張植蘭　ZHANG Zhilan朱才義　ZHU Caiyi馬春燕　MA Chunyan

剪切波彈性成像評價離體豬肝微波消融實驗的初步研究

張植蘭ZHANG Zhilan朱才義ZHU Caiyi馬春燕MA Chunyan

作者單位
中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬海口醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科 海南?？?570000

目的 微波消融術(shù)已廣泛用于臨床，但目前尚無較好的能夠術(shù)中或術(shù)后即刻評估療效的方法，本文探討剪切波彈性成像對其評估的價值。材料與方法 對30個離體豬肝進行微波消融，在消融過程中對4個特殊位置（a、b、c、d點）進行實時電子測溫，消融前后分別行彈性檢查，對不同消融部位行病理學(xué)檢查，并對4個位點在消融結(jié)束即刻的溫度值與楊氏模量值進行相關(guān)性分析。結(jié)果 術(shù)后各點之間的溫度值及彈性值比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）；c點術(shù)前、術(shù)后的剪切波彈性成像楊氏模量值比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）；而d點術(shù)前、術(shù)后的剪切波彈性成像楊氏模量值比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。消融即刻消融灶內(nèi)的楊氏模量值與溫度值從消融灶中心向消融灶邊緣呈同一趨勢遞減，兩者呈線性回歸和相關(guān)，回歸系數(shù)1.15，相關(guān)系數(shù)0.948。當以22.5 kPa為消融灶邊界組織凝固性壞死的彈性閾值時，鑒別組織凝固性壞死與否的敏感度和特異度分別為86.7%、73.3%，陽性預(yù)測值為0.823。結(jié)論 a、b點為消融的有效區(qū)域，c點為模糊區(qū)域，d點為安全區(qū)域；a、b、c、d點的溫度值與彈性值呈同一趨勢遞減；消融灶邊界組織凝固性壞死的彈性閾值為22.5 kPa。剪切波彈性成像可以較準確地評估離體豬肝微波消融效果。

肝；微波；導(dǎo)管消融術(shù)；超聲檢查，多普勒，彩色；彈性成像技術(shù)；體外研究；豬

目前公認的消融“安全邊界”為0.5～1.0 cm［1］，但在臨床實際消融過程中，很難較好地把握此“安全邊界”。因此，微波消融術(shù)中及術(shù)后及時準確地監(jiān)測治療范圍及評估療效尤為重要。增強CT/MRI一度被認為是評估療效的“金標準”，但是增強CT/MRI費用較高，不適合消融治療后的即刻療效評價，且不宜短期反復(fù)應(yīng)用；超聲造影是目前最常用的術(shù)中及術(shù)后即刻評估消融灶范圍的方法，但其價格較高，且部分患者可能出現(xiàn)造影劑過敏。剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）是近年興起的一種評估方法，具有實時、簡單、無創(chuàng)等優(yōu)點，SWE可準確反映微波消融術(shù)中凝固壞死的范圍［2］。本研究旨在進一步探討SWE所測得的楊氏模量值與消融區(qū)域內(nèi)的溫度值之間的關(guān)系，以及消融灶邊界組織凝固性壞死的彈性閾值。

1　材料與方法

1.1實驗材料 由市場購置的同一豬場所宰殺的同一品種（2012BAI39B04）的厚度3～5 cm的新鮮豬肝30塊，離體后6 h內(nèi)送到實驗室。

1.2儀器與方法 采用Aixplorer全數(shù)字化彩色多普勒超聲波診斷儀（Supersonic Imagaing，法國），具有超高速SWE模式，使用SC15-4線陣探頭，探頭頻率4～15 MHz。ECO-100B型超聲引導(dǎo)微波凝固治療儀（南京億高公司），微波發(fā)射頻率為2450 MHz，治療功率30～70 W。微波凝固治療儀具有雙路輸出，可同時進行雙針治療。用常溫生理鹽水200 ml作為冷卻源，通過進、出水管與水冷式微波電極之間構(gòu)成閉合式循環(huán)通路。水冷式防粘微波天線，總長150 mm，天線裸露段長30 mm，直徑2.0 mm。2 cm×140 cm的圓頭測溫針（南京億高公司），針尖部位為測量敏感區(qū)域，一共4根，與測溫儀相連接，可從測溫儀上實時讀取測溫針所在部位的溫度，分別命名為a、b、c、d針。DM6801A數(shù)字溫度表（深圳市勝利高電子科技有限公司），由3 V電池驅(qū)動，31/2位數(shù)字液晶顯示，儀表測量溫度范圍寬、精度高，可以使用任意K型熱電偶作為溫度傳感器，一共4臺，與測溫針對應(yīng)，分別標記為a、b、c、d。

1.3實驗器械 長約50 cm、寬約40 cm的木制手術(shù)臺，不銹鋼治療盤，特制的間距為0.5 cm的放置微波天線及測溫針的卡槽，手術(shù)刀及毫米尺。

