Abstract
Bakgrunn og formål
For å prospektivt undersøke forholdet mellom den tilsynelatende diffusjonskoeffisienten (ADC) og cellularity i lungekreft.
Metoder
Seksti pasienter histopathologically bekreftet med lungekreft (41 menn, 19 kvinner) gjennomgikk diffusjon vektet magnetisk resonans avbildning av brystet (med
b verdier
på 50 og 1000 s /mm
2). Median bety ADC (ADCmean) verdi, og median minimum ADC (ADCmin) verdien innenfor hvert primærtumor ble beregnet og sammenlignet med median nucleo-cytoplasma-forhold (NCR), som ble valgt til å representere cellularitet. Korrelasjonen mellom NCR og ADCmean /ADCmin ble beregnet med SPSS 18.0 programvare.
Resultater
De gjennomsnittlige ADCmean verdier, ADCmin verdier og median NCR var (1,07 ± 0,12) × 10
-3 mm
2 /s, (0,86 ± 0,14) × 10
-3 mm
2 /s, og (14,9 ± 2,6)%, henholdsvis i adenokarsinom; (0,88 ± 0,10) × 10
-3 mm
2 /s, (0,73 ± 0,12) × 10
-3 mm
2 /s, og (20,6 ± 4,4)%, henholdsvis i plateepitelkarsinom; og (0,89 ± 0,13) × 10
-3 mm
2 /s, (0,67 ± 0,13) × 10
-3 mm
2 /s, og (18,3 ± 3,5)%, henholdsvis i småcellet lungekreft. NCR av karsinomer og småcellet lungekreft er større enn den til adenocarcinoma (P 0,01 og P = henholdsvis 0,002,). Det var en invers sammenheng mellom ADCmean /NCR og ADCmin /NCR (r = -0,60, p = 0,001 og r = -0,47, p 0,001, henholdsvis).
Konklusjon
Det er en signifikant invers sammenheng mellom tumor cellularity og ADC i lungekreft. Men mest sannsynlig er tumorcelledannelse ikke er den eneste bestemmende faktor for ADC
relasjon:. Chen L, Zhang J, Chen Y Wang W, Zhou X, X Yan et al. (2014) Forholdet mellom Apparent Diffusion Coefficient og Tumor cellularity i lungekreft. PLoS ONE 9 (6): e99865. doi: 10,1371 /journal.pone.0099865
Redaktør: Michael R. Emmert-Buck, National Cancer Institute, National Institutes of Health, USA
mottatt: 9 mars 2014; Godkjent: 16 mai 2014; Publisert: 11 juni 2014
Copyright: © 2014 Chen et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Data Tilgjengelighet:. Den forfatterne bekrefter at alle data som underbygger funnene er fullt tilgjengelig uten restriksjoner. Alle data er inkludert i papir
Finansiering:.. Disse forfatterne har ingen støtte eller finansiering for å rapportere
Konkurrerende interesser:. Alle forfatterne hevder at det ikke er noen interessekonflikt
Innledning
Lungekreft utgjør nesten 25% av alle kreftdødsfall på verdensbasis, og dens forekomst har økt dramatisk de siste årene [1]. Presis og nøyaktig påvisning og vurdering av tumorstadium i lungekreft spiller en avgjørende rolle i planleggingen av adekvat behandling og bestemme prognose.
