兔肺VX2肿瘤微波消融多模态成像实验研究

林晓南， 林征宇， 缪仙花， 苏怀盈， 陈 健

微波消融（MWA）具有升温快、消融范围大、热沉效应影响小等优点，是肺肿瘤热消融治疗常用手段［1］。本研究通过对比观察兔肺VX2肿瘤MWA术中红外热成像表现、术后CT、MR影像表现及病理表现，分析兔肺肿瘤MWA消融灶红外热成像-CTMR-病理相关性。

1 材料与方法

1.1 建立兔肺VX2肿瘤模型

VX2瘤株制备——腿部荷瘤兔（福建医科大学动物实验中心惠赠）腿部肌内注入氯胺酮1 mL/kg全身麻醉、术区2%利多卡因局部麻醉后固定于自制手术台，切取鱼肉样肿瘤组织置于1∶50头孢氨苄溶液培养皿，眼科剪将瘤块制成约1 mm×1 mm×1 mm大小备用。

兔肺VX2肿瘤种植——15只新西兰大白兔禁食6 h，全身麻醉并穿刺部位备皮，俯卧固定于Somatom Emotion 16层螺旋CT机（德国Siemens公司）扫描床，CT导引下将16 G穿刺针穿入肺组织，拔出针芯，沿针鞘推入VX2肿瘤块2～3块，并以0.9%氯化钠溶液1 mL封闭针道后拔针。术后20 d复查兔肺部CT观察成瘤情况，随机处死1只成瘤兔行病理证实。

1.2 兔肺VX2肿瘤MWA术

术前CT先行胸部CT平扫（120 kV，120 mAs，层厚 1.5 mm，FOV180 mm×180 mm），证实成瘤后即行 Espree 1.5 T MR机（德国 Siemens公司）扫描（TSE-T2WI-FS 序列：TR 3 800.0 ms，TE 78.0 ms，层厚 3.0 mm，层间距 0.6 mm，FOV 25 mm×20 mm；T1-Vibe 序列：TR 6.0 ms，TE 2.5 ms， 层厚 3.0 mm，FOV 25 mm×20 mm）。

术区备皮，CT导引下逐步进针，将MWA天线（15 G，150 mm，南京维京九洲医疗器械研发中心）贯穿肿瘤灶，并超出远端0.5 cm；调整红外热成像仪（杭州远洲医疗公司）距离及角度，镜头中心线与消融区体表垂直，镜头至体表距离保持130 cm，实时监控红外热成像；设定MWA功率45 W，消融时间3 min，采集温度场变化数据。

1.3 术后影像和病理学检查

术后CT扫描观察肿瘤消融效果，随后即刻行MR检查（序列同术前），观察消融灶MR表现。处死瘤兔，取出肺标本，沿MWA天线针道剖开，行组织病理学检查，检测术后CT上瘤灶最大径（DCT）、T1-Vibe高信号瘤灶最大径（DT1）、病理上肺组织凝固坏死区最大径（D凝固）；检测术后CT上磨玻璃影（GGO）最大径（DGGO）、TSE-T2WI-FS 高信号最大径（DT2）、红外热成像41℃等温区最大径（DIR）和病理上热损伤区最大径（D损伤）。

1.4 统计学处理

采用SPSS 22.0软件作统计学分析。所有数据均用 t检验，以均数±标准差表示，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 成瘤情况及影像学表现

15只实验兔中11只见肺内孤立性成瘤灶（5只肿瘤病灶位于左肺下叶，6只位于右肺下叶），最长径 10.3～13.1 mm，平均（11.7±0.9） mm；2 只见胸膜广泛转移；2只肺内未见明确肿瘤病灶。处死1只成瘤兔，证实为VX2肿瘤。CT检查显示肺内孤立性结节灶，病灶边缘可见浅分叶改变，边界清楚；MR检查显示病灶形态与CT所见大致相仿，与胸壁肌层信号对照，病灶于TSE-T2WI-FS序列上呈稍高信号，T1-Vibe序列上呈边界清晰等信号影（图1）。

图1 兔肺VX2肿瘤种植成功MR表现

2.2 MWA术中红外热成像表现

术区体表平均温度在MWA开始前约32℃，开始后逐渐提升，热场大致呈同心圆状由中央向外辐射，中央温度最高（图2），消融完成时温度达顶峰，术区体表最高温平均值为（46.82±0.32）℃。

2.3 MWA术后影像学表现

术后CT平扫显示瘤灶密度略减低，周围可见片状GGO覆盖原病灶，边界不清（图3①）；MR平扫T1-Vibe序列显示病灶较消融前信号增高，病灶边界较前模糊，周围可见少许淡片状略高信号（图3②），TSE-T2WI-FS序列显示消融灶中央信号减低，外周可见斑片状高信号影覆盖，信号不均（图3③）。

