扩散加权磁共振成像在结直肠癌领域的应用与评估_张森.pdf

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1、 博士研究生学位论文博士研究生学位论文 论文题目：扩散加权磁共振成像在结直肠癌领域的应用与评估 ApApplication and Evaluationplication and Evaluation Diffusion Weighted Imaging inDiffusion Weighted Imaging in colorectal cancer colorectal cancer 姓 名：张森 学 号：10589721 学 院：北京大学人民医院 专 业：影像医学与核医学 导 师：杜湘珂 教授 完成时间：二八 年 四 月 扩散加权磁共振成像在结直肠癌领域的应用与评估扩散加权磁共振成像在结

2、直肠癌领域的应用与评估 Application and EvaluationApplication and Evaluation Diffusion Weighted Imaging in colorectal cancer Diffusion Weighted Imaging in colorectal cancer M.D.Candidate：Sen Zhang Supervisor：Xiangke Du Radiology Department Of Peking University Peoples Hospital Radiology and Nuclear Medicine 姓名：

3、张森 学号：10589721 学院：北京大学人民医院 专业：影像医学与核医学 导师：杜湘珂 教授 完成时间：二八 年 四 月 扩散加权磁共振成像在结直肠癌领域的应用与评估 扩散加权磁共振成像在结直肠癌领域的应用与评估 研究生姓名：张森 导师姓名：杜湘珂 北京大学人民医院 影像医学与核医学 论文摘要 第一部分 扩散加权磁共振成像在裸鼠人结肠癌细胞系异体移植肿瘤化疗观察方面的研究 第一部分 扩散加权磁共振成像在裸鼠人结肠癌细胞系异体移植肿瘤化疗观察方面的研究 摘要 目的:摘要 目的:本研究的目的是评估扩散加权磁共振成像（DW-MRI）表观弥散系数（ADC）在化疗早期探测裸鼠模型肿瘤化疗反应的能力，

4、并探讨ADC变化特点与同期病理改变的关系。材料和方法:材料和方法:32只无胸腺裸鼠，在右侧腋下进行HCT116结肠癌细胞系种瘤，化疗药物选用oxaliplatin和5-Fu。将荷瘤裸鼠模型分为4组：空白对照组、5-Fu单药组、oxaliplatin单药组和5-Fu/oxaliplatin联合用药组，每组8只。在治疗前进行T2加权成像、T1加权成像和扩散加权成像图像采集，并在治疗后的1、3、7、11、15、20、25、30天分别进行相同序列采集。治疗前及治疗后各图像采集时间点的肿瘤体积值和ADC值都经测量并记录下来，观察各时间点肿瘤ADC值的变化特点，并将ADC值的改变与之后的肿瘤倍增时间进行相

5、关性分析。MRI各采集时间点图像与同期的病理切片进行对比。结果:结果:1.治疗后7-11天平均肿瘤ADC值的增加与平均肿瘤倍增时间之间显示出强烈的正相关性(r=0.86，P0.05)。2.各治疗组在治疗后1-3天观察到ADC值不同程度下降，病理结果显示肿瘤组织充血并周围血管闭塞，细胞肿胀，但未发现肿瘤组织坏死；除了只接受5Fu(P=0.07)单药治疗的肿瘤,其余各治疗组都在治疗开始后7-11天显示出平均肿瘤ADC值的增加(P0.05)，病理证实肿瘤组织坏死；但在治疗开始后15天ADC值再次下降，20天内ADC值又回到了开始时的数值，病理结果提示肿瘤再生。结论:结论:1.本研究结果显示，治疗后平

6、均ADC值在7-11天的升高与肿瘤模型化疗结果具有相关性，提示DWI图像在化疗早期预测治疗结果方面具有潜在的能力。2.肿瘤模型DWI图像ADC值的变化与同期病理改变具有相关性，肿瘤模型在化疗后20天内ADC值的动态变化，均能够从相应时间点的病理改变得到解释，提示DWI图像ADC值，可以动态观察肿瘤对于化疗的反应。关键词：关键词：磁共振成像、扩散加权成像、表观弥散系数、结肠癌、HCT116异体移植肿瘤 第二部分 无创性影像技术对于结直肠癌区域淋巴结侵犯术前评价的比较研究影像与病理对照第二部分 无创性影像技术对于结直肠癌区域淋巴结侵犯术前评价的比较研究影像与病理对照 摘要 摘要 目的:目的:评估多

