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基础研究
MR与CT引导下经皮兔VX2肝脏血管旁肿瘤模型制作有效性与安全性的对比研究
冯旭 冯桂玲 刘彦 孙白瑾涛 李兵 杜勇

Cite this article as: Feng X, Feng GL, Liu Y, et al. Compared study on the efficacy and safety of MR and CT guided percutaneous VX2 hepatic para-vascular tumor model in rabbits[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2022, 13(4): 84-88.本文引用格式:冯旭, 冯桂玲, 刘彦, 等. MR与CT引导下经皮兔VX2肝脏血管旁肿瘤模型制作有效性与安全性的对比研究[J]. 磁共振成像, 2022, 13(4): 84-88. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.04.015.


[摘要] 目的 对比研究1.5 T封闭式磁共振(magnetic resonance,MR)与计算机体层摄影(computed tomography,CT)引导下经皮兔VX2肝脏血管旁肿瘤模型制作的有效性及安全性。材料与方法 60只新西兰大白兔随机平均分配至MR引导组(n=30)和CT引导组(n=30),分别在MR和CT引导下经皮穿刺至兔肝大血管旁将兔VX2肿瘤组织瘤块种植,评价肿瘤模型制作成功率、穿刺针显影情况、针尖周围血管显影情况、手术时间及安全性。结果 MR引导组建模成功率为96.7%,仅1只出现针道转移,CT引导组建模成功率为80.0%,2只出现针道转移,3只肝脏其他部位出现转移灶,1只死亡原因不明,差异有统计学意义(P=0.044)。MR引导组20 G同轴穿刺针在T1加权像(T1 weighted imaging,T1WI)的伪影倍数为(7.26±0.38)倍,CT引导组20 G同轴穿刺针的伪影倍数为(2.51±0.57)倍,差异有统计学意义(P<0.01),但CT引导组13只(43.3%)穿刺针针尖周围出现星芒状低密度伪影,干扰肝内血管显影,差异有统计学意义(χ2=8.523,P<0.01)。MR引导组手术时间明显较CT引导组长[(13.32±2.45) min vs. (8.42±1.46) min,P<0.001)。CT引导组2只(6.67%)发生少量腹腔积液。两组均未见肝脓肿、黄疸及膈肌穿孔等严重并发症。结论 相比CT引导,MR引导下经皮兔肝脏血管旁肿瘤种植是一种更有效的造模方法,虽然穿刺针伪影倍数大、手术耗时长,但是针尖周围血管显影清晰,并发症发生率低。
[Abstract] Objective To compare the efficacy and safety of 1.5 T closed magnetic resonance (MR) and computed tomography (CT) guided VX2 hepatic para-vascular tumor model in rabbits.Materials and Methods Sixty New Zealand white rabbits were randomly and equally divided into MR-guided group (n=30) and CT-guided group (n=30). Rabbit VX2 tumor fragments was implanted beside the rabbit hepatic great vessels under MR and CT-guidance in the MR and CT group respective, to evaluate the success rate of tumor model establishment, puncture needle pseudopacity/artifact and vascular development around the needle tip, operation time and safety.Results The success rate of MR-guided modeling was 96.7%, only 1 rabbit had needle metastasis, the success rate of CT-guided modeling was 80.0%, 2 rabbits had needle metastasis, 3 rabbits had metastases in other parts of the liver, and 1 had unknown cause of death. The differences in success rate of tumor model establishment between the two groups was statistically significant (P=0.044). The fold number of artifacts at T1 weighted imaging (T1WI) was 7.26±0.38 for the 20 G coaxial puncture needle in the MR-guided group and 2.51±0.57 for the 20 G coaxial puncture needle in the CT-guided group, and the difference was statistically significant (P<0.01), but 13 rabbits (43.3%) in the CT-guided group showed star-shaped hypodense artifacts would appear around the needle tip, which interfered with intrahepatic vascular display, and the difference was statistically significant (χ2=8.523, P<0.01). The operation time was longer in the MR-guided group than in the CT-guided group (13.32±2.45) min in the MR-guided group vs. (8.42±1.46) min in the CT-guided group; P<0.001). A small amount of ascites occurred in 2 patients (6.67%) in the CT-guided group. No serious complications such as liver abscess, jaundice or diaphragmatic perforation were observed in either groups.Conclusions Compared with CT, MR-guided hepatic para-vascular tumor implantation in rabbits might be a more effective modeling method. Although the needle tip pseudopacity of puncture needle is large and the operation takes a long time, the vascular development around the needle tip is clear and the incidence of complications is low.
[关键词] 磁共振成像;计算机体层摄影;肝脏血管旁肿瘤模型;兔VX2肿瘤;建模成功率;安全性
[Keywords] magnetic resonance imaging;computed tomography;hepatic para-vascular tumor model;rabbit VX2 tumor;success rate of tumor model establishment;safety

