基于磁共振动态增强灌注成像的肝癌血管生成拟态图像纹理特征提取与定量

Vasculogenic mimicry (VM) is defined as the pattern of vessels lined exclusively with tumor cells mimicking the presence and function of endothelial cells.The morphology and hemodynamics of VM is different from that of endothelial-dependent vessel. VM is associated with high tumor grade, invasion and metastasis, poor antiangiogenesis response, and short survival in patients with hepatocellular carcinoma (HCC). In the present study, HCC xenograft nude mouse models with potential of VM formation will be established and undergo dynamic contrast-enhanced perfusion weighted MR imaging (DCE-PWI) using a 3.0T MR scanner. Quantitative perfusion parameters were measured on T1mapping including Ktrans, Ve and Kep values. Texture features will be extracted from T1mapping perfusion images using Mazda image texture analysis software including ASM、Con、Cor、ENT、IDM and V values. VM will be quantified using CD34/PAS immunohistochemical staining at pathology. The correlation analysis will be performed between perfusion parameters, texture features and VM number. The perfusion parameters and texture features of VM positive group were compared with those of VM negative group. Our study intend to utilize advanced texture analysis method to maximize the microcirculation information on DCE-PWI, identify valuable imaging biomarkers for quantification of VM, and provide experimental evidence for personalized treatment in HCC patients.

血管生成拟态(VM)指肿瘤细胞通过自身塑形而形成的管道样结构,是独立于内皮依赖性血管的微循环模式。VM形态学及血流动力学与内皮依赖性血管存在明显差异，不适于以内皮细胞为靶标的抗血管生成治疗。本研究拟建立裸鼠MHCC97-H肝癌移植瘤模型,在不同时间点(种瘤1、2、3、4周)行动态增强灌注成像（DCE-PWI）,获得Ktrans、 Ve和 Kep等灌注值；采用Mazda图像纹理分析软件，利用灰度共生矩阵（GLCM）纹理分析技术提取T1mapping灌注图像纹理特征，获得ASM、Con、Cor、ENT、IDM和V等纹理参数；并与病理VM数目行相关性分析,比较VM阳性组与阴性组各灌注值及纹理参数差异。本研究拟利用先进的纹理分析技术最大化挖掘DCE-PWI所反映的肝癌微循环信息，寻找能够在体无创性定量评价肝癌VM生成的影像生物标记物，为肝癌个体化抗血管生成治疗方法的建立提供实验依据。

本项目研究内容在执行过程中有所微调整。预期采用皮下移植瘤肝癌动物模型进行DCE成像研究。在实施过程中发现，皮下移植瘤动物模型不能真实反映肝癌双血供特征，且皮下移植瘤体积偏小，血供相对缺乏，易于出血坏死，在造模过程中容易继发瘤周炎症反应，影响评估准确性；基于Gd-EOB-DTPA增强的DCE-MRI分辨率不足，难以准确反映血管生成情况。基于此，研究者建立了更好的模拟肝癌实际生物学特征的裸鼠肝脏原位肿瘤模型，行肝脏血管铸型、Micro-CT扫描和双对比USPIO动态增强扫描。发现肝癌血管占比、血管分支密度、边缘结点密度、中心节点密度明显降低（P<0.05）；高度恶性组平均半径减小，低度恶性组平均血管分支长度增加；肝癌平均DF、平均SOAM、半径加权SOAM增加，高度恶性组半径加权曲率增加、网络结构熵减低、标准化路径长度增加、平均路径长度减低。相对于低度恶性组，高度恶性组肿瘤血管占比减低，平均半径、平均血管分支长度、平均DF、平均SOAM减低，血管标准化路径长度增大。荷瘤背景肝脏的血管占比减低，平均血管分支长度增大，聚类系数减低，差异具有统计学意义（P<0.05）。高度恶性组和低度恶性组肿瘤的T1达峰时间均为30 min，同一组别增强前后的信号值差异均具有统计学意义（P＜0.05。高度恶性组和低度恶性组肿瘤于增强后30 min的信号值差异无统计学意义。高度恶性组T2达峰时间为60 min，低度恶性组T2达峰时间为30 s。高度恶性组的强化峰值低于低度恶性组（78.19±5.04 vs. 85.59±13.78），两者差异具有统计学意义（P=0.018）。研究表面，micro-CT微血管成像联合复杂网络分析方法可以实现肝癌微血管三维可视化及定量，双对比USPIO DCE-MRI可以定量评估其血流动力学状态，从结构到功能、从局部到整体来反应肝癌血管异质性。