2.4 MWA术后病理学表现

图2 MWA术中红外热成像表现

图3 MWA术后CT、MR表现

表1 DCT、 DT1、 D凝固、 DGGO、 DT2、 DIR、 D损伤测量值

瘤兔肺标本大体病理：消融灶中心可见一空心针道影，沿针道将消融灶水平剖开，病灶由内向外层次分明，中央为灰黄色肿瘤组织凝固性坏死区，周围可见一类圆形暗褐色肺组织凝固性坏死区，最外周为片状暗红色充血水肿热损伤区域（图4①）。光学显微镜（HE染色）下病理：肿瘤组织凝固坏死区表现为肿瘤细胞大面积坏死，细胞核结构完全破坏，仅残留细胞轮廓；肺组织凝固性坏死区表现为细胞核结构破坏，残留肺组织细胞轮廓；热损伤区肺泡内可见大量渗出性液体，部分肺泡完全填充，液体内含碎裂红细胞和各类炎性细胞，与正常肺组织分界欠清（图 4②）。 DCT、DT1、D凝固、DGGO、DT2、DIR、D损伤检测值见表1，DCT、DT1与D凝固间成对样本 t检验结果见表2，DGGO、DT2、DIR、D损伤间两两比较结果见表3；结果显示DCT与D凝固间差异无统计学意义（P＞0.05），DT1、DCT与 D凝固间差异均有显著统计学意义（P＜0.000 1），DIR与 D损伤间差异无统计学意义（P＞0.05），DGGO、DT2与 D损伤间差异均有统计学意义（P＜0.000 1）。

3 讨论

图4 MWA术后病理学表现

表2 DCT、 DT1与D凝固成对样本 t检验

近年MWA在肺部原发性和继发性肿瘤治疗中发挥越来越重要作用［2-3］。但肺肿瘤热消融术后有一定的复发率。Okuma等［4］报道对CT导引下热消融治疗肺恶性肿瘤进行长达9年随访，发现肿瘤直径＞2.0 cm时复发率高达32%。肺部过度消融易引发感染、气胸、肺不张、支气管胸膜瘘等并发症［5］。因此，准确判断消融后凝固性坏死和热损伤边界，对降低局部复发率、减少并发症至关重要［6-7］。

目前肺部肿瘤热消融术后即刻疗效评价主要以 CT 为主，GGO 覆盖范围超出肿瘤边缘 0.5～1.0 cm是肿瘤完全消融标志［8］。但消融术后肿瘤周围GGO覆盖区包括凝固坏死的肿瘤组织、凝固性坏死的肺组织及周边炎性渗出的肺组织［9］。本研究证实，CT上GGO范围大于凝固性坏死区，但小于热损伤区；微波天线穿刺过程中易发生肺内出血，CT表现为斑片状密度增高影，常掩盖GGO，影响疗效评估。因此，仅以CT扫描判断肺部肿瘤MWA术后疗效存在一定局限性。由于VX2瘤株易得，在肺部成瘤率高［10］，本实验采用其研究肺肿瘤MWA局部疗效及热场分布。

表3 DGGO、 DT2、 DIR、 D损伤间两两比较结果

高温消融后凝固性坏死区水含量明显下降，表现为T1WI信号升高、T2WI信号下降。周围热损伤肺组织水肿区域水含量升高，T1WI表现为比肺部气体稍高信号、T2WI上呈明显高信号。热消融治疗后，凝固坏死区包含凝固坏死的肿瘤组织及凝固坏死的肺组织［11-12］。本研究中T1-Vibe序列上消融灶信号较高，范围与凝固性坏死区一致，TSE-T2WI-FS序列上由于水含量下降，坏死区显示为低信号，其周围可见大片状混杂高信号影，虽然高信号区与热损伤区差异有统计学意义，但两者范围大致吻合。因此，MR评价MWA术后疗效优于CT。

MWA术后损伤主要由温度升高引起，因此显示肺内热场分布可有效预测消融疗效和热损伤范围。MR测温技术可测得扫描范围内感兴趣区温度，但却有局限性。MR测温技术需要专门软件，对呼吸、心跳、运动产生的伪影十分敏感，肺组织含有大量气体也会影响测温准确性，且具有一定延时性、非实时监测，因此并不完全适用于肺部肿瘤热消融治疗实时温度监测［13］。MWA时机体内部温度变化通过血液循环和组织间热传导传递至体表，红外线扫描装置可实时采集机体向外辐射热能，通过计算机后处理软件以不同色阶代表不同温度，整合成一张红外热成像图，反映体表温度。本研究中41℃等温线最大径与病理上热损伤区无明显统计学差异，大于CT扫描时GGO最大径和MR扫描时TSET2WI-FS序列高信号最大径。对术中正常肺组织热损伤范围监测上，CT/MR检查通过肺组织热损伤后肺泡内出血或渗出间接反映热损伤范围，红外热成像技术可无创、实时、直接监测体表温度变化，具有一定价值。

总之，多模态成像应用可更为精确地评估热损伤范围，有助于缓解MWA时消融不足与消融过度间矛盾。