冯旭    冯桂玲    刘彦    孙白瑾涛    李兵    杜勇 *  

川北医学院附属医院放射科,南充 637000

杜勇,E-mail:duyong@nsmc.edu.cn

作者利益冲突声明:全部作者均声明无利益冲突。


基金项目: 南充市市校合作科研专项 NSMC20170301,19SXHZ0257
收稿日期:2021-08-16
接受日期:2022-03-21
中图分类号:R445.2  R735.7 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2022.04.015
本文引用格式:冯旭, 冯桂玲, 刘彦, 等. MR与CT引导下经皮兔VX2肝脏血管旁肿瘤模型制作有效性与安全性的对比研究[J]. 磁共振成像, 2022, 13(4): 84-88. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.04.015

       肝细胞性肝癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是成人原发性肝癌最常见的组织学类型,也是全球癌症死亡的第二大原因[1],五年存活率低至12%[2]。HCC根治性治疗方法包括肝切除、肝移植及经皮消融。然而,只有9%~27%的HCC患者符合手术切除和肝移植适应证[3]。当HCC患者存在合并症、肝功能障碍或手术禁忌时,局部热消融被认为是小肝癌患者的一线治疗选择[4]。但临床工作中发现,当肿瘤位于大血管旁时,由于热沉效应造成一部分能量损失,以及消融后血管损伤等,消融治疗往往存在术后并发症发生率高、消融不彻底、复发率高等情况[5]。Cao等[6]研究证明射频消融(radiofrequency ablation,RFA)术后肿瘤复发或进展的风险增加与肝癌位于门静脉周围显著相关。也有研究表明肿瘤大小(>2~3 cm)和肿瘤周围存在大血管是肿瘤局部复发的两个主要危险因素[7]。因此,通过对消融方式的改进、联合介入方法以及免疫治疗等研究,来提高大血管旁肝癌的疗效,具有重要的临床意义,而建立一种安全、高效的肝脏大血管旁肿瘤模型是开展该领域相关研究的前提,具有非常重要的临床及科研价值。

       常用且成熟的肝癌模型是兔VX2肝癌模型,其成功率高、应用广泛[8]。目前常用影像引导经皮接种,引导方式包括超声、CT、MR引导[9]。在以往实验报道,我们发现单独应用CT或MR引导两种引导方式不仅会影响建模成功率和动物实验经费,有时也会影响研究结果[10, 11, 12, 13, 14]。目前关于对比CT与MR引导下经皮穿刺肝脏大血管旁建立肿瘤模型尚未见文献报道。本研究通过对比1.5 T封闭式MR与CT两种引导方式,经皮穿刺至兔肝脏大血管旁,建立VX2肿瘤模型,以MR扫描复查验证,旨在评价两种引导方式的肿瘤模型制作成功率、穿刺针显影情况、针尖周围血管显影情况、手术时间及安全性,探索一种更理想的肝脏大血管旁肿瘤建模方法。

1 资料与方法

1.1 实验动物

       本研究经过川北医学院动物伦理委员会批准[批准文号:NSMC伦理动物审(2021)51号],共计60只新西兰大白兔纳入实验研究。实验用新西兰大白兔由川北医学院实验动物中心[许可证号:SYXK (川)2018-076]提供,体质量2.5~3.5 kg,4~6月龄,限雄性,具备健康检疫合格证书。实验前先行常规MR扫描排除实验兔影响实验结果相关疾病及先天性变异等,常规饲养7天,并观察有无行为学异常。实验前12 h禁食,自由饮水。

1.2 VX2瘤块制备

       术前将大腿VX2荷瘤新西兰大白兔进行称重,耳缘静脉推入3%戊巴比妥钠麻醉(1 mL/kg),麻醉后仰卧位固定到自制实验手术台上。使用脱毛膏将新西兰大白兔术区脱毛、备皮,消毒、铺无菌洞巾、贴无菌手术巾。用手术刀逐层剥离,同时钝性分离肌纤维暴露肿瘤,切取预定区域肿瘤边缘生长旺盛组织。去除坏死组织、筋膜组织及其他结缔组织,只留下白色、透明鱼肉样肿瘤组织。将肿瘤组织切碎为1 mm3大小的瘤块,浸泡于1∶40比例的青霉素和生理盐水的培养皿中备用。

