超聲彈性成像評估組織熱消融范圍的研究進展

朱惠娟，朱才義，魏珊，羅彥冰

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬海口醫(yī)院超聲科，海南 ?？?570208)

超聲彈性成像評估組織熱消融范圍的研究進展

朱惠娟，朱才義，魏珊，羅彥冰

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬?？卺t(yī)院超聲科，海南 ?？?570208)

腫瘤熱消融技術(shù)是在現(xiàn)代影像學(xué)基礎(chǔ)上誕生、發(fā)展的新技術(shù)。實時監(jiān)測與術(shù)后即刻評估消融范圍是保證治療安全、取得良好療效的關(guān)鍵。超聲彈性成像作為一種新的超聲組織定征技術(shù)，在腫瘤熱療監(jiān)測方面正受到越來越多的關(guān)注。本文介紹了彈性成像在離體實驗、動物實驗、臨床實驗?zāi)[瘤熱療無創(chuàng)監(jiān)測中的應(yīng)用研究，概述了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并討論了彈性成像技術(shù)在腫瘤無創(chuàng)監(jiān)測中的未來研究方向。

超聲彈性成像；熱消融；范圍；進展

腫瘤熱消融技術(shù)是在現(xiàn)代影像學(xué)基礎(chǔ)上誕生、發(fā)展的新技術(shù)，它指在影像引導(dǎo)下以不同的物理方式產(chǎn)生局部高溫導(dǎo)致腫瘤組織發(fā)生凝固性壞死，從而達(dá)到原位滅活腫瘤的治療方法?，F(xiàn)代影像學(xué)技術(shù)貫穿于消融治療的全過程：早期發(fā)現(xiàn)腫瘤、術(shù)中引導(dǎo)穿刺、評估術(shù)后消融效果以及治療后的隨訪。近年來熱消融治療的研究核心是尋求治療過程中能夠?qū)崟r監(jiān)測與術(shù)后即刻評估消融范圍的方法，從而達(dá)到一次性完全消融的效果，減少腫瘤的轉(zhuǎn)移和局部復(fù)發(fā)。

精準(zhǔn)評價消融完全與否對于保證熱療安全和提高療效意義非常重大，常用來評估治療效果的影像學(xué)檢查包括超聲、超聲造影、增強CT或磁共振成像。常規(guī)超聲可以在術(shù)中引導(dǎo)穿刺，并且能夠在整個消融過程中提供最簡單、最直接的圖像信息，但由于消融后所形成的高回聲區(qū)難以辨別消融灶遠(yuǎn)端的準(zhǔn)確邊界[1]。復(fù)查增強CT或MRI已經(jīng)成為臨床上廣泛使用的程序化手段，但不能對消融進行實時的監(jiān)測與評估[2]。超聲造影則是通過實時動態(tài)地觀察腫瘤組織血液微灌注的狀況，間接地反映消融區(qū)組織壞死的程度，但仍存在缺陷：造影劑充盈并且達(dá)到飽和平衡時，只能維持一小段時間，對于多個病灶、單個大病灶需要反復(fù)注射造影劑，這會增加患者的成本與負(fù)擔(dān)，漏診率也大大提高。

彈性成像技術(shù)相對于以上檢查方法，具有成本低、操作簡單、可重復(fù)性強等優(yōu)點，目前廣泛用于甲狀腺、乳腺良惡性鑒別診斷以及肝臟的纖維化分級中[3-4]。最近研究表明，彈性成像在微波消融的監(jiān)測與評估上具有實用的價值與廣闊的前景，本文就彈性成像在微波消融的適形監(jiān)測中各個研究問題做一綜述。

1 彈性成像在微波消融監(jiān)測中的應(yīng)用原理

彈性成像整合在傳統(tǒng)的二維超聲基礎(chǔ)上，目前臨床上應(yīng)用的主要包括應(yīng)變的靜態(tài)法及剪切波的動態(tài)法，超聲彈性成像的原理是根據(jù)不同組織之間硬度或彈性模量的差異進行彩色編碼成像，由于熱消融所致的凝固區(qū)發(fā)生蛋白質(zhì)變性脫水，導(dǎo)致消融區(qū)域硬度顯著增加，所以理論上利用消融后組織硬度的差異分布是可以實現(xiàn)熱凝固區(qū)的無創(chuàng)監(jiān)測[5]。彈性評估熱消融灶的大小和形狀始終直接關(guān)系到臨床熱消融治療的可靠性、安全性和有效性，影響消融灶的形態(tài)和大小有諸多因素，不同因素也會影響超聲彈性的客觀成像，所以彈性成像要走向臨床的廣泛運用前必須要經(jīng)歷離體動物實驗、活體動物實驗及臨床實驗3個階段。

