血氧水平依賴MRI(BOLD-MRI)在腫瘤乏氧檢測中應(yīng)用的實驗研究.pdf

1、本研究使用3.0T MRI設(shè)備，采用Multi-echo FPGR序列，應(yīng)用BOLD-MRI技術(shù)測定大鼠Walker-256乳腺癌肉瘤移植瘤模型腫瘤區(qū)基礎(chǔ)R2*及吸入Carbogen氣體后R2*的信號變化，探索BOLD-MRI技術(shù)用于評價腫瘤乏氧狀況的可能。采用病理學(xué)免疫組化的方法探索腫瘤的R2*及△R2*與腫瘤新生血管生成及內(nèi)源性乏氧指標(biāo)之間的相關(guān)性。通過BOLD-MRI技術(shù)與18F-FMISO PET在腫瘤乏氧評價的對照研究，探求腫

2、瘤的R2*及△R2*與PET腫瘤乏氧評價指標(biāo)的相關(guān)性。最后通過大鼠Walker-256腫瘤單劑量放療后BOLD-MRI R2*及△R2*信號的變化探索應(yīng)用BOLD-MRI監(jiān)測腫瘤再氧合過程的可能性。
　　 第一部分 BOLD-MRI檢測大鼠吸入Carbogen氣體后腫瘤R2*信號變化的初步研究
　　 目的：建立大鼠Walker-256移植瘤模型，探索BOLD-MRI應(yīng)用于檢測荷瘤大鼠吸入Carbogen氣體后腫瘤R2*的

3、信號變化的可能性。
　　 材料與方法：雌性SD大鼠95只(160-180g)，右下腹皮下接種Walker-256腫瘤細(xì)胞。成瘤SD大鼠腫瘤長至1.0-3.0cm行BOLD-MRI檢查。采用GE-Signa3.0T MRI，3英寸動物表面線圈及Multi-echo SPGR序列，大鼠自由吸入空氣時及吸入Carbogen氣體10分鐘后分別行BOLD-MRI檢查。掃描結(jié)束后，圖像傳至GE ADW4.3工作站，用R2Star分析軟件進(jìn)行

4、圖像后處理計算腫瘤吸入空氣時及吸入Carbogen氣體10分鐘后R2*值(R2*a、R2*b)，并求得其變化值△R2*=R2*b-R2*a，同時計算腫瘤的體積。吸入Carbogen氣體前后R2*信號差異采用配對t檢驗，R2*a與△R2*之間及腫瘤體積大小與R2*a、△R2*之間行Pearson相關(guān)分析。不同△R2*變化方向組間腫瘤體積和R2*a差異采用兩樣本非參數(shù)檢驗(Wilcoxon檢驗)。
　　 結(jié)果：接種95只SD大鼠，6

5、8只成瘤，成瘤率71.57％。腫瘤大小352－13173 mm3，吸入空氣及Carbogen氣體后R2*值分別為41.18±22.29、38.91±21.35 S-1，△R2*值為－2.26±3.90，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(p=0.00)?！鱎2*值與R2*值呈負(fù)相關(guān)(r=-0.32，P=0.03)。腫瘤的R2*a值與腫瘤的大小沒有明顯相關(guān)性，但是△R2*值與其存在正相關(guān)性(r=0.35，P=0.02)。吸入Carbogen氣體后R2*值變

6、化方向不同組間體積大小及R2*a信號值均未見明顯差異(p=0.076，p=0.11)。
　　 結(jié)論：BOLD－MRI可以檢測SD大鼠吸入Carbogen氣體前后Walker-256腫瘤R2*值的變化。大鼠吸入carbogen氣體后wlalker-256腫瘤的R2*值會發(fā)生顯著性下降，但不同荷瘤大鼠間差異較大。
　　 第二部分大鼠Walker-256腫瘤BOLD－MRI R2*信號與腫瘤血管生成、微血管結(jié)構(gòu)間關(guān)系初步研究<

7、br>　　 目的：探索大鼠Walker-256腫瘤BOLD－MRI R2*信號與腫瘤血管生成及微血管結(jié)構(gòu)指標(biāo)MVD、ICD、VEGF間的相關(guān)性。
　　 材料與方法：荷瘤(Walker-256)雌性SD大鼠33只，待腫瘤生長至1.0－3.0cm大小行MRI檢查。采用GE－Signa3.0 T MRI，3英寸動物表面線圈及Multi－echoSPGR序列，于大鼠自由吸入空氣時及吸入Carbogen氣體10分鐘后分別行BOLD－MR

