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世界华人消化杂志. 2021-05-08; 29(9): 474-478
在线出版日期: 2021-05-08. doi: 10.11569/wcjd.v29.i9.474
直肠癌动态增强磁共振成像定量灌注参数与血管内皮生长因子、微血管密度的相关性
陈抚标, 唐鸿, 张心荣
陈抚标, 唐鸿, 浙江省德清县人民医院放射科(邵逸夫医院德清院区) 浙江省湖州市313200
陈抚标, 主治医师, 主要从事放射诊断工作.
张心荣, 浙江省德清县人民医院超声科(邵逸夫医院德清院区) 浙江省湖州市313200
ORCID number: 张心荣 (0000-0002-3453-281X).
作者贡献分布: 此课题由陈抚标设计, 研究过程由陈抚标, 唐鸿, 张心荣共同操作完成, 研究所用新试剂及分析工具由陈抚标提供, 数据分析及论文写作由陈抚标完成.
通讯作者: 张心荣, 主治医师, 313200, 浙江省湖州市德清县武康镇英溪南路120号, 浙江省德清县人民医院超声科. zhangxinrong2018@163.com
收稿日期: 2021-01-19
修回日期: 2021-02-15
接受日期: 2021-03-27
在线出版日期: 2021-05-08

背景

动态增强磁共振成像在肿瘤性质, 血流灌注, 预后评估等方面发挥着十分重要的作用. 动态增强磁共振成像能定量分析肿瘤组织微循环血流灌注状态, 可为临床术前评估提供有价值的血流动力学信息.

目的

探讨直肠癌动态增强磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance image, DCE-MRI)定量灌注参数与血管内皮生长因子、微血管密度的相关性.

方法

选取在我院拟行手术切除治疗的65例直肠癌患者作为研究对象. 所有患者术前均行DCE-MRI检查, 测定病灶及其周围正常直肠壁的定量灌注参数: 正向转运常数(forward transport constant, Ktrans)、反向转运常数(reverse transport constant, Kep)、容积分数(volume fraction, Ve)和起始曲线下面积(area under the starting curve, iAUC). 采用免疫组织化学方法测定术后标本的血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)表达水平、微血管密度(microvessel density, MVD), 分析DCE-MRI定量灌注参数与VEGF、MVD的相关性.

结果

直肠癌病灶的Ktrans、Kep、Ve和iAUC均明显高于正常直肠壁, 差异均有统计学意义(均P<0.05); 直肠癌病灶的MVD和VEGF表达水平均明显高于正常直肠壁, 差异均有统计学意义(均P<0.05); Ktrans、Kep、Ve和iAUC与MVD均呈正相关, 相关系数分别为r = 0.76、r = 0.70、r = 0.46、r = 0.68(均P<0.05); 与VEGF表达水平均呈正相关, 相关系数分别为r = 0.72、r = 0.67、r = 0.41、r = 0.64(均P<0.05).

结论

直肠癌DCE-MRI定量灌注参数能有效反映病灶的血流灌注状态, 其中Ktrans与MVD、VEGF表达水平具有较好相关性, 可为术前评估提供有价值的参考.

关键词: 直肠癌; 磁共振成像; 灌注; 微血管密度; 血管内皮生长因子

核心提要: 直肠癌动态增强磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance image, DCE-MRI)能准确反映肿瘤组织的血流灌注分布. 运用DCE-MRI定量分析直肠癌组织的微循环血流灌注, 为术前评估病灶新生血管状态提供参考.
引文著录: 陈抚标, 唐鸿, 张心荣. 直肠癌动态增强磁共振成像定量灌注参数与血管内皮生长因子、微血管密度的相关性. 世界华人消化杂志 2021; 29(9): 474-478
Correlation of dynamic contrast-enhanced magnetic resonance quantitative perfusion parameters with vascular endothelial growth factor expression and microvessel density in rectal cancer
Fu-Biao Chen, Hong Tang, Xin-Rong Zhang
Fu-Biao Chen, Hong Tang, Department of Radiology, Deqing People's Hospital, Huzhou 313200, Zhejiang Province, China
Xin-Rong Zhang, Department of Ultrasonography, Deqing People's Hospital, Huzhou 313200, Zhejiang Province, China
Corresponding author: Xin-Rong Zhang, Chief Physician, Department of Ultrasonography, Deqing People's Hospital, No. 120 Yingxi South Road, Wukang, Deqing, Huzhou 313200, Zhejiang Province, China. zhangxinrong2018@163.com
Received: January 19, 2021
Revised: February 15, 2021
Accepted: March 27, 2021
Published online: May 8, 2021

BACKGROUND

Dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) plays a very important role in assessing tumor nature, blood perfusion, prognosis, and so on. DCE-MRI can quantitatively analyze the blood perfusion state of tumor microcirculation, which can provide valuable hemodynamic information for clinical preoperative evaluation.

