超声弹性成像评估组织热消融范围的研究进展

朱惠娟，朱才义，魏珊，罗彦冰

(中南大学湘雅医学院附属海口医院超声科，海南 海口 570208)

超声弹性成像评估组织热消融范围的研究进展

朱惠娟，朱才义，魏珊，罗彦冰

(中南大学湘雅医学院附属海口医院超声科，海南 海口 570208)

肿瘤热消融技术是在现代影像学基础上诞生、发展的新技术。实时监测与术后即刻评估消融范围是保证治疗安全、取得良好疗效的关键。超声弹性成像作为一种新的超声组织定征技术，在肿瘤热疗监测方面正受到越来越多的关注。本文介绍了弹性成像在离体实验、动物实验、临床实验肿瘤热疗无创监测中的应用研究，概述了国内外研究现状，并讨论了弹性成像技术在肿瘤无创监测中的未来研究方向。

超声弹性成像；热消融；范围；进展

肿瘤热消融技术是在现代影像学基础上诞生、发展的新技术，它指在影像引导下以不同的物理方式产生局部高温导致肿瘤组织发生凝固性坏死，从而达到原位灭活肿瘤的治疗方法。现代影像学技术贯穿于消融治疗的全过程：早期发现肿瘤、术中引导穿刺、评估术后消融效果以及治疗后的随访。近年来热消融治疗的研究核心是寻求治疗过程中能够实时监测与术后即刻评估消融范围的方法，从而达到一次性完全消融的效果，减少肿瘤的转移和局部复发。

精准评价消融完全与否对于保证热疗安全和提高疗效意义非常重大，常用来评估治疗效果的影像学检查包括超声、超声造影、增强CT或磁共振成像。常规超声可以在术中引导穿刺，并且能够在整个消融过程中提供最简单、最直接的图像信息，但由于消融后所形成的高回声区难以辨别消融灶远端的准确边界[1]。复查增强CT或MRI已经成为临床上广泛使用的程序化手段，但不能对消融进行实时的监测与评估[2]。超声造影则是通过实时动态地观察肿瘤组织血液微灌注的状况，间接地反映消融区组织坏死的程度，但仍存在缺陷：造影剂充盈并且达到饱和平衡时，只能维持一小段时间，对于多个病灶、单个大病灶需要反复注射造影剂，这会增加患者的成本与负担，漏诊率也大大提高。

弹性成像技术相对于以上检查方法，具有成本低、操作简单、可重复性强等优点，目前广泛用于甲状腺、乳腺良恶性鉴别诊断以及肝脏的纤维化分级中[3-4]。最近研究表明，弹性成像在微波消融的监测与评估上具有实用的价值与广阔的前景，本文就弹性成像在微波消融的适形监测中各个研究问题做一综述。

1 弹性成像在微波消融监测中的应用原理

弹性成像整合在传统的二维超声基础上，目前临床上应用的主要包括应变的静态法及剪切波的动态法，超声弹性成像的原理是根据不同组织之间硬度或弹性模量的差异进行彩色编码成像，由于热消融所致的凝固区发生蛋白质变性脱水，导致消融区域硬度显著增加，所以理论上利用消融后组织硬度的差异分布是可以实现热凝固区的无创监测[5]。弹性评估热消融灶的大小和形状始终直接关系到临床热消融治疗的可靠性、安全性和有效性，影响消融灶的形态和大小有诸多因素，不同因素也会影响超声弹性的客观成像，所以弹性成像要走向临床的广泛运用前必须要经历离体动物实验、活体动物实验及临床实验3个阶段。

2 弹性成像监测与评估热凝固区的研究

2.1 离体实验 离体实验是具有可塑性好、可控性强、操作简单、效率高等优点。离体实验排除了不同个体间血管的分布密度、血管直径及血流速度，保证了研究因素的均质化与标准化，它不仅可以观察弹性成像在不同的功率、不同时间消融灶范围变化的特点，还可以反映热消融设备的性能与特点。赵冰等[6]利用超声弹性成像技术评估无水乙醇诱导肝脏凝固灶的价值，结果表明超声弹性技术可以反映肝脏凝固灶力学变化，是常规二维超声的有力补充，但细微分辨力有待提高。Wiggermann等[7]报道离体猪肝弹性成像评估射频消融灶范围，结果表明弹性成像所显示的消融灶范围与大体标本测量的消融灶范围相关性良好(r2=0.9676)。李佳等[8]购置新鲜牛肝进行射频消融，研究发现应用实时超声弹性成像测量消融灶的面积、体积与标本有较好的相关性。离体实验证明了弹性成像能够即刻评价微波消融凝固灶范围的可行性，为动物实验、临床实验奠定坚实的基础。

