超聲-CT/MRI融合成像技術(shù)在肝癌消融中的應(yīng)用進(jìn)展

北京大學(xué)深圳醫(yī)院超聲影像科 （廣東 深圳 518036）

袁樹芳

·綜述·

超聲-CT/MRI融合成像技術(shù)在肝癌消融中的應(yīng)用進(jìn)展

北京大學(xué)深圳醫(yī)院超聲影像科 （廣東 深圳 518036）

袁樹芳

DOI∶10.3969/j.issn.1009-3257.2015.02.018

超聲具有實時、簡便、無輻射等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛用于引導(dǎo)肝臟腫瘤的消融治療[1]。但當(dāng)肝內(nèi)病灶呈等回聲或被肺氣、腸氣遮擋時，超聲往往無法清楚顯示，這在一定程度上限制了超聲的使用。CT/MRI擁有更好的空間分辨率，且不受氣體、骨骼的影響，但無法實時顯像的缺點(diǎn)也導(dǎo)致其不是最理想的引導(dǎo)消融手段，所以臨床需要一種能更準(zhǔn)確有效定位并引導(dǎo)消融的方法。超聲-CT/MRI融合成像技術(shù)成功地將CT/MRI的空間分辨率和超聲的實時性進(jìn)行互補(bǔ)，真正做到“眼”(CT/MRI)和“手”(超聲)的完美結(jié)合，顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

融合成像技術(shù)最早于1986年由Roberts首次應(yīng)用于神經(jīng)外科術(shù)中定位[2-4]。近幾年來，該技術(shù)已逐漸應(yīng)用于前列腺腫瘤定位活檢和分級[5-8]以及引導(dǎo)肌骨關(guān)節(jié)的檢查[9]；對肝臟腫瘤而言，尤其針對常規(guī)超聲顯示困難的病灶的消融更具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

1 融合成像系統(tǒng)的組成及原理

融合成像系統(tǒng)由超聲儀、磁定位組件(追蹤系統(tǒng)發(fā)射器和追蹤系統(tǒng)接收器)和融合成像軟件組成。融合成像系統(tǒng)是將CT/MR等圖像信息進(jìn)行三維重建，利用磁定位系統(tǒng)將CT/MR的三維圖像與身體實際的解剖結(jié)構(gòu)在空間上完全重疊，并在超聲掃查過程中實時地顯示掃查切面上相應(yīng)的CT/MR圖像。這樣，代表實際體內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)的超聲圖像與已經(jīng)獲得的CT/MR圖像能一一對應(yīng)，即可利用CT/MR的圖像來協(xié)助確定病灶在超聲圖像上的位置。

融合成像技術(shù)操作中的核心部分是如何利用磁定位系統(tǒng)將CT/MR的三維圖像與身體實際的解剖結(jié)構(gòu)在空間上完全重疊，要達(dá)到這一目的，需要在CT/MR的三維圖像及體內(nèi)找到對應(yīng)的點(diǎn)后進(jìn)行融合，3個以上的點(diǎn)對位成功后，則整個CT/MR三維圖像就可與身體一一對應(yīng)。利用人體內(nèi)部相對固定的結(jié)構(gòu)作為對位標(biāo)志為內(nèi)定標(biāo)法。而利用體表粘貼特制定位片，進(jìn)行皮膚標(biāo)志定位的方法為外定標(biāo)法。

2 融合成像技術(shù)準(zhǔn)確性及可行性的實驗研究

融合成像系統(tǒng)利用各種影像圖像的融合來達(dá)到對困難病灶進(jìn)行更加準(zhǔn)確的定位，從而引導(dǎo)下一步的診斷和治療，因此融合成像系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可行性是使用該系統(tǒng)的前提。據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)[10-16]報道，融合成像系統(tǒng)對位平均時間為3～5min，平均對位誤差為3～5mm，最小對位誤差為0.9±0.3mm。Laura Crocett[11]、Caroline Ewertsen[13]等人通過模型研究，驗證了融合成像系統(tǒng)引導(dǎo)下進(jìn)行病灶穿刺和消融操作，有較小的對位誤差及較高的穿刺準(zhǔn)確性。

