兔VX2移植瘤模型功能磁共振成像的参数选择

邵海波，徐克，倪以成，戴旭，张健，陈峰，孙自平

（1.中国医科大学附属第一医院放射科，沈阳 110001；2.鲁汶大学医学院放射科，比利时 鲁汶；3.江苏省中医药研究院中药资源与化学研究室，南京 210028；4.山东省医学科学院，济南 250062）

兔VX2移植瘤模型功能磁共振成像的参数选择

邵海波1，徐克1，倪以成2，戴旭1，张健3，陈峰2，孙自平4

（1.中国医科大学附属第一医院放射科，沈阳 110001；2.鲁汶大学医学院放射科，比利时 鲁汶；3.江苏省中医药研究院中药资源与化学研究室，南京 210028；4.山东省医学科学院，济南 250062）

目的对兔VX2移植瘤模型弥散加权成像（DWI）及LAVA动态增强扫描（DCE）的成像参数进行筛选和优化。方法新西兰大耳白兔20只，制成VX2移植瘤模型，应用3.0T MR对肿瘤进行DWI和DCE扫描，比较不同b值的对比噪声比（CNR）、信号强度比值（SIR）及表观扩散系数（ADC）比值的差异。比较LAVA成像中各后处理参数的图像质量，选择合适的参数。结果 b 值取 500、800、1000s·mm-2时，随着 b 值增加，肿瘤/瘤周 CNR 显著下降（F=45.97，P<0.01），肿瘤/瘤周（F=12.02，P<0.01）、肿瘤周边/中心（F=20.52，P<0.01）的SIR显著上升。尽管各部位的ADC值随b值的增加而下降，但肿瘤/瘤周（F=0.8456，P>0.05）、肿瘤周边/中心（F=2.744，P>0.05）的ADC比值随着b值而上升。DCE中MSI和PEI图像对比度较清晰，肿瘤各部位和瘤周组织的参数差异显著，MTE和TP图像对比度差，参数无显著差异。结论在进行兔VX2肿瘤的DWI成像时，选择b值为1000s·mm-2较为合适。在进行LAVA动态增强扫描时，宜选择MSI、PEI作为成像参数。

兔VX2肿瘤；磁共振成像；弥散加权；动态增强

目前，肿瘤治疗的无创性影像学评价仍然集中在形态学研究上。形态学评价的缺点在于无法准确反映药物抗肿瘤治疗后出现的组织微观结构和血流灌注变化等改变，在一定程度上制约了肿瘤规范化和个体化治疗的发展。随着成像技术的进步和功能软件的开发，磁共振成像技术现在已经发展到可反映病变的微观变化及其功能改变的功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI） 阶段。磁共振功能成像能够获得有关肿瘤组织的生理、生化及代谢过程的信息，同时对其变化可以进行动态的定量测量，因此，fMRI评价药物抗肿瘤治疗反应及预测其疗效已经成为影像学研究热点。本研究拟对兔VX2肿瘤进行弥散加权成像（diffusionweighted MR imaging，DWI）与动态增强扫描（dynamic contrast-enhanced MR imaging，DCE），以选择并优化成像参数。

1 材料与方法

1.1 兔VX2移植瘤模型的制作

新西兰大耳白兔20只，体质量2.5～3.5kg，雌雄不限。动物麻醉采用速眠新0.2ml/kg及3%戊巴比妥钠0.5ml/kg肌肉注射，如果实验时间超过1h，按0.5ml·kg-1·h-1追加戊巴比妥钠肌肉注射。将兔麻醉后仰卧位固定于扫描架上，进行肝脏CT扫描后，于工作站断层图像测量进针深度及角度，按测定的角度深度送入套管针，再行CT扫描确认进针部位满意后抽出针芯，将新鲜的VX2（鳞癌细胞株，由辽宁省介入治疗与器材开发重点实验室提供）瘤块用镊子送入套管针尾部，以推送杆将瘤株推入，再以相同方式推入直径约2mm明胶海绵条2条，拔针，穿刺点压迫1min。再于双测大腿内侧穿刺，以相同方式将肿瘤种植于肌肉中。

