开端同轴线射频鉴别系统检测的结肠癌组织、癌周正常组织介电常数和电导率比较

魏珊珊，冯晓创，符芳翔，陈建国，韩帅，辛学刚，厉周

(1 南方医科大学第二临床医学院，广州 510515；2 南方医科大学珠江医院；3 南方医科大学生物医学工程学院)



开端同轴线射频鉴别系统检测的结肠癌组织、癌周正常组织介电常数和电导率比较

魏珊珊1，冯晓创1，符芳翔1，陈建国1，韩帅2，辛学刚3，厉周2

(1 南方医科大学第二临床医学院，广州 510515；2 南方医科大学珠江医院；3 南方医科大学生物医学工程学院)

目的比较开端同轴线射频鉴别系统检测的结肠癌组织、癌周正常组织介电常数和电导率。 方法39例份新鲜离体结肠癌组织(A组)及其癌旁组织(B组)，采用开端同轴线射频鉴别系统检测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组癌组织黏膜面、B组手术切缘黏膜面的介电常数和电导率。结果不同检测频率下A组介电常数、电导率均高于B组(P均<0.05)。结论开端同轴线射频鉴别系统检测的结肠癌组织介电常数和电导率均高于癌周正常组织，开端同轴线射频鉴别结肠癌组织与癌周正常组织准确性较高。

结肠癌；开端同轴线；射频；介电常数；电导率

结直肠癌是我国常见消化道肿瘤，发病率居恶性肿瘤发病率第3位[1]。结直肠癌发病隐匿，早期症状不典型，临床确诊时大部分已发生转移，患者预后较差[2，3]。手术是结直肠癌的主要治疗方法，腹腔镜结直肠癌根治术是目前外科常用术式。术前准确定位病灶位置及范围可指导医生对手术方案的选择。开端同轴线射频鉴别系统由半刚性的开端同轴线及矢量网络分析仪构成，通过开端同轴线向组织发射不同频率的电磁波，根据不同组织磁场中吸收和消耗电磁能量的性质差异，进行介电常数及电导率的计算，可实时、无创、快速鉴别组织的性质[4]。2015年10月～2016年2月，我们采用开端同轴线射频鉴别系统检测了结肠癌组织与癌周正常组织的介电常数、电导率，现将结果报告如下。

1　资料与方法

1.1临床资料39例份新鲜离体结肠癌组织(A组)与癌周正常组织(B组)来自南方医科大学珠江医院普通外科手术室，患者中男22例、女17例，年龄45～60岁、平均52岁，均为腺癌。纳入标准：术前确诊结肠癌；年龄<75岁；手术为腹腔镜下结肠癌根治术；手术时间<4 h；术后病理为腺癌；术后切缘未找到肿瘤细胞。排除标准：术后病理结果为非腺癌；切缘组织中发现肿瘤细胞。本实验经南方医科大学珠江医院医学伦理委员会同意，所有患者知情同意并签署知情同意书。

1.2结肠癌组织与癌周正常组织介电常数、电导率检测方法采用开端同轴线射频鉴别系统检测两组介电常数、电导率：启动AV3656A矢量网络分析仪(中国电子科技集团公司，第四十一研究所)后安装开端同轴探头(Micro-Coax，直径0.358 cm)，预热5 min。调整探头位置直至分析仪屏幕中的史密斯圆形图案稳定，选择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为测量频率，每次使用砂纸擦去探头表面的氧化层，将探头暴露在空气中，不接触任何物体进行开路调试2次；将探头接触铝箔纸形成短路状态进行短路调试2次[5]。利用四种校正液(去离子水、甲醇、无水乙醇、丙二醇)方法[5]进行参数校正(校正时，探头完全浸入校正液中，应用开端同轴线法测量系统分别测量去离子水、甲醇、无水乙醇、丙二醇的介电常数和电导率)。随机选择A组癌组织黏膜面黏膜上6个点，随机选择B组手术切缘黏膜面上6个点。每1点进行1次介电特性(介电常数、电导率)探测，取平均值为最终介电常数、电导率。

2　结果

不同测量频率下 A、B组介电常数和电导率比较见表1。本研究探测时间为6.5～7.3(6.84±0.28)min。

表1　不同测量频率下两组介电常数和电导率比较±s)

