Acoustic properties of HIFU ablation for uterine fibrods with different T2WI signal

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(State Key Laboratory of Ultrasound Engineering in Medicine Co-founded by Chongqing and the Ministry ofScience and Technology, Chongqing Key Laboratory of Ultrasound in Medicine and Engineering，College of Biomedical Engineering, Chongqing Medical University, Chongqing 400016， China)



·基础与实验研究·

Acoustic properties of HIFU ablation for uterine fibrods with different T2WI signal

LIFei,RANJianbo,HUANGHaoran,WANGZhengyi,XUJie,LIFaqi*

(StateKeyLaboratoryofUltrasoundEngineeringinMedicineCo-foundedbyChongqingandtheMinistryofScienceandTechnology,ChongqingKeyLaboratoryofUltrasoundinMedicineandEngineering，CollegeofBiomedicalEngineering,ChongqingMedicalUniversity,Chongqing400016，China)

ObjectiveTo explore the acoustic properties of HIFU ablation for uterine fibrods with different T2WI signal. MethodsTotally 45 fibroid specimens were collected. The uterine fibroids were subdivided into hypo-intense group, iso-intense group and hyper-intense group based on signal intensity on T2WI MR before surgery. The specimens were underwent the sound velocity and sound attenuation detection by using a pulse-echo technique. ResultsThe hypo-intense, iso-intense and hyper-intense uterine fibroids were 7, 9, 29, the sound velocity of the three types uterine fibroids were (1 597.86±15.17)m/s, (1 586.70±10.83)m/s, (1 576.57±10.06)m/s, there was a significantly statistics difference among hypo-intense and hyper-intense groups, and between iso-intense and hyper-intense groups (allP<0.05); the sound attenuation of three types uterine fibroids were (4.03±1.34)dB/cm, (2.54±1.17)dB/cm, (1.04±0.66)dB/cm, there was a statistically significantly difference between hypo-intense, iso-intense and hyper-intense groups (bothP<0.05), and between hypo-intense and iso-intense groups (P<0.05). ConclusionThe differences among uterine fibroids with different T2WI signal in sound velocity and sound attenuation may be one of the important factors of causing the efficacy difference when ablating uterine fibroids by HIFU.

Uterine fibroids; High-intensity focused ultrasound ablation; Magnetic resonance imaging; Sound velocity; Sound attenuation

子宫肌瘤因常伴月经量增多、经期延长、痛经、继发贫血、不孕等症状而需进行临床治疗。与手术治疗相比， HIFU因其安全、有效、无创、可保留子宫完整性等特点，在临床应用中展现出良好的前景。研究[1]表明，根据术前MR T2WI信号强度可对子宫肌瘤HIFU消融的疗效进行评价；在T2WI低、等、高信号子宫肌瘤中，对低、等信号肌瘤容易消融，而对高信号肌瘤消融较困难[2-5]。Bhatia等[6]对子宫肌瘤的声学性质进行分析，发现子宫肌瘤个体间组织声速和声衰减差异较大，但子宫肌瘤MR T2WI不同信号组织声学性质的研究鲜见；HIFU治疗时，声衰减和声速是影响将超声能量转化为热能的重要因素[7]。因此，本研针对声衰减和声速，通过对不同T2WI信号子宫肌瘤离体组织的声学性质测量，探讨导致HIFU不同T2WI信号子宫肌瘤疗效差异的原因。

1　材料与方法

1.1一般资料收集2014年12月—2015年6月在重庆医科大学附属第一医院妇科经外科手术切除的子宫肌瘤标本45个。所有患者术前均接受常规MR T2WI检查，并经2名有多年经验的专业医师按照Zhao等[4]的分类标准将肌瘤分为T2WI低信号(信号强度与骨骼肌大致相当)、等信号(信号强度高于骨骼肌，但低于子宫肌壁)、高信号(信号强度等于或大于子宫肌壁)3类。术后立即将标本放入4℃生理盐水并送检。

