王彥鋒， 李金鵬， 李月考， 時高峰

·實驗研究·

CT評估正常通氣豬肺射頻與微波消融效果的研究

王彥鋒， 李金鵬， 李月考， 時高峰

目的：采用CT評估正常通氣豬肺射頻與微波消融的效果。方法：健康家豬6只，每側(cè)肺各布置兩個消融區(qū)，在CT引導(dǎo)下左肺行經(jīng)皮射頻消融，右肺行經(jīng)皮微波消融，共消融10 min，消融過程中每分鐘進行1次CT掃描，獲得不同時間點消融灶的圖像。測量并比較各不同消融方法及不同時間點消融灶的最大縱徑、最大橫徑、橫截面積、體積和橫縱徑比。結(jié)果：時間與消融方式均會對消融灶的大小產(chǎn)生影響(P<0.05)。在各個時間點上，微波消融灶的最大縱徑、最大橫徑、橫截面積、體積均大于射頻。消融10 min后，射頻與微波消融灶的最大縱徑分別為(4.23±0.35) cm、(5.34±0.39) cm，最大橫徑分別為(3.09±0.18) cm、(3.83±0.44) cm，消融灶橫截面積S分別為(10.27±1.24) cm2和(16.15±2.79) cm2，體積V分別為(21.25±3.60) cm3和(41.96±12.02) cm3，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。結(jié)論：微波和射頻均是安全的微創(chuàng)療法，在正常通氣肺組織中的消融范圍及形狀存在一定差異，了解其特性有利于兩種技術(shù)的合理應(yīng)用。

射頻消融； 微波消融； 體層攝影術(shù)，X線計算機； 消融效果

自2000年首次報道采用熱消融治療肺癌以來，該技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展[1]，已作為一種微創(chuàng)技術(shù)應(yīng)用在早期肺癌及肺部轉(zhuǎn)移瘤的治療中，每年治療的例數(shù)也迅速增加[2]。射頻與微波消融的作用機理雖都是通過高溫使瘤細胞凝固壞死，但二者的產(chǎn)熱機理、產(chǎn)熱效率均存在差異[3]，二者的消融效果也各有優(yōu)勢[2,4]。本文將通過CT掃描對射頻與微波在正常通氣肺組織的消融效果進行比較研究，旨在指導(dǎo)臨床應(yīng)用。

材料與方法

1.消融儀及消融針

采用珠海和佳公司HGCF3000冷極射頻消融儀與17G標(biāo)準(zhǔn)型冷極射頻針，南京維京九洲醫(yī)療器械研發(fā)中心MTC-3C型微波消融治療儀與17G MTC-3CA-Ⅲ型水冷微波消融針。

2.實驗步驟

經(jīng)河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院動物委員會批準(zhǔn)，購得健康家豬6只，雌雄不限，體重(47.55±4.82) kg。行基礎(chǔ)麻醉后，建立耳緣靜脈通路供術(shù)中給藥備用。標(biāo)準(zhǔn)氣管插管，2%異氟烷吸入維持麻醉。

將實驗動物取仰臥位四肢固定于掃描床上，將射頻用體表電極板貼于實驗動物左側(cè)腹壁，建立有效回路。進針前行常規(guī)CT(Siemens Somatom Seusation Open 40 CT)薄層掃描以規(guī)劃進針角度和深度。左肺行經(jīng)皮射頻消融，右肺行經(jīng)皮微波消融。

表1 正常通氣肺組織射頻與微波消融灶參數(shù)的比較

表2 射頻與微波消融灶隨時間變化的比較

每只家豬左、右肺各布置兩個消融區(qū)(N=24，射頻消融N=12，微波消融N=12)，要求兩肺消融區(qū)位置對應(yīng)，消融針尖距胸膜≥4 cm，以消融針尖為中心半徑2 cm的范圍內(nèi)不接觸胸膜、葉間裂及縱隔，且各消融區(qū)無重疊。

