王衛(wèi)衛(wèi)，厲周，林世明，韓帥，陳妙良，段松，辛學(xué)剛△，蔡寨△

（1.南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院普外科，廣州510280；2.南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，廣州510515）

1 引 言

結(jié)直腸癌是常見(jiàn)的消化道腫瘤，是世界第三高發(fā)惡性腫瘤，死亡率位居惡性腫瘤第四位［1］。我國(guó)原本屬結(jié)直腸癌的低發(fā)地區(qū)，但是近年來(lái)發(fā)病率和死亡率呈總體上升趨勢(shì)［1-2］，因此，結(jié)直腸癌的早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療顯得尤為重要。目前結(jié)直腸癌的診斷主要依賴電子結(jié)腸鏡、CT、MRI、PET、病理等方法。電子結(jié)腸鏡對(duì)腺瘤或息肉診斷率低，漏診率高，對(duì)結(jié)直腸癌早期黏膜病變點(diǎn)狀或微小癌灶同樣可能存在漏診［3-4］。影像學(xué)共同缺點(diǎn)是分辨率有限，CT和PET的缺點(diǎn)是存在輻射而增加患癌的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)未產(chǎn)生形態(tài)學(xué)改變的病變及小的病灶無(wú)能為力；MRI因掃描速度慢、費(fèi)用貴等不能用于結(jié)直腸癌的常規(guī)診斷，無(wú)法普及；病理切片雖然是診斷腫瘤的金標(biāo)準(zhǔn)，但需要經(jīng)過(guò)一系列的冷凍、石蠟包埋等準(zhǔn)備工作，時(shí)效性差。因此，針對(duì)現(xiàn)有檢查技術(shù)的不足，發(fā)明一種實(shí)時(shí)、無(wú)創(chuàng)、快速、精準(zhǔn)的結(jié)直腸癌診斷技術(shù)具有極其重要的意義。本研究的開(kāi)端同軸線射頻系統(tǒng)可以快速檢測(cè)組織的介電特性［5-8］，并利用介電特性的差異，鑒別癌性組織與正常組織，填補(bǔ)了上述需求的空白，有望應(yīng)用于結(jié)直腸癌的輔助診斷。

2 材料與方法

2.1 材料與儀器

101例新鮮離體結(jié)腸/直腸癌標(biāo)本（南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院手術(shù)室）；AV3656A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司，第四十一研究所）、S-參數(shù)組件（型號(hào)87511A，安捷倫公司）、組織介電特性測(cè)量軟件系統(tǒng)、半剛性開(kāi)端同軸線（外直徑3.58mm）、四種校正液體（去離子水，甲醇，無(wú)水乙醇，正丙醇）、溫度測(cè)量?jī)x等。

2.2 方法［7-9］

2.2.1 儀器的準(zhǔn)備 開(kāi)端同軸線一端連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，另一端作為探頭與標(biāo)本接觸并測(cè)量組織的相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率。測(cè)量頻率范圍選定170～500 MHz，粗略選取 7個(gè)頻率點(diǎn)：170.32（4T）、212.90（5T）、255.48（6T）、298.06（7T）、383.22（9T）、468.38（11T）、500.00 MHz（11.7T）的介電特性納入統(tǒng)計(jì)分析。

2.2.2 參數(shù)校正 檢測(cè)標(biāo)本前進(jìn)行開(kāi)路和短路調(diào)試：使探頭暴露在空氣中，不接觸任何物體，為開(kāi)路狀態(tài)；適當(dāng)外力加壓于探頭使其與鋁箔紙緊密接觸，待史密斯圖像與開(kāi)路狀態(tài)的史密斯圖像接近中心對(duì)稱時(shí)即為短路狀態(tài)。開(kāi)路和短路狀態(tài)均測(cè)試兩次。隨后使用去離子水、甲醇、無(wú)水乙醇、正丙醇這四種校正液進(jìn)行參數(shù)校正，校正前用溫度測(cè)量?jī)x分別測(cè)量四種校正液的溫度并記錄數(shù)據(jù)。校正時(shí)，探頭完全浸入校正液中，應(yīng)用開(kāi)端同軸線測(cè)量系統(tǒng)分別測(cè)量這四種校正液的相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率。

