肺癌DCE-CT技术与肿瘤血管生成的相关研究

董进，马志娟，彭红芬，宋少辉，阳义

武汉市第一医院 放射科，湖北武汉 430022

肺癌DCE-CT技术与肿瘤血管生成的相关研究

董进，马志娟，彭红芬，宋少辉，阳义

武汉市第一医院 放射科，湖北武汉 430022

目的用动态增强CT功能成像（DCE-CT）的方法观察肺癌肿瘤血管生成。方法对28例肺癌进行DCE-CT扫描，记录强化峰值（PH）、肿块强化达到峰值时间（Tp），计算肿块与主动脉强化峰值之比（M/A）、灌注值、相对血管容积（rBV）和毛细血管通透值（Pm），将各值分别与肺癌微血管密度（MVD）做相关性分析。将28例肺癌分为血管内皮生长因子（VEGF）表达阳性组和VEGF表达阴性组，分析2组MVD、各成像参数以及淋巴结转移情况的差异。结果PH、M/A、灌注值、rBV、Pm分别为(27.03±8.89)HU、0.13±0.07、(0.33±0.06) μL·min-1·ml-1、(27.00±10.95)% 、(188.90±133.10) μL·min-1·ml-1。PH、M/A、灌注值、rBV与MVD呈正相关，其中，灌注值与MVD相关性最高（r=0.78，P＜0.0001），Pm值与MVD无相关性（r=0.29，P＞0.05）；VEGF阳性组MVD和CT功能成像参数高于VEGF阴性组，两组淋巴结转移情况差异有统计学意义（χ2=9.389，P＜0.05）。结论 DCE—CT可得到比较全面的肺癌血供情况，能为肺癌肿瘤血管生成的评估提供新方法。

动态增强CT；肺癌；肿瘤血管生成

动态增强 CT 功能成像（DCE-CT）技术，是指静脉注 射对比剂后对兴趣区进行快速连续扫描，通过测量局部组织血流灌注可以了解血流动力学及功能变化，对提高临床诊断水平和治疗效果判定均有重要意义。DCE-CT 技术近年来发展迅速，特别是多层螺旋 CT（MSCT）的出现，使这一技术成像的研究有了长足进步，显示出其操作简单，时间及空间分辨率高的优点。

肺癌是一种血管生成依赖性疾病，血管生成在肺癌的生长与转移过程中起着重要作用，直接针对血管内皮或阻遏血管生成过程的治疗已成为新的肿瘤治疗方法[1]。本研究通过对 28 例肺癌患者行 DCE-CT 扫描，观察肺癌血供状况，研究对肺癌患者抗血管生成治疗的监测、预后的临床意义。

1 材料与方法

1.1 病例选择

选择 2009 年 2 月 ～2011 年 10 月，因胸片或常规 CT检查发现胸部占位性病灶而到我院放射科检查的 47例病例。病例选择标准 ：① 临床怀疑肺癌 ；② 无对比剂使用禁忌证 ；③ 患者同意并能配合检查。其中在检查后 4 周内经手术证实为肺癌，且获取了肿瘤大体标本及完整病理报告的28 例纳入本研究对象。28 例病灶的直径均在 1.6～5.9 cm，平均 3.47 cm，其中，鳞癌 9 例，腺癌 (包括细支气管肺泡癌 )16例，转移性肺癌3例。病理分级为：高分化肺癌2例，中分化肺癌 17 例，低分化肺癌 9 例 ；原发性肺癌中，11 例有淋巴结转移。所有患者CT扫描前及手术前均未行任何抗肿瘤治疗。