在正常通氣情況下以臨床常規(guī)參數(shù)對豬肺進行消融。射頻消融設(shè)定電極針溫度為95℃，輸出電壓48V，冷水泵設(shè)定流速15～25 mL/min，以保證射頻針裸露電極部分溫度在20℃～25℃。微波設(shè)定功率為100 W，冷卻水流量為24 mL/min，以保證消融針桿中部位置溫度≤40℃。二者同時開始，每分鐘進行一次掃描，獲得層厚為1 mm的CT圖像。消融時間均為10 min。

結(jié)果測量：在CT圖像上對消融灶進行觀察和測量。分別測量各個消融灶凝固壞死區(qū)1～10 min的最大縱徑L(為最大層面的最長徑)、最大橫徑D(與最大縱徑垂直的最大徑)、橫截面積S(π·L·D/4)、體積V(π·L·D2/6)和橫縱比D/L。

3.統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 21.0進行統(tǒng)計學(xué)分析，對射頻與微波消融灶各個時間點測得的最大縱徑L、最大橫徑D和橫縱比D/L進行行t檢驗，對不同時間點測得的最大縱徑L、最大橫徑D和橫縱比D/L行重復(fù)測量數(shù)據(jù)的方差分析，在CT圖像上比較射頻與微波消融灶的范圍、形狀及其隨時間的變化趨勢，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

消融結(jié)束后，6只家豬全部存活。射頻和微波的消融灶均存在不同程度的出血，筆者將這些作為樣品誤差計算在內(nèi)。1～10 min射頻消融灶與微波消融灶的最大縱徑L、最大橫徑D、橫縱比D/L見表1。各個時間點測得的數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。射頻與微波兩種不同消融方式的消融灶大小差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，而兩種方法消融灶的形態(tài)差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。不同時間的消融灶的大小及形態(tài)差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。射頻消融灶與微波消融灶的最大縱徑L隨時間的變化趨勢差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，二者最大橫徑D隨時間的變化趨勢差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，見表2。1～10 min射頻消融灶與微波消融灶的最大縱徑L、最大橫徑D、橫縱比D/L與時間的關(guān)系見圖1～3。

假設(shè)消融灶為橢球型，根據(jù)消融10 min所形成的最大縱徑L與最大橫徑D估算射頻與微波消融灶橫截面積S分別為(10.27±1.24) cm2和(16.15±2.79) cm2；體積V分別為(21.25±3.60) cm3和(41.96±12.02) cm3，10 min后的射頻與消融的最大縱徑L、最大橫徑D、消融灶橫截面積S和體積V的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。

射頻及微波消融在不同時間點的CT表現(xiàn)見圖4～5。消融過程中部分消融灶出現(xiàn)空洞，但射頻與微波在含空洞消融灶與不含空洞消融灶的表現(xiàn)均較相近。

圖1 射頻與微波消融灶的最大縱徑L與時間的關(guān)系。

圖2 射頻與微波消融灶的最大橫徑D與時間的關(guān)系。

圖3 射頻與微波消融灶的橫縱比D/L與時間的關(guān)系。

表3 射頻與微波消融10 min后消融灶參數(shù)比較

討 論

熱消融時，熱量雖可以很好的在實性腫瘤組織中傳遞，但當(dāng)消融腫瘤周圍的含氣肺組織或?qū)嵭猿煞州^少的肺癌時其傳遞效率會受到影響，所以建立正常通氣的肺模型對射頻與微波的消融范圍及形狀進行評估是有必要的。本實驗所設(shè)定的射頻及微波消融參數(shù)均為該儀器在臨床應(yīng)用中的常用設(shè)置[2]。為了保證射頻與微波消融設(shè)備的一致性，均采用了17G單極消融針。CT在臨床中應(yīng)用廣泛，也是影像引導(dǎo)下肺部微創(chuàng)手術(shù)的主要形式[5]，因此最常用來對消融效果進行監(jiān)測。

