兔肺VX2腫瘤微波消融多模態(tài)成像實驗研究

林曉南， 林征宇， 繆仙花， 蘇懷盈， 陳 健

微波消融（MWA）具有升溫快、消融范圍大、熱沉效應(yīng)影響小等優(yōu)點，是肺腫瘤熱消融治療常用手段［1］。本研究通過對比觀察兔肺VX2腫瘤MWA術(shù)中紅外熱成像表現(xiàn)、術(shù)后CT、MR影像表現(xiàn)及病理表現(xiàn)，分析兔肺腫瘤MWA消融灶紅外熱成像-CTMR-病理相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 建立兔肺VX2腫瘤模型

VX2瘤株制備——腿部荷瘤兔（福建醫(yī)科大學動物實驗中心惠贈）腿部肌內(nèi)注入氯胺酮1 mL/kg全身麻醉、術(shù)區(qū)2%利多卡因局部麻醉后固定于自制手術(shù)臺，切取魚肉樣腫瘤組織置于1∶50頭孢氨芐溶液培養(yǎng)皿，眼科剪將瘤塊制成約1 mm×1 mm×1 mm大小備用。

兔肺VX2腫瘤種植——15只新西蘭大白兔禁食6 h，全身麻醉并穿刺部位備皮，俯臥固定于Somatom Emotion 16層螺旋CT機（德國Siemens公司）掃描床，CT導引下將16 G穿刺針穿入肺組織，拔出針芯，沿針鞘推入VX2腫瘤塊2～3塊，并以0.9%氯化鈉溶液1 mL封閉針道后拔針。術(shù)后20 d復查兔肺部CT觀察成瘤情況，隨機處死1只成瘤兔行病理證實。

1.2 兔肺VX2腫瘤MWA術(shù)

術(shù)前CT先行胸部CT平掃（120 kV，120 mAs，層厚 1.5 mm，F(xiàn)OV180 mm×180 mm），證實成瘤后即行 Espree 1.5 T MR機（德國 Siemens公司）掃描（TSE-T2WI-FS 序列：TR 3 800.0 ms，TE 78.0 ms，層厚 3.0 mm，層間距 0.6 mm，F(xiàn)OV 25 mm×20 mm；T1-Vibe 序列：TR 6.0 ms，TE 2.5 ms， 層厚 3.0 mm，F(xiàn)OV 25 mm×20 mm）。

術(shù)區(qū)備皮，CT導引下逐步進針，將MWA天線（15 G，150 mm，南京維京九洲醫(yī)療器械研發(fā)中心）貫穿腫瘤灶，并超出遠端0.5 cm；調(diào)整紅外熱成像儀（杭州遠洲醫(yī)療公司）距離及角度，鏡頭中心線與消融區(qū)體表垂直，鏡頭至體表距離保持130 cm，實時監(jiān)控紅外熱成像；設(shè)定MWA功率45 W，消融時間3 min，采集溫度場變化數(shù)據(jù)。

1.3 術(shù)后影像和病理學檢查

術(shù)后CT掃描觀察腫瘤消融效果，隨后即刻行MR檢查（序列同術(shù)前），觀察消融灶MR表現(xiàn)。處死瘤兔，取出肺標本，沿MWA天線針道剖開，行組織病理學檢查，檢測術(shù)后CT上瘤灶最大徑（DCT）、T1-Vibe高信號瘤灶最大徑（DT1）、病理上肺組織凝固壞死區(qū)最大徑（D凝固）；檢測術(shù)后CT上磨玻璃影（GGO）最大徑（DGGO）、TSE-T2WI-FS 高信號最大徑（DT2）、紅外熱成像41℃等溫區(qū)最大徑（DIR）和病理上熱損傷區(qū)最大徑（D損傷）。

1.4 統(tǒng)計學處理

采用SPSS 22.0軟件作統(tǒng)計學分析。所有數(shù)據(jù)均用 t檢驗，以均數(shù)±標準差表示，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 成瘤情況及影像學表現(xiàn)

