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目的：利用不同强度纳秒脉冲电场(nsPEF)处理离体宫颈癌细胞株,初步探索nsPEF抑制肿瘤细胞增殖的特点和机制；建立小鼠功能磁共振成像技术——多b值弥散加权成像(DWI)及动态增强磁共振成像(DCE-MRI)扫描方案及后处理方法,在体定量评估不同类型宫颈癌荷瘤裸鼠模型的肿瘤弥散、灌注及新生血管功能等特点；利用多参数功能磁共振成像技术——多b值弥散加权成像(DWI)及动态对比剂增强磁共振成像(DCE-MRI)在体监测纳秒脉冲电场(nsPEF)治疗HeLa宫颈癌荷瘤裸鼠后肿瘤细胞及新生血管数量、功能等改变,以组织病理学结果为对照,探索nsPEF抗肿瘤机制。材料与方法：分别利用三种不同强度(低强度20kv/cm,25个脉冲；中强度20kv/cm,40个脉冲；高强度25kv/cm40个脉冲)的纳秒脉冲电场处理离体人宫颈癌细胞株HeLa和SiHa。采用CCK-8实验观察处理后三个时间点(24小时、48小时及72小时)的细胞活性,计算细胞增殖抑制率；采用Annexin-FITC-PI双染色流式细胞仪技术测量处理后2小时细胞凋亡和坏死情况,并计算细胞凋亡和坏死百分比；通过右背部皮下注射人宫颈癌细胞株HeLa和SiHa,分别构建宫颈腺癌和鳞癌荷瘤裸鼠模型,采用GE3.0T Signa750磁共振扫描仪和35mm直径小动物线圈进行MRI扫描。多b值DWI采用轴位自旋回波序列,选取11个b值(0,20,50,100,200,400,600,800,1000,1200,1500s/mm2),采用双指数模型进行后处理,认为b<200s/mm2为快速衰减区,计算肿瘤区域纯分子弥散系数D (ADCslow)、假弥散系数D*(ADCfast)及灌注比例f(Perfusion fraction); DCE-MRI采取冠状位SPGR序列,时间分辨率为3s,共200期,在第10期通过尾静脉置管快速团注Gd-DTPA对比剂,根据Toft两室模型,计算对比剂增强比率CER、转运常数Ktrans,反向转移常数Kep,细胞外血管外组织间隙容积Ve,血浆容积比例fPV及曲线下面积AUC90等定量及半定量参数。完成扫描后处死裸鼠取肿瘤组织,进行HE病理检查；选取HeLa宫颈癌皮下移植瘤裸鼠,随机分为2组,实验组进行100ns、1Hz、50kv/cm、200个脉冲的nsPEF治疗,对照组不处理。其中一组在治疗前、治疗后1天及14天分别行多b值DWI成像,应用双指数模型计算肿瘤区域纯分子弥散系数D (ADCslow)、假弥散系数D*(ADCfast)及灌注比例f (Perfusion fraction);另一组在治疗前及治疗后14天分别行DCE-MRI成像,根据Toft两室模型,计算对比剂增强比率CER、转运常数Ktrans,反向转移常数Kep,细胞外血管外组织间隙容积Ve,血浆容积比例fPV及曲线下面积AUC90等定量及半定量参数。在治疗前、治疗后1天及14天磁共振扫描完成后处死裸鼠取肿瘤组织,进行病理HE染色、免疫组化(CD31和CD34)及TUNEL染色。采用SPSS20.0软件对磁共振参数进行独立t检验,对荷瘤裸鼠3次多b值DWI成像参数进行重复测量多因素方差分析,认为双侧P<0.05具有统计学显著性差异。结果：CCK-8实验检测处理后HeLa细胞24h、48h及72h细胞增殖抑制率分别低强度47.55%、57.99%、39.71%；中强度87.64%、86.15%、76.80%；高强度89.55%、89.56%、79.79%。