8、I檢查。掃描結(jié)束后，圖像傳至GE ADW4.3工作站，用R2Star分析軟件進(jìn)行圖像后處理計算腫瘤吸入空氣時及吸入Carbogen氣體10分鐘后R2*值(R2*a、R2*b)，并求得其變化值△R2*=R2*b-R2*a。MRI檢查完成后立即用斷頸法處死大鼠并分離腫瘤，行HE染色及免疫組化(CD34、VEGF)，測定其MVD、ICD及VEGF免疫組化指數(shù)。腫瘤的R2*a、△R2*值分別與MVD、ICD、VEGF行Pearson相關(guān)分析，腫

9、瘤的MVD、ICD、VEGF間也行Pearson相關(guān)分析。
　　 結(jié)果：33只大鼠均完成MRI檢查，29只數(shù)據(jù)符合分析要求。腫瘤的MVD與VEGF呈正相關(guān)性(r=0.58，p=0.03)，但腫瘤的R2*a、△R2*值與MVD、ICD、VEGF之間及ICD與MVD、VEGF之間均未發(fā)現(xiàn)明顯的相關(guān)性。
　　 結(jié)論：大鼠Wlalker-256腫瘤的R2*a、△R2*信號值與腫瘤的血管生成及微血管結(jié)構(gòu)間沒有明顯相關(guān)性。
　

10、　 第三部分大鼠Walker-256腫瘤BOLD-MRI R2*信號與HIF-1α及CAⅨ相關(guān)性初步研究
　　 目的：探索大鼠Walker-256腫瘤BOLD－MRI R2*信號與內(nèi)源性乏氧標(biāo)志物HIF－1α及CAⅨ間相關(guān)性。
　　 材料與方法：荷瘤(Walker-256)雌性SD大鼠33只，待腫瘤長至1.0－3.0cm大小行MRI檢查。采用GE－Signa3.0 T MRI，3英寸動物表面線圈及Multi－echo

11、GRE序列，于大鼠自由吸入空氣時及吸入Carbogen氣體10分鐘后分別行BOLD－MRI檢查。掃描結(jié)束后，圖像傳至GE ADW4.3工作站，用R2Star分析軟件進(jìn)行圖像后處理計算腫瘤吸入空氣時及吸入Carbogen10分鐘后R2*值(R2*a、R2*b)，并求得其變化值△R2*=R2*b-R2*a。MRI檢查完成后立即用斷頸法處死大鼠并分離腫瘤，行HE染色及免疫組化(HIF-1α、CAⅨ)，測定其HIF-1α、CAⅨ免疫組化指數(shù)。腫

12、瘤的R2*a、△R2*值分別與HIF-1α、CAⅨ行Pearson相關(guān)分析，腫瘤的HIF-1α、CAⅨ間及MVD、ICD、VEGF與HIF-1α、CAⅨ間也分別行Pearson相關(guān)分析。
　　 結(jié)果：33只大鼠中29只完成全部MRI檢查及病理學(xué)檢測并且數(shù)據(jù)符合要求。腫瘤的R2*a、△R2*與CAⅨ間存在一定相關(guān)性(r=-0.48，P=0.009；r=0.37，P=0.049)，但與腫瘤的HIF-1α間均未見明顯相關(guān)性。腫瘤的HI

13、F-1α與CAⅨ間也未發(fā)現(xiàn)明顯相關(guān)性。腫瘤的ICD與HIF-1α、CAⅨ間有一定的相關(guān)性，而MVD、VEGF與HIF-1α、CAⅨ間未見明顯相關(guān)性。
　　 結(jié)論：大鼠Wlalker-256腫瘤的R2*a、△R2*信號值與腫瘤的內(nèi)源性乏氧標(biāo)志物CAⅨ存在一定的相關(guān)性，但是與HIF-1α沒有明顯相關(guān)性。
　　 第四部分BOLD-MRI與18F-FMISO PET成像在評價大鼠Walker-256腫瘤乏氧中的對照研究
　

14、　 目的：與18F-FMISO PET乏氧顯像對照，探索BOLD-MRI成像在大鼠Walker-256腫瘤乏氧檢測中的可行性。
　　 材料與方法：荷瘤(Walker-256)雌性SD大鼠13只，待腫瘤長至2－5cm大小行MRI檢查。采用GE－Signa3.0 T MRI，3英寸動物表面線圈及Multi－echo GRE序列，于大鼠自由吸入空氣時及吸入Carbogen氣體10分鐘后分別行BOLD－MRI檢查。掃描結(jié)束后，圖像傳至