1.3 设备及器械

1.3.1 设备

       MR设备:1.5 T磁共振扫描仪(Area,Siemens,德国),动物实验专用线圈;CT设备:16排螺旋CT扫描仪(MX16,飞利浦,飞利浦医疗有限公司,荷兰)。

1.3.2 手术器械

       20 G磁共振兼容同轴穿刺针(CCZ-20G×150,安迈,中国);20 G同轴穿刺针(MN2020,巴德,美国);明胶海绵;脱毛膏、手术刀、镊子等。

1.4 兔VX2肝脏血管旁肿瘤模型制作

1.4.1 MR引导下兔VX2肝脏血管旁肿瘤造模方案

       术前随机选30只实验兔进行称重,禁食12 h,不限制饮水,于实验兔耳缘静脉推入3%戊巴比妥钠麻醉(1 mL/kg),待全麻后将实验兔仰卧固定于自制实验手术台上。常规剑突下术区脱毛膏脱毛,将自制鱼肝油定位器标记放置于脱毛区域,将动物环形线圈置于剑突下穿刺区域。并行MR扫描,拟定肝左叶直径大于3 mm的血管旁为接种部位,选择最佳穿刺点、规划穿刺路径(角度、方向及深度)。术区消毒、铺无菌洞巾、贴无菌手术巾。用20 G磁共振兼容同轴穿刺针沿规划路径分次进针,术中多次行T1WI Vibe Dixon扫描序列确定穿刺角度、方向及深度,直至穿刺针针尖穿刺至目标区域,拔掉针芯后用5 mL注射器抽吸无回血。固定穿刺针,用眼科镊夹两块瘤块放入针鞘内,用针芯反复将瘤块推入肝内,随后将一小块明胶海绵用针芯沿针鞘推入肝内封堵针道,快速拔出穿刺针,加压按压1~2 min,确认无出血后去除手术巾后常规消毒。术后复查MR了解有无包膜下血肿等并发症(图1)。术后连续3天肌注40万U青霉素,预防感染。本研究中使用的MR扫描序列和参数列于表1

图1  MR引导经皮兔VX2肝脏血管旁肿瘤种植术中及术后2周。1A:T1WI Vibe Dixon序列兔肝横轴位图像,MR兼容同轴穿刺针针尖(箭)进针到血管旁,植入肿瘤组织;1B:种植2周后行MR扫描,T2WI示肝脏血管旁一稍高信号结节(箭);1C:DWI序列见血管旁一高信号结节(箭);1D:增强扫描门脉期血管旁见一强化结节(箭)。
图2  CT引导经皮兔VX2肝脏血管旁肿瘤种植术中及术后2周。2A:CT兔肝横轴位图像,CT同轴穿刺针针尖(箭)进针到血管旁,植入肿瘤组织。2B:种植2周后行MR扫描,T2WI示肝脏血管旁一稍高信号结节(箭);2C:DWI序列见血管旁一高信号结节(箭);2D:增强扫描门脉期血管旁见一强化结节(箭)。
Fig. 1  MR-guided percutaneous in rabbits VX2 hepatic para-vascular tumor implantation during and 2 weeks after surgery. 1A: Transaxial image of T1WI Vibe Dixon rabbit liver. The needle tip (arrow) of the MR-compatible coaxial puncture needle is inserted beside the vessel and implanted into the tumor tissue. 1B: MR scan was performed 2 weeks after implantation, and T2WI showed a slightly hyperintense nodule (arrow) beside the hepatic vessels. 1C: DWI sequence shows a hyperintense nodule (arrow) beside the vessel. 1D: Enhanced scan shows an enhanced nodule beside the vessels in the portal venous phase (arrow).
Fig. 2  CT-guided percutaneous in rabbits VX2 hepatic para-vascular tumor implantation during and 2 weeks after surgery. 2A: CT transaxial image of rabbit liver. The needle tip (arrow) of CT coaxial puncture needle is inserted beside the blood vessel and implanted into the tumor tissue. 2B: MR scan was performed 2 weeks after implantation, and T2WI showed a slightly hyperintense nodule (arrow) beside the hepatic vessels. 2C: DWI sequence shows a hyperintense nodule (arrow) beside the vessel. 2D: Enhanced scan shows an enhanced nodule beside the vessels in the portal venous phase (arrow).
表1  磁共振扫描序列和参数
Tab. 1  The sequences and parameters of MRI

