馬婉玲， 魏夢綺， 任靜， 潘奇， 文娣娣， 宦怡

·腹部影像學(xué)·

3.0T MRI水通道蛋白分子成像在胰腺癌的應(yīng)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(yīng)用價值。方法采用GE Discovery MR750 3.0T磁共振掃描儀對臨床或手術(shù)病理證實(shí)的37例胰腺癌患者行胰腺多b值DWI。應(yīng)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(kuò)散系數(shù)(ADCAQPs)、純擴(kuò)散系數(shù)(ADCslow)和分布擴(kuò)散系數(shù)(DDC)，采用獨(dú)立樣本t檢驗進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。結(jié)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(xué)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(guān)(r=0.414，P=0.015)。結(jié)論水通道蛋白擴(kuò)散系數(shù)ADCAQPs和非高斯模型DWI擴(kuò)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(kuò)散系數(shù)； 分布擴(kuò)散系數(shù)

惡性腫瘤中胰腺癌預(yù)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(shù)切除、提高生存率至關(guān)重要。絕大部分胰腺癌確診時已發(fā)生轉(zhuǎn)移或周圍血管侵犯，不足10%的胰腺癌確診時能進(jìn)行手術(shù)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(yīng)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(kuò)散系數(shù)ADCAQPs和非高斯模型DWI擴(kuò)散系數(shù)(ADCslow、DDC)在胰腺癌診斷中的應(yīng)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(jīng)B超和/或CT篩查可見胰腺實(shí)性腫塊的患者，最終將手術(shù)或臨床證實(shí)的37例胰腺癌患者納入本研究。其中手術(shù)或穿刺證實(shí)25例均為胰腺導(dǎo)管腺癌，其余12例經(jīng)臨床隨訪證實(shí)，有2例行姑息性支架減黃術(shù)，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(jìn)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(zhuǎn)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(yīng)用呼吸門控和脂肪抑制技術(shù)，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(zhuǎn)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(shù)，應(yīng)用平面回波序列(echo plane imaging，EPI)進(jìn)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(nèi)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(zhuǎn)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(dǎo)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(yīng)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(jìn)行處理，得到水通道蛋白擴(kuò)散系數(shù)(ADCAQPs)、純擴(kuò)散系數(shù) (ADCslow)和分布擴(kuò)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(kuò)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(jié)果平均值作為最終結(jié)果。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計學(xué)軟件(version 17.0，SPSS Inc.，Chicago，IL)進(jìn)行分析。經(jīng)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(yīng)用獨(dú)立樣本t檢驗，以Plt;0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。并應(yīng)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(guān)性。

采用MedCalc version 12.3軟件的ROC曲線進(jìn)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(jié)果

1.各參數(shù)值測量結(jié)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(xué)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(jié)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(dāng)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(guān)性

胰腺癌的ADCAQPs值和ADCslow值呈正相關(guān)(r=0.414，P=0.015，圖4)。ADCAQPs值和DDC值呈負(fù)相關(guān)趨勢，但差異無統(tǒng)計學(xué)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(jié)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(kuò)散模型和拉伸指數(shù)擴(kuò)散模型的理論基礎(chǔ)是基于水分子經(jīng)過細(xì)胞膜的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)通過簡單自由擴(kuò)散完成，實(shí)際上活體組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散包括被動擴(kuò)散和通過細(xì)胞膜上水通道蛋白(aquaporins，AQPs)介導(dǎo)的主動轉(zhuǎn)運(yùn)兩個部分[4-6]，基于AQPs基礎(chǔ)上的DWI不同于傳統(tǒng)概念上的單純水?dāng)U散成像，將DWI稱為水分子加權(quán)成像(water molecular weighted imaging，WMWI)更加準(zhǔn)確一些[4]。哺乳動物體內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)13個AQPs的亞型，廣泛分布于全身各組織器官的細(xì)胞膜上，介導(dǎo)著水和小分子物質(zhì)的主動跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，對維持活體組織內(nèi)滲透壓的平衡以及保持內(nèi)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(dá)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(yù)防的關(guān)鍵分子靶點(diǎn)，對其數(shù)量、分布和功能的調(diào)控對預(yù)防和治療疾病具有十分重要的意義。