1.2 CT检查

检查之前，向患者详细解释检查程序，并指导患者练习呼吸，要求在扫描序列中，重复屏气的呼吸深度尽量相同。先行常规全肺横断面扫描，确定肿块部位，然后以肿块最大层面为中心行平扫1次。然后使用高压注射器自前臂静脉以 6～8 mL/s 的流率[2]注射对比剂碘海醇（300 mgI/mL）40 mL，注射后 10 s，嘱患者屏气，行第 1 期 DCE-CT 扫描 ：扫描 21 次，扫描时间 0.75 s，间隔 1.5 s，共 30 s。第1 期扫描结束后，嘱患者平静呼吸 20 s，然后行第 2 期动态DCE-CT 扫描 ：扫描 7 次，扫描时间 0.75 s，间隔 10 s，共60 s。平扫及两期动态扫描均采用轴面扫描，扫描层面相同，扫描参数相同。

1.3 图像处理及数据分析

将每例病例扫描 116 幅图像传送至工作站，利用随机软件 Functional CT 制作彩色编码的肿块血流灌注图，分析肿块血流灌注的特点[3]。在每次扫描所得 4 幅图像上分别在肿块和主动脉或颈总动脉上划定感兴趣区，记录CT值并绘制肿块的时间 - 密度曲线（TDC）[4]。将所得数据输入Excel软件，分别计算以下参数 ：

（1） 强化峰值（PH）。肿块增强最大值，由肿块最大增强 CT 值减去肿块平扫 CT 值。

（2）肿块强化达到峰值时间 (Tp)。

（3）肿块与主动脉强化峰值之比 (M/A)。由 PH 值除以主动脉增强峰值得到。

(2)根据煤炭行业清洁生产指标、产业政策等确定的指标为评价标准，逐一比较各项指标，根据完成情况确定分值，做出评价。这种方法有助于客观地认识和掌握本矿区在整个行业中的总体位置，发现自身的优势，寻找不足之处。

（4）灌注值。即肿块组织单位体积的血流，由肿块TDC 的最大斜率值除以主动脉增强峰值，计算公式：

其中，MG 是肺癌 TDC 的最大斜率值，为肿块增强值除以对应时间所得的最大值。

（5）相对血管容积（rBV）和毛细血管通透值 (Pm)：以时间t为横坐标，该时间的肿块增强值除以主动脉增强值所得结果为纵坐标制图，所得直线回归曲线的截距为 rBV，斜率为 Pm。

1.4 病理标本处理、观察

将手术切除的病理标本以 10%中性甲醛固定，常规石蜡包埋备用。肿块取材部位尽可能与CT扫描层面一致。使用“两步法”分别进行 CD31 和血管内皮生长因子（VEGF）免疫组织化学染色[5]。微血管密度（MVD）计数方法，先在低倍镜 (×100)下扫视整个玻片，找出微血管密度最大的“热点”后，变换高倍镜 (×200)观察并计数。任何被抗体染成棕色的单个细胞或细胞团，无论有无管腔形成，只要与周围的微血管、肿瘤组织及其他结缔组织成分有清楚的分离，都作为1条可计数的血管。肿瘤内硬化区以及与肿瘤交界处软组织内的微血管不作计数；具有厚的平滑肌或管腔直径＞8个红细胞直径的血管也不予计数。以此标准记录5个视野内的微血管数，取其平均数作为该病例的 MVD。肿瘤组织VEGF的表达采用将肿瘤细胞染色程度分为 4 级 ：未染色为 0，弱染色为 1，中等染色为 2，强染色为 3 ；将染色阳性细胞的百分比分为 4 级 ：O% 为 0，≤ 25% 为 1，26% ～50% 为 2，≥ 50%为 3。将两次评分值相加，将结果 ＞3 者纳入 VEGF 染色阳性组，≤ 3 者纳入VEGF染色阴性组。

1.5 统计学分析

对 DCE-CT 各参数值分别与肺癌 MVD 做相关性分析。将 28 例病例分为 VEGF 表达阳性和 VEGF 表达阴性组，采用t检验，比较两组病例 MVD、DCE-CT 各参数的均数间的差别，采用卡方检验分析肺癌淋巴结转移与 VEGF 表达的关系[6]。统计学意义水平设为P＜0.05。

