功能磁共振成像技術(shù)結(jié)合紋理分析早期監(jiān)測乳腺癌荷瘤裸鼠新輔助化療療效的研究.pdf

1、目的:
　　制定4T1裸鼠乳腺癌模型功能磁共振成像技術(shù)掃描方案;利用不同的磁共振成像技術(shù)—多b值彌散加權(quán)成像(DWI)和動態(tài)對比增強磁共振成像(DCE-MRI)監(jiān)測和評估新輔助化療藥物紫杉醇聯(lián)合貝伐單抗抗腫瘤治療的療效;對荷瘤裸鼠模型的磁共振圖像進行紋理分析，探索不同處理方案下紋理參數(shù)的變化特點，并與影像學(xué)和組織病理學(xué)結(jié)果進行相關(guān)性分析。
　　方法:
　　培養(yǎng)4T1小鼠乳腺癌細胞，并種植于Balb/c nu裸鼠右側(cè)下腹

2、部乳腺脂肪墊周圍，構(gòu)建裸鼠乳腺癌皮下瘤模型。將18只荷瘤裸鼠隨機分為3組:對照組(n=6)，紫杉醇組(n=6)以及紫杉醇聯(lián)合貝伐單抗組(n=6)，給藥方式為每3天1次，持續(xù)15天。用游標(biāo)卡尺測量并計算3組荷瘤裸鼠腫瘤體積。采用GEDiscovery7503.0T磁共振掃描儀和小動物線圈(直徑35mm)在治療前，治療后第7天、第15天分別對3組荷瘤裸鼠進行多b值DWI掃描，選取11個b值--0，20，50，100，200，400，600，

3、800，1000，1200，1500 s/mm2，采用軸位自旋回波序列進行掃描;在治療前和治療后第15天對3組荷瘤裸鼠進行DCE-MRI掃描，以釓噴酸葡胺(Gd-DTPA)為對比劑，采用冠狀位2D FSPGR序列，進行200期掃描，時間分辨率為3s。采用GE Functool ADW4.5軟件系統(tǒng)對多b值DWI和DCE-MRI磁共振圖像進行分析，根據(jù)雙指數(shù)模型計算腫瘤區(qū)域的純分子彌散系數(shù)ADCslow(b＞200 mm2/s)和假彌散系

4、數(shù)ADCfast、灌注比例f(perfusion fraction)(b＜200 mm2/s);根據(jù)Toft兩室模型，計算轉(zhuǎn)運常數(shù)Ktans、反向轉(zhuǎn)移常數(shù)Kep，細胞外血管外組織間隙容積Ve，血漿容積比例fPV，曲線下面積AUC90以及AUC180等定量及半定量參數(shù)。所有磁共振掃描結(jié)束后，處死荷瘤裸鼠，取出腫瘤組織，進行HE和免疫組織化學(xué)病理檢查，計算微血管密度(MVD)和VEGF光密度。
　　采用TexRAD軟件對全部荷瘤裸鼠的

5、軸位T2WI圖像進行紋理分析，以腫瘤輪廓的最大橫截面作為ROI，提取在不同空間過濾標(biāo)準(zhǔn)(SSF)（精細紋理SSF=0，2 mm，中等紋理SSF=3，4，5mm和粗糙紋理SSF=6mm）下腫瘤區(qū)域的紋理參數(shù)，計算治療前、治療后第7天、第15天以及3組不同治療方法的均值(mean)、標(biāo)準(zhǔn)差(SD)、熵(entropy)、MPP、偏態(tài)(skewness)、峰態(tài)(kurtosis)值，并與多b值DWI和DCE-MRI參數(shù)、組織病理學(xué)定量參數(shù)進行

6、相關(guān)性分析。
　　采用SPSS20.0軟件對各組治療前、中、后的多b值DWI成像參數(shù)進行單因素方差分析(ANOVA);對各組治療前和治療后的DCE-MRI成像參數(shù)進行獨立樣本t檢驗;對三組之間治療后的多b值DWI和DCE-MRI成像參數(shù)進行單因素方差分析;對紋理參數(shù)進行曼-惠特尼U檢驗;對多b值DWI參數(shù)、DCE-MRI參數(shù)、紋理參數(shù)以及MVD、VEGF光密度進行雙變量相關(guān)性分析。
　　結(jié)果:
　　治療前，對照組、紫杉

7、醇組以及紫杉醇聯(lián)合貝伐單抗組荷瘤裸鼠的腫瘤體積分別為192.4±47.7 mm3，263.7±82.8 mm3和195.3±85.2 mm3，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.26)。治療后第7天，對照組、紫杉醇組以及紫杉醇聯(lián)合貝伐單抗組的增長比例分別為156.5％±48.7％，119.3％±42.0％和118.7％±48.0％，3組間腫瘤增長趨勢無明顯差異(P=0.60)，治療后第15天，對照組腫瘤體積達到652.5±142.8 mm3，大于