2.2.3 腫瘤標(biāo)本的檢測(cè) 通過(guò)開(kāi)放或腹腔鏡下切除結(jié)腸/直腸癌原發(fā)病灶及周?chē)Ｄc管、腸系膜等組織，用開(kāi)端同軸線儀器對(duì)標(biāo)本進(jìn)行檢測(cè)。剪開(kāi)結(jié)腸/直腸腸管，充分暴露腫瘤病灶和遠(yuǎn)隔切緣的粘膜面，用干凈的無(wú)菌紗布擦干標(biāo)本的腸液、血液和糞便等，記錄標(biāo)本的離體時(shí)間和溫度。挑選肉眼可識(shí)別的腫瘤病灶粘膜面和手術(shù)切緣的粘膜面兩個(gè)位置，每個(gè)位置各隨機(jī)選取6個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。將網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量得到的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，利用介電特性測(cè)量軟件計(jì)算出癌灶和切緣粘膜面的相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率。

2.2.4 組織病理學(xué)檢查對(duì)手術(shù)切除的腫瘤標(biāo)本行病理切片檢查，以明確腫瘤的病理類型、分化程度、手術(shù)切緣有無(wú)癌細(xì)胞浸潤(rùn)等。

2.2.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料以±s表示。均數(shù)比較采用t檢驗(yàn)或單因素方差分析，方差齊性比較采用Levene檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 結(jié)果

3.1 患者信息

101名患者，其中男性57人，女性44人。年齡在27～83歲，平均60.72±12.36歲。手術(shù)日期在2015年1月至2016年4月。通過(guò)術(shù)前檢查和術(shù)中探查，腫瘤病灶位于升結(jié)腸25例、橫結(jié)腸10例、降結(jié)腸9例，乙狀結(jié)腸26例、直腸31例。

3.2 病理結(jié)果

101例手術(shù)切除的標(biāo)本經(jīng)病理證實(shí)腫瘤病灶均為癌性組織。所有標(biāo)本的手術(shù)切緣均未見(jiàn)癌細(xì)胞，可定義切緣為正常組織。按病理類型分類，腺癌88例，粘液腺癌13例。按分化程度分類，高分化者8例，中分化者81例，低分化者7例，另有5例標(biāo)本病理報(bào)告未給出分化程度。

3.3 標(biāo)本的離體時(shí)間和溫度

本研究對(duì)標(biāo)本的離體時(shí)間定義為：從手術(shù)切除腫瘤組織離開(kāi)人體到檢測(cè)標(biāo)本時(shí)所用的時(shí)間。101例標(biāo)本的離體時(shí)間為1～30 min，平均（10.30±8.50）min。標(biāo)本的溫度定義為檢測(cè)時(shí)的溫度，其中癌組織溫度為（26.8±2.8）℃，正常組織溫度為（26.9±2.2）℃。兩者的溫度差異比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.734）。

3.4 結(jié)直腸癌組織與正常結(jié)直腸組織介電特性的差異

結(jié)直腸癌組織與正常結(jié)直腸組織的相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率的差異均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)直腸癌組織的相對(duì)介電常數(shù)比正常結(jié)直腸組織平均高出8.98%，電導(dǎo)率平均高出11.01%。計(jì)算每例標(biāo)本癌組織與正常組織相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率的絕對(duì)差值，將每例標(biāo)本的絕對(duì)差值納入統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)絕對(duì)差值在不同的頻率點(diǎn)基本一致（P＞0.05），見(jiàn)表2。

表1 癌組織與正常組織的介電特性對(duì)比（±s）Table 1 Comparison of dielectric properties between malignant and normal tissues（±s）

表1 癌組織與正常組織的介電特性對(duì)比（±s）Table 1 Comparison of dielectric properties between malignant and normal tissues（±s）

頻率（MHz）電導(dǎo)率（S/m）相對(duì)介電常數(shù)癌組織 正常組織 P值 癌組織 正常組織 P值170.32 74.05±6.88 67.46±7.62 ＜0.01 0.8771±0.1046 0.9020±0.1214 ＜0.01.0967 0.7896±0.1165 ＜0.01 212.90 70.44±5.29 64.65±6.50 ＜0.01 0.9008±0.0909 0.8111±0.1096 ＜0.01 255.48 69.03±6.72 63.16±7.37 ＜0.01 0.9153±0.0967 0.8235±0.1143 ＜0.01 298.06 67.23±5.55 61.86±6.45 ＜0.01 0.9315±0.0924 0.8392±0.1145 ＜0.01 383.22 65.59±6.58 60.19±7.14 ＜0.01 0.9613±0.0997 0.8681±0.1200 ＜0.01 468.38 64.44±6.67 59.32±7.32 ＜0.01 0.9943±0.1041 0.8927±0.1165 ＜0.01 500.00 63.64±5.93 58.63±6.60 ＜0.01 0.9979±0