2 结果

彩色灌注图直观地显示了肿块不同部位血流灌注的差异（图 1～4）。在部分肺癌病灶中可以发现，在肿块边缘部位以及中央坏死区周围的血流灌注明显增高。相应地，在免疫组化病理分析中发现，肿瘤组织边缘部位和坏死区域周围的 MVD 高于中央部位的 MVD，VEGF 表达阳性细胞亦多于中央部位。

图1 CT动态增强扫描图

图2 CT动态增强扫描TDC图

图3 肿块中间部位染色免疫组化病理图

图4 肿块边缘部位染色免疫组化病理图

3 讨论

3.1 肺癌DCE-CT的理论基础、模型分析及参数的计算

随着现代医学影像技术的快速发展和人们对肿瘤生物学特性认识的逐渐深入，形态与功能相结合的影像学技术为肺癌的研究提供了新的方法。大量的研究发现[7]，血管生成在肺癌的生长与转移过程中起着重要的作用，MVD与肺癌患者的生存率有着非常密切的关系 。因此，准确地评估肺癌的血管生成状况对肺癌患者治疗手段的选择和预后均有重要意义。肿瘤的 CT 功能成像参数除了 PH 和 M/A 外，主要还有血流灌注值、rBV 和 Pm 等。目前，计算灌注值的数学模型主要有去卷积模型和分隔模型。去卷积模型的主要优点在于其不受组织器官血流动力学假设的局限，因而,可允许使用较低的对比剂注射流率。分隔模型理论认为，在静脉注射对比剂后,早期的首次通过时间内，对比剂主要集聚在血管内而没有渗入到组织间隙，由此可根据 Fick原理推导出组织的灌注值。由于该模型忽略了组织内对比剂的静脉流出，因此，需要强调使用较高的对比剂注射流率以减少误差 。rBV 与 Pm 值的计算公式也可以由分隔模型的二室理论导出。以时间为横坐标，该时间肿块的增强CT值与血管的增强CT 值的比值为纵坐标制图，可以得到直线回归曲线。该曲线的截距即为 rBV，斜率为 Pm，Miles等人曾用该方法获取了淋巴瘤的毛细血管通透值。

3.2 DCE-CT参数与肺癌MVD的相关性分析

研究表明[8]，动态增强 CT 可为肺部孤立性结节病变提供更多的血流动力学信息而有助于肺癌的诊断。为了更好地观察肺癌的肿瘤血管生成，本研究将CT功能成像参数分别与 MVD作了相关性分析。结果除 Pm外，各参数均与MVD 有良好的相关性。其中，以灌注值相关性最高（r=0.78，P＜0.001）。根据肿瘤强化的二室模型理论，注射对比剂后早期肿块的强化主要由血管内的对比剂决定，在达到峰值时，肿块的强化则由血管内和血管外两处的对比剂共同决定，因此，M/S 和 PH 不仅与肿瘤组织的血管密度相关，还与肿瘤间质对对比剂的聚集和滞留程度相关。而反映单位组织内血流的灌注值则仅仅由早期首次通过时间内对比剂在肿瘤血管内的聚集速率决定，因此，灌注值与MVD相关性比 PH 或 M/S 更高。rBV 反映了肿瘤组织中所有血管的相对容积，即除了纳入MVD计数范围的微血管外还包括了一些管腔较大的肿瘤血管，这可能是 rBV 和 MVD 相关性相对较小的解释。肿瘤新生血管的血管壁缺少平滑肌层和神经末梢，基底膜也不完整，这是肿瘤细胞容易进入血管系统发生远处转移的病理学基础之一。因此，观察肺癌血管的通透性有助于更完整地了解肺癌肿瘤血管的生成。本研究通过 DCE-CT 首次获取肺癌的毛细血管通透值 Pm。研究结果提示，肺癌毛细血管的通透性与其微血管密度MVD不一定具有相关性。