1.4實驗方法

1.4.1預(yù)實驗 在與正式實驗同等條件下，對離體豬肝施行不同時間-功率組合的微波消融，術(shù)后緊貼微波天線平面切開大體標本，用毫米尺測量此平面上消融灶的最大橫徑。本研究消融參數(shù)取最大橫徑為2 cm時的消融參數(shù)，即功率30 W，持續(xù)治療時間6 min。

1.4.2微波消融前 實驗室溫度控制在25℃。將新鮮豬肝放置于木制實驗臺上，擬定消融區(qū)域，分別測量區(qū)域內(nèi)a、b、c、d各點的楊氏模量值和溫度值。再在超聲引導(dǎo)下將微波天線及測溫針在同一平面沿特制卡槽水平插入消融區(qū)域的相應(yīng)位點，即a、b、c、d點，分別為消融灶中心點、消融灶中心與邊界連線的中點、消融灶邊界點、距消融灶外0.5 cm處的正常組織點，由于本研究采用消融灶最大橫徑為2 cm的消融參數(shù)，故a、b、c、d點各點之間的距離均為0.5 cm。

1.4.3微波消融 微波天線距豬肝表面至少1.5 cm，進針深度2 cm，功率30 W，消融持續(xù)時間6 min。

1.4.4微波消融術(shù)后即刻 記錄各位點的溫度值，然后退出微波天線及測溫針，測量相應(yīng)位點的楊氏模量值。

1.5不同消融部位病理學(xué)檢查 由于前期試驗［2］已經(jīng)證實a點的組織為溶解性壞死，b點為局灶性壞死，故本研究著重對c、d位點進行病理分析。切開大體標本后將消融灶內(nèi)c、d位點處的組織用10%中性甲醛固定，然后石蠟包埋，切片，HE染色，于光學(xué)顯微鏡下觀察。

1.6統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 21.0軟件，計量資料采用表示，術(shù)前、術(shù)后的楊氏模量值比較采用單因素方差分析；術(shù)后各位點的溫度差異和彈性差異采用隨機區(qū)組方差分析；對楊氏模量平均值與溫度值之間的關(guān)系進行直線回歸和相關(guān)分析，對回歸系數(shù)和相關(guān)系數(shù)采用隨機區(qū)組方差分析，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義；以病理結(jié)果為“金標準”，繪制c區(qū)域楊氏模量平均值的受試者工作特征（ROC）曲線，計算曲線下面積，取得最合適的消融灶邊界組織凝固性壞死的楊氏模量平均值閾值。

2　結(jié)果

共制備了36個消融灶，其中30個結(jié)果可靠。各位點的剪切波彈性圖像見圖1。

2.1溫度分析 未消融前，a、b、c、d點的溫度值分別為（23.0±0.3）℃、（25.1±0.3）℃、（24.8±0.3）℃、（25.3±0.5）℃，術(shù)后即刻a、b、c、d點的溫度值分別為（124.4±0.6）℃、（110.7±0.5）℃、（66.2±0.6）℃、（36.5±0.8）℃，呈梯度性遞減趨勢，術(shù)后即刻a、b、c、d各點之間的溫度兩兩比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）。

圖1　離體豬肝消融術(shù)即刻各位點剪切波彈性圖像

2.2彈性分析 未消融前，a、b、c、d點的楊氏模量值分別為（8.77±0.39）kPa、（8.78±0.41）kPa、（8.93± 0.44）kPa、（9.01±0.46）kPa，術(shù)后即刻a、b、c、d點的楊氏模量值分別為（118.21±7.44）kPa、（72.87± 10.71）kPa、（29.46±4.77）kPa、（9.13±1.71）kPa。微波消融術(shù)后即刻a、b、c點楊氏模量值均高于微波消融術(shù)前，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）；d點微波消融術(shù)前后差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；另外，再對術(shù)后即刻a、b、c、d各點的楊氏模量值進行分析，兩兩比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）。

2.3溫度分布與彈性分布之間的關(guān)系 以SWE測得的楊氏模量值為因變量Y，溫度值為自變量X，來闡述溫度衰減與硬度回落之間的趨勢變化是否一致及其關(guān)聯(lián)程度（圖2）。得到回歸方程Y=1.15X-39.69，回歸系數(shù)1.15，相關(guān)系數(shù)0.948，決定系數(shù)R2=0.899，表明消融區(qū)域內(nèi)楊氏模量平均值的變化89.9%可用溫度變化來解釋。

圖2　離體豬肝消融術(shù)后溫度與楊氏模量值的相關(guān)性

2.4不同消融部位病理結(jié)果 消融術(shù)后，a點處組織溶解性壞死，b點處組織局灶性壞死，c點處組織部分凝固性壞死、部分充血水腫，d點處組織肝竇稍擴張，肝小葉結(jié)構(gòu)完整（圖3、4）。