表2 癌組織與正常組織介電特性的絕對(duì)差值在不同頻率點(diǎn)的比較（±s）Table2 Comparison of absolute difference values for dielectric properties between malignant and normal tissues at discrete frequencies（±s）

表2 癌組織與正常組織介電特性的絕對(duì)差值在不同頻率點(diǎn)的比較（±s）Table2 Comparison of absolute difference values for dielectric properties between malignant and normal tissues at discrete frequencies（±s）

頻率（MHz）相對(duì)介電常數(shù)絕對(duì)差值 P值電導(dǎo)率（S/m）絕對(duì)差值 P值170.32 6.56±5.02 0.986 0.0888±0.0936 0.853 212.90 5.84±4.79 0.0911±0.0882 255.48 5.79±4.68 0.0928±0.0923 298.06 5.38±4.61 0.0939±0.0919 383.22 5.34±4.63 0.0948±0.0950 468.38 5.04±5.52 0.1024±0.0931 500.00 4.95±4.55 0.1076±0.1372

3.5 腺癌組織與粘液腺癌組織介電特性的差異

在每個(gè)頻率點(diǎn)，粘液腺癌組織的相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率均比腺癌組織高。但是對(duì)于相對(duì)介電常數(shù)，兩者的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；而對(duì)于電導(dǎo)率，在 170.32、212.90、255.48、298.06、383.22 MHz這些頻率點(diǎn)兩者的差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 腺癌組織與粘液腺癌組織的介電特性對(duì)比（±s）Table 1 Comparison of dielectric properties between adenocarcinoma and mucinous adenocarcinoma tissues（±s）

表3 腺癌組織與粘液腺癌組織的介電特性對(duì)比（±s）Table 1 Comparison of dielectric properties between adenocarcinoma and mucinous adenocarcinoma tissues（±s）

頻率（MHz）電導(dǎo)率（S/m）相對(duì)介電常數(shù)腺癌（n=88） 粘液腺癌（n=13） P值 腺癌（n=88） 粘液腺癌（n=13） P值170.32 74.06±7.05 73.55±4.51 0.831 0.8694±0.0926 0.9444±0.1033 0.024 212.90 70.29±5.48 70.86±2.29 0.757 0.8930±0.0876 0.9599±0.0990 0.033 255.48 68.46±6.96 69.03±3.76 0.809 0.9084±0.0933 0.9768±0.0999 0.039 298.06 67.09±5.73 67.71±3.07 0.749 0.9235±0.0887 0.9953±0.0998 0.024 383.22 65.53±6.80 65.41±4.16 0.959 0.9539±0.0958 1.0240±0.1079 0.041 468.38 64.42±6.95 64.01±3.57 0.861 0.9887±0.1022 1.0394±0.1025 0.159 500.00 63.53±6.11 63.93±3.78 0.849 0.9907±0.1019 1.0526±0.1087 0.088

3.6 結(jié)直腸癌不同分化程度介電特性的差異

將高分化、中分化與低分化結(jié)直腸癌的介電特性進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無(wú)論相對(duì)介電常數(shù)還是電導(dǎo)率，三者在每個(gè)頻率點(diǎn)的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

4 討論

物質(zhì)在電磁場(chǎng)作用下表現(xiàn)出來(lái)的電磁特性是物質(zhì)的固有屬性，人體組織也不例外，介電特性主要是指組織的相對(duì)介電常數(shù)與電導(dǎo)率。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究大量聚焦于對(duì)人體正常組織介電特性的研究，已經(jīng)建立人體正常組織介電特性的數(shù)據(jù)庫(kù)［10-12］。但對(duì)于癌性組織，尤其結(jié)直腸癌組織在射頻下介電特性的研究很少［8］。基于這樣的研究現(xiàn)狀，本研究對(duì)結(jié)直腸癌組織的介電特性進(jìn)行了深入的探討和研究。組織的含水量是影響組織介電特性的主要因素，癌性組織的含水量比正常組織高，從而導(dǎo)致癌性組織的介電特性更高［7，13］。對(duì)于含水量高的乳腺癌組織，其介電特性比含水量低的正常乳腺脂肪組織高出9倍［14］。除此之外，組織類型、組織溫度及測(cè)量頻率等都會(huì)影響組織的介電特性［13，15-16］。由此我們?cè)谔接懡Y(jié)直腸癌的介電特性時(shí)，可以很好地借鑒這些研究成果和結(jié)論。