AIM

To investigate the correlation of quantitative perfusion parameters of DCE-MRI with vascular endothelial growth factor (VEGF) expression and microvessel density (MVD) in rectal cancer.

METHODS

Sixty-five patients with rectal cancer who were scheduled for surgical resection at our hospital were selected. All patients were examined by DCE-MRI before operation. The quantitative perfusion parameters including forward transport constant (Ktrans), reverse transport constant (Kep), volume fraction (Ve), and area under the starting curve (iAUC) of the lesion and normal rectal wall were measured. The MVD and VEGF expression were measured by immunohistochemistry. The correlation of DCE-MRI quantitative perfusion parameters with VEGF expression and MVD in rectal cancer was then analyzed.

RESULTS

Ktrans, Kep, Ve, and iAUC in rectal cancer lesions were significantly higher than those in the normal rectal wall (P < 0.05). MVD and VEGF expression in rectal cancer lesions were significantly higher than those in the normal rectal wall (P < 0.05). Ktrans, Kep, Ve, and iAUC were positively correlated with MVD (r = 0.76, 0.70, 0.46, and 0.68, respectively, P < 0.05) and VEGF expression (r = 0.72, 0.67, 0.41, and 0.64, respectively, P < 0.05).

CONCLUSION

DCE-MRI quantitative perfusion parameters in rectal cancer can effectively reflect the blood perfusion state of the lesions, and there is a high correlation between Ktrans and MVD and VEGF expression, which can provide valuable reference for preoperative evaluation of this malignancy.

Key Words: Rectal cancer; Magnetic resonance imaging; Perfusion; Microvessel density; Vascular endothelial growth factor
0 引言

血管生成对于肿瘤的生长和发展是必不可少的[1]. 在直肠癌中, 血管生成与跨壁扩散、淋巴转移和远处血行转移密切相关[2]. 血管生成状态的评估方法有直接法和间接法. 直接法一直被认为是评价的"金标准", 如检测组织标本的微血管密度(microvessel density, MVD)和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)等, 但存在耗时长、侵入性强、重复性差等缺点[3]. 直肠癌动态增强磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance image, DCE-MRI)可通过对比剂在肿瘤组织中的分布状态分析肿瘤组织的血管灌注变化, 从而间接反映其血管形成及生物学行为. 本研究旨在探讨DCE-MRI定量灌注参数与VEGF、MVD的相关性, 以期为临床诊治提供有价值的参考.

1 材料和方法
1.1 材料

选取2018-05/2020-11期间, 在我院拟行手术切除治疗的65例直肠癌患者作为研究对象. 其中男42例, 女23例, 平均年龄(53.5±13.4)岁. 纳入标准: (1)均经肠镜病理活检证实为直肠癌; (2)术前均未曾行放疗、化疗等任何治疗.

排除标准: (1)DCE-MRI检查禁忌证; (2)无法配合检查; (3)对比剂过敏. 所有患者均于术前1 wk内行直肠DCE-MRI检查并签署知情同意书. 本研究经本院医学伦理委员会审批通过(批件号: 20180012).

1.2 方法

1.2.1 DCE-MRI检查: 采用3.0 T磁共振成像仪行扫描检查, 对比剂采用钆-喷酸葡胺, 注射剂量为0.1 mmol／kg, 注射流速为1.5 mL/ｓ. 以体部相控阵表面线圈行全直肠常规平扫和增强扫描. 检查前, 患者接受充分肠道准备, 常规平扫包括T1WI、T2WI、DWI; 增强扫描为T1WI. 由一名经验丰富的高年放射专业副主任医师, 采用盲法在DWI图像上描绘感兴趣区(避开囊变和坏死区域), 测定病灶及其周围正常直肠壁(距离肿瘤边缘至少2 cm以外的肠壁)的DCE-MRI定量灌注参数: 正向转运常数(forward transport constant, Ktrans)、反向转运常数(reverse transport constant, Kep)、容积分数(volume fraction, Ve)和起始曲线下面积(area under the starting curve, iAUC). 见图1A.

图1
图1 直肠癌DCE-MRI及术后病理检查. A: 描绘感兴趣区, 测定DCE-MRI定量灌注参数; B: 术后标本病理显示: 热点MVD中血管内皮细胞呈棕黄色; C: VEGF呈强表达, 胞浆内呈棕黄色阳性表达. DCE-MRI: 直肠癌动态增强磁共振成像; MVD: 微血管密度; VEGF: 血管内皮生长因子.