15只實驗兔中11只見肺內(nèi)孤立性成瘤灶（5只腫瘤病灶位于左肺下葉，6只位于右肺下葉），最長徑 10.3～13.1 mm，平均（11.7±0.9） mm；2 只見胸膜廣泛轉(zhuǎn)移；2只肺內(nèi)未見明確腫瘤病灶。處死1只成瘤兔，證實為VX2腫瘤。CT檢查顯示肺內(nèi)孤立性結(jié)節(jié)灶，病灶邊緣可見淺分葉改變，邊界清楚；MR檢查顯示病灶形態(tài)與CT所見大致相仿，與胸壁肌層信號對照，病灶于TSE-T2WI-FS序列上呈稍高信號，T1-Vibe序列上呈邊界清晰等信號影（圖1）。

圖1 兔肺VX2腫瘤種植成功MR表現(xiàn)

2.2 MWA術(shù)中紅外熱成像表現(xiàn)

術(shù)區(qū)體表平均溫度在MWA開始前約32℃，開始后逐漸提升，熱場大致呈同心圓狀由中央向外輻射，中央溫度最高（圖2），消融完成時溫度達頂峰，術(shù)區(qū)體表最高溫平均值為（46.82±0.32）℃。

2.3 MWA術(shù)后影像學表現(xiàn)

術(shù)后CT平掃顯示瘤灶密度略減低，周圍可見片狀GGO覆蓋原病灶，邊界不清（圖3①）；MR平掃T1-Vibe序列顯示病灶較消融前信號增高，病灶邊界較前模糊，周圍可見少許淡片狀略高信號（圖3②），TSE-T2WI-FS序列顯示消融灶中央信號減低，外周可見斑片狀高信號影覆蓋，信號不均（圖3③）。

2.4 MWA術(shù)后病理學表現(xiàn)

圖2 MWA術(shù)中紅外熱成像表現(xiàn)

圖3 MWA術(shù)后CT、MR表現(xiàn)

表1 DCT、 DT1、 D凝固、 DGGO、 DT2、 DIR、 D損傷測量值

瘤兔肺標本大體病理：消融灶中心可見一空心針道影，沿針道將消融灶水平剖開，病灶由內(nèi)向外層次分明，中央為灰黃色腫瘤組織凝固性壞死區(qū)，周圍可見一類圓形暗褐色肺組織凝固性壞死區(qū)，最外周為片狀暗紅色充血水腫熱損傷區(qū)域（圖4①）。光學顯微鏡（HE染色）下病理：腫瘤組織凝固壞死區(qū)表現(xiàn)為腫瘤細胞大面積壞死，細胞核結(jié)構(gòu)完全破壞，僅殘留細胞輪廓；肺組織凝固性壞死區(qū)表現(xiàn)為細胞核結(jié)構(gòu)破壞，殘留肺組織細胞輪廓；熱損傷區(qū)肺泡內(nèi)可見大量滲出性液體，部分肺泡完全填充，液體內(nèi)含碎裂紅細胞和各類炎性細胞，與正常肺組織分界欠清（圖 4②）。 DCT、DT1、D凝固、DGGO、DT2、DIR、D損傷檢測值見表1，DCT、DT1與D凝固間成對樣本 t檢驗結(jié)果見表2，DGGO、DT2、DIR、D損傷間兩兩比較結(jié)果見表3；結(jié)果顯示DCT與D凝固間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），DT1、DCT與 D凝固間差異均有顯著統(tǒng)計學意義（P＜0.000 1），DIR與 D損傷間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），DGGO、DT2與 D損傷間差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.000 1）。

3 討論

圖4 MWA術(shù)后病理學表現(xiàn)

