3.0T MRI水通道蛋白分子成像在胰腺癌的應用價值

馬婉玲， 魏夢綺， 任靜， 潘奇， 文娣娣， 宦怡

·腹部影像學·

3.0T MRI水通道蛋白分子成像在胰腺癌的應用價值

馬婉玲， 魏夢綺， 任靜， 潘奇， 文娣娣， 宦怡

目的探討3.0T MRI水通道蛋白分子成像定量參數(shù)(ADCAQPs)在胰腺癌的應用價值。方法采用GE Discovery MR750 3.0T磁共振掃描儀對臨床或手術病理證實的37例胰腺癌患者行胰腺多b值DWI。應用水通道蛋白AQPs模型、非高斯IVIM雙指數(shù)模型和拉伸指數(shù)模型分析多b值DWI，測量胰腺癌和非癌胰腺組織的水通道蛋白擴散系數(shù)(ADCAQPs)、純擴散系數(shù)(ADCslow)和分布擴散系數(shù)(DDC)，采用獨立樣本t檢驗進行統(tǒng)計學分析。結果胰腺癌的ADCAQPs值和ADCslow值明顯高于非癌胰腺組織(0.346 vs. 0.202 μm2/ms，Plt;0.001；0.611 vs 0.521×10-3mm2/s，P=0.037)，胰腺癌的DDC值明顯低于非癌胰腺組織(1.244 vs 1.679×10-3mm2/s，P=0.013)，差異均有統(tǒng)計學意義。與ADCslow和DDC相比，ADCAQPs鑒別胰腺癌和非癌胰腺組織時的診斷效能更高(0.890gt;0.699gt;0.640)。胰腺癌的ADCAQPs值和ADCslow值呈正相關(r=0.414，P=0.015)。結論水通道蛋白擴散系數(shù)ADCAQPs和非高斯模型DWI擴散系數(shù)(ADCslow、DDC)可以有效鑒別胰腺癌和非癌胰腺組織，ADCAQPs是鑒別胰腺癌和非癌胰腺組織的最佳參數(shù)，3.0T MRI水通道蛋白分子成像是無創(chuàng)性早期診斷和鑒別胰腺癌與非癌胰腺組織的理想方法之一。

胰腺腫瘤； 水通道蛋白； 純擴散系數(shù)； 分布擴散系數(shù)

惡性腫瘤中胰腺癌預后最差，5年生存率僅1%～3%[1]，早期診斷和鑒別胰腺癌對于判斷能否手術切除、提高生存率至關重要。絕大部分胰腺癌確診時已發(fā)生轉移或周圍血管侵犯，不足10%的胰腺癌確診時能進行手術治療[2]，對于無癥狀的早期胰腺癌，尚無有效的篩查工具[3]。本研究應用水通道蛋白AQPs模型、非高斯IVIM雙指數(shù)模型和拉伸指數(shù)模型分析多b值DWI，探討水通道蛋白擴散系數(shù)ADCAQPs和非高斯模型DWI擴散系數(shù)(ADCslow、DDC)在胰腺癌診斷中的應用價值。

材料與方法

1.研究對象

2014年5月-2016年1月，搜集臨床疑診并經B超和/或CT篩查可見胰腺實性腫塊的患者，最終將手術或臨床證實的37例胰腺癌患者納入本研究。其中手術或穿刺證實25例均為胰腺導管腺癌，其余12例經臨床隨訪證實，有2例行姑息性支架減黃術，10例行放化療等保守治療。37例胰腺癌患者中女14例，男23例，年齡 20～76歲，平均年齡58.32歲。臨床主要表現(xiàn)為腹脹，腹痛，消瘦，厭食，消化不良，體重下降，其中18例出現(xiàn)黃疸。

表1 胰腺癌及非癌胰腺組織的各參數(shù)值比較表

2.檢查方法

所有患者檢查前一日晚口服番瀉葉清潔腸道，檢查前禁食、禁水4 h。

所有患者采用GE Discovery MR750 3.0T磁共振掃描儀，32通道腹部相控陣線圈，進行胰腺常規(guī)MRI掃描，包括橫軸面T1WI、T2WI掃描。橫軸面T1WI采用LAVA-Flex(liver acquisition with volume acceleration flex)序列，掃描參數(shù)：TR 4.3 ms，TE 1.6 ms，層厚4.0 mm，層間距0 mm，矩陣260×210，視野360 mm×324 mm，激勵次數(shù)1，翻轉角14°，掃描時間11 s，帶寬200 Hz/pixel，范圍包含整個胰腺。T2WI采用快速自旋回波(fast spin echo，F(xiàn)SE)序列，應用呼吸門控和脂肪抑制技術，掃描參數(shù)如下：TR 10000 ms，TE 70 ms，層厚4.0 mm，層間距0.5 mm，矩陣320×320，視野360 mm×360 mm，激勵次數(shù)1.5，翻轉角110°，掃描時間2～4 min，帶寬62.5 Hz/pixel，掃描范圍包含整個胰腺。

