大鼠肝细胞癌演进过程中磁共振信号特征与癌组织恶性程度的关系研究
作者：蔡金华 丁仕义
单位：第三军医大学西南医院放射科 (重庆 400038)
关键词：肝细胞癌 磁共振成像 DNA含量 病理分级
重庆医学000108
摘 要 目的：探讨肝细胞癌(HCC)的MR信号特征与癌组织病理分级、DNA含量之间的关系。方法：用DEN诱导大鼠HCC，于不同时相点观察其MR信号变化，并对其细胞核DNA含量做相应的定量分析。结果：共诱发51个HCC，T2WI均呈高信号，T1WT呈高(10/51)、等(9/51)、低(32/51)信号，其中高信号者于诱癌早期多见，病理上多为Ⅰ、Ⅱ级，低信号者以晚期多见，主要为Ⅲ、Ⅳ级。随着高信号向低信号的演变DNA含量呈增加趋势。结论：在HCC的演进过程中其T1WI信号遵循由低到高的规律，从MR信号特征可间接判断HCC的恶性程度。
, 百拇医药
Study of Relationship between the Signal Pattern on MRI
and the Malignancy Grade in the Progression of Hepatocellular Carcinoma in Rats
Cai Jinhua,Ding Shiyi.
(Department of Radiology,Southwest Hospital,The Third Military Medical University,Chongqing,(400038))
Abstract Objective：To study the relationship of signal pattern on MRI and pathologic grading and nuclear DNA content in hepatocellular carcinoma(HCC).Methods: HCC was induced in rats by DEN.On different time phases MR examinations were performed.The nuclear DNA contents were quantitatively analyzed with an imaging analyzer. Results:51 lesions were detected.On T2WI images all lesions appeared hyperintense.On T1-Weighted images they showed various signal patterns,including hyperintensity(10/51),isointensity(9/51)and hypointensity(32/51).The lesions with hyperintensity were found mostly in the early phases,and pathologicaly graded as Edmonson Ⅰ-Ⅱ.Hypointense HCC were found mostly in later phases,and accounted for most Ⅲ-Ⅳ HCC. With the change of signal from hyperintensity to hypointensity,the nuclear DNA content in HCC tissue increased.Conclusions:The malignancy grade of HCC can be determined indirectly by the signal pattern on T1-weighted images.
, 百拇医药
Key words:Hepatocellular carcinoma Magnetic resonance imaging DNA content Pathologic grading
近来，有些研究发现肝细胞癌(HCC)在MRI上有不同的信号表现，对于这些信号特征的意义尚存疑问。本研究通过建立大鼠HCC模型，在HCC演进过程中动态观察MR信号的变化及其与癌组织病理分级、DNA含量之间的关系，以期从MR信号特征间接判断肝癌的恶性程度，为HCC的诊断提供帮助。
1 材料与方法
1.1 HCC模型：雄性Wistar大鼠60只，其中实验组40只，对照组20只，体重130±10g，实验组每日灌喂100ppmDEN(Sigma公司)水溶液，自然饮水，至诱癌第15周停用DEN，对照组饮水中不加DEN。
1.2 MR检查及图像分析：于诱癌第16、18、20、21、22、23、25周分别将4～6只大鼠作MR扫描，采用Siermens公司0.2T OPEN型MR成像系统，常规SE序列，T1WI：TR/TE=500/25ms，T2WI：TR/TE=1500/102ms，层厚：4mm,无间隔，矩阵：256×256，视野：180mm×180mm。信号强度以病灶周围肝组织做对照分为高、等、低三类。
, http://www.100md.com