SiHa细胞24h、48h及72h细胞增殖抑制率分别低强度29.54%、43.75%、25.25%；中强度77.46%、77.72%、70.87%；高强度86.67%、88.61%、86.02%。流式细胞仪检测处理后HeLa细胞早前凋亡与坏死比例分别是低强度19.90%和54.30%；中强度11.40%和73.40%；高强度5.90%和81.00%；SiHa细胞早前凋亡与坏死比例分别是低强度68.5%和29.4%；中强度29.8%和69.4%；高强度14.5%和85.1%；分别有10只HeLa宫颈腺癌和10只SiHa宫颈鳞癌裸鼠入组多b值DWI成像,两组体积无显著差异,HeLa裸鼠纯扩散系数明显低于SiHa,但不具有统计学差异(0.259＋0.031vs.0.363±0.064×10-3mm2/s, p=0.163); HeLa裸鼠灌注比例f显著高于SiHa裸鼠(0.211＋0.023vs.0.145＋0.012,p=0.022)。另外5只HeLa宫颈腺癌和4只SiHa宫颈鳞癌裸鼠入组DCE-MRI成像,HeLa裸鼠灌注相关参数均高于SiHa裸鼠,其中CER:1.892±0536vs.0.477±0.142, p=0.057; Ktrans:0.156±0.036vs.0.058±0.013min-1; fPV:0.126±0.038vs.0.022±0.007, p=0.050; AUC90:22.32±6.19vs.6.30±1.56, p=0.060;17只进行多b值DWI及DCE-MRI扫描的HeLa宫颈癌裸鼠远期疗效观察实验,治疗后14天,实验组体积治疗前减小37%,对照组增加150%,差异具有显著性(p=0.025)。进行多b值DWI扫描实验组D值治疗后较治疗前显著升高(Dpre=0.331±0.166, D1day=0.463±0.193, D14day=0.438±0.161(×10-3mm2/s))且在治疗后1天升高明显；对照组D值随肿瘤进展持续降低(Dpre=0.398±0.116, D1day=0.236±0.046, D14day=0.145±0.064(×10-3mm2/s)),差异具有显著性(p=0.022)。进行DCE-MRI扫描HeLa宫颈癌裸鼠,治疗后14天实验组肿瘤Ktrans值较对照组明显降低(△Ktrans=Ktrans-14day-Ktranspre,△Ktranscontrol=0.049±0.018min-1vs.△KtransnsPEF=-0.058±0.006min-1p=0.005)。组织病理提示在治疗后1天,治疗组可见肿瘤坏死及TUNEL阳性凋亡细胞,提示nsPEF可在早期诱导细胞坏死与凋亡；在治疗后14天,治疗组肿瘤血管相关免疫组化(CD31与CD34)染色提示肿瘤轴位新生血管数目明显降低。结论：纳秒脉冲电场(nsPEF)可通过诱导凋亡及坏死抑制宫颈癌细胞株HeLa和SiHa生长,呈现剂量依赖和时间依赖的特点；随着处理强度增大,肿瘤细胞晚期凋亡及坏死的比例增大,增殖抑制率升高,在处理后第48小时最为明显；HeLa较SiHa细胞对nsPEF处理更敏感。多b值DWI成像及DCE-MRI显示HeLa宫颈腺癌模型较SiHa鳞癌模型肿瘤新生血管灌注、血管内皮通透性等功能明显增多；HeLa宫颈腺癌模型提示肿瘤体积在50-400mm3范围内,体积与DCE-MRI血管参数呈正相关,与多b值DWI弥散及灌注相关参数无明显相关性。纳秒脉冲电场可通过早期诱导细胞坏死与凋亡,晚期抑制肿瘤新生血管来抑制肿瘤生长。多b值DWI成像可早期在体监测纳秒脉冲电场治疗宫颈癌裸鼠疗效,纯弥散系数D值是定量肿瘤凋亡与坏死的敏感指标；DCE-MRI可定量、无创、准确评估纳秒脉冲电场抑制宫颈癌裸鼠肿瘤血管生成,是一种良好影像学生物标志物。