2.2 动物实验 动物实验可以在接近人体正常状态或病理状态的动物模型上，探讨弹性成像与病理是否具有相关性。彭金波等[9]分析了实时超声弹性成像(RTE)评价射频消融术(RTA)活体兔肝的范围，结果表明RTE测量消融灶面积与大体测量面积比较差异无统计学意义，并且两者呈正相关(P＜0.05)，RTE可以清晰显示活体兔肝射频消融灶边界，有望成为评价射频消融灶的有效方法。Sugimoto等[10]利用3D剪切波弹性成像(Shear wave elestograph，SWE)定量分析正常大鼠射频消融后坏死灶的硬度，发现消融中央坏死区、边缘过渡区的硬度以及正常肝组织的杨氏模量值分别为(59.1±21.9)kPa、(13.1±1.5)kPa、(4.3±0.8)kPa，说明杨氏模量值与热剂量是息息相关的，因此对组织的定量评估显得尤为重要。Mariani等[11]对29头长白山猪进行射频消融，利用SWE测量其杨氏模量的变化，并将其与病理对照，预测猪肝组织凝固性坏死与否的弹性阈值为20 kPa。表明SWE通过杨氏模量量化组织坏死程度，在监测消融方面具有广阔的前景。DeWall等[12]利用SWE分析正常大鼠射频消融后坏死灶的硬度，发现消融中央坏死区、边缘过渡区的硬度杨氏模量值分别为(36.2±9.1)kPa、(3.1±1.5)kPa，提出边缘过渡区可能被误认为未被消融的正常在组织，从而低估消融范围。

2.3 临床实验 由于弹性成像在复杂的生物组织构成与多样的病理条件还下，还受到病灶大小、病灶位置、呼吸循环等因素的影响[13-14]，目前它在临床实验方面还属于初步研究阶段。周洪雨等[15]报道了静态超声弹性成像评估微波消融子宫肌瘤范围，18例子宫肌瘤患者治疗前和治疗后即刻同时行静态超声弹性成像和超声造影检查，与术后增强MRI测值对照，结果表明静态超声弹性成像评估消融灶范围略大于超声造影(P=0.02)；与增强MRI测值相近，差异无统计学意义(P=0.44)，静态超声弹性成像能准确评估微波消融子宫肌瘤范围，有望成为估测热消融凝固坏死灶范围的有效方法。田文硕等[16]报道了57例肝脏肿瘤患者射频消融后30 min、1 d及一个月的杨氏模量值，发现差异无统计学意义，结果表明SWE能够定量分析肝脏肿瘤射频消融前后的弹性变化，病灶消融后明显变硬，且硬度不随时间变化；此外，对比观察SWE成像与二维超声、超声造影显示消融灶范围，结果表明SWE对消融灶边界刻画清晰，且可近似估计消融范围，但是与实际消融范围仍存在一定偏差。这是SWE在微波消融监测与评估中的初探，旨在给临床应用方面提供适当的指导，但因为本实验缺乏病理检查结果对照，有必要在临床前的动物实验进一步研究。Kang等[17]通过对比分析38例肝癌患者消融12 min后的声脉冲辐射力弹性成像(Acoustic radiation force impulse，ARFI)与同一个层面的增强CT成像，发现差异无统计学意义；并且通过ARFI技术测量消融灶中心部位与瘤旁正常组织的剪切波传播速度，由此表明剪切波速度与消融损伤程度相关，剪切波速度有望成为无创性预测射频消融损伤程度的补充技术。

3 展 望

本文介绍了弹性成像在离体实验、动物实验、临床实验肿瘤热疗无创监测中的应用研究。从初步的研究可见，超声弹性成像在评估与监测微波消融过程具有很好的适用性，各种研究方法联系紧密，各有优势。临床实验目前大部分局限在将弹性成图与CT、超声造影对比，由于超声显示的切面与CT不在同一个横断面，只能在评估效能上进行比较，真正的金标准需要与病理进行对比研究，而动物实验可以满足此要求。在动物实验中弹性成图所显示出的组织坏死程度与金标准病理之间具有很好的相关性[18]，由此证实弹性成像能够即刻评价热凝固灶范围的可行性，但是要达到对热凝固区的适形监测，必须在接近人体病理状态的临床前动物模型上，继续深入探索生物物理学的热特性与能量的相关性。

弹性成像作为一项新兴的技术，经历了从组织硬度定性显示到组织硬度定量测量质的飞跃。静态弹性成像技术、声辐射脉冲弹性成像等都局限在半定量显示不同组织之间的比值或测量声波的速度上，超高速剪切波弹性可以反映组织硬度的绝对值，目前主要运用在肝脏的纤维化分级中[19-20]，这将提高弹性成像在肿瘤热疗中监测的精确性，也给热消融的无创监测提供了一个新的研究方向。我们接下来的研究将重点关注热凝固区的边界，利用超高速剪切波弹性成像测量边界的弹性值，如果弹性值能提示这部分与病理的关系，这将对热消融的无创监测产生巨大的临床指导作用。

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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)

海南省自然科学基金面上项目（编号：20168311）

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