1.2.2 MVD及VEGF表达水平测定[4]: 对术后标本组织行CD34和VEGF免疫组织化学染色. MVD测定: 在低倍放大镜下确定3个肿瘤"热点"(肿瘤内高血管化区域), 采用Weidner N计数法, 在200倍放大镜下计数每个"热点"中最多微血管数目, 取平均值. VEGF染色采用染色强度(1, 否; 2, 弱; 3, 中等; 4, 强染色), 200倍放大时肿瘤面积百分比(1, <5%; 2, 5-20%; 3, 21-50%; 4, >50%), 这两个评分的总和作为VEGF表达水平的评分值, 范围为2-8分. 见图1B和C.

统计学处理 采用SPSS 20.0统计学软件对数据进行分析. 计量资料采用mean±SD表示, 对符合正态性分布的数据采用配对t检验. 相关性分析采用Spearman相关分析. P<0.05认为差异有统计学意义.

2 结果
2.1 术后病理结果情况

65例病理确诊的直肠癌均行根治性手术, 其中Miles手术6例, 低位切除术51例, 超低位切除术8例. 肿瘤大小2-6 cm, 平均3.42 cm±1.16 cm. 肿瘤类型: 上段19例, 中段38例, 下段8例. 组织病理学分期: T1期5例, T2期10例, T3期41例, T4期9例. 肿瘤分化程度: 高分化者6例, 中分化者58例, 低分化者1例.

2.2 DCE-MRI定量灌注参数情况

直肠癌病灶的Ktrans、Kep、Ve和iAUC均明显高于正常直肠壁, 差异均有统计学意义(均P<0.05). 见表1.

表1 DCE-MRI定量灌注参数比较.
组别/参数Ktrans(min-1)Kep(min-1)VeiAUC(mmol×L-1×s)
直肠癌0.23±0.05b0.92±0.3b0.41±0.25b4.68±1.73b
正常直肠壁0.09±0.020.57±0.210.25±0.112.07±0.71
T/P值22.391/0.0007.711/0.0004.913/0.00011.157/0.000
bP<0.01, 与正常直肠壁比较. DCE-MRI: 直肠癌动态增强磁共振成像; Ktrans: 正向转运常数; Kep: 反向转运常数; Ve: 容积分数; iAUC: 起始曲线下面积.
2.3 术后组织标本MVD及VEGF表达水平测定情况

直肠癌病灶的MVD明显高于正常直肠壁, 差异有统计学意义(P<0.05); 直肠癌病灶的VEGF表达水平明显高于正常直肠壁, 差异有统计学意义(P<0.05). 见表2.

表2 MVD及VEGF表达水平比较.
组别/参数VEGF(分)MVD(条/200倍视野)
直肠癌5.26±1.55b71.51±10.47b
正常直肠壁3.35±0.9936.20±8.97
T/P值9.744/0.00025.414/0.000
bP<0.01, 与正常直肠壁比较. MVD: 微血管密度; VEGF: 血管内皮生长因子.

2.4 DCE-MRI定量灌注参数与MVD及VEGF表达水平的相关性 Ktrans、Kep、Ve和iAUC与MVD均呈正相关, 相关系数分别为r = 0.76、r = 0.70、r = 0.46、r = 0.68(均P<0.05); 与VEGF表达水平均呈正相关, 相关系数分别为r = 0.72、r = 0.67、r = 0.41、r = 0.64(均P<0.05); 其中Ktrans与MVD、VEGF表达水平的相关性最高. 见图2、图3.

图2
图2 Ktrans与MVD的相关性图. Ktrans: 正向转运常数; MVD: 微血管密度.
图3
图3 Ktrans与VEGF表达水平的相关性图. Ktrans: 正向转运常数; VEGF: 血管内皮生长因子.
3 讨论

直肠癌是一种较为常见的恶性消化道肿瘤, 目前临床治疗的主要手段包括手术切除、放疗、化疗等多种手段[5]. 正确选择合适的治疗手段是治疗的关键. 近年来, 影像学检查技术发展迅速, DCE-MRI检查不仅能从肿瘤形态大小、浸润范围、信号强度等方面进行术前评估, 而且能定量分析肿瘤微循环血流灌注状态[6].