多b值DWI序列采用呼吸觸發(fā)技術，應用平面回波序列(echo plane imaging，EPI)進行橫軸面DWI掃描，b值采用0，10(4)，20(2)，40(1)，60(1)，80(1)，100(1)，150(2)，200(2)，400(4)，800(4)，1000(6)，1200(6)， 1500(6)，2000(8)，3000(8)，4000(8) s/mm2(注：括號內為NEX)。掃描參數(shù)：TR 6600 ms，TE最小，層厚4.0 mm，層間距1.0 mm，矩陣128×128，視野380 mm×304 mm，激勵次數(shù)1～8，翻轉角90°，掃描時間10～14 min，帶寬250 Hz/pixel，范圍包含整個胰腺。

3.數(shù)據(jù)后處理及ROI的選取

將所采集的多b值DWI原始數(shù)據(jù)導入本研究所用磁共振掃描儀自帶的工作站上GE Advantage Windows 4.6，利用其自帶的MADC軟件，應用水通道蛋白AQPs模型、非高斯IVIM雙指數(shù)模型和拉伸指數(shù)模型。計算公式：Sb/S0=f·exp[-b·(ADCfast+ADCslow)]+(1-f)·exp(-b·ADCslow)，Sb/S0=exp[(b·DDC)α]對包含17個b值信息的DWI數(shù)據(jù)進行處理，得到水通道蛋白擴散系數(shù)(ADCAQPs)、純擴散系數(shù) (ADCslow)和分布擴散系數(shù)(DDC)的參數(shù)圖。

參照橫軸面T1WI、T2WI圖，在顯示胰腺癌灶和癌周胰腺組織對比最清晰的b值序列DWI圖上(圖1)，采用手繪法在顯示胰腺癌灶和癌周胰腺組織最大的連續(xù)3個層面(小病灶至少選定顯示病灶清晰的連續(xù)2個層面)，沿著距離病灶邊緣1 mm處勾畫出3個不同的興趣區(qū)(region of interest，ROI)，相同部位的形狀和大小一致的ROI會自動生成匹配在相同層面的ADCAQPs、ADCslow和DDC值參數(shù)圖上。胰腺癌灶的ROI為不規(guī)則形，測量中需盡量避開壞死、囊變、出血、血管和擴張的胰膽管區(qū)域。非癌胰腺組織的ROI為圓形或橢圓形。分別記錄胰腺癌和非癌胰腺組織的測量面積及各參數(shù)值，取兩人三次的測量結果平均值作為最終結果。

4.統(tǒng)計學分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計學軟件(version 17.0，SPSS Inc.，Chicago，IL)進行分析。經過單樣本Kolmogorov-Smirnov檢驗，每組數(shù)據(jù)均呈正態(tài)分布。對胰腺癌灶和非癌胰腺組織的ADCAQPs、ADCslow和DDC值的比較應用獨立樣本t檢驗，以Plt;0.05為差異有統(tǒng)計學意義。并應用非參數(shù)Spearman′s rho檢驗分析胰腺癌的ADCAQPs和ADCslow、DDC值之間的相關性。

采用MedCalc version 12.3軟件的ROC曲線進行分析，評估ADCAQPs、ADCslow和DDC值鑒別胰腺癌和癌周胰腺組織的診斷效能。

結果

1.各參數(shù)值測量結果

胰腺癌的ADCAQPs和ADCslow值明顯高于非癌胰腺組織的ADCAQPs和ADCslow值，DDC值明顯低于非癌胰腺組織的DDC值，差異均具有統(tǒng)計學意義(表1，圖2)。

2.各參數(shù)值鑒別胰腺癌和非癌胰腺組織的ROC曲線分析結果

與ADCslow和DDC值相比，ADCAQPs鑒別胰腺癌和非癌胰腺組織時診斷效能最高，當ADCAQPs值gt;0.253 μm2/ms時，鑒別胰腺癌和非癌胰腺組織胰腺癌的敏感度、特異度和符合率均最高(表2，圖3)。

3.ADCAQPs、ADCslow和DDC值的相關性

胰腺癌的ADCAQPs值和ADCslow值呈正相關(r=0.414，P=0.015，圖4)。ADCAQPs值和DDC值呈負相關趨勢，但差異無統(tǒng)計學意義(r=-0.213，P=0.243)。

