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目的:比较兔VX2恶性骨肿瘤放疗后体素内不相干运动扩散加权成像(introvoxelincohorent movement diffusion weighted imaging,IVIM-DWI)定量指标变化与肿瘤细胞密度、MVD、VEGF表达的相关性,探讨恶性骨肿瘤放射治疗后早期变化中IVIM-DWI的评估价值。方法:在兔VX2恶性骨肿瘤模型建立2周后,将其随机分为实验组(n=15)和对照组(n=15)。实验组病变区进行放射治疗(10Gy/次)并于放疗1天前和放疗3天后行IVIM-DWI扫描;对照组不做任何治疗,与实验组同期行IVIM-DWI扫描。通过西门子后处理软件对扫描图像进行定量分析,获得肿瘤实性区、坏死区的一系列观测指标:表观扩散系数(ADC)、真实扩散系数(D)、灌注相关扩散系数(D~*)、灌注分数(f)。在第二次IVIM-DWI扫描后,处死模型兔,取出含瘤体骨骼标本,分别行切片、HE染色和免疫组化检查(包括MVD及VEGF)。统计分析实验组放疗前后和对照组同期IVIM-DWI定量指标的变化,分析各个定量指标的诊断效能,探讨IVIM-DWI定量指标与肿瘤细胞密度、MVD计数、VEGF表达的相关性。结果:1.实验组与对照组肿瘤实性区与坏死区在放射治疗前后IVIM-DWI各定量指标的对比:实验组的肿瘤实性区、坏死区在放射治疗后ADC值、D值均显著高于放射治疗前(P<0.05)。实验组肿瘤实性区放疗后D~*值、f值均较放疗前减小,且差异均有统计学意义(P<0.05)。实验组肿瘤坏死区放疗前后D~*值、f值无明显差异(P=0.788,0.916)。对照组肿瘤实性区放射治疗后同期ADC值、D值均比放射治疗前同期显著减小(P<0.05),对照组肿瘤坏死区放射治疗后同期ADC值、D值均比放射治疗前同期显著增大(P<0.05)。对照组肿瘤实性区放射治疗前后D~*值、f值无明显差异(P=0.526,0.886);对照组肿瘤坏死区放疗前同期D~*值、f值与放疗后同期无明显差异(P=0.563,0.238)。实验组放疗后实性区ADC值、D值均较对照组同期增大,D~*值、f值均较对照组同期减小,差异均有统计学意义(P<0.05)。实验组放疗后坏死区D值较对照组同期增大,f值均较对照组同期减小,差异均有统计学意义(P<0.05)。实验组放疗后坏死区ADC值及D~*值较对照组同期无明显差异(P=0.054,0.353)。2.实验组与对照组肿瘤不同区域放疗前后IVIM-DWI各定量指标ROC曲线下面积比较:实验组肿瘤实性区放疗前后各指标变化中,ADC值、D值、D~*值、f值的曲线下面积(AUC)分别为0.911、0.924、0.729、0.653,D值具有最高的诊断效能,D=784.90×10~-66 mm~2/s可作为鉴别诊断实验组肿瘤实性区放疗前后变化的阈值,其敏感度与特异度分别为93.30%、86.70%。实验组肿瘤坏死区放疗前后各指标变化中D值与ADC值差异有统计学意义,其AUC分别为0.960、0.956,D值具有最高的诊断效能,D=973.00×10~-66 mm~2/s可作为鉴别诊断实验组肿瘤坏死区放疗前后变化的阈值,其敏感度与特异度均为93.30%。对照组肿瘤实性区放疗前后各指标变化中,ADC值、D值的AUC分别为0.822、0.791,ADC值具有最高的诊断效能,ADC=677.50×10~-66 mm~2/s可作为鉴别诊断对照组肿瘤实性区放疗前后变化的阈值,其敏感度与特异度分别为80.00%、86.70%。对照组肿瘤坏死区放疗前后各指标变化中ADC值与D值差异有统计学意义,其AUC分别为0.942、0.933,ADC值具有最高的诊断效能,ADC=970.90×10~-66 mm~2/s可作为鉴别诊断实验组肿瘤放疗前后变化的阈值,其敏感度与特异度分别为93.30%、86.70%。