1.3 标本处理：每只大鼠在MR检查后5分钟内断颈处死，将肝脏标本固定于10%甲醛溶液，取病变组织行石蜡包埋切片，常规HE染色，Feulgen染色。
1.4 DNA含量分析：采用MD20图像分析仪(德国LEICA公司)，将待测细胞置于显微镜下定位，随机选取100个细胞，由计算机系统测其细胞核平均积分光密度值(IOD)，并以同张切片内50个癌周淋巴细胞对照，得出每个细胞的核DNA相对含量，用倍体数(C)表示，以倍体数为模坐标，细胞数为纵坐标，绘制DNA含量分布直方图。
2 结 果
2.1 MR信号特征：36例诱癌成功，共发现51个病灶，T2WI均呈低信号，T1WI呈高(图1)、等(图2)、低(图3)三种信号，早期主要为高信号，晚期以低信号多见。
, 百拇医药
图1 T1W1肝左外叶高信号HCC，病理分级为Ⅰ级。
图2 T1W1肝右等信号HCC，病理分级为Ⅱ级。
图3 T1W1肝左叶低信号HCC，病理分级为Ⅲ级。
2.2 T1WI信号特征与病理分级的关系：高信号者多为Edmonson Ⅰ-Ⅱ级，低信号者多系Ⅲ-Ⅳ级，如表1。
, 百拇医药
表1 T1WI信号特征与病理分级之间的关系
病理分级(Edmonson法)
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
高信号(n=10)
6*
4
0*
0*
等信号(n=9)
, 百拇医药
2
3
3
1
低信号(n=32)
1
2
19
10
*：与低信号组相比P<0.01
2.3 T1WI信号特征与DNA含量的关系：(1)正常肝细胞以4倍体为主，峰值单一。(2)高信号组HCC位于2～6倍体范围，峰值在2-3倍体附近。(3)等信号组HCC分布范围更宽，达8倍体水平，主峰位于5～6倍体。(4)低信号组HCC倍体分布范围最广，达8倍体以上，并出现多峰。
, 百拇医药
3 讨论
典型的HCC在T1及T2加权像上分别呈低、高信号，但近来有些报道认为HCC在T1WI上可成等或高信号[1、2]，明确这些信号特征与癌组织分化程度的关系，无论对HCC的诊断还是治疗都大有裨益。以往这方面的研究多限于回顾性分析[3、4]，本实验用DEN建立与人类肝癌相似 的大鼠HCC模型，对其信号强度进行动态观察，在整个诱癌过程中共发现51个病灶，在T1WI分别呈高(10/51)、等(9/51)、低(32/51)信号且分别多见于HCC出现的早、中、晚期，提示HCC演变过程中其T1WI信号强度遵循由高到低的变化规律。
, 百拇医药
有人认为，T1WI呈高信号的HCC在病理上多为Ⅰ、Ⅱ级，而低信号肝癌多分化程度较低[3]。也有一些研究认为，由于HCC的成像基础较为复杂，因此单凭MR信号强度难以判断其恶性程度，有些分化程度较低的肝癌也可在T1WI像上高信号[1]，以上不同结果还可能是由于地区差异以及磁场强度、扫描参数的不同导致对信号强度的判别缺乏统一标准所致。本实验10例高信号HCC病理上均为Ⅰ、Ⅱ级，分化程度较高，而呈低信号者大部分为Ⅲ、Ⅳ级HCC，二者之间有非常显著的差异，这说明T1WI信号强度在一定程度上反映了癌组织的分化程度。
DNA含量的测定避免了病理分级中主观因素的影响，是判断肝癌恶性程度的一个客观、独立的指标。人类正常肝细胞为2倍体，随着肝癌的发生、发展其倍体数目逐渐增高，小于3cm的HCC多为2倍体(2C)或近2倍体，而大于5cm的肝癌多为异倍体(AH)[5]。大鼠肝细胞与人肝细胞有所不同，正常的大鼠肝细胞以4倍体为主，在诱癌药物的作用下，肝细胞发生反祖性生殖，渐以2C为主，在2C的基础上发生AN干系选择，在由2C到AN发展的过程中HCC的倍体数目和恶性程度呈平行递增趋势[6]。有关MR信号与DNA含量关系的研究文献报道较少，孟令平等[5]对一组病例的MR信号特征与DNA指数的关系做了初步探讨，发现T1WI、T2WI像上HCC呈等、等信号和T1WI呈稍低、T2WI呈稍高信号者其DNA指数较低，癌组织分化程度较高，但对T1WI高信号HCC的研究，以上报道并未涉及。本实验DNA定量分析显示，T1WI呈高信号的HCC多为2-3C细胞，倍体分布较正常4C范围宽，但多不超过6倍体，位于肝癌的初始阶段，等信号HCC在2C的基础上分布范围更宽，达8C水平，其主峰位于5-6C附近，说明在诱癌药物的作用下其恶性程度进一步增加，低信号肝癌的DNA分布范围最广，且出现多峰，这是AN呈优势性生长，逐渐取代2C细胞而进一步恶化的结果。从以上分析可以看出肝癌在T1WI像由高信号到低信号的演变过程中其细胞倍体的变化基本遵循2C-AN的轨迹。由此可以提示通过MR信号特征的分析可以间接判断HCC的演进状态及恶性程度。 参考文献
, 百拇医药
1，Honda H,Kaneko K,kanzawa Y,et al.MR imaging of hepatocellular carcinoma,effect of Cu and Fe contents on signal intensity Abdom Imaging,1997,22:60