3 融合成像系統(tǒng)在肝癌消融中的臨床應(yīng)用

3.1 術(shù)前病灶的定性及定位 常規(guī)超聲在以下情況下對肝癌病灶顯示比較困難[17]：1)病灶內(nèi)部呈等回聲，文獻(xiàn)[18]報道此類病灶高達(dá)21.5%；2)受肺氣、腸氣或骨骼的遮擋；3)肝硬化、脂肪肝或經(jīng)肝動脈化療栓塞(Transcatheter hepatic arterial chemoembolization，TACE)造成肝實質(zhì)回聲背景雜亂，病灶邊界不清晰；4)僅動脈期CT/MRI疑為肝癌的病灶[19]。對常規(guī)超聲顯示困難的病灶而言，準(zhǔn)確的定位和定性對制定治療方案起著決定性作用。運(yùn)用融合成像系統(tǒng)結(jié)合超聲造影(Contrast-Enhanced Ultrasound，CEUS)，可以實時觀察超聲圖像上相應(yīng)部位的血流灌注變化，以便確定病灶的具體部位、性質(zhì)、范圍、與周邊的大血管及重要解剖結(jié)構(gòu)的比鄰關(guān)系。Jung.E.M[19]等人研究表明運(yùn)用融合成像系統(tǒng)對肝臟局灶性小病變(16.0±6.3mm)進(jìn)行融合成像引導(dǎo)下CEUS，病灶的定位準(zhǔn)確率達(dá)90%(18/20)，定性準(zhǔn)確性達(dá)85%(17/20)，甚至對其中6個CT診斷顯示不清的病灶進(jìn)一步明確診斷，其結(jié)果經(jīng)手術(shù)或活檢證實。蔣天安等[20]對消融術(shù)前的10個肝臟局灶性病變(Focal liver lesion,FLL)進(jìn)行融合成像引導(dǎo)下CEUS，其中9個FLL呈特征性增強(qiáng)模式，1個病灶各期無明顯異常強(qiáng)化，所有病灶經(jīng)融合成像引導(dǎo)下活檢穿刺可獲得肝臟惡性腫瘤組織學(xué)依據(jù)。李凱等[21]對常規(guī)超聲顯示困難的肝癌病灶進(jìn)行融合成像引導(dǎo)下CEUS，可檢出的最小病灶直徑為5mm，病灶檢出率達(dá)78.7%(37/47)。由此可見，融合成像系統(tǒng)與CEUS的結(jié)合，不僅能提高常規(guī)超聲顯示困難的FLL的定位和定性準(zhǔn)確性，還能為部分CT或MRI診斷不明確的FLL的定性提高補(bǔ)充信息，從而進(jìn)一步指導(dǎo)病灶的治療。

3.2 術(shù)中引導(dǎo)穿刺和消融 根據(jù)術(shù)前病灶的定性及定位結(jié)果，消融術(shù)中可以通過圖像融合鎖定病灶的位置，進(jìn)行實時超聲引導(dǎo)下穿刺，以保證消融范圍完全覆蓋超聲顯示不清的病灶。早在2005年劉廣健等人[22]利用融合成像系統(tǒng)對4例因肝硬化、肺氣等干擾顯示不清的肝細(xì)胞癌(Hepatic cellular cancer，HCC)施行超聲引導(dǎo)下無水酒精消融治療。郭昌宇[23]對37例位置鄰近膈肌、大血管或心臟、胃等重要結(jié)構(gòu)的肝臟惡性腫瘤分別進(jìn)行經(jīng)皮介入治療，采用融合成像技術(shù)，通過合理的模擬針道設(shè)計和實時超聲監(jiān)察，均順利完成介入操作，無嚴(yán)重并發(fā)癥發(fā)生。NaKai等[24]利用融合成像系統(tǒng)引導(dǎo)穿刺消融肝硬化背景下常規(guī)超聲顯示困難的20個肝癌病灶，全部消融完全并且病灶一次穿刺成功率高達(dá)90%。李凱等[25]對42個二維超聲顯示不清的肝癌病灶進(jìn)行融合圖像引導(dǎo)下射頻消融，術(shù)后一個月CT/MRI復(fù)查提示42個病灶均消融完全。對于直徑較大的肝癌，經(jīng)常需要多次多點(diǎn)布針或者同時多點(diǎn)布針，往往依賴操作者的經(jīng)驗在頭腦中構(gòu)建病灶和周圍結(jié)構(gòu)的三維圖像，客觀性較差，很難達(dá)到精準(zhǔn)消融，尤其需要多次布針時，消融過程中的霧化氣體強(qiáng)回聲經(jīng)常會干擾病灶以及穿刺針的顯示，容易令病灶消融不完全或引起并發(fā)癥。Chen[26]等利用數(shù)學(xué)模型計算出多棱柱法在三維空間上合理多次布針，為實現(xiàn)最少的布針次數(shù)對腫瘤進(jìn)行最大程度的消融覆蓋提供了指導(dǎo)意義。融合成像系統(tǒng)與計算機(jī)計劃系統(tǒng)相結(jié)合，可在CT/MR三維容積圖像基礎(chǔ)上，利用計算機(jī)設(shè)計合理的消融布針計劃，避開重要的結(jié)構(gòu)及大血管，以最少的布針次數(shù)達(dá)到最大的消融效果；并且在消融過程依靠融合成像系統(tǒng)準(zhǔn)確引導(dǎo)每次穿刺布針，不受霧化氣體強(qiáng)回聲的影響，保證腫瘤的完全消融，減少并發(fā)癥的發(fā)生，降低對操作者的經(jīng)驗依賴性。已有初步研究[12,14,23]表明，此法能取得較好的消融效果。