Diffusion vektet imaging (DWI), som følger den mikroskopiske frekvensen av vann diffusjon innenfor vev er en ny måte overvåking tumorprogresjon og respons på behandling. Fordi det gir informasjon om vev cellularitet og integriteten til cellemembraner, har DWI fordeler fremfor tradisjonelle anatomiske MR-teknikker [2]. Med bruk av den parallelle avbildningsteknikk og ekko-planar MR imaging teknikker, DW avbildning av magen og brysthulen er blitt mulig med rask bildebehandling ganger, noe som minimerer effekten av brutto fysiologisk bevegelse fra åndedrett og hjerte bevegelse [2]. Forskjellige tumorvev har forskjellige cellulære strukturer, noe som fører til forskjellige ADC-verdier. Tidligere studier utført
in vitro product: [3], [4] og i dyremodeller [5], [6] viste at ADC-verdien er sterkt omvendt korrelert med tumorcelledannelse og kan brukes til å forutsi tumoren karakter og effekten av behandlingen. Nylig har en systematisk oversikt og meta-analyse [7] basert på dagens tilgjengelige dokumentasjon støtter også dette synet hos pasienter. Tradisjonelt har bruk av DWI for evaluering av brystet blitt begrenset av luftveier og hjertestans bevegelse, som forårsaker alvorlige bevegelses gjenstander. Med utviklingen av flerkanals magnetisk resonans utstyr, og raske MR imaging teknikker i kombinasjon med parallelle bilder i løpet av de siste ti årene, DWI integrert med bryst MR har økende programmer i klinisk praksis [2], [8]. Det har blitt rapportert at DWI er i stand til effektivt å evaluere terapeutisk effekt etter behandling [9]. Enda mer, det kan også skille lymfeknuter med metastatisk lungekreft fra de uten [10], [11], sentral lungekreft fra den tilhørende atelectasis [12], og ondartede ensomme lunge knuter fra godartede seg [13]. Men til nå har det vært få studier som har diskutert om dette er sant i pasienter med lungekreft [2].
Dermed hensikten med vår studie var å prospektivt vurdere om det er en sammenheng mellom ADC og histopatologiske svulst cellularity i lungekreft.
Materialer og metoder
Pasienter
Medisinsk forskningsetiske komité for tredje Military Medical University (Chongqing, Kina) gjennomgått og godkjent denne studien. Skriftlig informert samtykke ble innhentet fra hver deltaker før studien. Mellom februar 2012 og april 2013, ble 79 påfølgende pasienter med mistanke om lungekreft vurderes for valgbarhet hvis lesjoner i størrelse var 20 mm. Størrelsen av lesjoner ble målt på CT. Seksti pasienter (41 menn, 19 kvinner) histopathologically bekreftet med lungekreft ble inkludert (figur S1). diameter primærtumor var 2,4 ~ 13,7 cm, mener (4,9 ± 0,9) cm.
MR og DWI Metrics Måling
Alle MR ble utført på en 3,0 Tesla scanner (Trio Tim, Siemens, Erlangen, Tyskland) i kombinasjon med en 8-kanal faserekke coil. DWI ble innhentet under fri pust [14]. DWI-sekvenser ble utført med 5000/72 (repetisjon tid msek /ekkotid msek), en seksjon tykkelse på 4 mm, en skjæringspunkt gap på 0,8 mm, og et synsfelt på 400 x 400 mm. Tre signaler ble kjøpt per bilde med diffusjon-sensibiliserende gradienter i tre ortogonale plan og b-verdier på 50, og 1000 sek /mm
2 under fri pust. For å minimere påvirkning av luftbevegelse på datakvalitet, ble to tilnærminger tatt: (1) luft trening, og (2) guidet fri pust (instruksjoner fra bilde radiograf). Fettet ble undertrykt ved å plassere en frekvens-selektiv radiofrekvent puls før den pulssekvens. Alle ADCs (ADCmean, ADCmin) ble målt ved to bryst radiologer med 8 og 11 års erfaring. I skisserte ROI for måling av DWI beregninger, forsøkte vi å trekke på den faste delen av svulstene ved avbildning av CT-veiledet biopsi (Siemens Plus 4), se Figur 1-3
A., CT-veiledet biopsi; B, T2WI-TIRM; C, ADC kart og ROI hvor adjutanter har blitt målt er illustrert, 1 = avkastning; D, tilsvarende histopatologiske resultater for tumorprøve (opprinnelig forstørrelse × HE 400)
A, CT-veiledet biopsi.; B, T2WI-TIRM; C, ADC kart og ROI hvor adjutanter har blitt målt er illustrert, 1 = avkastning; D, tilsvarende histopatologiske resultater for tumorprøve (opprinnelig forstørrelse × HE 400)
A, CT-veiledet biopsi.; B, T2WI-TIRM; C, ADC kart og ROI hvor adjutanter har blitt målt er illustrert, 1 = avkastning; D, tilsvarende histopatologiske resultater for tumorprøve (opprinnelig forstørrelse × HE 400).