1.2组织声学性质测量采用脉冲插入取代法测量组织的声学性质[8]，主要仪器包括：数字示波器(Tektronix科技有限公司)，信号发生器(OLYMPUS公司)，BCU-74-6W水浸式探头线(OLYMPUS公司)，2个1.0 MHz BCU-74-6W水浸式探头(OLYMPUS公司)，1个作为发射换能器T1，1个作为接收换能器T2(图1)。测试水槽中加入适量的脱气生理盐水，加热生理盐水的温度至37℃并保持该温度。连接检测装置，其中发射换能器T1与接收换能器T2同轴相向浸于作为耦合媒质的恒温脱气生理盐水，在换能器T1和T2之间声程内置入组织样品装置S(其两端为敷以透声薄膜的窗口)，保持T1输出声压信号不变。首先，记录未放入样品组织时T2接收的声压脉冲信号p1及相应的声传播时间t1；然后，在装置S内放入厚度为D的子宫肌瘤标本，当组织标本复温至37℃时，记录此时T2接收的声压脉冲信号p2及相应的声传播时间t2。按以下公式计算子宫肌瘤组织的声速及声衰减系数。

式中：cw为水中的声速，本研究中水温恒定为37℃，cw为1 540m/s；Δt表示样品组织取代水时所引起的超声脉冲中的射频载波时移，即Δt=t2-t1。

图1　声速和声衰减测试装置示意图

2　结果

2.1T2WI信号分类45个肌瘤标本中，低信号肌瘤7个，等信号肌瘤9个，高信号肌瘤29个(图2)。

2.2组织声速检测结果T2WI低、等、高信号肌瘤组织声速分别为(1 597.86±15.17)m/s、(1 586.70±10.83)m/s、(1 576.57±10.06)m/s；低信号肌瘤组织与高信号肌瘤组织比较差异有统计学意义(F=5.038，P=0.009)；等信号肌瘤组织与高信号肌瘤组织比较差异有统计学意义(F=0.951，P=0.014)。

2.3组织声衰减检测结果T2WI低、等、高信号子宫肌瘤组织的声衰减分别为(4.03±1.34)dB/cm、

图2　不同T2WI信号子宫肌瘤MRI图像　A.低信号； B.等信号； C.高信号

(2.54±1.17)dB/cm、(1.04±0.66)dB/cm；高信号肌瘤组织与低信号(F=10.673，P=0.002)、等信号 (F=7.255，P=0.004)肌瘤组织比较差异均有统计学意义；低信号肌瘤组织与等信号肌瘤组织比较差异有统计学意义(F=0.303，P=0.041)。

3　讨论

子宫肌瘤是女性生殖系统最常见的良性肿瘤，其发病率占育龄期妇女的20%～25%[9]。手术切除是临床最常用的子宫肌瘤治疗方法，但因其无法保留子宫的完整性和难以满足育龄期妇女生育要求，越来越多的患者开始寻求一种新的非侵入性治疗方式。HIFU治疗以其安全、有效、无创、可保留子宫完整性等优点而受到临床广泛关注，并展示出良好的应用前景。临床研究[2-5]表明，不同MR T2WI信号子宫肌瘤的HIFU消融疗效存在差异，对大部分肌瘤HIFU消融疗效较好，而对部分肌瘤HIFU消融较困难，甚至增大剂量也难以达到理想的效果。而对于导致这种消融疗效差异的原因目前报道较少，且多为对不同T2WI信号子宫肌瘤的病理结构及成分的分析[10-11]。在HIFU治疗中，组织声衰减和声速是影响超声能量沉积和转化为热能的重要因素[7]。因此，本研究检测不同T2WI信号子宫肌瘤离体组织的声速和声衰减，结果表明低、等、高3种T2WI信号子宫肌瘤的声速值呈下降趋势，低信号肌瘤声速值明显高于高信号肌瘤(P<0.05),等信号肌瘤声速值与高信号肌瘤比较差异有统计学意义(P<0.05)；3种T2WI信号子宫肌瘤声衰减值也呈下降趋势，低、等信号肌瘤声衰减值明显高于高信号肌瘤(P<0.05)，低信号肌瘤声衰减值与等信号肌瘤比较差异有统计学意义(P<0.05)。尽管Bhatia等[6]未对子宫肌瘤进行分类，但本研究结果与其发现的子宫肌瘤个体之间组织声速与声衰减差异较大相一致。