圖3　離體豬肝微波消融術(shù)后即刻c點部分組織為凝固性壞死，部分組織充血性水腫（HE，×100）

2.5關(guān)于消融灶邊界（c區(qū)域）組織凝固性壞死的彈性閾值分析 應(yīng)用ROC曲線評價微波消融灶邊界組織凝固性壞死的楊氏模量平均值及其敏感度、特異度，選擇ROC曲線左上方點，即約登指數(shù)達到最大的切點作為最佳臨界點。楊氏模量平均值最佳診斷界點為22.5 kPa，即＞22.5 kPa為凝固性壞死區(qū)，≤22.5 kPa為充血水腫區(qū)，敏感度為86.7%，特異度為73.7%，ROC曲線下面積為0.823。見圖5。

圖4　離體豬肝微波消融術(shù)后即刻d點肝竇稍擴張，肝小葉結(jié)構(gòu)完整（HE，×100）

圖5　離體豬肝消融術(shù)后即刻c位點的ROC曲線，曲線下面積為0.823

3　討論

1994年Seki等［3］首次將微波凝固療法應(yīng)用于18例微小肝癌患者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，17例患者治療后既無腫瘤局部復(fù)發(fā)，也無嚴重并發(fā)癥發(fā)生，由此開啟了微波消融治療腫瘤的先河。近年來，由于微波消融療法方便快捷，在門診治療室或者手術(shù)室即可進行操作，而且因其熱場分布均勻、熱效率高、安全穩(wěn)定、創(chuàng)傷小、出血少、可使腫瘤原位完全滅活等優(yōu)勢得到了臨床的普遍認可及廣泛推廣［4］，成為目前治療腫瘤的重要手段之一。腫瘤組織的滅活與否不僅取決于溫度的高低，還與其持續(xù)時間長短有關(guān)，當腫瘤組織內(nèi)溫度達到42～45℃時，對化療與放療的敏感性增高；溫度達到50～55℃時持續(xù)4～6 min組織即可出現(xiàn)凝固性壞死，到60～100℃時則立刻發(fā)生凝固性壞死；若＞100℃則組織會出現(xiàn)氣化或炭化［5］，因此，有效監(jiān)測微波消融術(shù)中的溫度及持續(xù)時間能更好地控制消融灶的范圍，使其既能完全覆蓋腫瘤組織，又盡量減少周圍正常組織的損傷。但在臨床實際應(yīng)用中，由于測溫針的監(jiān)測屬于有創(chuàng)檢查，不適宜推廣使用，因此，尋求一種簡便、可靠的評估技術(shù)至關(guān)重要。

SWE是利用快速發(fā)射的聲輻射力脈沖產(chǎn)生線性振源，在組織不同深度上連續(xù)聚焦而對組織施加激勵，因線性點激勵振源產(chǎn)生的速度比剪切波速度還快，故稱為超高速激勵，由于“馬赫錐”原理，被聚焦部位的組織粒子因高效振動而產(chǎn)生橫向剪切波，再利用特殊的超高速超聲成像技術(shù)追蹤剪切波傳播路徑上各點的位移，然后利用這些位移的時空分布圖計算出組織的彈性模量，即楊氏模量值，楊氏模量值的計算公式為E=3ρc2［6］，單位為kPa，其中E為楊氏模量值，ρ為組織密度，c為剪切波的傳播速度；E越大，說明剪切波傳播速度越快，組織的硬度越大。SWE是一種相對客觀的定量評價指標，可以較好地反映組織的彈性特征。關(guān)于SWE在熱消融方面的應(yīng)用已有報道，如Pareek等［7］認為其可用于腎臟射頻消融術(shù)中的實時監(jiān)測；紀莉等［8］認為SWE可基本反映甲狀腺結(jié)節(jié)射頻消融術(shù)后即刻消融灶的范圍；Wiggermann等［9］認為實時超聲彈性檢查可以作為常規(guī)的熱消融治療監(jiān)控手段等，本課題前期研究也表明，SWE能夠定量分析微波消融前后組織的硬度變化，評價微波消融即刻凝固灶的范圍具有可行性［9］。但最近Correa-Gallego等［10］認為組織彈性成像不能反映微波消融中細胞的損傷水平，甚至?xí)凸老谠畹拇笮　?/p>