7、排螺旋计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MRI）、MRI结合扩散加权成像（DWI-MRI）在结直肠癌区域淋巴结侵犯中的作用。方法：方法：35名原发结直肠癌患者，于术前进行MRI检查，其中25名患者同时进行CT检查。将CT、MRI、DWI-MRI对于肿瘤区域淋巴结侵犯的诊断结果与病理学结果进行相关性分析，应用分析检验不同影像方法诊断的准确性。结果：。结果：CT、MRI和DWI-MRI淋巴结分期结果与组织病理学结果的整体符合率分别为56%、57.1%和74.3%。经分析，DWI-MRI诊断结果与病理学结果具有中等相关性，Kappa值为0.536（p0.05）和0.150（p0.05）。结论：结论

8、：与CT及常规MRI比较，DWI-MRI诊断结果与病理学结果具有更好的相关性，提示DWI-MRI能够更为准确的预测结直肠癌区域淋巴结侵犯情况。关键词：关键词：结直肠癌、淋巴结、多排螺旋计算机断层扫描、磁共振成像、扩散加权成像 Application and EvaluationApplication and Evaluation Diffusion Weighted Imaging in colorectal cancerDiffusion Weighted Imaging in colorectal cancer M.D.Candidate：Sen Zhang Supervisor：Xian

9、gke Du Radiology Department Of Peking University Peoples Hospital Radiology and Nuclear Medicine Part 1 Investigation of Diffusion WeightedPart 1 Investigation of Diffusion Weighted MRI in observation antitumoral activity of chemotherapy in HCT116 Xenografts in Athymic Nude Mice Abstract：Purpose:MRI

10、 in observation antitumoral activity of chemotherapy in HCT116 Xenografts in Athymic Nude Mice Abstract：Purpose:The purpose of this study was to evaluate the capability of apparent diffusion coefficient(ADC)measured by Diffusion Weight Imaging（DWI）for early detection of tumor response in a mouse mod

11、el during chemotherapy，and to discuss the mechanism of changes of ADC referring to histopathological findings.Materials and Methods:Materials and Methods:32 Athymic mice with HCT116 xenografts on right rear flank were allocated into four groups:control,5Fu,oxaliplatin and 5-Fu/oxaliplatin combined.T

12、1,T2 and diffusion weighted images were acquired before therapy and in 1,3,7,11,15,20,25,30days after therapy.Pretreatment and posttreatment changes in ADC and volume of tumors were calculated and compared changes in ADC with tumor doubling growth delay.MRI were compared with histopathological findi

13、ngs at the same time.Results:Results:1.All treated tumors showed decreased mean tumor ADC values 1-3days after initialization of therapy，histologic examination showed cell swell but no tumor necrosis.Except the tumors receiving 5Fu(P=0.07),the other tumors showed increased mean tumor ADC values 7-11

14、days after initialization of therapy(P0.05)before redecreasing in 15day and returning to pretreatment values within 20days posttherapy.Histologic examination showed tumor necrosis in 7-11days posttrestment and tumor regeneration in 15day posttreatment.2.The increase in mean tumor ADC showed a strong

15、 positive correlation(r=0.86，P0.05）.Conclusions:Conclusions:1.Dynamic changes in mean ADC values of tumors correlated with histologic examination findings.2.DWI has potential to early detect of tumor response.Early(7-11days)posttreatment changes in mean ADC values correlated with treatment outcome.K

16、eywords:Keywords:Magnetic Resonace Imaging,Diffusion Weight Imaging,Apparent Diffusion Coefficient，colonic cancer，HCT116 Xenografts Part 2Part 2 Evaluation Evaluation of the invovled lymph node in patients with colorectal cancer using non-interventional imaging acquisitioncompared with pathologic re

17、sults Abstract:Purpose:of the invovled lymph node in patients with colorectal cancer using non-interventional imaging acquisitioncompared with pathologic results Abstract:Purpose:To evaluate the accuracy of Computor Tomography(CT),Magnetic Resonace Imaging(MRI),and MRI with Diffusion Weight Imaging(