表2 各參數(shù)值鑒別胰腺癌和癌周胰腺組織的ROC曲線分析結果

注：*ADCAQPsvs ADCslow；**ADCslowvs DDC；***DDC vs ADCAQPs

圖1 a) DWI圖(b=1500s/mm2)，胰頭癌灶呈不均勻高信號，沿癌灶邊緣1mm勾畫不規(guī)則形ROI； b) 圖a下方相鄰層面DWI圖(b=1500s/mm2)，胰頭癌灶呈不均勻高信號，沿癌灶邊緣1mm勾畫不規(guī)則形ROI； c) 圖b下方相鄰層面DWI圖(b=1500s/mm2)，胰頭癌灶呈不均勻高信號，沿癌灶邊緣1mm勾畫不規(guī)則形ROI； d) 圖a相同層面ADCAQPs參數(shù)圖，相同位置、形狀、大小的ROI自動匹配生成在胰頭癌灶區(qū)； e) 圖b相同層面ADCAQPs參數(shù)圖； f) 圖c相同層面ADCAQPs參數(shù)圖。

討論

非高斯IVIM雙指數(shù)擴散模型和拉伸指數(shù)擴散模型的理論基礎是基于水分子經過細胞膜的跨膜轉運通過簡單自由擴散完成，實際上活體組織內水分子的擴散包括被動擴散和通過細胞膜上水通道蛋白(aquaporins，AQPs)介導的主動轉運兩個部分[4-6]，基于AQPs基礎上的DWI不同于傳統(tǒng)概念上的單純水擴散成像，將DWI稱為水分子加權成像(water molecular weighted imaging，WMWI)更加準確一些[4]。哺乳動物體內已經發(fā)現(xiàn)13個AQPs的亞型，廣泛分布于全身各組織器官的細胞膜上，介導著水和小分子物質的主動跨膜轉運，對維持活體組織內滲透壓的平衡以及保持內環(huán)境的穩(wěn)定具有重大意義。在很多疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中，AQPs的分布和表達發(fā)生了不同程度的改變[7-10]。AQPs是全身多種疾病治療和預防的關鍵分子靶點，對其數(shù)量、分布和功能的調控對預防和治療疾病具有十分重要的意義。

胰腺組織細胞膜上分布AQP1、AQP3、AQP5、AQP8 和AQP 12 等亞型[7，11-12]。AQP1在腫瘤毛細血管內皮細胞高表達，會促進腫瘤血管的新生，加速腫瘤的生長[7，9]，AQP1在軟骨細胞的粘附和遷移過程中發(fā)揮著重要的作用[13-14]。AQP3的表達在皮膚的再生和修復、基底細胞癌和結腸癌等腫瘤的進展過程中發(fā)揮重要作用[7，15-17]，AQP8在肝癌細胞低表達會引起腫瘤細胞凋亡[14]。AQP5基因敲除小鼠的唾液分泌會明顯減少[18]；AQP12的表達與胰腺的外分泌活動密切相關，AQP12基因敲除小鼠會發(fā)生嚴重的急性胰腺炎[19]。調節(jié)AQP1、AQP3、AQP5、AQP8和AQP12的表達水平可以在基因和分子層面預防和治療多種胰腺疾病，為臨床治療方案的制定提供重要信息。

李加慧等[20]通過對離體紅細胞進行多b值DWI成像顯示，b值gt;1700 s/mm2后水分子擴散的信號主要來自水分子通過細胞膜AQPs主動跨膜轉運的信息，基本可以忽略水分子自由擴散的信號。李秋菊等[21]研究顯示高b值(1700～4500 s/mm2)下ADC值的變化與肝細胞膜AQPs的表達相關，高b值DWI成像能夠反映細胞膜上AQPs的分布信息，AQP MRI可以反映水分子經細胞膜AQPs主動跨膜轉運的特征信息。本實驗結果表明胰腺癌的ADCAQPs值明顯高于非癌胰腺組織的ADCAQPs值，且從胰腺癌及非癌胰腺組織的ADCAQPs值比較箱圖來看，兩者ADCAQPs值幾乎沒有重疊，差異有統(tǒng)計學意義，AQP MRI能夠鑒別胰腺癌和非癌胰腺組織。與非高斯雙指數(shù)和拉伸指數(shù)模型所得擴散系數(shù)(ADCslow、DDC)相比，ADCAQPs值鑒別胰腺癌和非癌胰腺組織時的曲線下面積最大(0.890gt;0.699gt;0.640)，具有最高的診斷效能。Anderson 等[22]研究證實，多b值DWI時采用的b值范圍越高，組織內水分子非高斯擴散的特征性信息反映病變的潛力越好，本實驗結果與之結論一致。胰腺癌的ADCAQPs值和ADCslow值呈正相關，ADCAQPs值能夠間接反映水分子通過細胞膜水通道蛋白主動轉運的信息。