1.4.2 CT引导下兔VX2肝脏血管旁肿瘤造模方案

       术前准备同1.4.1,将自制CT定位标记放置于脱毛区域,并行CT扫描,拟定肝左叶直径大于3 mm的血管旁为接种部位,选择最佳穿刺点、规划穿刺路径(角度、方向及深度)。常规消毒铺巾。用20 G同轴穿刺针沿规划路径分次进针,术中多次CT扫描确定穿刺角度、方向及深度,直至穿刺针针尖穿刺至目标区域,拔掉针芯后用5 mL注射器抽吸无回血。以下步骤同1.4.1 (图2)。

1.4.3 评价标准

       兔VX2肝脏血管旁肿瘤模型制作成功定义为兔肝脏单发肿瘤,位于肝左叶,且邻近大血管,肝外未发现其他种植肿瘤生长,用于评价技术成功率。伪影倍数定义为同轴穿刺针在MR、CT图像上的显示直径与其真实外径的比值,用于评价穿刺针显影情况。手术时间定义为自全麻开始至种瘤结束。并发症包括胸、腹腔积液、肝周血肿、断针、肝脓肿、大出血等,以评价技术安全性。

1.4.4 随访

       种植后2周行肝脏MR扫描,监测实验兔目标区域肿瘤种植是否成功,有无转移病灶及并发症。扫描完成后,随机处死两只实验兔,将肿瘤剥离用甲醛水溶液固定,送病理检查。

1.5 统计学分析

       采用SPSS 21.0统计分析软件。所有计量资料使用均数±标准差(x¯±s),分别用独立样本t检验和卡方检验评估两组连续性样本和计数资料的差异,P<0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 技术成功率及手术时间

       由2名放射科中级职称医师随机完成。MR引导组29只(96.7%)兔肝肿瘤种植成功,病灶个数31个,1只于腹壁出现针道转移;CT引导组24只(80.0%)兔肝肿瘤种植成功,2只出现针道转移,3只肝脏其他部位出现转移灶,1只不明原因死亡,病灶个数38个,两组技术成功率差异有统计学意义(P=0.044)。MR引导组和CT引导组肿瘤最大直径分别为(1.74±0.38) cm、(1.67±0.26) cm,差异无统计学意义(P=0.410)。MR引导组手术时间(13.32±2.45) min,CT引导组手术时间(8.42±1.46) min,差异有统计学意义(P<0.001) (表2)。

表2  MR、CT引导下经皮兔VX2肝脏肿瘤造模情况

2.2 穿刺针显影情况及针尖周围血管显影情况

       穿刺针在MR各序列中均显示为条状低信号影,针尖显影清晰。20 G磁共振兼容同轴穿刺针的真实外径为0.9 mm,在T1上的显影直径为(6.54±0.35) mm,伪影倍数为(7.26±0.38)倍。穿刺针在CT图像显示为高密度,20 G同轴穿刺针的真实外径为0.9 mm,在CT图像显影直径为(2.26±0.52) mm,伪影倍数为(2.51±0.57)倍,两组差异有统计学意义(P<0.01)。27只(90.0%)兔MR针尖周围血管显示清晰;17只(56.7%)兔CT针尖周围血管显示清晰,部分针尖周围会出现星芒状低密度伪影,周围血管及胆管显影明显受影响,差异有统计学意义(χ2=8.523,P<0.01)。同时,实验兔在MR、CT扫描过程中均无法避免呼吸运动伪影。

2.3 并发症

       CT引导组中2例出现少量腹腔积液,经对症治疗后复查吸收。两组均未见肝脓肿、黄疸及膈肌穿孔等严重并发症。

3 讨论

       本研究通过对比1.5 T封闭式MR与CT两种引导方式,经皮穿刺至兔肝脏大血管旁,建立VX2肿瘤模型,术后2周行肝脏MR扫描验证模型建立情况。发现MR引导比CT引导具有更高的造模成功率,虽然穿刺针伪影倍数大、手术耗时长,但是针尖周围血管显影清晰,并发症发生率低。肝脏大血管旁肿瘤是局部消融治疗的高危部位,其术后并发症发生率、不完全消融率及局部进展率相对较高[5]。目前对于肝脏大血管旁高危部位肿瘤消融治疗的安全性、有效性仍存在争议。同时,关于对比CT与MR引导下经皮穿刺兔肝脏大血管旁建立肿瘤模型尚未见文献报道。本研究探索更高效、安全建立兔肝脏大血管旁肿瘤模型的引导方式,为后续消融治疗肝脏大血管旁肿瘤相关研究提供实验基础,具有重要的科研和临床应用价值。