1.2 MR扫描

采用美国GE公司Signa 3.0T磁共振扫描仪，膝关节正交线圈，最大梯度场强50mT/m；最大切换率：150mT/m。麻醉方法同前，麻醉满意后将兔仰卧位固定于聚乙烯材料的扫描架上，将电解质垫放在前腹部以减少伪影。扫描计划：LOC（肝脏）→T2→T1→DWI→LAVA+C→T1+C→LOC （腿）→T1+C→T2→DWI，其中DWI和LAVA+C的扫描参数如下。

1.2.1 DWI：自旋回波序列：TR：4500ms；FOV：14mm；矩阵：128×128；层厚：3mm；间隔：1mm；扫描时间：41s；层数：16；b 值取 500、800、1000s·mm-2。

1.2.2 LAVA+C动态增强扫描：LAVA序列：TR：5ms；FOV：16mm；矩阵：272×160；扫描时间：1min 57s。造影剂使用钆双胺（287mg·ml-1）0.2ml经耳缘静脉团注，注射时点：35s。

1.3 图像后处理

将扫描图像传入GE ADW4.4图像后处理工作站，采用FUNCTION TOOL 4.5.5后处理软件进行图像后处理。

1.3.1 DWI图像处理及表观扩散系数（ADC）的测量：将ROI置于DWI图像上的感兴趣部位，软件自动测量该部位的信号强度，并将该ROI自动复制到ADC图的相应位置，计算ADC值。选择包涵肿瘤的全部层面，在每一层面勾画出肿瘤轮廓，得到该层面肿瘤ADC值，将全部层面获得的ADC值相加取平均值作为整个肿瘤的ADC值。选择肿瘤中心层面，取圆形ROI（不少于40个像素），分别置于肿瘤外周区域、中心区域及瘤周正常组织区域，各测量3次，取平均值分别作为肿瘤周边、中心及瘤周的ADC值。

1.3.2 DWI图像的对比噪声比（CNR）：

CNRT-PT=|SIT-SIPT|/SDN

CNRT-PT：肿瘤-瘤周对比噪声比；SIPT瘤周组织信号强度；SIT肿瘤信号强度；SDN：相位编码方向上噪声信号强度的标准差。

1.3.3 DWI图像的信号强度比值（SIR）：SIRT/PT=SIT/SIPT；SIRP/C=SIP/SIC，SIRT/PT：肿瘤/瘤周信号强度比值；SIPT：瘤周组织信号强度；SIRP/C肿瘤周边/中心信号强度比值；SIP：肿瘤周边信号强度；SIC：肿瘤中心信号强度。

1.3.4 ADC比值的计算：肿瘤/瘤周的ADC比值为肿瘤组织与瘤周组织的ADC值之比，同理，肿瘤边缘/中心的ADC比值为肿瘤边缘与肿瘤中心的ADC值之比。

1.3.5 LAVA动态增强扫描的图像后处理：将信号范围调整至可清楚显示肝脏和肿瘤为宜，系统自动计算出平均增强时间（MTE）、最大上升斜率（MSI）、达峰时间（TP）、正向增强积分（PEI）并给出伪彩图。在原始图像上选取肿瘤中心层面选择相应的ROI，系统自动将其复制到各参数伪彩图上并给出相应参数数值作为该部位的参数值，反复测量3次取平均值为最终的参数值。

1.4 观察指标

观察兔肝及肌肉VX2移植瘤模型MRI成像各参数图像的信号特点；比较不同b值的DWI图像的SIR、CNR及ADC比值，选择合适的b值；比较LAVA成像不同参数在肿瘤/肝脏，肿瘤中心/周边的差异，选择合适的成像参数。