实验组放疗后与对照组放疗后同期肿瘤实性区各指标比较中,ADC值、D值、D~*值、f值的AUC分别为0.947、0.964、0.707、0.720,D值具有最高的诊断效能,D=743.50×10~-66 mm~2/s可作为鉴别诊断实验组放疗后与对照组放疗后同期肿瘤实性区变化的阈值,其敏感度与特异度均为93.30%。实验组放疗后与对照组放疗后同期肿瘤坏死区各指标比较中,D值与f值的差异有统计学意义,其曲线下面积分别为0.698、0.727,f值具有最高的诊断效能,f=34.50%可作为鉴别诊断实验组放疗后与对照组放疗后同期肿瘤坏死区变化的阈值,其敏感度与特异度分别为53.30%、80.00%。3.放射治疗后两组实性区与坏死区肿瘤细胞密度、MVD计数、VEGF表达的比较:实验组放射治疗后在肿瘤实性区、坏死区的细胞密度的均值分别为(11.04±2.26)%、(4.34±1.63)%,对照组放疗后同期肿瘤实性区、坏死区的细胞密度的均值分别为(20.25±2.28)%、(5.38±1.25)%,实验组肿瘤实性区与坏死区细胞密度较对照组同期显著减少(P<0.05)。实验组放疗后肿瘤实性区、坏死区的MVD计数分别为25.33±8.94、13.40±8.98,对照组放疗后同期MVD计数分别为36.00±15.09、16.20±8.80,实验组放疗后实性区MVD计数较对照组同期减少,差异均有统计学意义(P<0.05),两组肿瘤坏死区之间差异无统计学意义(P>0.05)。实验组与对照组放射治疗后肿瘤实性区的VEGF表达分别为4.27±1.49、7.00±3.32,实验组放射治疗后实性区VEGF表达较对照组同期减少,差异均有统计学意义(P<0.05)。实验组与对照组放射治疗后肿瘤坏死区的VEGF表达分别为2.67±1.40、3.80±1.74,两组肿瘤坏死区之间差异无统计学意义(P>0.05)。4.放疗后实验组及对照组IVIM-DWI定量指标与肿瘤细胞密度、MVD计数、VEGF表达相关性:(1)实验组放疗后实性区D值与细胞密度呈负相关(r=-0.757,P<0.05),坏死区D值与细胞密度呈负相关(r=-0.782,P<0.05);实验组放疗后实性区ADC值与细胞密度呈负相关(r=-0.630,P<0.05),坏死区ADC值与细胞密度呈负相关(r=-0.750,P<0.05);对照组放疗后同期实性区D值与细胞密度呈负相关(r=-0.833,P<0.05),坏死区D值与细胞密度呈负相关(r=-0.666,P<0.05);对照组放疗后同期实性区ADC值与细胞密度呈负相关(r=-0.818,P<0.05),坏死区ADC值与细胞密度呈负相关(r=-0.653,P<0.05)。(2)实验组放疗后实性区f值与MVD计数呈正相关(r=0.878,P<0.05),坏死区f值与MVD计数呈正相关(r=0.766,P<0.05);对照组放疗后同期实性区f值与MVD计数呈正相关(r=0.738,P<0.05),坏死区f值与MVD计数呈正相关(r=0.832,P<0.05)。(3)实验组放疗后实性区f值与VEGF表达呈正相关(r=0.855,P<0.05),坏死区f值与VEGF表达呈正相关(r=0.896,P<0.05);对照组放疗后同期实性区f值与VEGF表达呈正相关(r=0.861,P<0.05),坏死区f值与VEGF表达呈正相关(r=0.688,P<0.05)。结论:IVIM-DWI定量指标D值与VX2恶性骨肿瘤细胞密度呈明显的负相关性,最能反映肿瘤细胞密集程度;IVIM-DWI定量指标f值与MVD计数、VEGF表达之间呈现出正相关性,可以反映肿瘤微血管生成情况,因此,IVIM-DWI可从肿瘤细胞密度和微血管两方面对骨肿瘤放射治疗后的早期治疗效果进行定量评估,为临床诊疗提供参考。