18、DWI-MRI)for demonstrating the invovled lymph node in patients with colorectal cancer.Material and Methods:Material and Methods:35 patients with clinical diagnosis of colorectal cancer had undergone MR imaging acquisition,who had operation within one week.25 of them had undergone CT scanning after MR

19、 acquistion on the same day.Three groupes readers prospectively and independently analysed the CT imaging,MR imaging without DWI and MR imaging with DWI.Readers identified and characterized all lymph node by using a scale of 1-5(1,definitely involvement;5,definitely non-involvement).Prospetive imagi

20、ng interpretations were compared directly with pathologic results.Results:Results:On a node-by-node basis,the overall accuracy of CT imaging,MRI without DWI and MRI with DWI were respectively 56%、57.1%and 74.3%.Analyzed by the statistics of,MRI with DWI had medium relationship with pathologic result

21、s and kappa value is 0.536(p0.05).No statistically relationship between the definition of the involved lymph node using CT ang MRI without DWI and pathologic results was found.The Kappa values were respectively 0.138 and 0.150(p0.05).Conclusion:Conclusion:MRI with DWI is more accurately than the oth

22、er two imaging protocol for definition of the involved lymph node in patients with colorectal cancer.Keywords:Keywords:colorectal cancer,lymph node,Computor Tomography,Magnetic Resonace Imaging,Diffusion Weight Imaging 目录目录 引言引言 1 论文正文论文正文 2 一、扩散加权磁共振成像在裸鼠人结肠癌细胞系异体移植肿瘤化疗观察方面的研究一、扩散加权磁共振成像在裸鼠人结肠癌细胞系异

23、体移植肿瘤化疗观察方面的研究 材料和方法 2 结果 9 讨论 11 结论 16 二、无创性影像技术对于结直肠癌区域淋巴结侵犯术前评价的比较研究二、无创性影像技术对于结直肠癌区域淋巴结侵犯术前评价的比较研究 影像与病理对照影像与病理对照 材料和方法 17 结果 19 讨论 20 结论 26 综述综述 一、体部扩散加权磁共振成像在肿瘤研究方面的应用与挑战一、体部扩散加权磁共振成像在肿瘤研究方面的应用与挑战 27 二、磁共振成像在结直肠癌方面的应用二、磁共振成像在结直肠癌方面的应用 39 参考文献参考文献 45 附录附录 67 引言 引言 扩散加权成像是上世纪90年代以后兴起的MR新技术，也是影像学

24、研究的热点。这些技术可从更深层次上认识病变的血管通透性、细胞膜完整性、细胞外间隙、水分子弥散运动等方面的信息，可进一步揭示病变的微观结构，为影像诊断提供更多的依据。国内外学者的研究表明：扩散加权成像能揭示组织的微观结构和水分子运动变化，弥散成像对肿瘤探测、肿瘤定性、肿瘤非肿瘤的鉴别、监测或预测治疗反应等方面具有一定作用，通过测量ADC（表观弥散系数）值可进行量化研究。目前，扩散加权成像在体部的应用得益于新的MR成像技术的出现，在最近几年发展较快，但国内外各家结论不一，存在诸多争议，尤其是在结直肠癌中的应用，无论是从图像采集技术还是测量标准方面都需进一步探讨。另外，国内在上述方面研究工作开展较晚

25、，报道少，研究样本都比较小，方法和技术上还不够成熟，尤其是利用小鼠肿瘤模型进行临床前研究更是少见。因此开展本课题研究是十分有必要和有意义的。1第一部分 第一部分 扩散加权磁共振成像在裸鼠人结肠癌细胞系异体移植肿瘤化疗观察方面的研究 扩散加权磁共振成像在裸鼠人结肠癌细胞系异体移植肿瘤化疗观察方面的研究 结肠癌是世界范围内致死率居第二位的恶性肿瘤36。预后取决于肿瘤相对肠壁的侵犯分级、淋巴结侵犯情况以及是否存在远处转移。传统上，最早的干预治疗有效的指征是能够观察到肿瘤体积的改变以及一些临床上能观察到的因素。这些改变是在治疗过程的后期出现的，所以传统方法对于治疗结果的预测能力是有限的。在肿瘤大小发生