DCE-MRI通过分析感兴趣区对比剂吸收的定量参数, 能有效反映肿瘤组织的渗透性或血流量状态, 其中Ktrans是对比剂经血管内皮转运到血管外间隙的速度, 可反映局部组织的血管渗透性以及血流灌注量; Kep是对比剂从血管外间隙回流入相应血管腔内的速度, 能反映毛细血管的渗透性; 而iAUC因其不受灌注参数模型影响, 能有效反映感兴趣区的整体血流量状态[7]. 本研究结果中, 直肠癌病灶的Ktrans、Kep、Ve和iAUC均明显高于正常直肠壁, 提示DCE-MRI能有效监测直肠癌病灶的血管通透性、血流量等血管功能状态, 能有效反映病灶的血管解剖、病理功能状态与正常直肠壁之间的差异. 肿瘤为了获得生长、转移所需的营养, 其在结构和功能上的发展依赖于新生血管, 而这些新生血管容易发生渗漏, 并形成危险的复杂的相互连接模式[8,9]. 这将导致肿瘤具有更高的内皮通透性以及血液流动性, 使DCE-MRI定量灌注参数发生改变. 本研究结果与Ｋim等[10]和Yao等[11]的研究结果相一致, 肿瘤新生血管结构功能均发育不完善, 较正常血管具有更高渗透性以及血流量, 导致Ktrans、Kep和iAUC相应增高. 但Ve的变化在不同研究中存在差异, Ｋim等[10]的研究显示直肠癌Ve与正常肠壁之间无明显差异, 原因可能是: (1)Ｋim等[10]研究中DCE-MR扫描时间过长, 导致阴性结果出现; (2)血管外间隙可能受多种因素如组织缺氧、细胞密度等影响.

MVD在肿瘤生长和转移过程中发挥着十分重要的作用. 伴随着MVD的升高, 肿瘤细胞进入血管的机会增加, 发生转移的几率相应升高. 而VEGF在肿瘤血管内皮细胞增殖中发挥着重要的诱导分化作用, 在新生血管生成过程中发挥着重要的促进作用, 是肿瘤微小血管生成的重要因子[12]. 本研究结果显示, 直肠癌病灶的MVD、VEGF表达水平均明显高于正常直肠壁, 表明二者在直肠癌病灶的新生血管状态评估中具有十分重要的价值, 能客观反映直肠癌局部微环境的组织病理学变化. 本研究相关性分析结果显示, Ktrans、Kep、Ve和iAUC分别与MVD、VEGF表达水平均呈正相关, 其中Ktrans与MVD、VEGF表达水平的相关性最高. 提示利用DCE-MRI定量灌注参数能在一定程度上反映直肠癌病灶的血管解剖特征及血管功能状态, 其中Ktrans的临床应用价值更优.

4 结论

总之, 直肠癌DCE-MRI定量灌注参数能有效反映病灶的血流灌注状态, 其中Ktrans与MVD、VEGF表达水平具有较好相关性, 可为术前评估提供有价值的参考.

文章亮点
实验背景

准确评估直肠癌微循环血流灌注及新生血管生成状态有助于指导临床治疗, 而影像学检查在其术前评估方面发挥着重要作用.

实验动机

本研究运用直肠癌动态增强磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance image, DCE-MRI)定量分析直肠癌血流灌注状态, 探讨DCE-MRI灌注参数与血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、微血管密度(microvessel density, MVD)的相关性, 以期为临床术前评估提供一种无创性影像学方法.

实验目标

探讨直肠癌的DCE-MRI灌注参数与VEGF、MVD的相关性. 结果显示DCE-MRI定量灌注参数能反映病灶的血管解剖特征及功能状态.

实验方法

本研究采用了DCE-MRI术前评估直肠癌血流灌注及新生血管生成状态. DCE-MRI能定量分析病灶的微循环灌注状态, 而VEGF、MVD水平能准确反映新生血管生成状态.

实验结果

本篇论文的研究达到实验目标并取得以下研究结果: 直肠癌病灶的DCE-MRI灌注参数以及MVD和VEGF表达水平均明显高于正常直肠壁; 直肠癌病灶的Ktrans、Kep、Ve和iAUC与MVD及VEGF表达呈正相关. 说明DCE-MRI灌注参数能反映直肠癌微循环血流灌注, 能间接反映新生血管生成状态, 为临床术前评估提供有价值的参考.

实验结论

DCE-MRI灌注参数在直肠癌病灶与正常直肠壁之间存在差异. DCE-MRI能定量分析直肠癌的血流灌注状态, 其灌注参数Ktrans、Kep、Ve和iAUC均与MVD、VEGF呈正相关, 而Ktrans与MVD、VEGF的相关性最高, 能间接反映直肠癌的新生血管生成状态, 可为临床术前评估直肠癌的新生血管生成状态提供一种可靠方法.

展望前景

DCE-MRI容易受患者运动干扰, 导致图像质量下降, 影响分析结果. 本研究未来研究的方向是DCE-MRI结合其它监测指标对直肠癌进行术前评估. 而未来研究的最佳方法是DCE-MRI联合超声造影评估直肠癌的新生血管状态.

学科分类: 胃肠病学和肝病学

手稿来源地: 浙江省

同行评议报告学术质量分类

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C级 (良好): C

D级 (一般): D, D

E级 (差): E

科学编辑:张砚梁 制作编辑:张砚梁

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