主动转运的信息。

图4 胰腺癌ADCAQPs与ADCslow值相关散点图。

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Theapplicationvalueof3.0TMRImolecularimagingofaquaporinsinpancreaticcancer

MA Wan-ling，WEI Meng-yi，REN Jing，et al.

Department of Radiology,Xijing Hospital,the fourth Military Medical University, Xi'an 710032,China

Objective:To explore the application value of quantitative parameters derived from 3.0T MRI molecular imaging of aquaporins in pancreatic cancer.MethodsSubjects that comprised of 37 patients with pancreatic cancer confirmed by clinical or surgery were included.Pancreas multiple b-value diffusion-weighted imaging (DWI) was performed using GE Discovery MR750 3.0T scanner.ADCAQPswere calculated using AQPs diffusion model.Pure diffusion constant (ADCslow) were calculated using non-Gaussian IVIM diffusion model.Distribute diffusion constant (DDC) were calculated using non-Gaussian stretched exponential diffusion model.Parameters of pancreatic cancers and non-tumorous pancreas were compared using Independent SamplestTest.ThePvalue lt;0.05 was considered significant.ResultsMean ADCAQPsand ADCslowvalue of pancreatic cancer was significantly higher than that of non-tumorous pancreas (0.346 vs 0.202μm2/ms,Plt;0.001;0.611 vs 0.521×10-3mm2/s,P=0.037;respectively).Mean DDC values of pancreatic cancer were significantly lower than those of non-tumorous pancreas (1.244 vs 1.679×10-3mm2/s,P=0.013).The diagnostic performance of ADCAQPsin differentiating pancreatic cancer from non-tumorous pancreas was the highest compared with ADCslow and DDC (0.890gt;0.699gt;0.640).ADCAQPsof pancreatic cancer was positively correlated to ADCslow(r=0.414,P=0.015).ConclusionsDiffusion coefficients derived from AQPs molecular imaging (ADCAQPs) and non-Gaussian model DWI (ADCslow,DDC) can distinguish pancreatic cancer from non-tumorous pancreas.ADCAQPsvalue is the optimal parameter.3.0T MRI molecular imaging of aquaporins may be a promising and non-invasive tool for early diagnosing and differentiating pancreatic carcinoma.

Pancreatic neoplasms； Aquaporins； Pure diffusion coefficient； Distribute diffusion coefficient

710032 西安，第四军医大学西京医院放射科

马婉玲(1974-)，女，陕西渭南人，博士，副主任医师，主要从事腹部影像诊断及功能成像工作。

宦怡，E-mail：huanyi3000@163.com

国家自然科学基金重大国际(地区)合作与交流项目(81220108011)；国家自然科学基金青年面上连续项目(81370039)

R445.2； R735.9

A

1000-0313(2017)11-1165-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.11.014

2016-12-07)