3.3 術(shù)后療效的評估 目前，在肝臟腫瘤消融術(shù)后，評估消融是否完全、有無腫瘤殘留或邊緣復(fù)發(fā)、消融是否達(dá)安全邊界，常規(guī)依靠復(fù)查CT、MR或者超聲造影，通過了解有無殘留灌注來判斷消融是否完全，但由于消融術(shù)后很難確定病灶原來的位置而且都是在二維平面的狀態(tài)下，無法在立體三維空間上準(zhǔn)確判斷消融范圍是否均完全覆蓋原病灶，且達(dá)到安全邊界的要求。融合成像系統(tǒng)聯(lián)合二維/三維超聲造影技術(shù)，有可能為消融術(shù)后安全邊界的評估提供平臺。通過超聲造影技術(shù)與融合成像技術(shù)的結(jié)合，能在消融術(shù)后進(jìn)行即時造影檢查，通過對消融范圍與術(shù)前的CT/MRI病灶的位置及大小進(jìn)行對比，確定消融范圍是否完全覆蓋原病灶以及是否已達(dá)安全邊界。蔣天安[20]等人于術(shù)后20分鐘對3個行經(jīng)皮消融治療肝癌的病灶通過融合成像技術(shù)和術(shù)前相應(yīng)的CT/MR層面上的病灶相比較，確定病灶已消融完全并達(dá)到安全邊界。李凱等[25]采用融合成像系統(tǒng)聯(lián)合二維超聲造影技術(shù)，即時行融合成像引導(dǎo)下CEUS對肝癌消融效果進(jìn)行評估，對6個消融范圍不足的病灶進(jìn)行補(bǔ)充消融，術(shù)后一個月復(fù)查提示所有病灶均消融完全。Kisaka等[27]利用融合成像技術(shù)，將肝癌消融前病灶的增強(qiáng)CT圖像和超聲融合成像成病灶的混合超聲圖像，與治療3天后的消融灶超聲造影圖像相對比，判定是否達(dá)到安全邊界，以增強(qiáng)CT為金標(biāo)準(zhǔn)，顯示此法判定療效的準(zhǔn)確度、特異度及敏感度分別達(dá)84.6%、76.9%、92.3%。SU等[28]還采用融合成像系統(tǒng)聯(lián)合三維超聲造影技術(shù)對肝癌進(jìn)行消融療效評估，判斷是否達(dá)到安全邊界，并隨訪腫瘤局部進(jìn)展發(fā)生率與消融是否達(dá)安全邊界的相關(guān)性。經(jīng)13～23個月的隨訪顯示，消融達(dá)安全邊界者肝癌局部進(jìn)展發(fā)生率顯著低于未達(dá)安全邊界者。

4 融合成像系統(tǒng)的不足

影響融合成像技術(shù)在肝臟腫瘤消融中應(yīng)用的關(guān)鍵因素是對位的準(zhǔn)確性。肝臟屬于質(zhì)地較軟的器官，其形狀和位置可因患者呼吸運(yùn)動、體位變化及心臟跳動而產(chǎn)生變化，為保證對位的準(zhǔn)確性，現(xiàn)有的融合成像系統(tǒng)均要求患者的體位、胃腸道以及膽囊的充盈情況和呼吸時相盡量與CT/MR檢查時保持一致，屏氣后進(jìn)行融合成像對位。在定位穿刺操作時要求病人要非常配合，否則可能出現(xiàn)穿刺誤差，甚至出現(xiàn)穿刺目標(biāo)脫靶，導(dǎo)致治療效果不理想或造成嚴(yán)重的并發(fā)癥[13]。操作者進(jìn)行超聲掃查時，不可用力下按探頭，否則會導(dǎo)致局部解剖結(jié)構(gòu)變形而影響對位準(zhǔn)確度。

5 展望

隨著運(yùn)動補(bǔ)償以及呼吸門控等技術(shù)的研發(fā)、磁定位器體外定標(biāo)自動配準(zhǔn)的實現(xiàn)、對位的時間有望更加縮短，對位也將更加精確。而超聲-超聲融合成像技術(shù)的發(fā)展，有助于彌補(bǔ)超聲-CT/MR融合成像技術(shù)操作不便利，圖像傳輸要求高等缺點(diǎn)，將為肝臟腫瘤微創(chuàng)治療提供一種更加簡便、精準(zhǔn)的導(dǎo)向平臺。

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R735.7

A

2015-03-26

袁樹芳，碩士研究生，影像醫(yī)學(xué)與核醫(yī)學(xué)專業(yè)，研究方向為超聲-CT/MRI融合成像診斷等

袁樹芳