1.5 统计学分析

统计学分析采用Graphpad Prism 5.0软件。数据中计量资料均以±s表示，不同b值SIR、CNR及ADC值比较采用单因素方差分析法。不同位置MTE、MSI、TP、PEI的比较采用配对 t检验。检验水准取α=0.05，P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 常规MR扫描

T2WI图像上VX2肿瘤呈边缘清楚的圆形或椭圆形高信号（高于周围肝脏或肌肉），其中心信号不均匀，有不规则的更高信号区。T1WI图像上VX2肿瘤呈较均匀的低信号，中心信号略不规则。增强后边缘明显强化，中心出现清楚的非强化区。

2.2 DWI图像特点及不同 b值的 CNR、SIR及ADC比值

在DWI图像上，肿瘤呈明显的高信号，呈现“灯泡征”，随b值增加，图像颗粒增粗，肝脏及肌肉信号下降，噪声增加，图像质量下降。在ADC图上，病灶信号低于周围肝脏或肌肉，随b值增加，图像无明显变化。

2.2.1 不同b值的CNR：CNRT-PT随b值的增加而下降，b 值取 500、800、1000s·mm-2时的 CNRT-PT分别为 31.95±18.32、23.07±13.61、18.25±10.44，经方差分析，F=45.97，P<0.01，见图 1。

2.2.2 不同b值的SIR：SIRT/PT、SIRP/C随b值的变化规律相似，随着b值的增加，各SIR均呈不同程度的逐渐上升趋势，即随着b值的增加肿瘤与瘤周、肿瘤边缘与中心信号对比度增加。b值取500、800、1000s·mm-2时 SIRT/PT分别为 4.82±1.90、4.83±2.08、4.84±2.13（F=12.02，P<0.01），SIRP/C分别为 1.433±0.33、1.434±0.46、1.435±0.71（F=20.52，P<0.01）。

2.2.3 不同b值的ADC比值变化：随着b值增加，肿瘤与瘤周的信号强度也随之增加，而相应的ADC值逐渐下降，当 b 值为 500、800、1000s·mm-2时，瘤周/肿瘤的ADC比值呈逐渐上升趋势，当b值为500、800、1000s·mm-2时，瘤周/肿瘤的 ADC 比值分别为 1.403±0.2339、1.524±0.2538、1.534±0.1771（F=0.8456，P>0.05），肿瘤边缘/肿瘤的 ADC 比值分别为 1.255±0.224、1.379±0.2413、1.408±0.2213（F=2.744，P>0.05）。这说明随着b值的增加，各组织的ADC值均有所下降，但是瘤周/肿瘤和边缘/中心的ADC值对比有所增加，如图1，2。

2.3 LAVA动态增强扫描各参数图像特点

LAVA增强分为10个期相，每个期相12s，图3A显示主动脉在第3～4期相升至峰值，门静脉在第4～5期相升至峰值，然后迅速下降。肿瘤的增强期相在第4～5期，与门静脉同步，达峰值后无明显下降。图3B显示中心层面肿瘤、中心及周边在增强后强化幅度不同，肿瘤周边强化明显强于中心。瘤周与肿瘤 MTE（981±147vs 933±250，P>0.05）、TP（5.9±7.3vs 7.1±7.8，P>0.05）差异无统计学意义，伪彩图中肿瘤-肝实质、肿瘤中心与周边分界不清。瘤周与肿瘤的 MSI（68±17vs 83±19，P<0.05）、PEI（226±49vs 197±51，P<0.05）差异有统计学意义，伪彩图中肿瘤、肝实质，中心坏死、周边活瘤及血管均显示清晰，对比度良好（图4）。

3 讨论

磁共振成像是对肿瘤进行无创性检查最常用的方法之一。目前常用的功能磁共振成像方法包括DWI和DCE。DWI是目前唯一用来测定体内水分子弥散的方法。通过测量MRI信号改变就可定量研究水分子扩散速度，从而推测影响水分子扩散运动的周围微观结构的情况。