胰腺組織細(xì)胞膜上分布AQP1、AQP3、AQP5、AQP8 和AQP 12 等亞型[7，11-12]。AQP1在腫瘤毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞高表達(dá)，會促進(jìn)腫瘤血管的新生，加速腫瘤的生長[7，9]，AQP1在軟骨細(xì)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(dá)在皮膚的再生和修復(fù)、基底細(xì)胞癌和結(jié)腸癌等腫瘤的進(jìn)展過程中發(fā)揮重要作用[7，15-17]，AQP8在肝癌細(xì)胞低表達(dá)會引起腫瘤細(xì)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(dá)與胰腺的外分泌活動密切相關(guān)，AQP12基因敲除小鼠會發(fā)生嚴(yán)重的急性胰腺炎[19]。調(diào)節(jié)AQP1、AQP3、AQP5、AQP8和AQP12的表達(dá)水平可以在基因和分子層面預(yù)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(xì)胞進(jìn)行多b值DWI成像顯示，b值gt;1700 s/mm2后水分子擴(kuò)散的信號主要來自水分子通過細(xì)胞膜AQPs主動跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的信息，基本可以忽略水分子自由擴(kuò)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(xì)胞膜AQPs的表達(dá)相關(guān)，高b值DWI成像能夠反映細(xì)胞膜上AQPs的分布信息，AQP MRI可以反映水分子經(jīng)細(xì)胞膜AQPs主動跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的特征信息。本實(shí)驗結(jié)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(xué)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(kuò)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(shí)，多b值DWI時采用的b值范圍越高，組織內(nèi)水分子非高斯擴(kuò)散的特征性信息反映病變的潛力越好，本實(shí)驗結(jié)果與之結(jié)論一致。胰腺癌的ADCAQPs值和ADCslow值呈正相關(guān)，ADCAQPs值能夠間接反映水分子通過細(xì)胞膜水通道蛋白主動轉(zhuǎn)運(yùn)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(shí)驗有以下幾方面的不足：①納入實(shí)驗的病例數(shù)較少，有病理結(jié)果并且取得大體標(biāo)本的病例數(shù)僅16例，因此并未對胰腺癌組織進(jìn)行AQP分子病理染色。筆者將繼續(xù)搜集胰腺癌病例，進(jìn)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(dá)水平、MVD、CD34、CD44、S100、VEGF、纖維化含量)的相關(guān)性研究。②未考慮腫瘤相關(guān)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(yīng)用的呼吸觸發(fā)EPI序列，但呼吸運(yùn)動偽影不可避免對DWI圖像造成一定的影響，EPI序列產(chǎn)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(xué)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(guān)，高b值(gt;1500 s/mm2)DWI時的擴(kuò)散系數(shù)ADCAQPs值能夠間接反映水分子通過細(xì)胞膜水通道蛋白主動轉(zhuǎn)運(yùn)的信息。

圖4 胰腺癌ADCAQPs與ADCslow值相關(guān)散點(diǎn)圖。

[1] Wiggermann P，Grützmann R，Weissenb?ck A，et al.Apparent diffusion coefficient measurements of the pancreas，pancreas carcinoma,and mass-forming focal pancreatitis[J].Acta Radiol，2012，53(2):135-139.

[2] De Robertis R，Tinazzi Martini P，Demozzi E，et al.Diffusion-weighted imaging of pancreatic cancer[J].World J Radiol，2015，7(10):319-28.

[3] Gemmel C，Eickhoff A，Helmstadter L，et al.Pancreatic cancer screening:state of the art[J].Expert Rev Gastroenterol Hepatol，2009，3(1):89-96.

