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

(中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院超聲科，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

(中南大學湘雅醫學院附屬?？卺t院超聲科，海南 海口 570208)

腫瘤熱消融技術是在現代影像學基礎上誕生、發展的新技術。實時監測與術后即刻評估消融范圍是保證治療安全、取得良好療效的關鍵。超聲彈性成像作為一種新的超聲組織定征技術，在腫瘤熱療監測方面正受到越來越多的關注。本文介紹了彈性成像在離體實驗、動物實驗、臨床實驗腫瘤熱療無創監測中的應用研究，概述了國內外研究現狀，并討論了彈性成像技術在腫瘤無創監測中的未來研究方向。

超聲彈性成像；熱消融；范圍；進展

腫瘤熱消融技術是在現代影像學基礎上誕生、發展的新技術，它指在影像引導下以不同的物理方式產生局部高溫導致腫瘤組織發生凝固性壞死，從而達到原位滅活腫瘤的治療方法。現代影像學技術貫穿于消融治療的全過程：早期發現腫瘤、術中引導穿刺、評估術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實時監測與術后即刻評估消融范圍的方法，從而達到一次性完全消融的效果，減少腫瘤的轉移和局部復發。

精準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檢查包括超聲、超聲造影、增強CT或磁共振成像。常規超聲可以在術中引導穿刺，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難以辨別消融灶遠端的準確邊界[1]。復查增強CT或MRI已經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測與評估[2]。超聲造影則是通過實時動態地觀察腫瘤組織血液微灌注的狀況，間接地反映消融區組織壞死的程度，但仍存在缺陷：造影劑充盈并且達到飽和平衡時，只能維持一小段時間，對于多個病灶、單個大病灶需要反復注射造影劑，這會增加患者的成本與負擔，漏診率也大大提高。

彈性成像技術相對于以上檢查方法，具有成本低、操作簡單、可重復性強等優點，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測中各個研究問題做一綜述。

1 彈性成像在微波消融監測中的應用原理

彈性成像整合在傳統的二維超聲基礎上，目前臨床上應用的主要包括應變的靜態法及剪切波的動態法，超聲彈性成像的原理是根據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發生蛋白質變性脫水，導致消融區域硬度顯著增加，所以理論上利用消融后組織硬度的差異分布是可以實現熱凝固區的無創監測[5]。彈性評估熱消融灶的大小和形狀始終直接關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 彈性成像監測與評估熱凝固區的研究

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化與標準化，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備的性能與特點。趙冰等[6]利用超聲彈性成像技術評估無水乙醇誘導肝臟凝固灶的價值，結果表明超聲彈性技術可以反映肝臟凝固灶力學變化，是常規二維超聲的有力補充，但細微分辨力有待提高。Wiggermann等[7]報道離體豬肝彈性成像評估射頻消融灶范圍，結果表明彈性成像所顯示的消融灶范圍與大體標本測量的消融灶范圍相關性良好(r2=0.9676)。李佳等[8]購置新鮮牛肝進行射頻消融，研究發現應用實時超聲彈性成像測量消融灶的面積、體積與標本有較好的相關性。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。

2.2 動物實驗 動物實驗可以在接近人體正常狀態或病理狀態的動物模型上，探討彈性成像與病理是否具有相關性。彭金波等[9]分析了實時超聲彈性成像(RTE)評價射頻消融術(RTA)活體兔肝的范圍，結果表明RTE測量消融灶面積與大體測量面積比較差異無統計學意義，并且兩者呈正相關(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，發現消融中央壞死區、邊緣過渡區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，發現消融中央壞死區、邊緣過渡區的硬度楊氏模量值分別為(36.2±9.1)kPa、(3.1±1.5)kPa，提出邊緣過渡區可能被誤認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 由于彈性成像在復雜的生物組織構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超聲彈性成像和超聲造影檢查，與術后增強MRI測值對照，結果表明靜態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，差異無統計學意義(P=0.44)，靜態超聲彈性成像能準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，發現差異無統計學意義，結果表明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在微波消融監測與評估中的初探，旨在給臨床應用方面提供適當的指導，但因為本實驗缺乏病理檢查結果對照，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，發現差異無統計學意義；并且通過ARFI技術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，剪切波速度有望成為無創性預測射頻消融損傷程度的補充技術。

3 展 望

本文介紹了彈性成像在離體實驗、動物實驗、臨床實驗腫瘤熱療無創監測中的應用研究。從初步的研究可見，超聲彈性成像在評估與監測微波消融過程具有很好的適用性，各種研究方法聯系緊密，各有優勢。臨床實驗目前大部分局限在將彈性成圖與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，真正的金標準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準病理之間具有很好的相關性[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，但是要達到對熱凝固區的適形監測，必須在接近人體病理狀態的臨床前動物模型上，繼續深入探索生物物理學的熱特性與能量的相關性。

彈性成像作為一項新興的技術，經歷了從組織硬度定性顯示到組織硬度定量測量質的飛躍。靜態彈性成像技術、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測的精確性，也給熱消融的無創監測提供了一個新的研究方向。我們接下來的研究將重點關注熱凝固區的邊界，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系，這將對熱消融的無創監測產生巨大的臨床指導作用。

[1]Curley SA,Izzo F,Ellis LM,et al.Radiofrequency ablation of hepatocellular cancer in 110 patients with cirrhosis[J].Ann Surg,2000,232 (3):381-391.