本研究對(duì)101例手術(shù)切除的新鮮離體的結(jié)腸/直腸癌標(biāo)本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，選擇170～500 MHz頻率段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。標(biāo)本的離體時(shí)間為（10.30±8.50）min，使離體組織的介電特性盡量與在體狀態(tài)保持一致，避免標(biāo)本因離體時(shí)間過(guò)長(zhǎng)誘發(fā)組織脫水而導(dǎo)致介電特性的改變。癌組織與正常組織的溫度比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，從而排除了組織溫度對(duì)介電特性的影響。通過(guò)比較結(jié)直腸癌組織與正常結(jié)直腸組織相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率的差異，可以發(fā)現(xiàn)癌組織的介電特性明顯比正常組織高（P＜0.01）。其中癌組織的相對(duì)介電常數(shù)比正常結(jié)直腸組織平均高出8.98%，電導(dǎo)率則平均高出11.01%。由此反映出通過(guò)開(kāi)端同軸線儀器鑒別癌組織與正常組織的可行性和敏感性。進(jìn)一步將兩者的絕對(duì)差值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)絕對(duì)差值在不同的頻率點(diǎn)無(wú)顯著性差異（P＞0.05），說(shuō)明雖然癌組織和正常組織的介電特性呈現(xiàn)頻率依賴性，但是兩者介電特性的差異在不同頻率點(diǎn)保持一致，因此，應(yīng)用開(kāi)端同軸線法在不同的頻率點(diǎn)對(duì)結(jié)直腸癌組織和結(jié)直腸正常組織的鑒別效能是一致的。然而，將所有標(biāo)本按病理類型分類，對(duì)比腺癌與粘液腺癌組織介電特性的差異時(shí)，兩者的相對(duì)介電常數(shù)無(wú)顯著性差異（P＞0.05），而電導(dǎo)率只在170.32、212.90、255.48、298.06、383.22 MHz時(shí)存在顯著性差異（P＜0.05）。顯然電導(dǎo)率的差異在腺癌與粘液腺癌的鑒別中具有比相對(duì)介電常數(shù)更高的敏感性。至于腺癌和粘液腺癌組織介電特性的差異，考慮與兩者的組織內(nèi)部成分不同有關(guān)，粘液腺癌相比腺癌惡性程度更高，預(yù)后更差［17］，意味著其具備更強(qiáng)的生長(zhǎng)能力和侵襲性，供應(yīng)腫瘤生長(zhǎng)的血管更加豐富，血管擴(kuò)張更加明顯，組織含水量相應(yīng)更高，但是組織內(nèi)部成分的差異尚未達(dá)到每個(gè)頻率點(diǎn)均出現(xiàn)顯著性差異的敏感性。但是在對(duì)比結(jié)直腸癌不同分化程度的介電特性時(shí)，高、中、低分化的相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率對(duì)比無(wú)顯著性差異（P＞0.05），有待后續(xù)研究中擴(kuò)大高分化和低分化標(biāo)本的數(shù)量以進(jìn)一步深究。

開(kāi)端同軸線法可以測(cè)量超寬頻率范圍內(nèi)的介電特性，具有結(jié)構(gòu)開(kāi)放、測(cè)量系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單和通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)該法對(duì)待測(cè)樣品的尺寸、形狀和物理形態(tài)沒(méi)有過(guò)多要求［5-6，8-9］，已成為最常用的測(cè)量組織介電特性的方法。本研究利用開(kāi)端同軸線法可以快速而準(zhǔn)確地測(cè)量出結(jié)直腸癌組織與正常結(jié)直腸組織介電特性的差異，并通過(guò)綜合 170.32、212.90、255.48、298.06、383.22 MHz幾個(gè)頻率點(diǎn)的癌組織的電導(dǎo)率，可以判斷結(jié)直腸癌的病理類型。本研究的局限性是粘液腺癌的標(biāo)本量較少，在分析不同病理類型和不同分化程度的介電特性差異時(shí)，組間樣本量分布不均勻，在后續(xù)的研究中將繼續(xù)擴(kuò)大標(biāo)本的數(shù)量。另外，本研究仍屬離體實(shí)驗(yàn)階段，未能完全真實(shí)反映結(jié)直腸癌的介電特性，有待以后將開(kāi)端同軸線射頻儀器應(yīng)用于在體結(jié)直腸癌組織的檢測(cè)。

綜上，應(yīng)用開(kāi)端同軸線儀器可以鑒別結(jié)直腸癌組織和正常組織，并判斷結(jié)直腸癌的病理類型，有望成為一種實(shí)時(shí)、無(wú)創(chuàng)、快速、精準(zhǔn)的檢測(cè)結(jié)直腸癌的輔助診斷新技術(shù)。