活体中的水分子存在细胞内、细胞外和组织间隙而细胞外的水分子运动对DWI信号影响最大［1］。因此细胞外水分子运动易受到各种生物膜的影响，造成扩散运动受限。研究表明坏死早期由于细胞肿胀导致细胞外间隙缩小，由此水分子扩散运动受限，像素内质子的横向磁化相位离散程度减小，因此像素的信号强度衰减不明显，致使DWI图像上呈现高信号改变；当细胞坏死破裂时，细胞外间隙增大，水分子扩散运动受限减弱，像素内水分子间氢质子的相位离散程度增大，因此像素的信号强度衰减明显［2］，致使DWI图像呈现低信号。水分子扩散运动快慢的定量是通过测量ADC值获得的。体部DWI成像质量受DWI敏感度即b值的影响［3］，b值高时组织重T2*效应易产生较明显磁敏感伪影和涡流伪影，能使图像发生扭曲。随着b值降低，尽管DWI重T2*效应减轻，但图像中T2成分和微血管灌注对图像信号的影响变得明显，从而导致病变内水分子扩散的差异减小。所以b值选择过小时，判断病变内水分子扩散的差异是有困难的。DWI在体部应用时应根据具体情况选择最佳b值，在兼顾图像的质量和水分子扩散加权的同时，使它能客观反映病变组织中水分子扩散的差异。目前软组织肿瘤的研究中以b值大于 500s·mm-2较常见［4］。我们在研究中采用b 值选择 500、800、1000s·mm-2进行 DWI成像，我们对图像进行比较，发现随着b值升高，图像信号下降，噪声增加，但图像并未出现明显变形。对图像的CNR、SNR及ADC比值进行比较，发现尽管随着b值的升高，图像的CNR有所下降，但SNR和ADC比值却逐渐上升，说明虽然图像质量有所下降，但是肿瘤与肝实质、肿瘤中心与周边的对比更加突出，这对于研究抗肿瘤药物的作用是最为合适的。因此在随后的实验中我们在进行DWI扫描时，b值选择1000s·mm-2。

MR动态增强（DCE-MRI）技术可以动态评价肿瘤局部微循环的特征，反映微循环改变的病理生理过程。动态增强MRI是通过团注静脉造影剂前、中、后进行连续扫描、跟踪通过组织的造影剂强化程度或浓度变化无创性定量评价微血管结构和功能的方法。这一方法对血管通透性、细胞外血管外间隙和血管容量及血流量比较敏感。造影剂首次通过毛细血管时，由于血管和细胞间隙之间存在较高的浓度差别，使造影剂在组织内发生单向快速弥散。进入组织内的造影剂为顺磁性物质，能够引起局部组织信号增高，组织信号增高程度取决于生理性和物理性因素，包括肿瘤的灌注、毛细血管通透性、血管外漏出间隙等。通过DCE-MRI分析得到的参数能够用于评价组织血供、灌注、毛细血管通透性和细胞间质构成等重要生理和病理信息［5］。DCE-MRI被认为是抗肿瘤血管药物有效性评价的非常有前景的生物指标。

