基于MRI、CT或FDG-PET头颈肿瘤GTV定义的断层病理解剖验证实验研究

发布时间：2019-06-03 16:28

【摘要】：第一部分兔VX2头颈移植癌模型的建立及其影像学表现目的：建立兔VX2头颈移植癌动物模型,了解其局部生长特性,观察该头颈移植癌在CT、MRI及18F-FDG-PET/CT图像上的表现特征。材料与方法：新西兰大白兔10只(Ⅱ级动物,2-3kg,月龄3-6个月,雌雄不限,健康,单独实验室单笼专人饲养,12h光照昼夜循环)由南方医科大学实验动物中心提供。VX2鳞癌细胞株荷瘤兔由中山大学动物实验中心提供。所有动物实验均已经南方医院实验动物伦理委员会审核通过。首先,将VX2瘤细胞株荷瘤新西兰白兔麻醉后,解剖种兔的荷瘤处,剥离肿瘤组织,用生理盐水冲洗,剔除坏死组织后,用眼科剪刀将灰白色鱼肉状VX2肿瘤组织置于安培瓶中剪碎(剪为1mm3左右的组织块),制成1X107/ml的细胞悬液。在兔腹股沟处注入VX2细胞悬液,传代兔传代。然后在CT定位引导下,穿刺针沿一侧下颌支向颅底方向进入咽旁组织中,CT扫描观察进针位置满意后注入细胞悬液0.5mL。最后,分别于种植第1、2、3周后定期CT扫描,观察每只兔头颈部肿瘤形成情况,成功获得VX2头颈部荷瘤兔后(肿瘤最大径2cm),利用CT、MRI以及18F-FDG-PET/CT扫描图像结合病理诊断,观察头颈VX2移植癌兔的症状、肿瘤细胞的局部浸润生长特性以及三种不同影像学方法的影像特征。结果： 1.10只兔头颈移植癌在种植2周-3周内8只均在头颈部形成影像检查可见的实体瘤,成功率80%。除了2例因意外死亡,6例进入研究。 2.观察可见头颈部肿瘤成瘤后均增长迅速,向周围浸润性生长,多在种植3-4周后开始由肿瘤中心向外逐渐坏死。 3.在头颈部肿瘤灶病理切片检查均符合低分化鳞状细胞癌表现。 4.10例兔VX2头颈移植癌在CT、MRI及18F-FDG-PET/CT图像上鼻咽结构、周围组织器官及鼻咽及咽旁肿瘤灶均能清晰显示。 5.在CT扫描显像中,兔VX2头颈移植癌主要表现为侵犯深部肌肉使咽旁肌束肿胀、密度升高,肌肉脂肪间隙模糊不清,甚至消失。部分可见蝶骨、枕骨斜坡等颅底破坏。最常见骨结构改变为溶骨性骨质吸收破坏,破坏区边缘模糊不清,骨小梁消失,骨皮质破坏中断。CT增强显示,该肿瘤为较弱的不规则强化,这与大部分头颈癌原发灶CT增强特点相似。 6.在MR扫描显像中,该移植肿瘤在T1WI上多为等信号,T2WI上略高信号,但较正常鼻咽腔黏膜信号略低,T1WI增强相上为高信号,强化明显,各扫描序列中,T1WI增强轴位扫描和T1压脂像显示病灶边缘清楚。 7.在18F-FDG-PET/CT显像中,肿瘤区表现为放射性物质高浓聚,感兴趣区最大SUVmax值为6.90g/ml,最小SUVmax为4.96g/ml, SUVmax均大于2.5,符合头颈肿瘤的代谢摄取特点。结论： 1.兔VX2头颈癌移植癌模型建立成功,且成功率较高。 2.该动物模型的生物学特性与影像学特征与人头颈癌相似,在CT、MRI及18F-FDG-PET/CT图像上能够清晰显示鼻咽腔内外结构以及与周围组织的关系,提供影像证据,是进行人类头颈癌实验研究的理想动物模型。第二部分基于MRI或CT头颈癌GTV定义的断层病理解剖验证实验研究目的：建立兔VX2头颈移植癌动物模型,采用整体标本断层病理解剖方法,验证基于MRI或CT的头颈癌GTV (gross tumor volume,大体肿瘤体积)定义的准确性,为临床评价以上两种影像方法GTV定义的准确定性提供断层病理解剖实验依据。材料与方法：将兔VX2荷瘤新西兰大白兔麻醉后,解剖将肿瘤从种兔的荷瘤处剥离,制成细胞悬液,随后在CT定位引导下,将瘤细胞悬液注入兔咽旁组织中,共选取10只新西兰大白兔建立VX2头颈癌动物模型,定期CT扫描,2-3周后获得VX2头颈癌模型兔6例。自制带有空间位置标识的新西兰大白兔体位固定装置。将成功荷瘤的每只新西兰大白兔固定于自制固定装置内,在相同的体位及固定下,分别行头颈部MR T1WI扫描、T2WI扫描及T1WI增强扫描和CT平扫及增强扫描,扫描层厚均为4cm,随后立即处死荷瘤兔,并于-70℃深层冷冻固定。采用可定位高速曲线锯按照与影像扫描相同的位置及层厚断层切割整体兔标本,并获取断层病理解剖图像。