26、改变前或在疗程早期，即做出化疗效果判断，帮助肿瘤医生在治疗过程中及时调整治疗方案，从而避免无效、痛苦而高价的全程化疗。这有可能改善患者的生存率，也是临床迫切需要解决的重要课题之一。最近有大量文献建议，通过MRI无创性测量水的ADC值37-44，是一种有效而可靠的检测治疗反应的方法。因条件所限，国内在结肠癌领域的相关研究多在人体上开展，缺乏有效的动态病理对照。我们的研究依托于成熟的小鼠磁共振线圈，得以在动物实验平台上开展，从而能够获得有效的病理对照。本研究的目的是，判断ADC值测量能否用于预测本研究所选用的肿瘤模型及化疗方案的治疗反应，并结合组织病理学结果，进一步探讨ADC值改变的机制。材料和方

27、法材料和方法 1.化疗药品 1.化疗药品 oxaliplatin（法国 Sanofi-aventis 公司）；5-Fu（北京双鹤药业股份有限公司）。2.HCT116细胞系培养 2.HCT116细胞系培养 HCT116 结肠癌细胞系（购自中国医学科学院基础医学中心细胞库）保存于 37C 的RPMI1640 培养基（美国 Gibco-BRL 公司），每周进行两次传代。使用时 HCT116 细胞经灭菌磷酸盐缓冲液(phosphonate buffered saline,PBS 由北京大学人民医院制剂科配制)洗涤两遍后重悬于 5ml PBS 液中。细胞计数板计数，计算收获细胞数量。900g 离心 5分

28、钟，弃去上清液，勿搅动底层细胞。加入适量灭菌 PBS 使细胞浓度为 4107/ml，吹打均匀备用。3.动物和肿瘤模型 3.动物和肿瘤模型 2本研究4个治疗组共使用70只雄性BALB-c/nu/nu品系无胸腺裸鼠（购自北京维通利华公司），其中每个治疗组各8只小鼠共32只进行全程实验观察，于每个实验观察时间点各组均有1-2只小鼠被处死，以取得与同期时间点相对应的病理组织切片。小鼠体重2025g，周龄4-6周，饲养于北京大学医学部SPF（无特定病原微生物）级动物实验室内。恒温(2224C)，湿度(3050%)。为动物提供随意摄取的灭菌食物和自来水。为了保证图像良好的信噪比和空间分辨率，应严格避免小鼠

29、体表和体内接触任何金属成分杂质，鼠笼底部所用敷料应为洁净的锯末，尤其不能含有细小金属颗粒，一旦金属颗粒被小鼠食入体内，将在MR图像上产生明显的磁敏感伪影。动物实验由内部的动物伦理委员会批准。动物的饲养和处置严格遵循动物实验相关管理办法。以26G针/1ml注射器吸取上述人类结肠腺癌HCT116细胞悬液150l（约1107个细胞）注入裸鼠右侧腋下皮下组织内，以生成HCT116异体移植肿瘤。接种后第1、3、5天观察小鼠生理状态及注射部位局部有无异常。治疗在种瘤后10-14天进行，瘤体长径生长大于0.5cm给药（图1）。图1：雄性BALB-c/nu/nu品系无胸腺裸鼠右侧腋下皮下荷瘤模型 4.治疗 4

30、.治疗 荷瘤小鼠模型被随机分配为4组：对照组、5Fu治疗组、oxaliplatin治疗组和5Fu/oxaliplatin联合治疗组。化疗药物经腹腔注射给药，5Fu组在治疗1-5天，每天给予5Fu 20mg/Kg腹腔注射；oxaliplatin组在治疗第一天给予oxaliplatin 20mg/Kg腹腔注射；联合治疗组在治疗第一天给予oxaliplatin 20mg/Kg腹腔注射，1-5天每天给予5Fu 20mg/Kg腹腔注射。对照组给予相同剂量生理盐水。5.MRI 5.MRI 全部实验在GE MEDICAL SYSTEMS HD EXCITE 1.5T 磁共振机(GE Healthcare，美