HIFU治疗的原理是将体外低能量超声聚焦于体内靶区组织，通过将声能转化为热能使焦域内瞬间产生高温(60～100℃)，导致焦域内组织凝固性坏死，从而达到消融目的[12]。组织声速和声衰减将影响聚焦超声的传播和声热能量转换。组织声速与声阻抗呈正比，声速越大则声阻抗越大，声波转化为热的能力将增加[13]。而生物组织的超声衰减由扩散衰减、吸收衰减和散射衰减3部分组成，组织声衰减越大，相应的声吸收也较大，其中超声吸收通过热传导吸收、黏滞吸收和弛豫吸收3种方式将超声能量吸收和转化为热能[8]。本研究发现低、等、高3种T2WI信号子宫肌瘤的声速值呈下降趋势，同时低、等、高三种T2WI信号子宫肌瘤的声衰减也呈下降趋势，提示低、等、高3种T2WI信号子宫肌瘤吸收超声能量转化为热能的能力呈下降趋势，可能导致在T2WI低、等、高信号子宫肌瘤中，对T2WI低、等信号肌瘤容易消融，而对高信号肌瘤消融较困难。

综上所述，HIFU治疗不同T2WI信号子宫肌瘤疗效存在差异，可能是导致HIFU消融不同T2WI信号子宫肌瘤疗效差异的重要原因。

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国家自然科学基金(11574039、11274404)、国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2011CB707900、2012CB722402)。

李非(1992—)，女，山西运城人，在读硕士。研究方向：超声医学。E-mail： LF_9204@163.com

李发琪，重庆医科大学生物医学工程学院 省部共建超声医学工程国家重点实验室培育基地 超声医学工程重庆市重点实验室，400016。

2016-03-02

2016-04-14

10.13929/j.1672-8475.2016.07.011

HIFU消融不同T2WI信号子宫肌瘤疗效差异的组织声学性质

李非，冉剑波，黄浩然，王正义，徐杰，李发琪*

(重庆医科大学生物医学工程学院 省部共建超声医学工程国家重点实验室 超声医学工程重庆市重点实验室，重庆400016)

目的探讨HIFU消融T2WI低、等、高信号子宫肌瘤组织声衰减和声速的差异。方法收集经手术切除的子宫肌瘤标本45个。对患者术前行MR检查，根据T2WI信号强度将肌瘤分为低信号、等信号、高信号3种类型。采用插入取代式脉冲传输法测量肌瘤标本的声速和声衰减。结果45个子宫肌瘤标本中，T2WI低信号肌瘤7个，等信号肌瘤9个，高信号肌瘤29个，其组织声速分别为(1 597.86±15.17)m/s、(1 586.70±10.83)m/s、(1 576.57±10.06)m/s，低、等信号肌瘤组织与高信号肌瘤组织比较差异均有统计学意义(P均<0.05)；声衰减分别为(4.03±1.34)dB/cm、(2.54±1.17)dB/cm、(1.04±0.66)dB/cm，低和等信号肌瘤组织与高信号肌瘤组织、低信号肌瘤组织与等信号肌瘤组织比较差异均有统计学意义(P均<0.05)。结论T2WI低、等、高信号子宫肌瘤组织声速、声衰减的差异可能是导致HIFU消融子宫肌瘤疗效差异的重要原因。

子宫肌瘤；高强度聚焦超声消融；磁共振成像；声速；声衰减

R445.2; R737.33

A

1672-8475(2016)07-0434-04

E-mail: lifaqi70@163.com