通過在CT圖像上對凝固壞死區(qū)進行測量，結(jié)果顯示隨著時間的延長射頻與微波消融灶的最大縱徑、最大橫徑均逐漸增大，且不同時間與及不同消融方式的消融灶大小差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義。消融10 min后，微波消融灶的最大縱徑比射頻消融灶大26%；最大橫徑大24%；橫截面積大57%；體積大96%。這主要是由于產(chǎn)熱原理不同導(dǎo)致的，射頻通過高頻電流產(chǎn)熱，微波通過極性分子震動產(chǎn)熱，在肺組織內(nèi)空氣及碳化組織均會阻礙射頻能量的傳遞，但對微波影響不大。目前一些射頻系統(tǒng)通過降低電極針尖貼壁處組織溫度，增大電極針有效作用面積或提高組織內(nèi)導(dǎo)電性及導(dǎo)熱率以擴大消融范圍[6]。如使用多極消融針或向肺內(nèi)注入液態(tài)電解質(zhì)等，這些方法雖然有效，但同時也增加了相關(guān)并發(fā)癥的風(fēng)險[7-11]，而且相對于以最大功率輸出的系統(tǒng)，這些方案也降低了射頻能量的使用效率，所以在本實驗中這些方法均未采用。微波可以在消融針周圍建立穩(wěn)定的電磁加熱場，且不受氣體及碳化組織的影響，所以以最大功率連續(xù)加熱可能是微波消融肺組織最主要的優(yōu)勢。

圖4 正常通氣豬肺模型在CT引導(dǎo)下行射頻消融。a) 消融1min，消融區(qū)域可見一8字型稍低密度(箭)，周圍環(huán)繞稍高磨玻璃密度影； b) 消融5min，可見空洞形成(箭)，洞壁呈高密度，外周可見稍高密度磨玻璃影。消融灶背側(cè)可見出血，沿肺段分布； c) 消融10min，消融灶范圍較5min明顯擴大。 圖5 正常通氣豬肺模型在CT引導(dǎo)下行微波消融。a) 消融1min，消融區(qū)表現(xiàn)為同心圓樣，消融區(qū)域中央可見一“8”字型低密度灶(長箭)，周圍呈低密度磨玻璃影(短箭)，邊緣環(huán)繞稍高磨玻璃密度影； b) 消融5min后，消融灶較1min明顯擴大； c) 消融10min后，消融灶較5min消融灶范圍擴大，各區(qū)分界明顯。

在研究中筆者發(fā)現(xiàn)，射頻與微波消融灶的最大橫徑隨時間的變化趨勢是一致的，且在第8分鐘出現(xiàn)平臺期。而射頻與微波消融灶的最大縱徑隨時間的變化趨勢卻存在差異，隨著時間的延長微波消融最大縱徑的增長速度略高于射頻。筆者認(rèn)為射頻與微波雖產(chǎn)熱原理不同但均是依靠消融針輻射能量使組織產(chǎn)生并傳導(dǎo)熱量以達到消融的目的，在理想狀態(tài)下消融灶的最大縱徑與橫徑隨時間的變化趨勢應(yīng)當(dāng)是一致的，而沿針道方向出現(xiàn)微波略快于射頻的可能原因包括：①微波的中心溫度高于射頻，而本實驗所應(yīng)用的消融設(shè)備中，射頻采用直流冷卻，微波采用循環(huán)冷卻，隨著時間的延長，微波的冷卻效率會低于射頻，造成微波在沿針道方向積聚更多的熱量；②在實際狀態(tài)下射頻與微波能量場分布雖均呈橢球形，但二者的形態(tài)仍存在差異，而碳化的出現(xiàn)也主要會影響垂直針道方向上的能量傳播；③樣本量較小。

盡管在第1分鐘，射頻消融灶與微波消融灶相比更細長，但隨著時間的延長二者均更接近于球形，10 min后二者的橫縱比之間沒有顯著差異。這可能的是由于微波瞬間即可以達到最高溫度，而射頻則相對較慢，這對二者早期消融灶的大小存在一定影響，并導(dǎo)致了射頻消融開始時的細長形狀。