2 彈性成像監(jiān)測與評估熱凝固區(qū)的研究

2.1 離體實驗 離體實驗是具有可塑性好、可控性強、操作簡單、效率高等優(yōu)點。離體實驗排除了不同個體間血管的分布密度、血管直徑及血流速度，保證了研究因素的均質(zhì)化與標(biāo)準(zhǔn)化，它不僅可以觀察彈性成像在不同的功率、不同時間消融灶范圍變化的特點，還可以反映熱消融設(shè)備的性能與特點。趙冰等[6]利用超聲彈性成像技術(shù)評估無水乙醇誘導(dǎo)肝臟凝固灶的價值，結(jié)果表明超聲彈性技術(shù)可以反映肝臟凝固灶力學(xué)變化，是常規(guī)二維超聲的有力補充，但細(xì)微分辨力有待提高。Wiggermann等[7]報道離體豬肝彈性成像評估射頻消融灶范圍，結(jié)果表明彈性成像所顯示的消融灶范圍與大體標(biāo)本測量的消融灶范圍相關(guān)性良好(r2=0.9676)。李佳等[8]購置新鮮牛肝進行射頻消融，研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用實時超聲彈性成像測量消融灶的面積、體積與標(biāo)本有較好的相關(guān)性。離體實驗證明了彈性成像能夠即刻評價微波消融凝固灶范圍的可行性，為動物實驗、臨床實驗奠定堅實的基礎(chǔ)。

2.2 動物實驗 動物實驗可以在接近人體正常狀態(tài)或病理狀態(tài)的動物模型上，探討彈性成像與病理是否具有相關(guān)性。彭金波等[9]分析了實時超聲彈性成像(RTE)評價射頻消融術(shù)(RTA)活體兔肝的范圍，結(jié)果表明RTE測量消融灶面積與大體測量面積比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義，并且兩者呈正相關(guān)(P＜0.05)，RTE可以清晰顯示活體兔肝射頻消融灶邊界，有望成為評價射頻消融灶的有效方法。Sugimoto等[10]利用3D剪切波彈性成像(Shear wave elestograph，SWE)定量分析正常大鼠射頻消融后壞死灶的硬度，發(fā)現(xiàn)消融中央壞死區(qū)、邊緣過渡區(qū)的硬度以及正常肝組織的楊氏模量值分別為(59.1±21.9)kPa、(13.1±1.5)kPa、(4.3±0.8)kPa，說明楊氏模量值與熱劑量是息息相關(guān)的，因此對組織的定量評估顯得尤為重要。Mariani等[11]對29頭長白山豬進行射頻消融，利用SWE測量其楊氏模量的變化，并將其與病理對照，預(yù)測豬肝組織凝固性壞死與否的彈性閾值為20 kPa。表明SWE通過楊氏模量量化組織壞死程度，在監(jiān)測消融方面具有廣闊的前景。DeWall等[12]利用SWE分析正常大鼠射頻消融后壞死灶的硬度，發(fā)現(xiàn)消融中央壞死區(qū)、邊緣過渡區(qū)的硬度楊氏模量值分別為(36.2±9.1)kPa、(3.1±1.5)kPa，提出邊緣過渡區(qū)可能被誤認(rèn)為未被消融的正常在組織，從而低估消融范圍。