8、紫杉醇組(521.2±129.0 mm3)(P=0.177);顯著大于紫杉醇聯(lián)合貝伐單抗組(416.2±157.5 mm3)(P=0.018)。.
　　治療前，對照組、紫杉醇組以及紫杉醇聯(lián)合貝伐單抗組荷瘤裸鼠的多b值DWI成像參數(shù)ADCslow分別為0.221±0.035、0.218±0.033、0.163±0.036×10-3 mm2/s。治療后第15天，對照組荷瘤裸鼠的ADCslow升高了42.17±19.0％，紫杉醇組升高了

9、53.74±24.16％，紫杉醇聯(lián)合貝伐單抗組則顯著升高了118.84±47.59％(P=0.007)。三組間ADCslow的增長趨勢有顯著差異(P=0.002)。然而，灌注比例f卻呈現(xiàn)出相反的變化趨勢:治療前，對照組、紫杉醇組以及紫杉醇聯(lián)合貝伐單抗組的f分別為0.220±0.029、0.214±0.035和0.283±0.030;治療15天后，對照組和紫杉醇組荷瘤裸鼠的f值分別增加了36.72±17.47％和52.24±36.35％，

10、而紫杉醇聯(lián)合貝伐單抗組的f值卻呈下降趨勢(-25.12±47.39％)，因此，三組間f的變化趨勢有明顯的差異(P=0.010)。
　　同時，DCE-MRI的結(jié)果顯示，在不同治療方法的作用下，15天之后三組之間的相關(guān)影像學(xué)參數(shù)產(chǎn)生了明顯的變化。治療前，三組荷瘤裸鼠的轉(zhuǎn)運常數(shù)Ktans分別為對照組0.046±0.009 min-1，紫杉醇組0.052±0.018 min-1，紫杉醇聯(lián)合貝伐單抗組0.058±0.021 min-1。治療

11、15天后，紫杉醇組的K仃ans下降了-28.8±20.3％，紫杉醇聯(lián)合貝伐單抗組顯著下降了-55.42±30.43％(P=0.010);而對照組卻升高了127.37±76.7％。因此，三組間Krans的變化趨勢有明顯的差異(P=0.016)，且這種差異只體現(xiàn)在對照組和聯(lián)合治療組之間(P=0.003)，以及紫杉醇組和紫杉醇聯(lián)合貝伐單抗組之間(P=0.040)，在對照組和紫杉醇組之間的卻沒有明顯的差異(P=0.219)。Kep、Ve、fPV

12、等其他參數(shù)3組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05）。
　　T2WI MR紋理分析結(jié)果顯示，在每個過濾值下(SSF=0～6 mm)，3組熵值均隨著治療時間延長而顯著升高（均P＜0.01）。同時，在中等和粗糙紋理(SSF=4，5，6mm)下，紫杉醇聯(lián)合貝伐單抗組均值(mean)、標(biāo)準(zhǔn)差(SD)以及MPP值也呈現(xiàn)隨著治療時間延長而顯著升高趨勢（均P＜0.05）。.治療前3組之間均值、SD、熵、MPP、偏態(tài)以及峰態(tài)參數(shù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義，治

13、療后，在精細和中等紋理下(SSF=0，2，3mm)，3組之間均值和MPP差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05）。
　　免疫組化結(jié)果顯示，與治療前比較，治療后第15天對照組和紫杉醇組的微血管密度MVD分別增加31.39％±30.41％和30.12％±27.65％，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.907)，而加用貝伐單抗后，聯(lián)合治療組中的MVD卻減少17.61％±23.16％，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P對照=0.007，P紫杉醇=0.006），但

14、對照組和紫杉醇組之間卻沒有如此明顯的差異(P=0.907)。與治療前比較，治療后第15天對照組和紫杉醇組VEGF表達分別增加14.20％±44.41％和27.50％±96.19％，紫杉醇聯(lián)合貝伐單抗組VEGF表達減少13.50％±57.25％，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。治療15天之后，三組間的△MVD有顯著差異(P=0.022)。
　　對影像學(xué)、紋理分析以及組織病理學(xué)參數(shù)進行相關(guān)性分析結(jié)果顯示，MVD與Ktrans顯著正

15、相關(guān)(r=0.612，P=0.012); MVD與ADCslow顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.810，P=0.001);MVD與f顯著正相關(guān)(r=0.580，P=0.019); Kep與ADCfast顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.593，P=0.016); ADCslow與熵顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.503，P=0.047)，ADCslow與MPP顯著正相關(guān)(r=0.603，P=0.013);MVD與VEGF顯著正相關(guān)(r=0.563，P=0.023)。<

16、br>　　結(jié)論:
　　多b值DWI和DCE-MRI能夠早期在體監(jiān)測和評估貝伐單抗聯(lián)合紫杉醇新輔助化療藥物治療乳腺癌的療效，二者相輔相成，可定量觀測腫瘤組織內(nèi)血管通透性變化等微灌注特征以及細胞膜完整性、細胞密度等顯微結(jié)構(gòu)特征;圖像紋理分析所凸顯的腫瘤解剖學(xué)和生物學(xué)異質(zhì)性，能夠在功能和細胞分子水平提供腫瘤治療后新陳代謝、氧合狀態(tài)、新血管生成等方面所發(fā)生的精細改變，極大地驗證和放大了功能磁共振所提供的圖像信息，三者互為因果、緊密聯(lián)系，可