本研究的局限性在于使用的是正常通氣的豬肺模型。它可能與肺內(nèi)的實性腫瘤區(qū)及瘤肺交界區(qū)的性質(zhì)不同，那些區(qū)域可能更接近于膨脹不全的肺實質(zhì)。已知充氣的肺組織對于射頻波具有很高的阻抗，這明顯限制了射頻消融系統(tǒng)的能量傳遞，同時會在射頻消融腫瘤療效的影像評估方面產(chǎn)生低估。但對于完全被正常肺組織所包繞的腫瘤，受限的射頻電流可能會對腫瘤具有局部加熱作用，而對周圍正常肺組織的損傷較小[8-9，12-13]。不過，當(dāng)對肺腫瘤進行消融時，為了達到完全消融的目的，消融邊界應(yīng)超出腫瘤，包括周圍肺組織，因此筆者認(rèn)為，對正常通氣的肺模型進行消融也有重要的臨床意義。在以后的實驗中應(yīng)改良射頻與微波的冷卻系統(tǒng)，增加樣本量，以改善消融灶的形態(tài)，提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

另外，影響肺腫瘤消融效果的因素很多，歸納起來可以分為三種，即腫瘤因素、宿主因素和治療因素[14]，而無論是病灶的大小和位置、實質(zhì)成分含量的多少、UICC分期及其與周圍血管的關(guān)系，還是患者的年齡、有無肺門淋巴結(jié)和肺外轉(zhuǎn)移，又或是有無配合其他治療手段以及消融針的選擇都會對治療效果產(chǎn)生影響，本研究受限于正常通氣的肺組織，僅可從消融灶的大小對射頻與微波的消融效果進行評估，若想對消融效果進行全面評估尚需要大樣本量的前瞻性隨機對照研究來進一步驗證。不過大多數(shù)研究均認(rèn)為腫瘤的大小是影響消融效果的重要因素[15-17]，因此筆者認(rèn)為本實驗研究對臨床仍有一定的指導(dǎo)價值。

總之，射頻與微波消融均是治療肺部腫瘤的有效手段，由于二者產(chǎn)熱原理不同，導(dǎo)致二者的消融范圍與形狀存在差異，相信隨著技術(shù)的不斷改進，微波和射頻消融技術(shù)會在腫瘤的治療中發(fā)揮更重要的作用。

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A study of ablation effects on models of normal ventilation pig lungs by CT guided radiofrequency and microwave

WANG Yan-feng,LI Jin-peng,LI Yue-kao,et al.

Department of Radiology,Shijiazhuang Cardiovascular and Cerebrovascular Disease Hospital,Shijiazhuang 050000,China

Objective:The purpose of this study was to evaluate the effect of radiofrequency ablation (RFA) and microwave ablation (MWA) on models of normal ventilation pig lungs.Methods:Two ablation regions on the left lungs of 6 healthy pigs were performed by RFA and the right lungs by MWA for 10 minutes under CT guidance.CT scan was performed every other one minute during ablation.CT images of the ablation zone were obtained at different time point.Maximum longitudinal diameter (MLD),maximum transverse diameter (MTD),horizontal cross-section area (HCSA),volume (V),and the ratio of transverse and longitude (L/T) of the ablation areas were measured and compared between the two methods of different time points.Results:The time duration and method of ablation significantly affected the size of ablation zone (P<0.05).At each time point,the MLD,MTD,HCSA and V of the MWA were all greater than RFA.MLD of RFA and MWA was (4.23±0.35)cm and (5.34±0.39)cm;MTD was (3.09±0.18)cm and (3.83±0.44)cm;HCSA was (10.27±1.24)cm2and (16.15±2.79)cm2;V was (21.25±3.60)cm3and (41.96±12.02)cm310 minutes after ablation.Compared with RFA,the differences were all statistically different (P<0.001).Conclusion:RFA and MWA are safe and minimally invasive treatments.The ablation zone and shape of RFA and MWA are different. It is helpful to apply the two approaches by understanding their characteristics.

Radiofrequency ablation; Microwave ablation; Tomography,X-ray computed; Ablation effects

050000 石家莊，石家莊心腦血管病醫(yī)院放射科(王彥鋒)；050000 石家莊，河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院CT磁共振科(李金鵬、李月考、時高峰)

王彥鋒(1979-)，男，河北省贊皇人，主治醫(yī)師，主要從事CT診斷及介入治療工作。

河北省科技廳資助項目(15277775D；15277773D)

R814.42； R454.13

A

1000-0313(2017)07-0674-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.07.001

2016-05-22)