31、国)上完成，使用上海晨光公司专用1.5T高分辨小鼠鸟笼线圈进行MRI检查。线圈与MR扫描仪的磁场频率经手动调整相匹配（图2）。3 图2：上海晨光公司专用1.5T高分辨小鼠鸟笼线圈 裸鼠经腹腔注射戊巴比妥（50mg/kg）麻醉，约5分钟起效，注射药物后可以区分随意兴奋期、不随意兴奋期和外科麻醉期各阶段。可以将小鼠提起观察其尾部是否已丧失平衡控制运动观察是否麻醉。这个过程很简单，小鼠进入麻醉状态较快，可以维持约30分钟，随后可较为迅速苏醒。即使每天频繁进行MR扫描也可以适用。然而，需要时刻警惕动物死亡，因为有效致死量范围很窄。如果需要，可以对小鼠进行包裹保温.麻醉后裸鼠取仰卧位，以头先进方向固定于

32、小鼠线圈内（图 3）。鼠的位置和方向在 T2WI 上准确描述。图像在平行于鼠身体的方向上采集，肿瘤的中心定位于磁体中心，由十字激光定位线确定。治疗后感兴趣区（ROI）与治疗前 ROI 勾画一致，因此 ROI 的不匹配可以忽略。对于所有的病例，ROI 面积为 0.32.0 cm2。每只裸鼠的扫描计划为在治疗前进行 T2 加权成像、T1 加权成像和扩散加权成像图像采集，并在治疗后的 1、3、7、11、15、20、25、30 天分别进行相同序列采集（图 4）。治疗前及治疗后各图像采集时间点的肿瘤体积值和 ADC 值都经测量并记录下来，将 ADC 值的改变与之后的肿瘤倍增时间进行对比。4 图3：小鼠固

33、定于线圈内 实验初期我们对 DWI 图像参数进行了摸索，在不同的 DWI 主要参数条件进行图像采集，参数变化见表 1。表 1 参数（单位）取值范围 FOV 4 6 层厚（mm）1.6 2.6 矩阵 128128 9696 b 值（s/mm）600 800 1000 1200 NEX 4 6 8 最终确定扫描参数为：T1 加权成像(TR525ms，TE minimum)，进行冠状位和轴位扫描；T2 加权成像(TR2800ms,TE72ms)，进行轴位扫描。上述扫描序列的矩阵大小为 192192，层厚为 2mm，层间距为 0.2mm，扫描野（FOV）为 6cm，激励次数（NEX）为 4。扩散加权成

34、像（DWI）(TR1500ms，TE minimum)，FOV 6cm，层厚 2.6mm，矩阵大小为 9696，b 值为 800，NEX 为 8，进行轴位扫描。5 T2:1d DWI：1d T2:3d DWI：3d T2:7d DWI：7d 6 T2:11d DWI：11d T2:15d DWI：15d T2:20d DWI：20d 7 T2:25d DWI：25d T2:30d DWI：30d 图 4 注：荷瘤裸鼠模型各时间点扫描图像 6.组织切片 6.组织切片 裸鼠均经颈部脱臼方法处死，肿瘤在磁场中的方向在皮肤上做标记。肿瘤被立即切除保存于4%福尔马林24小时，经石腊包埋固定，进行5mm层

35、厚切片，与MR扫描层厚一致，进行HE染色。7.治疗反应的评估 7.治疗反应的评估 初始的 HCT116 肿瘤模型弥散图像在实验空间分辨率条件下没有显示出任何可评估的弥散各向异性，我们可以适度假设其弥散是各向同性的45。肿瘤的平均 ADC 值是在工作站上结合 T2WI 图像和 DWI 图像，选取瘤体实性成份部位，在 ADC 图上手动勾画肿瘤组织 ROI 测得。治疗后 ADC 值的改变由计算平均 ADC 值相对于基线的改变量获得，每只裸鼠均有自己的独立数据。ADC1%、ADC3%、.、ADC30%表示平均 ADC 值在治疗后 1 天、3天、.、30 天的改变比率。治疗的有效性由肿瘤的倍增时间延迟(

