人胰腺癌原位移植模型MRI增强扫描特征及病理对照研究

王冬青 何伟 罗一烽 孙维斌 许云飞 殷瑞根 王铮超

·论著·

人胰腺癌原位移植模型MRI增强扫描特征及病理对照研究

王冬青 何伟 罗一烽 孙维斌 许云飞 殷瑞根 王铮超

目的探讨人胰腺癌原位移植瘤模型的MRI影像学表现及其病理基础。方法应用3.0T磁共振成像仪及临床型乳腺线圈对30只胰腺癌裸鼠原位模型行冠状位及横断位TSE-T1WI/T2WI平扫，经腹腔注射钆喷酸葡胺(Gd-DTPA)行连续动态增强扫描，测量平扫和增强扫描各时相肿瘤信号强度，计算强化率，分析MR图像特征并与病理对照。结果30只裸鼠荷瘤接种成功率为100%，组织学检查符合胰腺低分化腺癌。与邻近组织信号相比，90%(27/30)肿瘤T1WI呈均匀稍低信号，10%(3/30)信号欠均匀；80%(24/30)肿瘤T2WI呈不均匀高信号、内见斑片状更高或等信号区，20%(6/30)呈均匀等高信号。平扫肿瘤信号强度为228.35±11.71，增强扫描后1.5、3、6、9、12 min的肿瘤信号强度分别为258.20±11.17、301.75±17.09、358.65±25.13、480.05±19.01、558.35±40.49，均明显高于平扫(P值均<0.01)；各时相强化率分别为0.13±0.04、0.35±0.11、0.56±0.10、1.10±0.10、1.45±0.18，各时相间差异均有统计学意义(P值均<0.01)。MR强化明显区为供血丰富的肿瘤生长活跃区域，中央无强化区为坏死组织和(或)肿瘤细胞致密且毛细血管较少区域。结论经腹腔注射对比剂后可获得清晰的移植瘤MRI图像，与病理检查结果具有很好的一致性。

胰腺肿瘤； 磁共振成像； 注射，腹腔内； 裸小鼠

胰腺癌原位模型虽然比皮下移植模型更接近人类的疾病过程，但是由于肿瘤生长在腹腔内，并且位置较深，所以很难对肿瘤的生长进行无创的监测和评估。本研究经腹腔注射顺磁性对比剂钆喷酸葡胺(Gd-DTPA)，分析比较胰腺癌异种原位移植瘤增强前后肿瘤信号变化及增强扫描各时相肿瘤的强化率来定量评价其影像学特征，为进一步探讨人胰腺癌的MRI特征提供有价值的信息。

材料和方法

一、人胰腺癌裸鼠原位移植模型的建立

人胰腺癌细胞株PANC1购自中国科学院上海生物科学研究所，体外常规传代培养。收集对数生长期细胞消化制成1×108/ml的单细胞悬液。BALB/C-nu 30只，购自扬州大学农学院动物实验中心，雌性，4～6周龄，体重16～20 g。麻醉后开腹将50 μl细胞悬液注入裸小鼠胰腺包膜下。每日观察、记录接种后荷瘤鼠的一般状态。

二、MRI检查

术后4周应用西门子3.0T超导磁共振成像仪行MRI检查。麻醉固定荷瘤裸鼠后从乳腺线圈中央垂直穿过，其上下方放置水模。平扫序列：TSE-T1WI/T2WI横轴位、冠状位，并加扫抑脂相，根据肿瘤形态加扫矢状位；增强扫描采用经腹腔注射对比剂钆喷酸葡胺0.1 mmol/kg体重(0.2 ml/kg体重)，注射后1.5、3、6、9、12 min行增强扫描。

用圆形感兴趣区(ROI，2 mm2)测量平扫和增强各时相肿瘤信号强度。尽量避开肿瘤边缘及坏死组织，测量3个ROI信号值，取均值。在垂直于相位编码方向测量50 mm2ROI的周围背景噪声。计算肿瘤强化率。强化率=(增强后信号强度-增强前信号强度)/增强前信号强度。绘制强化率曲线。

三、移植瘤病理检查

术后4周处死荷瘤鼠，收集肿瘤原发灶及发生侵袭、转移的脏器。观察大体标本，常规病理检查。

四、统计学处理

采用SPSS16.0统计软件包处理。肿瘤信号强度比较采用Dunnett-t检验，各时相强化率采用完全随机设计的单因素方差分析(ANOVA)，若有显著性差异，则进一步用SNK法进行各组间的两两比较。P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