2，Sadek AG,Mitchell DG,Siegeimen ES,et al,Early hepatocellular carcinoma that develops within macroregenerative nodules:growth rate dipicted at serial Mrimaging.Radiology 1995,195:753
3，Inoue E,Kuroda C,Fujita M,et al.MR features of various histological grades of small hepatocellular carcinoma.JCAT 1993,17(1):75
, http://www.100md.com
4，Earls JP,Theise ND,Weinreb JC,et al.Dysplastic nodules and hepatocellular carcinoma:thin-section MR imaging of explanted cirrhotic livers with pathologic correlation.Radiology 1996,201:207
5，孟令平，陈丽英，刘东风，等.肝细胞癌MR成像与癌细胞核核DNA含量的相关性，中华放射学杂志，1996，30(12)：824
6，丛文铭，吴孟超，张秀中.大鼠肝癌变过程中DNA含量倍体水平的变化特点及其生物学意义，中华肿瘤杂志，1992，14(1)：20-22, 百拇医药
单位：第三军医大学西南医院放射科 (重庆 400038)
关键词：肝细胞癌 磁共振成像 DNA含量 病理分级
重庆医学000108
摘 要 目的：探讨肝细胞癌(HCC)的MR信号特征与癌组织病理分级、DNA含量之间的关系。方法：用DEN诱导大鼠HCC，于不同时相点观察其MR信号变化，并对其细胞核DNA含量做相应的定量分析。结果：共诱发51个HCC，T2WI均呈高信号，T1WT呈高(10/51)、等(9/51)、低(32/51)信号，其中高信号者于诱癌早期多见，病理上多为Ⅰ、Ⅱ级，低信号者以晚期多见，主要为Ⅲ、Ⅳ级。随着高信号向低信号的演变DNA含量呈增加趋势。结论：在HCC的演进过程中其T1WI信号遵循由低到高的规律，从MR信号特征可间接判断HCC的恶性程度。
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Study of Relationship between the Signal Pattern on MRI
and the Malignancy Grade in the Progression of Hepatocellular Carcinoma in Rats
Cai Jinhua,Ding Shiyi.
(Department of Radiology,Southwest Hospital,The Third Military Medical University,Chongqing,(400038))
Abstract Objective：To study the relationship of signal pattern on MRI and pathologic grading and nuclear DNA content in hepatocellular carcinoma(HCC).Methods: HCC was induced in rats by DEN.On different time phases MR examinations were performed.The nuclear DNA contents were quantitatively analyzed with an imaging analyzer. Results:51 lesions were detected.On T2WI images all lesions appeared hyperintense.On T1-Weighted images they showed various signal patterns,including hyperintensity(10/51),isointensity(9/51)and hypointensity(32/51).The lesions with hyperintensity were found mostly in the early phases,and pathologicaly graded as Edmonson Ⅰ-Ⅱ.Hypointense HCC were found mostly in later phases,and accounted for most Ⅲ-Ⅳ HCC. With the change of signal from hyperintensity to hypointensity,the nuclear DNA content in HCC tissue increased.Conclusions:The malignancy grade of HCC can be determined indirectly by the signal pattern on T1-weighted images.