本研究表明，微波消融區(qū)域內(nèi)的溫度由中心向邊緣呈梯度性的降低，這與既往研究結(jié)果一致［11］。其次，c點術(shù)前與術(shù)后的楊氏模量平均值比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）；而位于消融灶外的d點，術(shù)前與術(shù)后的楊氏模量平均值比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），這充分證實了前期研究所得出的結(jié)論，即SWE可以定量反映消融灶內(nèi)組織的硬度特征。另外，大體標本的病理結(jié)果顯示，a點組織溶解性壞死，b點組織局灶性壞死［2］，c點組織部分凝固性壞死、部分充血水腫，d點組織結(jié)構(gòu)完整。溫度測量顯示，a、b兩點的溫度及時間均超過使組織凝固性壞死的溫度和時間閾值［2］，c點溫度值已達到壞死閾值但持續(xù)時間不足，d點組織溫度較正常組織略有升高，但遠未達到壞死的閾值；SWE顯示，a、b、c點的組織在微波消融術(shù)后彈性較術(shù)前明顯增加（P＜0.001），而d點的組織術(shù)前與術(shù)后差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），彈性測量與溫度測量高度相關(guān)，可以通過彈性測量來代替溫度測量對消融情況進行評估，且SWE對消融情況的評估準確可靠，a、b點為絕對有效消融區(qū)域，c點為消融模糊區(qū)域，而d點為安全區(qū)域。本研究以病理結(jié)果為“金標準”繪制ROC曲線，得到消融灶邊界的彈性閾值為22.5 kPa，即當SWE楊氏模量值達到22.5 kPa時，組織即已發(fā)生凝固性壞死，此結(jié)論與既往研究結(jié)果略有差別［12］，可能因在體組織與離體組織的彈性值存在一定的差異，但其具體原因尚未明了，有待進一步研究。另外，在進行術(shù)后SWE測量時，彈性圖像在橫徑上的顯示較縱軸上更好，具體原因有待進一步研究。

總之，離體豬肝微波消融術(shù)后消融灶內(nèi)的彈性分布與溫度分布具有方向一致的梯度變化；消融灶邊界組織凝固性壞死的彈性閾值為22.5 kPa；SWE能夠定量分析微波消融前后消融灶的硬度變化，有助于評估微波消融的療效，有望成為微波消融術(shù)中監(jiān)測的手段。但是本研究也存在一些不足之處，例如，對于消融灶邊界的彈性值來講，是對正常豬肝組織的離體實驗，而當SWE應(yīng)用于臨床時，應(yīng)考慮在體組織的彈性值與離體組織可能存在差異，另外腫瘤組織的組成成分與正常組織不同，其彈性值也可能會發(fā)生變化；其次，本研究固定了消融灶的大小，而在臨床實際應(yīng)用時，需根據(jù)腫瘤的范圍來調(diào)整消融灶的大小，對于較大的消融灶，SWE的成像效果是否一致，尚待進一步研究。因此，本課題組下一步的研究工作是在動物模型上進行在體實驗，進一步探討SWE對微波消融術(shù)的評估價值。

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（本文編輯周立波）

Preliminary Study of Shear Wave Elastography in Evaluating Microwave Ablation of In Vitro Pork Livers

Purpose Although microwave ablation has been widely used for clinical purposes， assessment of intra- or post-operative efficacy still keeps controversial. The purpose of this study is to explore the significance of shear wave elastography in evaluating microwave ablation of in vitro pork livers. Materials and Methods Microwave ablation was performed on 30 in vitro pork livers. Real temperature was measured at four （a， b， c and d） special sites during ablation. Elastic examination was made before and after ablation. Pathological examination was performed at the different ablation locations. Correlation between temperature and young modulus of the 4 sites was analyzed at the end of ablation. Results There was a statistic difference between the temperature and elastic value of each point after ablation （P＜0.01）. Young modulus values of site c were different before and after procedure （P＜0.01）， but not at site d （P＞0.05）. The mean young modulus values and temperature determinations decreased gradually from the central to the peripheral area after ablation. There were linear regression and linear correlation between the temperatures and the mean young modulus with coefficient of regression of 0.948 and correlation coefficient of 1.15. The sensitivity and specificity at the threshold of 22.5 kPa for detecting tissue necrosis were 86.7% and 73.3%， respectively， and the positive predictive value was 0.823. Conclusion Site a and b are the effective areas of ablation， while site c is the fuzzy region，and site d is the safe area. The young modulus values and temperature for the 4 different sites decreased gradually from site a to site d. The elasticity threshold of the coagulation necrosis is 22.5 kPa. Shear wave elastography could quantitatively evaluate the effect of microwave ablation in vitro pork livers.

Liver； Microwaves； Catheter ablation； Ultrasonography， Doppler， color； Elasticity imaging techniques； In vitro； Swine

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.09.003

朱才義

Department of Medical Ultrasound， Central

South University Xiangya Medical School

Affiliated Haikou Hospital， Haikou 570000，China

Address Correspondence to: ZHU Caiyi E-mail: zhucaiyi56@163.com

R445.1；R454.1

2016-02-07

2016-03-21

中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2016年 第24卷 第9期：650-653，657

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24 （9）: 650-653， 657