Tumor cellularity Analyse
histopatologiske prøver ble belagt med standard tusj (Hematoxylin-Eosin Farging Kit , Beyotime, Jiangsu, Kina) og fiksert i 10% bufret formaldehyd i 24 timer. De histopatologiske Resultatene var standard referanseramme for analyse av cellularity. Alle histopatologiske prøver ble anmeldt av en histopathologist med 20 års erfaring i histopatologi
Tumor cellularity ble beregnet ut fra 5 tilfeldig utvalgte høy effekt felt i hver prøve ved hjelp av et dataprogram (ImageJ;. National Institutes of Health, Bethesda , MD) og følgende algoritme: først ble digitalisert høy effekt (× 40 objektiv) felt tatt fra de originale mikroskopiske bilder med en 512 × 512-skjerm matrise og 8-bits gråskala, som ble oppnådd ved hjelp av et digitalt mikroskop kamera ( Olympus DP12, Olympus, Tokyo, Japan). Binære bildedata ble deretter hentet fra eksempelbilder ved hjelp av en terskelverdi beregnet fra histogram analyse av eksempelbilder. Til slutt, programvare beregnet cellularitet basert på det antall separate punkter som er produsert av det binære prosedyre. Den automatiserte teller systemet utføres innenfor 5% toleranse i alle prøver. De automatiserte innstillinger var identisk for alle prøver og celletall. Resultatene for de 5 høyeffekts-felt celler ble brukt til å utlede median legemer for prøven. Denne metoden for å måle cellularity er lik de metodene som brukes av andre forskere som sammenlignet diffusjon vektet imaging funksjoner med svulst cellularity [15].
Statistical Analysis
statistiske analysene ble utført ved hjelp av statistisk programvare ( SPSS, versjon 18.0, SPSS Inc, Chicago, IL, USA). Den Kolmogorov-Smirnov test ble brukt til å vurdere avvik fra normalfordelingen for alle data. Intra korrelasjonskoeffisienter (ICC) ble beregnet til å vurdere inter-observatør variansen i DWI beregninger målinger. Å sammenligne ADCmean verdier og ADCmin verdier blant histologiske typer adenokarsinom, plateepitelkarsinom og småcellet lungekreft, analyse av variansen ble brukt. Den post hoc hypotesetesting ble utført i henhold til Fisher-beskyttede minste signifikante forskjell-metoden. I tillegg ble Pearson korrelasjonskoeffisienter beregnet for å evaluere korrelasjonen mellom ADCmean verdier /ADCmin verdier og tumorcelletall lungekarsinomer. AP verdi på mindre enn 0,05 ble ansett for å indikere en statistisk signifikant forskjell.
Resultater
ADC Verdier i Lung Cancer
Alle DWI bildene tydelig viste at det var ingen signifikant mottakelighet gjenstander og at de var egnet for videre evaluering. Alle ADCmean, ADCmin og tumorcelledannelse verdier ble oppnådd med hell (tabell 1, figur 1-3). ICC-verdiene mellom de to radiologene for måling av ADCmean, ADCmin og tumorcelledannelse verdier var 0,93, 0,92 og 0,88, respektivt. De endelige verdier var gjennomsnittet av de to målinger. Den ADCmean verdien av de primære svulster var (1,00 ± 0,15) × 10
-3 mm
2 /s totalt, (0,89 ± 0,13) × 10
-3 mm
2 /s på småcellet lungekreft, (1,07 ± 0,12) × 10
-3 mm
2 /s på adenokarsinom, og (0,88 ± 0,10) × 10
-3 mm
2 /s på plateepitelkarsinom carcinoma. Hvert sett med data var på linje med eller tilnærmet normalfordelt (alle P 0,1). Analysen av variansen viste signifikante forskjeller mellom tre grupper (P 0,05). Den ADCmin verdien av de primære svulster var (0,80 ± 0,15) × 10
-3 mm
2 /s totalt, (0,67 ± 0,13) × 10
-3 mm
2 /s på småcellet lungekreft, (0,86 ± 0,13) × 10
-3 mm
2 /s på adenokarsinom, og (0,73 ± 0,13) × 10
-3 mm
2 /s på plateepitelkarsinom carcinoma. Hvert sett med data var på linje med eller tilnærmet normalfordelt (alle P 0,1). Analysen av variansen viste signifikante forskjeller mellom tre grupper (P 0,05).