15、GE ADW4.3工作站，用R2Star分析軟件進(jìn)行圖像后處理計算腫瘤吸入空氣時及吸入Carbogen10分鐘后R2*值(R2*a和R2*b)，并求得其變化值△R2*=R2*b-R2*a及變化率△R2*％＝△R2*/R2*a×100％。大鼠MRI檢查后18－22小時內(nèi)行PET/CT檢查，經(jīng)尾靜脈注入18F－FMISO(22.2－29.6MBq)后2小時、4小時分別行PET檢查，圖像傳至西門子syngo圖像工作站用TrueD分析軟件進(jìn)行圖

16、像融合分析，測定2小時、4小時的SUVmax、TMRmax、HV、HV％值。完成MRI及PET/CT檢查后立即用斷頸法處死大鼠并分離腫瘤，行HE染色及免疫組化(CD34、VEGF、HIF－1α、CAⅨ)，測定其MVD值，VEGF、HIF－1α、CAⅨ免疫組化指數(shù)。大鼠吸入Carbogen氣體前后R2*信號間差異及注入18F－FMISO后2小時、4小時測得的SUVmax(腫瘤、肌肉)、TMRmax、HV間差異行配對t檢驗，腫瘤的R2*a、

17、△R2*、△R2*％分別與SUVmax、HV、HV％進(jìn)行Spearman相關(guān)分析。同時腫瘤的SUVmax、HV、HV％與MVD、VEGF、HIF-1α、CAⅨ間行Spearman相關(guān)分析。
　　 結(jié)果：13只大鼠中10只完成全部MRI、PET/CT及病理學(xué)檢測且數(shù)據(jù)符合要求，吸入Carbogen氣體后Walker-256腫瘤R2*信號發(fā)生下降，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(p=0.00)。注入18F-FMISO后2小時、4小時測得的腫瘤的S

18、UVmax沒有明顯差異(p=0.39)，但是肌肉的SUVmax、TMRmax、HV均可見明顯差異(p=0.01，0.00，0.02)。腫瘤的△R2*％與注入18F-FMISO后4小時測得的HV、HV％有明顯的相關(guān)性(r=0.636、0.721，p=0.048、0.019)但與2小時測得的HV、HV％沒有明顯相關(guān)性。腫瘤的R2*a、△R2*與SUVmax、HV、HV％之間未見明顯相關(guān)性。腫瘤的SUVmax、HV、HV％與MVD、VEGF、

19、HIF-1α、CAⅨ間均未發(fā)現(xiàn)明顯相關(guān)性。
　　 結(jié)論：大鼠吸入Carbogen氣體后Walker-256腫瘤的R2*信號會發(fā)生下降，注入18F-FMISO后4小時較2小時進(jìn)行大鼠Walker-256腫瘤乏氧指標(biāo)的測定更為合適。腫瘤的△R2*％可能是評價腫瘤乏氧的一個較為理想的指標(biāo)。
　　 第五部分大鼠Walker-256腫瘤單劑量放療后BOLD-MRI R2*信號變化初步研究
　　 目的：探索BOLD-MRI在

20、監(jiān)測SD大鼠Walker-256腫瘤單劑量放療后腫瘤再氧合變化的可行性。
　　 材料與方法：SD荷瘤(Walker-256)雌性大鼠6只，待腫瘤長至1.0-3.0cm大小行MRI檢查。采用GE-Signa3.0 T MRI，3英寸動物表面線圈，及Multi-echo GRE序列，于放療前數(shù)小時內(nèi)、放療后3-4小時、放療后1天、放療后3天四個時間點(diǎn)分別行大鼠自由吸入空氣時及吸入Carbogen氣體10分鐘后的BOLD-MRI檢查。

21、掃描結(jié)束后，圖像傳至GE ADW4.3工作站，用R2Star分析軟件進(jìn)行圖像后處理計算大鼠腫瘤、同層正常肌肉吸入空氣時及吸入Carbogen10分鐘后R2*值(R2*a和R2*b)，并求得其變化值△R2*=R2*b-R2*a。大鼠放療采用高科直線加速器，劑量為單次20Gy。大鼠放療前后不同時間點(diǎn)腫瘤及正常肌肉的R2*a、△R2*值的變化行方差分析。腫瘤與正常肌肉間的R2*a、△R2*值之間行配對t檢驗。
　　 結(jié)果：SD大鼠Wa