表2 DCT、 DT1與D凝固成對樣本 t檢驗

近年MWA在肺部原發(fā)性和繼發(fā)性腫瘤治療中發(fā)揮越來越重要作用［2-3］。但肺腫瘤熱消融術(shù)后有一定的復發(fā)率。Okuma等［4］報道對CT導引下熱消融治療肺惡性腫瘤進行長達9年隨訪，發(fā)現(xiàn)腫瘤直徑＞2.0 cm時復發(fā)率高達32%。肺部過度消融易引發(fā)感染、氣胸、肺不張、支氣管胸膜瘺等并發(fā)癥［5］。因此，準確判斷消融后凝固性壞死和熱損傷邊界，對降低局部復發(fā)率、減少并發(fā)癥至關(guān)重要［6-7］。

目前肺部腫瘤熱消融術(shù)后即刻療效評價主要以 CT 為主，GGO 覆蓋范圍超出腫瘤邊緣 0.5～1.0 cm是腫瘤完全消融標志［8］。但消融術(shù)后腫瘤周圍GGO覆蓋區(qū)包括凝固壞死的腫瘤組織、凝固性壞死的肺組織及周邊炎性滲出的肺組織［9］。本研究證實，CT上GGO范圍大于凝固性壞死區(qū)，但小于熱損傷區(qū)；微波天線穿刺過程中易發(fā)生肺內(nèi)出血，CT表現(xiàn)為斑片狀密度增高影，常掩蓋GGO，影響療效評估。因此，僅以CT掃描判斷肺部腫瘤MWA術(shù)后療效存在一定局限性。由于VX2瘤株易得，在肺部成瘤率高［10］，本實驗采用其研究肺腫瘤MWA局部療效及熱場分布。

表3 DGGO、 DT2、 DIR、 D損傷間兩兩比較結(jié)果

高溫消融后凝固性壞死區(qū)水含量明顯下降，表現(xiàn)為T1WI信號升高、T2WI信號下降。周圍熱損傷肺組織水腫區(qū)域水含量升高，T1WI表現(xiàn)為比肺部氣體稍高信號、T2WI上呈明顯高信號。熱消融治療后，凝固壞死區(qū)包含凝固壞死的腫瘤組織及凝固壞死的肺組織［11-12］。本研究中T1-Vibe序列上消融灶信號較高，范圍與凝固性壞死區(qū)一致，TSE-T2WI-FS序列上由于水含量下降，壞死區(qū)顯示為低信號，其周圍可見大片狀混雜高信號影，雖然高信號區(qū)與熱損傷區(qū)差異有統(tǒng)計學意義，但兩者范圍大致吻合。因此，MR評價MWA術(shù)后療效優(yōu)于CT。

MWA術(shù)后損傷主要由溫度升高引起，因此顯示肺內(nèi)熱場分布可有效預測消融療效和熱損傷范圍。MR測溫技術(shù)可測得掃描范圍內(nèi)感興趣區(qū)溫度，但卻有局限性。MR測溫技術(shù)需要專門軟件，對呼吸、心跳、運動產(chǎn)生的偽影十分敏感，肺組織含有大量氣體也會影響測溫準確性，且具有一定延時性、非實時監(jiān)測，因此并不完全適用于肺部腫瘤熱消融治療實時溫度監(jiān)測［13］。MWA時機體內(nèi)部溫度變化通過血液循環(huán)和組織間熱傳導傳遞至體表，紅外線掃描裝置可實時采集機體向外輻射熱能，通過計算機后處理軟件以不同色階代表不同溫度，整合成一張紅外熱成像圖，反映體表溫度。本研究中41℃等溫線最大徑與病理上熱損傷區(qū)無明顯統(tǒng)計學差異，大于CT掃描時GGO最大徑和MR掃描時TSET2WI-FS序列高信號最大徑。對術(shù)中正常肺組織熱損傷范圍監(jiān)測上，CT/MR檢查通過肺組織熱損傷后肺泡內(nèi)出血或滲出間接反映熱損傷范圍，紅外熱成像技術(shù)可無創(chuàng)、實時、直接監(jiān)測體表溫度變化，具有一定價值。

總之，多模態(tài)成像應(yīng)用可更為精確地評估熱損傷范圍，有助于緩解MWA時消融不足與消融過度間矛盾。