注：与B组同频率比较，#P<0.05 。

3　讨论

在电磁场作用下表现出来的电磁特性是物质的固有属性，人体组织也不例外。人体组织在电磁场作用下会表现出来一定的电特性[6]。其中介电特性能反映出生物组织在电磁场中吸收和消耗电磁能量的性质，通过计算生物组织暴露于电磁场中时的能量吸收比(比吸收率SAR)和能量在生物组织中的空间分布，从而推测出被测组织的性质[7,8]。人体组织介电特性的研究超过了100 多年历史。Gabriel等[9]系统地总结并研究了健康组织的介电特性频率谱，并且已经构建健康人体组织介电特性数据库，向全世界公开，成为生物医学工程领域内里程碑式的成果。同轴线法是测量生物组织介质特性的比较成熟的方法，其原理是将各向同性的均匀介质材料填充到传输线内(波导或者同轴线等)，通过测量加载介质样品前后传输线阻抗或网络参数的变化来求解介电特性。开端同轴线法因适应超宽频带测量，可在体、在线式测量，使用简单、方便等多项优点，成为生物组织电参数测量的最佳方法[10～12]。本实验所应用的开端同轴线射频鉴别系统改进了目前的测量法，考虑到测量频率为MRI共振频率，简化了探头顶端的等效回路，以及通过散射系数求解电参数的方程，使得组织介电特性的求解过程更加简洁。

人体组织的介电特性与组织内非均匀分布的绝缘的细胞膜和导电的电解液等有关，细胞不同的生理病理状态、代谢微环境的改变、含水量变化、分子的转运都将导致介电特性的改变，因此组织各处的介电特性分布呈现不均匀性，并具有频率依赖性[13～16]。癌性组织的含水量比正常组织的高，从而导致癌性组织的介电特性比正常组织高，有的差异甚至达到了9倍[14]。如果能够对活体组织的介电特性进行检测或成像，这些介电特性将反映组织、器官的生理和病理状态，可能为诊断提供有价值的信息，一方面可能用于癌症早期诊断，甚至可能用于追踪监测正常组织演化成癌症组织的整个变化过程，对癌症的研究可能具有开创性的价值[15]，另一方面可以快速在术中探测组织是否为恶性从而客观、精准地指导医生选择手术切缘。基于此，本研究发明一种开端同轴线肿瘤射频鉴别系统并验证该系统在射频下探测癌性组织与正常组织介电特性差异的可行性。

本研究中不同检测频率下A组介电常数、电导率均高于B组，说明开端同轴线肿瘤射频鉴别系统能有效区分癌性组织与正常组织，癌性组织含水量、代谢水平及物质转运较正常组织高，细胞膜及细胞液的组分与正常细胞之间的差异是造成肿瘤组织与正常组织介电特性差异较大的主要原因[16]。含水量高的乳腺癌组织的介电特性比含水量低的正常乳腺脂肪组织高出约9倍，而乳腺癌组织的介电特性与含水量稍高的正常乳腺腺叶或纤维组织的介电特性仅有不到10%的差异，可以看出两种组织含水量的差异影响介电特性的差异大小[16]。组织的含水量的差异为开端同轴线射频鉴别系统区分肿瘤组织与正常组织的重要基础，可反映不同组织介电特性的差异。规范的术前肠道准备、标本探测处理、有效的短路开路以及四种校正液校正尤为重要。本研究中探测时间(6.84±0.28)min，最短探测时间为6.5 min，最长探测时间为7.3 min。由于病理切片检测需要经过一系列的冷冻、石蜡包埋等准备工作，而该系统可快速、实时测量组织介电特性，因此该系统明显较目前临床常用的病理切片检查用时短。

本实验仅观察了结肠肿瘤组织与正常组织介电特性的差异，后续本课题组将扩大样本量测量结肠癌标本介电特性，旨在建立肿瘤组织及周围浸润组织的介电特性数据库，同时与肠镜进行结合，在内镜下进行在体探测结肠癌组织的介电特性，建立结肠肿瘤射频诊断系统，为结肠肿瘤的早期诊断提供理论依据。

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国家自然科学基金资助项目(61172034)；广东自然科学基金资助项目(2015A030313234)；广东省科技计划(2014J4100160)；广东省省级大学生创新训练项目(201512121127)。

厉周(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)