圖2 a) 胰腺癌及非癌胰腺組織組織的ADCAQPs值比較箱圖； b) 胰腺癌及非癌胰腺組織組織的ADCslow值比較箱圖； c) 胰腺癌及非癌胰腺組織組織的DDC值比較箱圖。 圖3 ADCAQPs鑒別胰腺癌和癌周胰腺組織組織的ROC曲線。

本實驗有以下幾方面的不足：①納入實驗的病例數(shù)較少，有病理結果并且取得大體標本的病例數(shù)僅16例，因此并未對胰腺癌組織進行AQP分子病理染色。筆者將繼續(xù)搜集胰腺癌病例，進行大樣本的胰腺癌多b值DWI成像研究以及多b值DWI影像參數(shù)與病理參數(shù)(AQP1和AQP3表達水平、MVD、CD34、CD44、S100、VEGF、纖維化含量)的相關性研究。②未考慮腫瘤相關性胰腺炎、胰腺組織萎縮及脂肪變性等因素對非癌胰腺組織ADCAQPs、ADCslow和DDC值的影響。③雖然DWI掃描時應用的呼吸觸發(fā)EPI序列，但呼吸運動偽影不可避免對DWI圖像造成一定的影響，EPI序列產生的一些偽影，也造成了測量的誤差。

總之，胰腺癌的ADCAQPs值明顯高于非癌胰腺組織，兩者ADCAQPs值幾乎沒有重疊，差異具有統(tǒng)計學意義，AQP MRI可以鑒別胰腺癌和非癌胰腺組織，在分子層面早期診斷胰腺癌。胰腺癌的ADCAQPs值和ADCslow值呈正相關，高b值(gt;1500 s/mm2)DWI時的擴散系數(shù)ADCAQPs值能夠間接反映水分子通過細胞膜水通道蛋白主動轉運的信息。

圖4 胰腺癌ADCAQPs與ADCslow值相關散點圖。

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Theapplicationvalueof3.0TMRImolecularimagingofaquaporinsinpancreaticcancer

MA Wan-ling，WEI Meng-yi，REN Jing，et al.

Department of Radiology,Xijing Hospital,the fourth Military Medical University, Xi'an 710032,China

Objective:To explore the application value of quantitative parameters derived from 3.0T MRI molecular imaging of aquaporins in pancreatic cancer.MethodsSubjects that comprised of 37 patients with pancreatic cancer confirmed by clinical or surgery were included.Pancreas multiple b-value diffusion-weighted imaging (DWI) was performed using GE Discovery MR750 3.0T scanner.ADCAQPswere calculated using AQPs diffusion model.Pure diffusion constant (ADCslow) were calculated using non-Gaussian IVIM diffusion model.Distribute diffusion constant (DDC) were calculated using non-Gaussian stretched exponential diffusion model.Parameters of pancreatic cancers and non-tumorous pancreas were compared using Independent SamplestTest.ThePvalue lt;0.05 was considered significant.ResultsMean ADCAQPsand ADCslowvalue of pancreatic cancer was significantly higher than that of non-tumorous pancreas (0.346 vs 0.202μm2/ms,Plt;0.001;0.611 vs 0.521×10-3mm2/s,P=0.037;respectively).Mean DDC values of pancreatic cancer were significantly lower than those of non-tumorous pancreas (1.244 vs 1.679×10-3mm2/s,P=0.013).The diagnostic performance of ADCAQPsin differentiating pancreatic cancer from non-tumorous pancreas was the highest compared with ADCslow and DDC (0.890gt;0.699gt;0.640).ADCAQPsof pancreatic cancer was positively correlated to ADCslow(r=0.414,P=0.015).ConclusionsDiffusion coefficients derived from AQPs molecular imaging (ADCAQPs) and non-Gaussian model DWI (ADCslow,DDC) can distinguish pancreatic cancer from non-tumorous pancreas.ADCAQPsvalue is the optimal parameter.3.0T MRI molecular imaging of aquaporins may be a promising and non-invasive tool for early diagnosing and differentiating pancreatic carcinoma.

Pancreatic neoplasms； Aquaporins； Pure diffusion coefficient； Distribute diffusion coefficient

710032 西安，第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院放射科

馬婉玲(1974-)，女，陜西渭南人，博士，副主任醫(yī)師，主要從事腹部影像診斷及功能成像工作。

宦怡，E-mail：huanyi3000@163.com

國家自然科學基金重大國際(地區(qū))合作與交流項目(81220108011)；國家自然科學基金青年面上連續(xù)項目(81370039)

R445.2； R735.9

A

1000-0313(2017)11-1165-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.11.014

2016-12-07)