36、Td)评估，由如下公式计算得出：8Td=TC （1）T和C分别表示治疗组和对照组肿瘤从开始治疗第一天起体积倍增的天数。在轴位T2WI图像上，肿瘤相对周边肌肉组织表现为高信号。在肿瘤的每一层图像上手动勾画肿瘤边界，经工作站软件计算获取肿瘤体积。由ADC值反应出的治疗反应与由体积决定的治疗反应相关联。8.统计学分析 8.统计学分析 使用SPSS 11.0进行统计学分析。使用Kolmogorov-Smirnov分析方法来分析肿瘤体积和治疗前ADC值是否属于正态分布。各治疗组及对照组肿瘤延迟倍增表现和ADC改变的不同经过t-test分析。Pearson相关性分析用于分析肿瘤体积改变和ADC值改变之间的

37、相关性是否具有显著性。5%置信区间被用于所有统计学分析，P值小于0.05认为有统计学显著差异。结果 结果 1.肿瘤模型体积变化 1.肿瘤模型体积变化 应用Kolmogorov-Smirnov 分析方法进行的统计学常态分析显示，肿瘤体积在治疗开始之前是正常分布的(P=0.34)。HCT116肿瘤对于各治疗组治疗方案的反应列于图5。对照组呈指数性生长的肿瘤(n=8)的倍增时间约为3天。对于各治疗组的HCT116肿瘤，观察到的抗肿瘤活性不同。其中5Fu/oxaliplatin联合治疗(n=8)的肿瘤最有效，倍增时间延迟（Td）为12天，其次为oxaliplatin治疗组(Td=8天；n=8)，5Fu

38、治疗组效果最差(Td=4天；n=8)。在所有三个治疗组中，所有经治疗的HCT116肿瘤都相对于对照组肿瘤产生了不同程度的抗肿瘤活性(P 0.05 包括所有时间点)。除了那些接受5Fu治疗的肿瘤(P=0.07)，其他治疗组肿瘤，平均ADC值基于基线在7-11天时的增加具有统计学意义(P 0.05)。在第20天(治疗结束后15天)，ADC值回到了治疗前的水平。对于3个组的ADC7%、ADC11%配对比较分析显示，5Fu和oxaliplatin组间具有统计学差异(P 0.05)，5Fu和5Fu/oxaliplatin组间一样(P0.05)。oxaliplatin和5Fu/oxaliplatin组间的

39、ADC7%、ADC11%差异没有统计学意义。3个组治疗前肿瘤平均ADC值和观察到的肿瘤生长延迟没有显著相关性，3个组在治疗3天内，没有出现平均ADC值(ADC3%)的统计学意义改变。在治疗组，在平均ADC7%、ADC11%和平均肿瘤延迟间有阳性的相关性(r=0.86,P 0.05)，说明在肿瘤ADC值的早期增加与最终治疗疗效间具有相关性。10各治疗组肿瘤 ADC值变化00.20.40.60.811.201371115202530时间（天）ADC（10mm2/seccon5fuoxa5fu/oxa 图6 注：对照组（con）、5fu单药治疗组（5fu）、oxaliplatin单药治疗组（oxa）

40、和5Fu/oxaliplatin联合治疗组（5fu/oxa）肿瘤治疗后平均ADC值表现 3.肿瘤模型病理 3.肿瘤模型病理 病理检查HE染色显示治疗组和对照组肿瘤均有中心坏死。1-3天发现ADC值逐渐下降，病理结果显示肿瘤组织充血并周围血管闭塞，细胞肿胀，但未发现肿瘤组织坏死；7天后ADC值明显上升，病理证实肿瘤组织坏死；15天后ADC值再次下降，病理结果提示肿瘤再生。讨论 讨论 1.1.肿肿瘤模型ADC值早期改变与治疗反应具有相关性 瘤模型ADC值早期改变与治疗反应具有相关性 1.1有效治疗反应及其意义 1.1有效治疗反应及其意义 个体肿瘤对于化疗的反应不一，甚至有些肿瘤在术前化疗时生长扩散

