開端同軸線射頻鑒別系統檢測的結腸癌組織、癌周正常組織介電常數和電導率比較

魏珊珊，馮曉創，符芳翔，陳建國，韓帥，辛學剛，厲周

(1 南方醫科大學第二臨床醫學院，廣州 510515；2 南方醫科大學珠江醫院；3 南方醫科大學生物醫學工程學院)

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開端同軸線射頻鑒別系統檢測的結腸癌組織、癌周正常組織介電常數和電導率比較

魏珊珊1，馮曉創1，符芳翔1，陳建國1，韓帥2，辛學剛3，厲周2

(1 南方醫科大學第二臨床醫學院，廣州 510515；2 南方醫科大學珠江醫院；3 南方醫科大學生物醫學工程學院)

目的比較開端同軸線射頻鑒別系統檢測的結腸癌組織、癌周正常組織介電常數和電導率。 方法39例份新鮮離體結腸癌組織(A組)及其癌旁組織(B組)，采用開端同軸線射頻鑒別系統檢測42.58、85.16、127.74、170.32、212.90、255.48、298.06、340.64、383.22、425.80、468.38、500.00 MHz下A組癌組織黏膜面、B組手術切緣黏膜面的介電常數和電導率。結果不同檢測頻率下A組介電常數、電導率均高于B組(P均<0.05)。結論開端同軸線射頻鑒別系統檢測的結腸癌組織介電常數和電導率均高于癌周正常組織，開端同軸線射頻鑒別結腸癌組織與癌周正常組織準確性較高。

結腸癌；開端同軸線；射頻；介電常數；電導率

結直腸癌是我國常見消化道腫瘤，發病率居惡性腫瘤發病率第3位[1]。結直腸癌發病隱匿，早期癥狀不典型，臨床確診時大部分已發生轉移，患者預后較差[2，3]。手術是結直腸癌的主要治療方法，腹腔鏡結直腸癌根治術是目前外科常用術式。術前準確定位病灶位置及范圍可指導醫生對手術方案的選擇。開端同軸線射頻鑒別系統由半剛性的開端同軸線及矢量網絡分析儀構成，通過開端同軸線向組織發射不同頻率的電磁波，根據不同組織磁場中吸收和消耗電磁能量的性質差異，進行介電常數及電導率的計算，可實時、無創、快速鑒別組織的性質[4]。2015年10月～2016年2月，我們采用開端同軸線射頻鑒別系統檢測了結腸癌組織與癌周正常組織的介電常數、電導率，現將結果報告如下。

1　資料與方法

1.1臨床資料39例份新鮮離體結腸癌組織(A組)與癌周正常組織(B組)來自南方醫科大學珠江醫院普通外科手術室，患者中男22例、女17例，年齡45～60歲、平均52歲，均為腺癌。納入標準：術前確診結腸癌；年齡<75歲；手術為腹腔鏡下結腸癌根治術；手術時間<4 h；術后病理為腺癌；術后切緣未找到腫瘤細胞。排除標準：術后病理結果為非腺癌；切緣組織中發現腫瘤細胞。本實驗經南方醫科大學珠江醫院醫學倫理委員會同意，所有患者知情同意并簽署知情同意書。

1.2結腸癌組織與癌周正常組織介電常數、電導率檢測方法采用開端同軸線射頻鑒別系統檢測兩組介電常數、電導率：啟動AV3656A矢量網絡分析儀(中國電子科技集團公司，第四十一研究所)后安裝開端同軸探頭(Micro-Coax，直徑0.358 cm)，預熱5 min。調整探頭位置直至分析儀屏幕中的史密斯圓形圖案穩定，選擇42.58、85.16、127.74、170.32、212.90、255.48、298.06、340.64、383.22、425.80、468.38、500.00 MHz為測量頻率，每次使用砂紙擦去探頭表面的氧化層，將探頭暴露在空氣中，不接觸任何物體進行開路調試2次；將探頭接觸鋁箔紙形成短路狀態進行短路調試2次[5]。利用四種校正液(去離子水、甲醇、無水乙醇、丙二醇)方法[5]進行參數校正(校正時，探頭完全浸入校正液中，應用開端同軸線法測量系統分別測量去離子水、甲醇、無水乙醇、丙二醇的介電常數和電導率)。隨機選擇A組癌組織黏膜面黏膜上6個點，隨機選擇B組手術切緣黏膜面上6個點。每1點進行1次介電特性(介電常數、電導率)探測，取平均值為最終介電常數、電導率。

2　結果

不同測量頻率下 A、B組介電常數和電導率比較見表1。本研究探測時間為6.5～7.3(6.84±0.28)min。

表1　不同測量頻率下兩組介電常數和電導率比較±s)