使用MatLab7.0将获取的断层病理解剖图像在保持原有长、宽、高参数前提下按照DICOM文件的国际标准对图像信息进行转换,使断层病理解剖JPG图像文件转换为DICOM数据文件,并传入治疗计划系统。并将MRI和断层病理解剖图像三维配准融合,CT图像和断层病理解剖图像三维配准融合。分别在MRIT1WI增强、CT增强及断层病理解剖图像上勾画GTV,且分别命名为(TVMRI,GTVCT和GTVSA。计算并比较GTVMRI GTVCT和GTVSA体积差异,GTVMRISA与GTVCTSA的重叠体积差异,最后计算得出可同时反映体积-位置差异的参数VDR (volume difference ratio,体积差异系数)值。结果： 1. GTVMRI、GTVCT与GTVSA的体积比较：在6只兔VX2头颈癌模型中,GTVMRI、GTVCT及GTVSA的平均体积及标准差分别为(8.20±2.56cm3)、(8.40±2.20cm3)和(8.11±2.88cm3),三者之间差异无显著意义(P=0.943)。 2. GTVMRISA与GTVCTSA的重叠体积比较：GTVMRISA与GTVCTSA的平均体积及标准差分别为(6.63±1.93cm3)和(5.67±1.93cm3),两组间差异无统计学意义(t=-2.025,P=0.099)。 3.VDRMRI-SA与VDRCT-SA的比较：VDRMRI-SA和VDRCT-SA的均数及标准差分别为0.180±0.060和0.309±0.091,二者之间存在显著差异性(t=7.493,P=0.001)。结论： 1.体积差异系数VDR全面反映了不同影像学方法定义的GTV在体积和空间位置的差异,较单纯的体积参数更加真实、灵敏,可更真实全面地反映不同影像学方法GTV定义的准确性。 2.根据MRI所勾画的GTV范围与断层病理解剖标本上真实的大体肿瘤病灶范围更加相符。综合体积大小与空间位置关系,基于MRI的头颈癌GTV定义较CT具有更高的准确性。第三部分基于不同FDG-PET/CT方法头颈癌GTV定义的断层病理解剖验证实验研究目的：建立兔VX2头颈癌动物模型,采用整体标本断层病理解剖方法,验证基于不同18F-FDG-PET/CT方法头颈癌GTV (gross tumor volume,大体肿瘤体积)定义的准确性,为临床评价不同18F-FDG-PET/CT方法GTV定义的准确定性提供断层病理解剖实验依据。材料与方法：将兔VX2荷瘤新西兰大白兔麻醉后,解剖将肿瘤从种兔的荷瘤处剥离,制成细胞悬液,随后在CT定位引导下,将瘤细胞悬液注入兔咽旁组织中,共选取10只新西兰大白兔建立VX2头颈癌动物模型,定期CT扫描,2-3周后获得VX2头颈癌模型兔6例。自制带有空间位置标识的新西兰大白兔体位固定装置。将成功荷瘤的每只新西兰大白兔固定于自制固定装置内,在与之前CT和MRI相同的体位及固定下,耳缘静脉注射1.5至2.0mCi18F-FDG,并于注射后1h行全身18F-FDG-PET/CT扫描,扫描层厚均为4cmm,随后立即处死荷瘤兔,并于-70℃深层冷冻固定。采用可定位高速曲线锯按照与影像扫描相同的位置及层厚断层切割整体兔标本,并获取断层病理解剖图像。使用MatLab7.0将获取的断层病理解剖图像在保持原有长、宽、高参数前提下按照DICOM文件的国际标准对图像信息进行转换,使断层病理解剖JPG图像文件转换为DICOM数据文件,并传入治疗计划系统。并将PET/CT图像和断层病理解剖图像三维配准融合。在PET/CT图像上分别勾画以下3种原发灶GTV:①GTVis：以放疗医师或PET医师根据临床经验在PET/CT图像上所勾画的肉眼见GTV(视觉分辨法)；②GTV50%：以50%SUVmax为阈值(SUVmax为原发灶内每层最大SUV)③GTV2.5：以原发灶每层SUV=2.5为阈值。计算并比较GTVviS, GTV50.%, GTV2.5和GTVSA体积差异,GTVvissA、GTV50%sa和GTV2.5SA的重叠体积差异,最后计算得出可同时反映体积-位置差异的参数VDR (volume difference ratio,体积差异系数)值。