[4] 郭啟勇，辛軍，張新，等.MRI水?dāng)U散加權(quán)成像分子機(jī)理研究進(jìn)展[J].中國臨床醫(yī)學(xué)影像雜志，2013，24(7):496-500.

[5] Agre P，Sasaki S，Chrispeels MJ.Aquaporins a family of water channel proteins[J].Am J Physiol Renal Physiol，1993，265(3):F461.

[6] Benga G.Birth of water channel proteins-the aquaporins[J].Cell Bio Int，2003，9(27):701-709.

[7] Verkman AS，Hara-Chikuma M，Papadopoulos MC.Aquaporins-new players in cancer biology[J].J Mol Med (Berl)，2008，86(5):523-529.

[8] 潘雪陽.水通道蛋白與腫瘤血管新生[J].國際病理科學(xué)與臨床雜志，2008，28(4):302-305.

[9] Nico B，Ribatti D.Aquaporins in tumor growth and angiogenesis[J].Cancer Lett，2010，294(2):135-138.

[10] Verkman AS，Anderson MO，Papadopoulos MC.Aquaporins:important but elusive drug targets[J].Nat Rev Drug Discov，2014，13(4):259-277.

[11] Burghardt B，Elkaer ML，Kwon TH，et al.Distribution of aquaporin water channels AQP1 and AQP5 in the ductal system of the human pancreas[J].Gut，2003，52(7):1008-1016.

[12] Hurley PT，F(xiàn)erguson CJ，Kwon TH，et al.Expression and immunolocalization of aquaporin water channels in rat exocrine pancreas[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2001，280(4):G701- G709.

[13] Liang HT，F(xiàn)eng XC，Ma TH.Water channel activity of plasma membrane affects chondrocyte migration and adhesion[J].Clin Exp Pharmacol Physiol，2008，35(1):7-10.

[14] Mobasheri A，Trujillo E，Bell S，et al.Aquaporin water channels AQP1 and AQP3，are expressed in equine articular chondrocytes[J].Vet J，2004，168(2):143-150.

[15] Hara-Chikuma M，Verkman AS.Prevention of skin tumorigenesis and impairment of epidermal cell proliferation by targeted aquaporin-3 gene disruption[J].Mol Cell Biol，2008，28(1):326-332.

[16] Verkman AS.A cautionary note on cosmetics containing ingredients that increase aquaporin-3 expression[J].Exp Dermatol，2008，17(10):871-872.

[17] Thiagarajah JR，Zhao D，Verkman AS.Impaired entercote proliferation in aquaporin-3 deficiency in mouse models of colitis[J].Gut，2007，56(11):1529-1535.

[18] Jablonski EM，Mattocks MA，Sokolov E，et al.Decreased aquaporin expression leads to increased resistance to apoptosis in hepatocellular carcinoma[J].Cancer Lett，2007，250(1):36-46.

[19] Ohta E，Itoh T，Nemoto T，et al.Pancreas-specific aquaporin 12 null mice showed increased susceptibility to caerulein-induced acute pancreatitis[J].Am J Physiol Cell Physiol，2009，297(6):C1368-C1378.

[20] 李加慧，李秋菊，于兵，等.DWI-MRI多b值水通道蛋白分子成像機(jī)理和方法學(xué)研究[J].中國臨床醫(yī)學(xué)影像雜志，2014，25(3):186-189.

[21] 李秋菊，李加慧，趙周社，等.DWI多b值水通道蛋白分子成像在肝纖維化早期診斷的價值[J].中國臨床醫(yī)學(xué)影像雜志，2014，25(10):719-723.

[22] Anderson SW，Barry B，Soto J，et al.Characterizing non-gaussion，high b-Value diffusion in liver fibrosis:Stretched exponential and diffusion kurtosis modeling[J].J Magn Reson Imaging，2014，39(4):827-834.

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(xué)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(xué)基金重大國際(地區(qū))合作與交流項目(81220108011)；國家自然科學(xué)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)