注：與B組同頻率比較，#P<0.05 。

3　討論

在電磁場作用下表現出來的電磁特性是物質的固有屬性，人體組織也不例外。人體組織在電磁場作用下會表現出來一定的電特性[6]。其中介電特性能反映出生物組織在電磁場中吸收和消耗電磁能量的性質，通過計算生物組織暴露于電磁場中時的能量吸收比(比吸收率SAR)和能量在生物組織中的空間分布，從而推測出被測組織的性質[7,8]。人體組織介電特性的研究超過了100 多年歷史。Gabriel等[9]系統地總結并研究了健康組織的介電特性頻率譜，并且已經構建健康人體組織介電特性數據庫，向全世界公開，成為生物醫學工程領域內里程碑式的成果。同軸線法是測量生物組織介質特性的比較成熟的方法，其原理是將各向同性的均勻介質材料填充到傳輸線內(波導或者同軸線等)，通過測量加載介質樣品前后傳輸線阻抗或網絡參數的變化來求解介電特性。開端同軸線法因適應超寬頻帶測量，可在體、在線式測量，使用簡單、方便等多項優點，成為生物組織電參數測量的最佳方法[10～12]。本實驗所應用的開端同軸線射頻鑒別系統改進了目前的測量法，考慮到測量頻率為MRI共振頻率，簡化了探頭頂端的等效回路，以及通過散射系數求解電參數的方程，使得組織介電特性的求解過程更加簡潔。

人體組織的介電特性與組織內非均勻分布的絕緣的細胞膜和導電的電解液等有關，細胞不同的生理病理狀態、代謝微環境的改變、含水量變化、分子的轉運都將導致介電特性的改變，因此組織各處的介電特性分布呈現不均勻性，并具有頻率依賴性[13～16]。癌性組織的含水量比正常組織的高，從而導致癌性組織的介電特性比正常組織高，有的差異甚至達到了9倍[14]。如果能夠對活體組織的介電特性進行檢測或成像，這些介電特性將反映組織、器官的生理和病理狀態，可能為診斷提供有價值的信息，一方面可能用于癌癥早期診斷，甚至可能用于追蹤監測正常組織演化成癌癥組織的整個變化過程，對癌癥的研究可能具有開創性的價值[15]，另一方面可以快速在術中探測組織是否為惡性從而客觀、精準地指導醫生選擇手術切緣。基于此，本研究發明一種開端同軸線腫瘤射頻鑒別系統并驗證該系統在射頻下探測癌性組織與正常組織介電特性差異的可行性。

本研究中不同檢測頻率下A組介電常數、電導率均高于B組，說明開端同軸線腫瘤射頻鑒別系統能有效區分癌性組織與正常組織，癌性組織含水量、代謝水平及物質轉運較正常組織高，細胞膜及細胞液的組分與正常細胞之間的差異是造成腫瘤組織與正常組織介電特性差異較大的主要原因[16]。含水量高的乳腺癌組織的介電特性比含水量低的正常乳腺脂肪組織高出約9倍，而乳腺癌組織的介電特性與含水量稍高的正常乳腺腺葉或纖維組織的介電特性僅有不到10%的差異，可以看出兩種組織含水量的差異影響介電特性的差異大小[16]。組織的含水量的差異為開端同軸線射頻鑒別系統區分腫瘤組織與正常組織的重要基礎，可反映不同組織介電特性的差異。規范的術前腸道準備、標本探測處理、有效的短路開路以及四種校正液校正尤為重要。本研究中探測時間(6.84±0.28)min，最短探測時間為6.5 min，最長探測時間為7.3 min。由于病理切片檢測需要經過一系列的冷凍、石蠟包埋等準備工作，而該系統可快速、實時測量組織介電特性，因此該系統明顯較目前臨床常用的病理切片檢查用時短。

本實驗僅觀察了結腸腫瘤組織與正常組織介電特性的差異，后續本課題組將擴大樣本量測量結腸癌標本介電特性，旨在建立腫瘤組織及周圍浸潤組織的介電特性數據庫，同時與腸鏡進行結合，在內鏡下進行在體探測結腸癌組織的介電特性，建立結腸腫瘤射頻診斷系統，為結腸腫瘤的早期診斷提供理論依據。

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國家自然科學基金資助項目(61172034)；廣東自然科學基金資助項目(2015A030313234)；廣東省科技計劃(2014J4100160)；廣東省省級大學生創新訓練項目(201512121127)。

厲周(E-mail：leezhou888@yeah.net)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.27.028

R735.35

B

1002-266X(2016)27-0080-03

2015-11-23)