2.3 臨床實驗 由于彈性成像在復(fù)雜的生物組織構(gòu)成與多樣的病理條件還下，還受到病灶大小、病灶位置、呼吸循環(huán)等因素的影響[13-14]，目前它在臨床實驗方面還屬于初步研究階段。周洪雨等[15]報道了靜態(tài)超聲彈性成像評估微波消融子宮肌瘤范圍，18例子宮肌瘤患者治療前和治療后即刻同時行靜態(tài)超聲彈性成像和超聲造影檢查，與術(shù)后增強MRI測值對照，結(jié)果表明靜態(tài)超聲彈性成像評估消融灶范圍略大于超聲造影(P=0.02)；與增強MRI測值相近，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.44)，靜態(tài)超聲彈性成像能準(zhǔn)確評估微波消融子宮肌瘤范圍，有望成為估測熱消融凝固壞死灶范圍的有效方法。田文碩等[16]報道了57例肝臟腫瘤患者射頻消融后30 min、1 d及一個月的楊氏模量值，發(fā)現(xiàn)差異無統(tǒng)計學(xué)意義，結(jié)果表明SWE能夠定量分析肝臟腫瘤射頻消融前后的彈性變化，病灶消融后明顯變硬，且硬度不隨時間變化；此外，對比觀察SWE成像與二維超聲、超聲造影顯示消融灶范圍，結(jié)果表明SWE對消融灶邊界刻畫清晰，且可近似估計消融范圍，但是與實際消融范圍仍存在一定偏差。這是SWE在微波消融監(jiān)測與評估中的初探，旨在給臨床應(yīng)用方面提供適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，但因為本實驗缺乏病理檢查結(jié)果對照，有必要在臨床前的動物實驗進一步研究。Kang等[17]通過對比分析38例肝癌患者消融12 min后的聲脈沖輻射力彈性成像(Acoustic radiation force impulse，ARFI)與同一個層面的增強CT成像，發(fā)現(xiàn)差異無統(tǒng)計學(xué)意義；并且通過ARFI技術(shù)測量消融灶中心部位與瘤旁正常組織的剪切波傳播速度，由此表明剪切波速度與消融損傷程度相關(guān)，剪切波速度有望成為無創(chuàng)性預(yù)測射頻消融損傷程度的補充技術(shù)。

3 展 望

本文介紹了彈性成像在離體實驗、動物實驗、臨床實驗?zāi)[瘤熱療無創(chuàng)監(jiān)測中的應(yīng)用研究。從初步的研究可見，超聲彈性成像在評估與監(jiān)測微波消融過程具有很好的適用性，各種研究方法聯(lián)系緊密，各有優(yōu)勢。臨床實驗?zāi)壳按蟛糠志窒拊趯椥猿蓤D與CT、超聲造影對比，由于超聲顯示的切面與CT不在同一個橫斷面，只能在評估效能上進行比較，真正的金標(biāo)準(zhǔn)需要與病理進行對比研究，而動物實驗可以滿足此要求。在動物實驗中彈性成圖所顯示出的組織壞死程度與金標(biāo)準(zhǔn)病理之間具有很好的相關(guān)性[18]，由此證實彈性成像能夠即刻評價熱凝固灶范圍的可行性，但是要達(dá)到對熱凝固區(qū)的適形監(jiān)測，必須在接近人體病理狀態(tài)的臨床前動物模型上，繼續(xù)深入探索生物物理學(xué)的熱特性與能量的相關(guān)性。

彈性成像作為一項新興的技術(shù)，經(jīng)歷了從組織硬度定性顯示到組織硬度定量測量質(zhì)的飛躍。靜態(tài)彈性成像技術(shù)、聲輻射脈沖彈性成像等都局限在半定量顯示不同組織之間的比值或測量聲波的速度上，超高速剪切波彈性可以反映組織硬度的絕對值，目前主要運用在肝臟的纖維化分級中[19-20]，這將提高彈性成像在腫瘤熱療中監(jiān)測的精確性，也給熱消融的無創(chuàng)監(jiān)測提供了一個新的研究方向。我們接下來的研究將重點關(guān)注熱凝固區(qū)的邊界，利用超高速剪切波彈性成像測量邊界的彈性值，如果彈性值能提示這部分與病理的關(guān)系，這將對熱消融的無創(chuàng)監(jiān)測產(chǎn)生巨大的臨床指導(dǎo)作用。

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Advances in evaluating the range of thermal ablation with ultrasound elasticity imaging.

ZHU Hui-juan,ZHU Cai-yi,WEI Shan,LUO Yan-bing.Department of Ultrasound,Haikou Hospital Affiliated to Xiangya School of Medicine, Central South University,Haikou 570208,Hainan,CHINA

Tumor thermal ablation technique is a new technology that is born and developed on the basis of modern imaging technology.Real-time monitoring and immediately evaluating the range of thermal ablation is the key to ensure the safety of treatment and to achieve satisfactory curative effect.As a new ultrasonic tissue characterization method,ultrasound elasticity imaging is paid increasing attention to in respect of thermal therapy.In this paper,we introduce the application of ultrasound elasticity imaging in living animal experiment,in vitro experiment and the noninvasive monitoring of clinical experiment for thermal ablation,and summarize the research status home and abroad.Future developments of ultrasound elasticity imaging in noninvasive monitoring for thermal therapy are also discussed.

Ultrasound elasticity imaging;Thermal ablation;Range;Advances

R445.1

A

1003—6350（2016）12—1996—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.12.033

2016-03-29)

海南省自然科學(xué)基金面上項目（編號：20168311）

朱才義。E-mail：zhucaiyi56@163.com；魏珊。E-mail：tangpu89@163.com