一、原位移植瘤MRI表现

MRI扫描示接种成功率为100%，肿瘤平均体积为0.7 cm×0.7 cm×0.5 cm。肿瘤呈类圆形或不规则形，部分肿瘤沿周围组织间隙浸润生长。90%(27/30)肿瘤T1WI呈均匀稍低信号，10%(3/30)信号欠均匀；80%(24/30)肿瘤T2WI 呈不均匀高信号、内见斑片状更高信号或等信号区，20%(6/30)呈均匀等高信号。病灶强化不均匀，以周缘强化明显，中央片状无强化区或不均匀弱强化区，随时间延迟而逐渐缩小(图1)。

增强扫描各时相病灶的信号强度均明显高于平扫信号强度，以注入对比剂后9 min强化信号与平扫信号的差异最明显(表1)，各时相强化率两两之间差异也均具有统计学意义(P<0.01)。

二、移植瘤的病理改变

肿瘤呈类圆形、分叶状或结节状，质较硬，包膜不完整，向周围组织间隙浸润，分界不清，肿块中央出现点状坏死腔。部分移植瘤有腹膜转移。镜下见移植瘤细胞排列成实性巢片状瘤结节，无腺腔样结构，中央为大片结构模糊的坏死区，周缘肿瘤细胞生长旺盛，异型性明显，胞核大而圆，染色深，可见巨核、双核，甚至奇异形核及病理性核分裂像。癌细胞间可见小血管断面，瘤旁可见正常胰腺结构及大量血管(图2)。

图1移植瘤4周MRI平扫(a)及增强后1.5、3、6、9 min(b～e)的横断位图像图2裸鼠原位移植瘤的病理改变(HE ×200)

表1 肿瘤平扫和增强扫描各时相信号强度和强化率

三、MRI图像与肿瘤病理对照

MR强化明显区为供血丰富的肿瘤生长活跃区域，中央无强化区为坏死组织和(或)肿瘤细胞致密且毛细血管较少区域。

讨 论

随着MR软硬件技术的迅速发展和广泛应用，非侵袭性获得活体内解剖和生理学信息、高空间和时间分辨率下数据三维采集、高软组织分辨率及无电离辐射等优点，使其在胰腺癌诊断中的价值受到越来越多的关注，并显示出明显的优势，成为生物医学研究的常用手段之一[1]。为取得理想的图像质量，国外文献多采用高或超高场强实验型MRI扫描仪和内径较小的线圈进行荷瘤裸鼠成像研究[2-4]。高场强成像仪可更快速成像，获得更高的信噪比，增加水和脂肪频率的分离；而相控阵线圈可增加信噪比，便于进行更小FOV或更高分辨率的上腹部MR成像。本研究采用西门子3.0T超导磁共振成像仪及临床型乳腺线圈，对各项扫描参数优化组合后，行荷瘤鼠MRI检查，扫描序列同人类基本相同。荷瘤鼠胰腺组织菲薄，MRI信号对比不明显，且胰腺周围组织在T2WI多呈低信号，故成瘤后，高信号的瘤灶与低信号的胰周组织、肝脏对比明显，能清楚显示瘤灶。因此，平扫T2WI序列对于肿瘤的发现具有非常重要的意义。而MR动态增强扫描更是诊断少血供性胰腺癌的有效方法[5-6]，有助于发现<10 mm的小肿瘤。

鉴于小鼠的肠系膜、腹膜面积大，毛细血管丰富，腹腔注射药物后吸收较快，且入血后的代谢及药理作用与静脉途径一致，因此本实验采用腹腔注射途径，同样获得满意的原位胰腺癌的MR图像。

高质量MR图像与病理检查结果取得了很好的一致性。强化明显区为供血丰富的肿瘤生长活跃区，中央无强化区为坏死组织和(或)肿瘤细胞致密但毛细血管较少区。因为人胰腺癌细胞株PANC1形成的移植瘤属于相对乏血供低分化腺癌，生长较快，内部血供明显不均。肿瘤生长旺盛、血供丰富的周围区域先强化，中央区域血供较少，肿瘤细胞致密，组织间隙小，坏死多，对比剂渗透慢，故瘤灶中央早期强化并不明显，但随着时间延长对比剂可逐渐渗透入瘤灶中央的组织间隙，所以延迟扫描会显示弱强化区逐渐缩小。同样，上述病理改变导致肿瘤内部对比剂廓清慢，所以强化时间长，强化程度降低慢。另外，增强扫描中掌握瘤灶与周围组织信号差别的最佳时间窗是更好了解肿瘤生物学特性的关键。本结果表明，增强后各时相肿瘤的信号强度、强化率之间均有明显差异，增强扫描9 min后信号强度与平扫差别最大，从而为胰腺癌动物模型的MRI增强扫描研究提供了较长的时间窗。

[1] Tsurusaki M,Semelka RC,Zapparoli M,et al.Quantitative and qualitative comparison of 3.0 T and 1.5 T MR imaging of the liver in patients with diffuse parenchymal liver disease.Eur J Radiol,2009,72:314-320.