DCE-MRI广泛采用梯度回波快速MRI序列，该序列具有较高的时间分辨率的同时又具有较高的空间分辨率，可以在1～3s内完成一幅图像的快速扫描，可以用于早期动态对比增强研究［6］。一般认为，DCE-MRI时要获得3种类型图像资料，包括初始扫描以确定肿瘤部位，确定造影剂注射前的组织基础信号强度，连续动态扫描3～5min获得每秒钟的动态强化值。利用MRI后处理软件，以病灶明显强化的部分作为感兴趣区，即可获得时间-信号强度曲线（T-SIC）。T-SIC可提供一些定量信息，包括强化开始时间、斜率（即首次通过时的最大强化速度，主要由组织血供即血管数目、灌注和毛细血管通透性决定）、最大强化（Emax）等。以往的研究表明首次通过时的最大强化斜率与肿瘤微血管密度相关性最好［7］，因此可以用于评价抗肿瘤药物对肿瘤微血管的作用。目前，除了采用T-SIC定量和半定量评价病变组织血管结构和功能改变外，国外也广泛采用造影剂浓度时间曲线研究血流量、血管渗透性及细胞外漏出间隙变化［8］。由于条件限制，目前国内文献中采用该方法的研究报道少见。我们对GE ADW工作站给出的4个正向增强扫描的参数，即最大上升斜率（MSI）、正向增强积分（PEI）、平均增强时间（MTE）和达峰时间（TP）进行了比较，发现 MSI、PEI图像对比度好，肿瘤轮廓清晰，肿瘤中心坏死及周边活瘤区对比鲜明，肝脏内血管结构显示良好，各部位参数差异显著。而MTE、TP图像对比度差，各组织分界不清。因此在以下的实验中，选择MSI、PEI作为DCE成像参数。

总之，功能磁共振成像为肿瘤实验研究提供了丰富的影像学信息，其参数的优化有利于提高定量评价的准确性，为监测药物治疗后肿瘤的动态变化奠定基础。

［1］Naggara D，Letoruneau-Guillon L，Mellerio C.Diffusion-weighted MR imaging of the brain［J］.J Radio，2010，93（9Pt2）：329-349.

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（编辑裘孝琦，英文编辑王又冬）

Parameter Selection in Functional MRI of Rabbit VX2Tumor Model

SHAO Hai-bo1，XU Ke1，NI Yi-cheng2，DAI Xu1，ZHANG Jian3，CHEN Feng2，SUN Zi-ping4
（1.Department of Radiology，The First Hospital，China Medical University，Shenyang 110001，China；2.Section of Radiology，Department of Medical Diagnostic Science，University of Leuven，Leuven，Belgium；3.Plant Resources and Chemistry of Traditional Chinese Medicine，Jiangsu Provincial Academy of Traditional Chinese Medicine，Nanjing 210028，China；4.Radiation Medical Institute，Shandong Academy of Medical Sciences，Jinan 250062，China）

ObjectiveTo optimize imaging parameters of diffusion-weighted MR imaging （DWI）and dynamic contrast-enhanced MR imaging（DCE）（LAVA）for rabbit VX2tumor models.MethodsTwenty rabbit VX2tumor models were enrolled in the study.DWI and DCE scan were performed with a 3.0T MR scanner.CNR，SIR and ADC ratio with different b value were compared.Also，some parameters of LAVA enhanced images were compared and selected.ResultsWhen b values were 500，800，1000s·mm-2in DWI，there was an obvious decrease of CNR T-PT（F=45.97，P<0.01）and an increase of SIRT-PT（F=12.02，P<0.01）and SIRP/C（F=20.52，P<0.01）.The ADC ratio of tumor-peritumor（F=0.8456，P>0.05）and periphery-center（F=2.744，P>0.05）increased.In DCE，the difference of MSI and PEI were significant，and the image contrast was well.On the contrary，no significance was seen in MTE and PEI，and the derived images were undistinguishable.ConclusionFor fMRI of rabbit VX2tumor，b value of 1000s·mm-2is suitable in DWI.MSI and PEI should be selected in LAVA enhanced images.

rabbit VX2tumor；magnetic resonance imaging；diffusion-weighted MR imaging；dynamic contrast-enhanced MR imaging

R445.2

A

0258-4646（2011）02-0122-04

doiCNKI：21-1227/R.20110214.1618.000

辽宁省教育厅重点实验室项目（2009S110）；沈阳市科学技术项目（F10-205-1-19）

邵海波（1977-），男，讲师，博士.

徐克，E-mail：kexu@vip.sina.com

2010-09-19