3.1 CT、MR引导兔肝脏种瘤的优缺点

       目前超声、CT和MRI是经皮肝脏穿刺接种法的主要引导方式[9]。CT引导下经皮穿刺瘤块接种法是目前相对成熟的兔VX2肝癌模型制作方法,通过CT引导运用穿刺针将瘤组织种植到肝脏目标区域。CT引导无需开腹、缝合等复杂操作,所需药品和器械较少,操作简便、快捷、省时,而且对肝脏损伤小、术后恢复快、感染率低,肿瘤不易发生移位种植[15]。虽然CT引导的图像具有高密度分辨率,但对于血管和胆道结构显示不如MR[16]。理论上,MR引导具有组织分辨率高,不受气体和骨的影响,多方位多平面扫描成像,血管成像无需对比剂,对肝脏创伤小,且无辐射,能更准确地定位特殊部位小肿瘤[17, 18],以及术中能避开大血管和胆道等优点,然而存在成像时间长,术中操作复杂,价格昂贵,不如CT或超声引导便捷、便宜等缺点[19, 20]

3.2 CT、MR引导兔肝脏大血管旁肿瘤建模技术成功率

       本研究显示,MR引导比CT引导经皮肝脏大血管旁肿瘤建模成功率高,并且有效控制肿瘤生长部位。导致CT引导组出现针道转移和肝内转移发生率较高的原因可能是CT对肝脏血管、胆管显影不及MR,CT引导穿刺过程中可能损伤重要解剖结构[21],肿瘤组织不仅可以种植于肝实质,还可以进入胆道及肝血管,甚至沿穿刺针道渗出。

       本研究MR引导技术成功率(96.7%)与万仁均等[10]报道造模成功率(90.9%)相似。两项研究均采用了明胶海绵封堵针道技术,有效防止瘤块脱落至腹腔或穿刺路径,保障高建模成功率。本研究CT引导技术成功率(80.0%)低于以往文献报道造模成功率95%~100%[11, 12, 13, 14]。我们分析有三个原因:第一,本研究所建立的肝脏大血管旁VX2肿瘤模型,特殊部位是造成造模成功率稍低的主要原因;第二,兔的肝脏体积较小,活动度大,对术者穿刺技术的熟练程度要求较高;第三,本研究后续干预措施是消融治疗,对于肿瘤的形态、数量、大小及位置有特殊要求,比如当肿瘤紧贴或凸出于肝包膜、肿瘤邻近胃肠道距离过近均会影响消融效果、增加并发症和提高死亡率[22],所以我们将这部分模型视为造模失败。

3.3 CT、MR引导伪影倍数及手术时间

       穿刺针合适的伪影倍数是保障穿刺精准性和安全性的关键。本研究发现,MR穿刺针伪影倍数明显高于CT穿刺针。MR穿刺针伪影与CT不同,实质是磁敏感伪影所形成的线性信号缺失,伪影大小与穿刺针材质工艺、扫描序列等因素有关[23]。MR穿刺针伪影表现为直径明显增厚,但针尖周围无伪影干扰,针尖周围血管和胆管显示明显优于CT,对穿刺手术的安全性和准确性无显著影响。本研究认为MR穿刺针伪影倍数属于临床应用合理的参数值。

       虽然MR引导肿瘤建模技术成功率更高,但仍然存在一些缺陷。MR引导手术耗时明显高于CT引导,主要由于MR扫描时间较CT长。本研究已在保证肝组织和穿刺针清楚显示的情况下,优化常规肝脏成像序列缩短扫描时间,但扫描时间仍明显长于CT。

3.4 局限性

       本研究存在一些局限性:首先,我们没有同时比较开腹及引导下兔肝脏大血管旁VX2肿瘤建模方法,未来研究中进行完善;其次,本研究中使用的动物数量较少,降低了结果的统计效力,进一步研究需要增大样本量;另外,MR引导下穿刺扫描时间仍然较长,未来进一步优化MR引导下穿刺序列,缩短扫描时长同时保障MR图像质量。

       综上所述,CT及MR引导下经皮兔肝血管旁肿瘤种植均是安全、可行的造模方法。MR引导肝脏肿瘤模型具有制作成功率更高,穿刺针针尖伪影倍数满足临床应用要求,并发症发生率低,术中无辐射等优点,但仍然存在扫描时间及手术耗时长、价格昂贵、对器械要求高等缺陷。CT引导扫描时间及手术耗时短。总体来说,研究者可根据实际情况,选择合适的影像引导方法来建立兔VX2肝癌模型。

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