[2] Bouvet M,Spernyak J,Katz MH,et al.High correlation of whole-body red fluorescent protein imaging and magnetic resonance imaging on an orthotopic model of pancreatic cancer.Cancer Res,2005,65:9829-9833.

[3] Grimm J,Potthast A,Wunder A,et al.Magnetic Resonance imagine of the pancreas and pancreatic tumors in a mouse orthotopic model of human cancer.Int J Cancer,2003,106:806-811.

[4] Weissleder R,Moore A,Mahmood U,et al.In vivo magnetic resonance imaging of transgene expression.Nat Med,2000,6:351-355.

[5] 卢光明,王中秋,郑玲,等.动态增强磁共振成像对胰腺癌及胰腺内分泌肿瘤的诊断价值探讨.中华医学杂志,2006,86:951-954.

[6] Kumaga M,Kano MR,Morishita Y,et al.Enhanced magnetic resonance imaging of experimental pancreatic tumor in vivo by block copolymer-coated magnetite nanoparticles with TGF-β inhibitor.J Control Release,2009,140:306-311.

2010-06-29)

(本文编辑：屠振兴)

MRIenhancementscanningfeaturesandpathologyoftheorthotropictransplantationnudemousemodelwithhumanpancreaticcancer

WANGDong-qing,HEWei,LUOYi-feng,SUNWei-bin,XUYun-fei,YINRui-gen,WANGZheng-chao.

DepartmentofRadiology,AffiliatedHospital,JiangsuUniversity,Zhenjiang212001,China

Correspondingauthor:WANGDong-qing,Email：wangdongqing71@hotmail.com

ObjectiveTo investigate the MRI imaging features, and pathologic basis of the orthotropic transplantation nude mouse model with human pancreatic cancer.MethodsAdopting Siemens Magnetom Trio Tim 3.0 Tesla superconductive MRI and breast coil was used to examine 30 orthotropic transplantation nude mouse models of the human pancreatic cancer, these mouse were sampled to acquire TSE-T1-weighted and T2-weighted transverse axial images. Intraperitoneal injection of Gd DTPA was used to perform continuous dynamic enhancement scanning. Signal intensities of tumors were measured in plain scanning and each phase′s enhancement scanning images, respectively. Intensification rates of tumors were calculated. Pathologic examination of tumors was performed to be compared with the findings of MRI scanning.ResultsThe successful rate of inoculation of 30 nude mice was 100%. The histological findings were comparable with poorly differentiated adenocarcinoma. Compared with signal of adjacent tissues, the MRI findings of the tumors were uniformly slightly hypointensity (90%, 27/30), or unevenly (10%, 3/30) on TSE-T1WI; uniformly (20%, 6/30) or unevenly (80%, 24/30) hyperintensity with equal or more hyper signal spots on TSE-T2WI. Signal intensities on plain scanning was 228.35±11.71, and 1.5, 3, 6, 9, 12 min after enhancement scanning, the signal intensities were 258.20±11.17, 301.75±17.09, 358.65±25.13, 480.05±19.01, 558.35± 40.49, which were significantly higher than those in plain scanning (P<0.01). The intensification rate of every phase was 0.13±0.04, 0.35±0.11, 0.56±0.10, 1.10±0.10, 1.45±0.18, and the difference among these phases was statistically significant (P<0.01). The significantly intensified area was the area where the tumor cells grew actively with rich capillaries; the central area without intensification was the area of necrotic tissue and/or densely packed tumor cells and few capillaries.ConclusionsHigh resolution MRI imaging of implanted tumors can be obtained by intraperitoneal injection of contrast, and it is consistent with pathologic examinations.

Pancreatic neoplasm; Magnetic resonance imaging; Injections, intraperitoneal; Nude mouse;

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2011.03.010

江苏省自然科学基金资助项目(BK2006080)

212001 镇江，江苏大学附属医院影像科

王冬青，Email：wangdongqing71@hotmail.com