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Key words:Hepatocellular carcinoma Magnetic resonance imaging DNA content Pathologic grading
近来，有些研究发现肝细胞癌(HCC)在MRI上有不同的信号表现，对于这些信号特征的意义尚存疑问。本研究通过建立大鼠HCC模型，在HCC演进过程中动态观察MR信号的变化及其与癌组织病理分级、DNA含量之间的关系，以期从MR信号特征间接判断肝癌的恶性程度，为HCC的诊断提供帮助。
1 材料与方法
1.1 HCC模型：雄性Wistar大鼠60只，其中实验组40只，对照组20只，体重130±10g，实验组每日灌喂100ppmDEN(Sigma公司)水溶液，自然饮水，至诱癌第15周停用DEN，对照组饮水中不加DEN。
1.2 MR检查及图像分析：于诱癌第16、18、20、21、22、23、25周分别将4～6只大鼠作MR扫描，采用Siermens公司0.2T OPEN型MR成像系统，常规SE序列，T1WI：TR/TE=500/25ms，T2WI：TR/TE=1500/102ms，层厚：4mm,无间隔，矩阵：256×256，视野：180mm×180mm。信号强度以病灶周围肝组织做对照分为高、等、低三类。
, http://www.100md.com
1.3 标本处理：每只大鼠在MR检查后5分钟内断颈处死，将肝脏标本固定于10%甲醛溶液，取病变组织行石蜡包埋切片，常规HE染色，Feulgen染色。
1.4 DNA含量分析：采用MD20图像分析仪(德国LEICA公司)，将待测细胞置于显微镜下定位，随机选取100个细胞，由计算机系统测其细胞核平均积分光密度值(IOD)，并以同张切片内50个癌周淋巴细胞对照，得出每个细胞的核DNA相对含量，用倍体数(C)表示，以倍体数为模坐标，细胞数为纵坐标，绘制DNA含量分布直方图。
2 结 果
2.1 MR信号特征：36例诱癌成功，共发现51个病灶，T2WI均呈低信号，T1WI呈高(图1)、等(图2)、低(图3)三种信号，早期主要为高信号，晚期以低信号多见。
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图1 T1W1肝左外叶高信号HCC，病理分级为Ⅰ级。
图2 T1W1肝右等信号HCC，病理分级为Ⅱ级。
图3 T1W1肝左叶低信号HCC，病理分级为Ⅲ级。
2.2 T1WI信号特征与病理分级的关系：高信号者多为Edmonson Ⅰ-Ⅱ级，低信号者多系Ⅲ-Ⅳ级，如表1。
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表1 T1WI信号特征与病理分级之间的关系
病理分级(Edmonson法)
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
高信号(n=10)
6*
4
0*
0*
等信号(n=9)
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2
3
3
1
低信号(n=32)
1
2
19
10
*：与低信号组相比P<0.01
2.3 T1WI信号特征与DNA含量的关系：(1)正常肝细胞以4倍体为主，峰值单一。(2)高信号组HCC位于2～6倍体范围，峰值在2-3倍体附近。(3)等信号组HCC分布范围更宽，达8倍体水平，主峰位于5～6倍体。(4)低信号组HCC倍体分布范围最广，达8倍体以上，并出现多峰。
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3 讨论
典型的HCC在T1及T2加权像上分别呈低、高信号，但近来有些报道认为HCC在T1WI上可成等或高信号[1、2]，明确这些信号特征与癌组织分化程度的关系，无论对HCC的诊断还是治疗都大有裨益。以往这方面的研究多限于回顾性分析[3、4]，本实验用DEN建立与人类肝癌相似 的大鼠HCC模型，对其信号强度进行动态观察，在整个诱癌过程中共发现51个病灶，在T1WI分别呈高(10/51)、等(9/51)、低(32/51)信号且分别多见于HCC出现的早、中、晚期，提示HCC演变过程中其T1WI信号强度遵循由高到低的变化规律。