[2]Johnson DB,Duchene DA,Taylor GD,et al.Contrast-enhanced ultrasound evaluation of radiofrequency ablation of the kidney:reliable imaging of the thermolesions[J].Endourol,2005,19(2):248-252.

[3]Cosgrove D,Piscaglia F,Bamber J,et al.EFSUMB guidelines and recommendations on the clinical use of ultrasound elastography,Part 2:Clinical applications[J].Ultraschall Med,2013,34(3):238-253.

[4]Bamber J,Cosgrove D,Dietrich CF,et al.EFSUMB guidelines and recommendations on the clinical use of ultrasound elastography.Part 1:Basic principles and technology[J].Ultraschall Med,2013,34(2): 169-184.

[5]Van Vledder MG,Boctor EM,Assumpcao LR,et al.Intra-operative ultrasound elasticity imaging for monitoring of hepatic tumour ther-mal ablation[J].HPB(Oxford),2010,12(10):717-723.

[6]趙冰,王綺,王睿麗,等.超聲彈性成像技術評估無水乙醇誘導肝臟凝固灶的實驗研究[J/CD].中華醫學超聲雜志(電子版),2012,9 (12):64-67.

[7]Wiggermann P,Jung EM,Glockner S,et al.Real-time elastography of hepatic thermal lesions in vitro:histopathological correlation[J]. Ultraschall Med,2012,33(2):170-174.

[8]李佳,胡兵,胡濱,等.實時超聲彈性成像評價離體牛肝組織內射頻消融灶的實驗研究[J/CD].中華醫學超聲雜志(電子版),2009,6(4): 26-29.

[9]彭金波,楊紅,何云,等.實時超聲彈性成像評價活體兔肝射頻消融病灶的價值[J].廣西醫學,2013,35(5):524-526.

[10]Sugimoto K,Oshiro H,Ogawa S,et al.Radiologic-pathologic correlation of three-dimensional shear-wave elastographic findings in assessing the liver ablation volume after radiofrequency ablation[J].World J Gastroenterol,2014,20(33):11850-11855.

[11]Mariani A,Kwiecinski W,Pernot M,et al.Real time shear waves elastography monitoring of thermal ablation:in vivo evaluation in pig livers[J].SurgRes,2014,188(1):37-43.

[12]DeWall RJ,Varghese T,Brace CL.Quantifying local stiffness variations in radiofrequency ablations with ablations with dynamic indentation[J].IEEE Trans Biomed Eng,2012,59(3):728-735.

[13]Das D,Gopta M,Kaur H,et al.Elastography:the next step[J].J Oral Sci,2011,53(2):137-141.

[14]朱劍,胡元平.超聲彈性成像的影響因素[J].中國介入影像與治療學,2013,10(11):704-707.

[15]周洪雨,張晶,王芳,等.靜態超聲彈性成像在子宮肌層良性病變微波消融效果評估中的應用[J].中華超聲影像學雜志,2012,21(2): 149-152.

[16]田文碩,呂鑒堯,謝曉燕,等.實時剪切波彈性成像評價肝臟腫瘤射頻消融的臨床研究[J/CD]..中華醫學超聲雜志(電子版),2014,11 (12):13-17.

[17]Kang J,Kwon H,Cho J,et al.Comparative study of shear wave velocities using acoustic radiation force impulse technology in hepatocellular carcinoma:The extent of radiofrequency ablation[J].Gut and Liver,2012,6(3):362-367.

[18]Mulier S,Ni Y,Miao Y,et al.Size and geometry of hepatic radiofrequencylesions[J].Eur J Surg Oncol,2003,29(10):867-878.

[19]Bavu E,Gennisson JL,Osmanski BE,et al.Liver fibrosis staging using supersonic shear imaging:a clinical study on 142 patients[J].J Hepatology,2012,49(3):1167-1169.

[20]Ferraioli G,Tinelli C,Dal Bello B,et al.Accuracy of real-time shear wave elastography for assessing liver fibrosis in chronic hepatitis C: Apilot study[J].Hepatology,2012,56(6):2125-2133.

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)

海南省自然科學基金面上項目（編號：20168311）

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