3.3 肺癌VEGF表达与DCE-CT参数、MVD及淋巴结转移的关系

VEGF的主要生理功能是促进血管内皮细胞增殖及提高血管通透性。本研究中 28 例肺癌 VEGF 表达阳性 19 例，阳性率 67.9%，与以往的研究结果类似。肺癌 VEGF 表达阳性组 MVD 及动态 CT 各功能参数指标均显著高于 VEGF阴性组（P＜0.05），进一步证实了 VEGF 在肺癌血管生成中的重要作用。以往的研究还发现，VEGF表达与肺癌患者的预后密切相关。

本研究中，VEGF 表达阳性组淋巴结转移 10 例，而VEGF表达阴性组淋巴结转移 1例，2组淋巴结转移情况具有统计学意义（χ2=9.389，P＜0.05），表明肺癌 VEGF 的表达与淋巴结转移有密切关系。VEGF促进肺癌肿瘤血管生成的作用机制还不完全清楚，有人认为局部缺氧是诱导肿瘤细胞产生 VEGF，并由此促进肿瘤血管生成的主要原因。

本研究中，在部分肺癌的灌注彩色编码图上可以看到病灶边缘及坏死区域周围的强化及血流灌注明显增高。相应的病灶中，可以发现肿瘤微血管和VEGF表达阳性细胞在肿块边缘部位及中央坏死区的周围多见。该结果提示了肿瘤组织缺氧坏死与 VEGF表达及新生血管形成可能存在着重要关系。

本研究利用 DCE-CT 扫描观察了肺癌血流模式的多个功能参数，并将其与肺癌MVD、VEGF 的表达以及淋巴结转移情况作了相关的分析，以此获得了较为完善的肺癌血供情况。随着检查设备的不断更新和各种相关计算软件的出现，CT功能成像参数的获取将更为方便准确。

因此，笔者认为 DCE-CT功能成像技术是更好的比较准确地观察肺癌血管生成的新方法，有重要的临床应用价值。

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Correlation Studies of Dynamic Contrast-Enhanced Computed Tomography Functional Imaging for the Observation of Tumor Angiogenesis in Patients with Lung Carcinoma

DONG Jin, MA Zhi-juan, PENG Hong-fen,
SONG Shao-hui, YANG Yi
Department of Radiology, The First Hospital of Wuhan , Wuhan Hubei 430022, China

ObjectiveTo investigate the role of dynamic contrast-enhanced computed tomography (DCE-CT) in the observation of tumor angiogenesis in patients with lung carcinoma.Methods28 patients with pathology-proved pulmonary carcinoma underwent DCE-CT scan before operation. The functional imaging parameters: peak height(PH), the time of peak height(Tp), the ratio of PH of the mass to aorta(M/A), perfusion, the relative blood volume (rBV) and permeability (Pm) were calculated and correlated with the microvessel density (MVD) of the carcinoma. The functional imaging parameters MVD and the lymph node involvement between VEGF positive group and VEGF negative group were analyzed.ResultsThe Perfusion, PH, M/A and rBV correlated positively with MVD (r=0.78, 0.66, 0.69, 0.70 respectively; P＜0.0001), and no significant correlation was found between Pm and MVD (r=0.29, P＞0.05). The functional imaging parameters and MVD of VEGF positive group were higher than those of VEGF negative group (P＜0.05) and the difference of lymph node involvement between two groups was significant (χ2=9.389, P＜0.05).ConclusionDCE-CT functional imaging technique provides general information of lung carcinoma angiogenesis and alternates non-invasive option for observation of tumor angiogenesis in patients with lung carcinoma.

dynamic enhanced CT; lung carcinoma; tumor angiogenesis

R445.3

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.07.010

1674-1633(2012)07-0040-03

2012-01-08

2012-04-09

本文作者：董进，副主任医师。

作者邮箱：djyl516@126.com