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有人认为，T1WI呈高信号的HCC在病理上多为Ⅰ、Ⅱ级，而低信号肝癌多分化程度较低[3]。也有一些研究认为，由于HCC的成像基础较为复杂，因此单凭MR信号强度难以判断其恶性程度，有些分化程度较低的肝癌也可在T1WI像上高信号[1]，以上不同结果还可能是由于地区差异以及磁场强度、扫描参数的不同导致对信号强度的判别缺乏统一标准所致。本实验10例高信号HCC病理上均为Ⅰ、Ⅱ级，分化程度较高，而呈低信号者大部分为Ⅲ、Ⅳ级HCC，二者之间有非常显著的差异，这说明T1WI信号强度在一定程度上反映了癌组织的分化程度。
DNA含量的测定避免了病理分级中主观因素的影响，是判断肝癌恶性程度的一个客观、独立的指标。人类正常肝细胞为2倍体，随着肝癌的发生、发展其倍体数目逐渐增高，小于3cm的HCC多为2倍体(2C)或近2倍体，而大于5cm的肝癌多为异倍体(AH)[5]。大鼠肝细胞与人肝细胞有所不同，正常的大鼠肝细胞以4倍体为主，在诱癌药物的作用下，肝细胞发生反祖性生殖，渐以2C为主，在2C的基础上发生AN干系选择，在由2C到AN发展的过程中HCC的倍体数目和恶性程度呈平行递增趋势[6]。有关MR信号与DNA含量关系的研究文献报道较少，孟令平等[5]对一组病例的MR信号特征与DNA指数的关系做了初步探讨，发现T1WI、T2WI像上HCC呈等、等信号和T1WI呈稍低、T2WI呈稍高信号者其DNA指数较低，癌组织分化程度较高，但对T1WI高信号HCC的研究，以上报道并未涉及。本实验DNA定量分析显示，T1WI呈高信号的HCC多为2-3C细胞，倍体分布较正常4C范围宽，但多不超过6倍体，位于肝癌的初始阶段，等信号HCC在2C的基础上分布范围更宽，达8C水平，其主峰位于5-6C附近，说明在诱癌药物的作用下其恶性程度进一步增加，低信号肝癌的DNA分布范围最广，且出现多峰，这是AN呈优势性生长，逐渐取代2C细胞而进一步恶化的结果。从以上分析可以看出肝癌在T1WI像由高信号到低信号的演变过程中其细胞倍体的变化基本遵循2C-AN的轨迹。由此可以提示通过MR信号特征的分析可以间接判断HCC的演进状态及恶性程度。 参考文献
, 百拇医药
1，Honda H,Kaneko K,kanzawa Y,et al.MR imaging of hepatocellular carcinoma,effect of Cu and Fe contents on signal intensity Abdom Imaging,1997,22:60
2，Sadek AG,Mitchell DG,Siegeimen ES,et al,Early hepatocellular carcinoma that develops within macroregenerative nodules:growth rate dipicted at serial Mrimaging.Radiology 1995,195:753
3，Inoue E,Kuroda C,Fujita M,et al.MR features of various histological grades of small hepatocellular carcinoma.JCAT 1993,17(1):75
, http://www.100md.com
4，Earls JP,Theise ND,Weinreb JC,et al.Dysplastic nodules and hepatocellular carcinoma:thin-section MR imaging of explanted cirrhotic livers with pathologic correlation.Radiology 1996,201:207
5，孟令平，陈丽英，刘东风，等.肝细胞癌MR成像与癌细胞核核DNA含量的相关性，中华放射学杂志，1996，30(12)：824
6，丛文铭，吴孟超，张秀中.大鼠肝癌变过程中DNA含量倍体水平的变化特点及其生物学意义，中华肿瘤杂志，1992，14(1)：20-22, 百拇医药