41、，这提示如果能够在治疗开始之前和治疗早期能够预测治疗反应将会非常有意义。这种预测意味着可以使临床能够在治疗过程中调整治疗方案，这种个体化的治疗策略可以影响患者的预后。在本研究中，发现扩散加权成像对于接受5Fu/oxaliplatin联合治疗的HCT116裸鼠异体移植肿瘤，可以作为一种监测抗肿瘤活性的可行而且是早期替代指标。联合治疗组的用药方案是模仿临床方案设计的。所有治疗导致的肿瘤倍增延迟的结果均与空白对照组进行比较。Oxaliplatin和5Fu联合治疗相对于单独用药，显著延长了肿瘤的倍增时间，显示出协同的抗肿瘤生长效果。1.2.ADC值早期改变与治疗反应具有相关性 1.2.ADC值早期改变

42、与治疗反应具有相关性 11在本研究中，我们发现了个体肿瘤ADC值参数与再生长延迟时间之间的相关性。但一定要确定接受不同化疗方案治疗的动物模型肿瘤在开始时的状态是相似的，因此才能说明所观察到的效果是治疗引起的效果，而不是由于开始时肿瘤所具有的诸如坏死、纤维化以及活性细胞等情况造成的。在本研究中，平均ADC值参数范围为0.4810-0.6110mm2/sec，说明个体肿瘤的初始成份间无明显差异。本研究中的治疗方法导致了肿瘤内水运动能力的增加，正如所观察到的平均肿瘤ADC值的增加，在开始后7-11天，治疗有效肿瘤的这种增加都非常明显，除了仅仅接受单一5Fu治疗的肿瘤(P=0.07)。肿瘤水弥散的增加

43、与其他研究中肿瘤接受另外一些抗肿瘤治疗和基因治疗后的结果一致37-44.46-49。在我们的研究中，治疗开始后7天测得的肿瘤ADC值的增加，与肿瘤最终的治疗反应相关，变化的大小与治疗效果直接相关。这些结果显示，弥散图像在个体患者中，具有对治疗反应进行早期评估的潜在能力。因为很多治疗方法，如化疗和放疗经常分周期进行，在治疗早期对于治疗反应进行评估，能够为调整最适宜剂量提供机会，而且还能提供与适宜剂量频率相关的反馈信息。DW-MRI对于组织结构改变的敏感性为在实验室模型以及临床工作中评估治疗方法提供了新的方法，也许会提升试验性治疗方法的效果。一些研究DW-MRI的结果还显示初始表观弥散系数可以作为

44、预期鼠原发乳腺肿瘤化疗以及对于人直肠癌化疗和/或放疗反应的参数。至少有三篇发表的文献得出关于使用DW-MRI分析治疗前弥散特性和治疗后反应的相似相关性50-52。Lemaire 等50进行的原发鼠乳腺癌模型研究发现，当治疗前表观弥散系数较低时其化疗效果好于表观弥散系数较高的情况。一个可能的关于化疗前弥散参数和治疗反应间的相关性的解释是，位于坏死边缘区域的细胞处于一个缺氧环境，代谢较低，因此，对化疗可能更不敏感53。进而，化疗药物对于坏死肿瘤不敏感的原因是没有足够的血供。治疗前弥散表现和化疗后反应间的显著相关性表明，对于一些治疗，DW-MRI可能用于在治疗初期预期治疗结果。但本研究未能观测到类似

45、表现。2.肿瘤ADC值改变的病理机制 2.肿瘤ADC值改变的病理机制 肿瘤弥散改变的潜在机制还不是十分明确，但是来自不同类型肿瘤的MR数据都不同程度表现出，肿瘤活性细胞的密度也许是影响肿瘤水弥散的关键因素54。作为针对治疗的反应，由于细胞被杀死，细胞膜的整体性被破坏，而且由凋亡引起的细胞萎缩或坏死导致组织间隙空间比重加大，尽管确切的细胞萎缩的机制还没有明确。组织微血管的破坏也会导致血管源性水肿，因此减低了组织间液的粘度并扩大了细胞外容积。因为细胞12外水分子的移动性比细胞内水分子的移动性强，细胞容积比重的减小导致ADC值的整体升高。3.误差讨论 3.误差讨论 在大多数的样本中，MR图像显示了一