Tumor cellularity i Lung Cancer
NCR av de primære svulster var (16,7 ± 4,0)% i totalt (18,3 ± 3,5)% i småcellet lungekreft, (14,9 ± 2,6)% i adenokarsinom, og (20,6 ± 4,4)% i plateepitelkarsinom. Hvert sett med data var på linje med eller tilnærmet normalfordelt (alle P 0,1). Analysen av variansen viste signifikante forskjeller mellom tre grupper (P 0,05). Blant disse er de NCR av karsinomer ((20,6 ± 4,4)%) og småcellet lungekreft ((14,9 ± 2,6)%) var høyere enn den til adenocarcinoma ((14,9 ± 2,6)%), og forskjellen var statistisk signifikant (P 0,01 og P = 0,002, respektivt). NCR av plateepitelkarsinom celler var større enn for småcellet lungekreft celler, men forskjellen var ikke statistisk signifikant (p = 0,198).
Korrelasjonen mellom ADC verdi og cellularity i Lung Cancer
korrelasjonsanalyse viste at ADCmean verdi og lungetumorcelletall var signifikant negativt korrelert (r = -0,60, P 0,001), se figur 4; I mellomtiden, ADCmin verdier og lunge svulst cellularity signifikant negativt korrelert (r = -0,47, p 0,001), se figur 5.
AC, adenokarsinom; SqCC, plateepitelkarsinom; SLCC, småcellet lungekreft
AC, adenokarsinom.; SqCC, plateepitelkarsinom; SLCC, småcellet lungekreft.
Diskusjoner
Vi har utført korrelasjonsanalyser for både ADCmean og ADCmin med svulst cellularity og har vist at både ADCmean og ADCmin hadde en negativ sammenheng med svulst cellularity i lungekreft. Matoba
et al product: [16] utført korrelasjonsanalyse mellom ADCmean og tumor cellularity i 9 tilfeller av lungekreft og fant lignende resultater som vi gjorde. Dette resultatet innebærer at DWI kan ha stort potensial anvendelse i diagnostikk og behandling av lungekreft. Utover skille lungekreft fra godartede svulster og sentrale lungekreft fra den tilhørende atelektase, samt lymfeknute iscenesettelse av lungekreft, kan DWI brukes til å vurdere terapeutisk effekt etter tidlig behandling. Morfologiske metoder, slik som WHOs standarder og RECIST kriterier, er de mest brukte metodene for å evaluere tumor terapi i klinikken. Sammenlignet med disse fremgangsmåter, ADC-verdier synes å endre seg vesentlig mye tidligere enn morfologiske endringer oppstår [17], [18]. DWI er også nyttig for CT-veiledet perkutan lunge biopsi, som er de vanligste minimal invasiv måte å få tilgang til histopatologiske prøver. På grunn av heterogeniteten av lungevev fordeling, er den positiv biopsi hastighet omtrent 80% [19] til 94,8% [20], og den nøyaktighet som må forbedres. Hjelpe DWI bilder og ADC kartet hjelp for å unngå ikke-neoplastiske svulster og velg ROIs med relativt høyere tetthet for punktering, noe som kan forbedre nøyaktigheten av lunge biopsi.