结果： 1. GTVvis, GTV50%, GTV2.5和GTVSA的平均体积及标准差分别为(9.76±2.23cm3),(8.67±2.49cm3)、(10.11±3.35cm3)和(8.11±2.88cm3),四者之间差异具有统计学意义(F=-6.575,P=0.005)。其中,GTV2.5显著大于GTVSA (P=0.009), GTVyis大于GTVSA (P=0.035),其余两两之间无差异。 2. GTVvisSA、GTV50%SA和GTV2.5SA的平均体积及标准差分别为(6.90±1.47cm3)、(6.81±1.80cm3)和(6.58±1.97cm3),三组间差异无统计学意义(F=1.430,P=0.284)。 3.VDRvis-SA、VDR50%-SA和VDR2.5-SA的均数及标准差分别为0.216±0.073、0.178±0.055和0.270±0.037,VDRyis-SA、VDR50%-SA和VDR2.5-SA三者之间差异存在统计学意义(F=3.946,P=0.042)。其中,VDR50%-SA优于VDR2.5-SA(P=0.041),其余两两之间无差异。结论： 1.18F-FDG-PET/CT可较真实地显示病灶内肿瘤分布的非均质性改变。 2.基于50%SUVmax对头颈癌GTV定义的准确性优于SUV=2.5。第四部分基于MRI、CT或FDG-PET头颈癌GTV定义的断层病理解剖验证实验研究目的：在兔VX2头颈癌动物模型上,采用整体标本断层病理解剖方法,验证基于CT、MRI和18F-FDG-PET/CT方法头颈癌GTV定义的准确性,为临床评价不同影像方法GTV定义的准确定性提供断层病理解剖实验依据。材料与方法：第二部分与第三部分中6只兔VX2头颈癌模型的CT、MRI、18F-FDG-PET/CT扫描以及大体断层病理解剖图像均是在相同的固定体位与位置下进行图像扫描与冰冻切割,层厚均为4mm。CT、MRI、18F-FDG-PET/CT扫描在12小时内完成,且完成最后一项影像检查后立即处死模型兔,在保持与影像扫描相同的固定体位下,-70℃深层冷冻固定72小时后,于影像扫描相同位置进行切割并获取大体断层病理解剖图像。将第二部分的6例CT增强下的GTVCT、GTVCTSA和VDRCT-SA结果,6例MR T1WI增强下的GTVMRI、GTVMRISA和VDRMRI-SA结果以及第三部分的6例18F-FDG-PET/CT上以50%SUVmax为阈值的GTVso%(即GTVPET)、GTV50%SA(即GTVPET-SA)和VDR50%-SA(即VDRPET-SA)结果纳入本次研究对象,并分别进行统计比较。在断层病理解剖验证下,综合评价基于MRI、CT或FDG-PET头颈癌GTV定义的准确性。结果： 1.GTVCT,GTVMRI,GTVPET和GTVSA的平均体积及标准差分别为(8.40±2.20cm3)、(8.20±2.56cm3)、(8.67±2.49cm3)和(8.11±2.88cm3),四者之间差异不具有统计学意义(F=0.231,P=0.873)。 2. GTVCTSA、GTVMRISA和GTVPETSA的平均体积及标准差分别为(5.67±1.93cm3)、(6.63±1.93cm3)和(6.81±1.80cm3),三组间差异具有统计学意义(F=5.256,P=0.028)。其中,GTVCtSA小于GTVPETSA (P=0.039),其余两两之间无差异。 3.VDRCT-SA、VDRMRI-SA和VDRPET-SA的均数及标准差分别为0.309±0.091、0.180±0.060和0.178±0.055,VDRCT-SA、VDRMRI-SA和VDRPET-SA三者之间差异存在统计学意义(F=6.84,P=0.008)。其中,VDRPET优于VDRCT(P=0.017), VDRMRI优于VDRCT(P=0.019),VDRMRI-SA和VDRPETt-SA之间差异无统计学意义(P=1.000)。结论： 1.基于MRI或18F-FDG-PET/CT定义的头颈癌GTV准确性优于CT。 2.基于18F-FDG-PET/CT定义的头颈癌GTV准确性并不优于MRI。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R739.91;R730.44;R445.2

【参考文献】