46、定程度的不均一性，因为坏死区域的存在，所以在T2图像和ADC图上表现为高信号和较高的水运动能力。在使用弥散MRI来检测生物学效果时，通常只对肿瘤外围的有活性细胞较为关注，成功的区分活性区域和坏死区域有赖于观察者的技巧。肿瘤整体情况在T2图像上很容易描绘。针对整体肿瘤收集的信息非常易于应用于临床以评估治疗的效果。但另一方面，对于评估整体肿瘤体积的失误可能是由于因肿瘤不均一性导致的取样错误(这个错误与介入方法相关的错误很相似)，因为取样区域可能不是整体肿瘤的代表成份55。本研究的另一个潜在缺点是只使用单一的b值800 sec/mm2。我们没有研究b值所扮演的角色，因为之前的预实验显示出b值800s

47、ec/mm2可以得到满意的结果，而且更高的b值会导致信号的降低和图像质量的下降。但是，作为DW-MRI的量化参数，ADC不仅反应了弥散，而且还反应了微血管的灌注情况30。以前的研究显示，使用较低的b值(b 1000s/mm)会增大几何变形。5.小动物DWI的局限性 5.小动物DWI的局限性 尽管DWI在近些年的生物医学研究领域扮演了重要的角色，其还是因为固有的缺陷保留着扫描伪影。例如，由强梯度脉冲切换产生的涡流会引起影像变形1；使用长回波链的单次激发超快速序列对于磁场不均一和空气组织界面很敏感，因此产生一定数量的伪影12。实践上，小鼠只有大鼠的十分之一大小，因此，临床MR扫描仪对小鼠进行DWI

48、检察更有技术挑战性。具我们了解，有一例关于小鼠皮下鳞状细胞癌的研究得到了满意的图像治疗，使用了线性弥散图像技术11。我们在小鼠皮下移植结肠癌模型上得到的图像质量也是比较满意的。在小动物体部DWI应用中，会因为运动伪影的严重影响和空气组织界面伪影而遭遇更多挑战。另外，很多文献报道在正常组织和病变之间的ADC值有显著的交叉32，需要作更多的努力以使DWI可以进行组织定性。结论 结论 总之，本研究中，我们通过将不同化疗方案治疗后肿瘤模型倍增时间和平均ADC值的15动态变化进行相关性分析，并与同期的病理切片进行对比，发现肿瘤模型治疗后平均ADC值在7-11天的升高与肿瘤模型化疗结果具有相关性，清晰显示

49、了DW-MRI可以用于无创伤性的在化疗初始阶段预期治疗结果的潜在能力；肿瘤模型DWI图像ADC值的变化与同期病理改变具有相关性，肿瘤模型在化疗后20天内ADC值的动态变化，均能够由相应时间点的病理改变得到解释，通过测量DWI图像ADC值，可以动态观察肿瘤对于化疗的反应。我们还需要进行进一步工作，以明确是否观察到的肿瘤弥散的改变就是成功杀伤细胞的普遍反应，以及描绘弥散改变的动力学，但是我们的结果说明这种方法对于将来更好的治疗恶性肿瘤是非常有帮助的，会给予临床重要的信息。16第二部分 第二部分 无创性影像技术对于结直肠癌区域淋巴结侵犯术前评价的比较研究影像与病理对照无创性影像技术对于结直肠癌区域淋

50、巴结侵犯术前评价的比较研究影像与病理对照 结直肠癌是常见的恶性肿瘤，手术切除后局部的复发率为3%到32%85，通常认为残留的转移淋巴结是复发的主要原因之一86-89。为了在术前做出明确诊断并且选择合适的治疗方法，对于区域淋巴结侵犯的评估是非常重要和必要的90-95。虽然关于现代无创性影像方法如计算机断层成像(CT)、磁共振成像(MRI)在肿瘤淋巴结分期（N分期）方面的诊断表现已经进行了大量研究，但整体准确性并不理想96-101，而且多数研究缺乏病理对照。本研究以病理学结果作为金标准对照，拟通过对比CT、MRI、DWI-MRI在评价结直肠癌区域淋巴结侵犯中的诊断价值，进一步提高结直肠癌N分期的影