Våre resultater eksperimentelt bekrefter den negative sammenhengen mellom ADC og cellularity på en mer kvantitativ måte og kan være av verdi for mer nøyaktig modellering av diffusjonsprosessen. Høyere nukleær /cytoplasma-forhold vil redusere ekstracellulære rom som kan føre til lavere tilsynelatende diffusjonskoeffisient [2]. På den annen side vil høyere cellularitet føre til flere cellemembraner at molekyler av vann (eller partikler av noe slag) ville ha til å diffundere gjennom. Denne tilsetning av barrierer kan også føre til lavere tilsynelatende diffusjonskoeffisient. Imidlertid kan regresjonsmodell av ADC, som vi har etablert, ikke forklare de observerte data perfekt (r = -0,60). I tillegg til celletetthet, atom /cytoplasma-forhold, og store kjerner, blir diffusjon av vannmolekyler påvirkes også av mange andre karakteristiske trekk ved tumorer, omfattende perfusjon, mengden av intracellulære makromolekylære proteiner, celleformering, og ekstracellulære rommet i forhold til normalt vev [2], som kan være en av årsakene til at modellen ikke passer til dataene nøyaktig.
Både ADCmin og ADCmean verdier har blitt rapportert å korrelere omvendt proporsjonalt med glial og nonglial tumorcelledannelse som et resultat av den begrensede spredning av vann [15], [21] – [23]. I undergruppeanalyse av Chen
et al product: [7] ble ADCmean verdiene rapportert å korrelere mer omvendt enn ADCmin verdier, og det var ingen signifikante forskjeller mellom undergrupper av ADCmean og ADCmin (r = -0,70 og -0,60). Det var heller ingen signifikante forskjeller mellom disse verdier (og -0.60 -0,47) i vår undersøkelse, noe som betyr at måling av ADC-verdien og tumor cellularitet er enhetlig og stabil.
Våre resultater viser at tumoren cellularitet forskjellige histologiske typer av lungekreft er ikke den samme. Resultatene fra studiene av Matoba
et al product: [16] og Razek
et al product: [24] viser også at celletall adenokarsinom var betydelig lavere enn for plateepitelkarsinom i ikke- småcellet lungekreft. Derfor spekulerer vi at ADC verdier kan gi noen verdi å skille disse to ulike histologiske typer lungekreft. Imidlertid er videre store, prospektive studier garantert å validere disse funnene.
Indikatorene for å vurdere svulst cellularity inkludert celletetthet, kjernekraft-cytoplasma ratio og kjernekraft celle ratio. Celletettheten ble beregnet ved å dividere det totale areal av tumorcellekjerner ved arealet av histologi delen. Den atom cytoplasma-forhold ble beregnet ved å dividere prosenten av atomområdet ved prosentandelen av den cytoplasmatiske området. Den kjernefysiske celle-forholdet ble beregnet ved å dividere prosenten av atomområdet ved den prosentandel av cellearealet. Sammenlignet med celletetthet, kan det kjernefysiske-cytoplasma ratio og atom celle forholdet ikke bare reflektere celletetthet, men kan også gjenspeile den kjernefysiske /cytoplasma ratio og store kjerner, som alle disse faktorene påvirker ADC verdier [2].
Det er noen begrensninger i denne studien. Først studien bare inkludert adenokarsinom, plateepitelkarsinom og småcellet lungekreft, og andre sjeldne histologiske typer lungekreft, for eksempel stor celle lungekreft, kunne ikke tas med. For det andre, ble det totale celletettheten vurdert for sammenligning, slik at tumorcellene ikke ble separert fra ikke-tumorceller. Fysiologisk, imidlertid, ikke-tumorceller også påvirke vannet diffusivitet i vevet, og de fleste tidligere rapporter ikke skilte tumorceller. For det tredje, denne studien kun fokusert på korrelasjonen av tumor cellularitet og ADC-verdien i biopsi området, som ikke kan representere hele tumoren.
Som konklusjon, vår studie viste at ADCmean verdi og den ADCmin verdien var betydelig negativt korrelert med tumorcelledannelse i pasienter med lungekreft. Men mest sannsynlig er svulst cellularity ikke den eneste determinant av ADC.
Hjelpemiddel Informasjon
Figur S1.
flytdiagram som illustrerer utvalg av studier
doi:. 10,1371 /journal.pone.0099865.s001 plakater (TIF)
