中国医科大学学报  2018, Vol. 47 Issue (1): 13-16, 21

文章信息

史婧文, 陈云云, 杨晔, 师雯, 李考, 黄瑛
SHI Jingwen, CHEN Yunyun, YANG Ye, SHI Wen, LI Kao, HUANG Ying
不同离体组织射频消融气化范围的对比研究
An in vitro Comparative Study of Gasification Induced by Radiofrequency Ablation in Different Tissues
中国医科大学学报, 2018, 47(1): 13-16, 21
Journal of China Medical University, 2018, 47(1): 13-16, 21

文章历史

收稿日期:2017-05-10
网络出版时间:2017-12-20 14:25
不同离体组织射频消融气化范围的对比研究
中国医科大学附属盛京医院超声科, 沈阳 110004
摘要目的 通过对离体猪肌肉组织和肝组织进行射频消融,探讨气化范围与时间和功率间的关系以及不同组织气化范围间的差异。方法 分别对新鲜猪肌肉组织、肝组织行射频消融,超声下测量并计算气化范围最大切面的体积,以对比不同时间和功率气化范围的大小。实验重复3次,并取平均值。结果 一定范围内,随消融时间及功率的增加,各组织气化范围显著增加(P < 0.05)。相同时间、相同功率射频消融时,不同组织消融的气化范围有统计学差异(P < 0.05)。功率为15和30 W时,肌肉组织消融的气化范围显著小于肝组织(P < 0.05),而消融功率45 W时,肌肉组织消融的气化范围显著大于肝组织(P < 0.05)。结论 消融时间和功率相同情况下,不同组织消融的气化范围不同,不同组织产生最大气化范围所需的功率和时间可能不同。
关键词射频消融    组织    气化范围    
An in vitro Comparative Study of Gasification Induced by Radiofrequency Ablation in Different Tissues
Department of Ultrasound, Shengjing Hospital, China Medical University, Shenyang 110004, China
Abstract: Objective To investigate the association between gasification and duration and power of radiofrequency ablation in porcine muscle and liver and compare the effects in these tissues in an in vitro study.Methods Radiofrequency ablation was performed on fresh muscle and liver tissue, and the maximum cross-sectional volume of gasification was used to compare the effects according to duration and power of ablation. The experiment was repeated three times, and data were averaged.Results Within a certain range, gasification volume increased significantly with increases in ablation duration and power (P < 0.05). Gasification volumes differed significantly between tissues (P < 0.05). The gasification volume was smaller in muscle than in liver at 15 W and 30 W, while the affected volume in muscle was greater than in liver at 45 W (P < 0.05).Conclusion Under conditions of the same duration and power, the gasification volumes were different in muscle and liver. Therefore, the power and time required for maximum gasification in different tissues may be different.
Keywords: radiofrequency ablation    tissue    gasification area    

目前,射频消融(radiofrequency ablation,RFA)作为一种安全、有效的治疗方法,已被越来越多的人所接受,且对于肿瘤术后复发[1]、年龄较大或不适宜手术治疗的患者来说,可有效阻止病灶的发展,并提高患者生活质量。目前较多用于肝脏、甲状腺肿瘤、子宫肌瘤等的治疗。RFA治疗肿瘤是在超声引导下,根据消融的气化范围推测实际消融范围,故了解消融时间和功率与气化范围的关系,有助于精准的进行肿瘤消融。本研究分别对离体新鲜猪肌肉组织、猪肝组织进行RFA,观察时间和功率的变化对不同组织气化范围的影响,为RFA治疗肿瘤提供参考依据。

1 材料与方法 1.1 材料与仪器

由市场购得离体新鲜猪肌肉(外脊,以下称肌肉组织)、猪肝(以下称肝组织)各54块,大小约5 cm×3 cm×5 cm。采用射频治疗仪(WB991029型,日本OLYMPUS公司),射频电极前端尖锐,总长度为200 mm,尖端工作区域为30 mm,电极针直径为1.8 mm。使用超声仪(LOGIQ E9,美国GE公司)及ML 6-15 (频率4.0~13.0 MHz)探头。

1.2 实验方法

取新鲜肌肉组织、肝组织各54块,随机分为9组,每组均包括6块肌肉组织、6块肝组织。超声引导下将射频电极插入组织内,进针深度约为标本长度的2/3,以15、30、45 W的功率,分别消融30、60、90 s,每组6个消融灶。超声引导下观察并测量气化范围最大切面的纵径(long diameter,Dl)、横径(short diameter,Ds)及厚径(thick diameter,Dt),并计算体积,体积=Dl×Ds×Dt×π/6[2],对比不同时间和功率下气化范围的大小。实验重复3次,取平均值。

1.3 统计学分析

采用SPSS 22.0软件进行统计学分析,计量资料用x±s表示,采用独立样本t检验对肌肉组织与肝组织超声下气化范围进行比较,采用相关性分析比较气化范围与功率和消融时间的关系。P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果 2.1 超声观察

随着RFA的进行,超声图像可见逐渐扩大的高回声气化区,待消融结束后,观察气化区边界欠清晰,质地较均匀,数秒后气化区边界不明显,与未消融部位回声相近(图 1)。

A,long and short diameters of gasification volumes following radiofrequency ablation at 45 W for 60 s in muscle;B,maximum diameter of gasification volume following ablation at 45 W for 60 s in muscle. 图 1 RFA的超声图像 Fig.1 Ultrasound images following RFA

2.2 超声气化范围与功率和消融时间的关系

在一定范围内,不同组织中随消融功率的增加(功率由15、30到45 W)和消融时间的延长(消融30、60、90 s),超声气化范围所也会相应变化(图 2)。

A, differences in gasification volumes in muscle; B, differences in gasification volumes in liver. 图 2 RFA后随时间和功率的改变超声下气化范围的变化 Fig.2 Differences in gasification volumes following RFA according to differences in duration and power

肌肉组织中,消融功率为15~45 W,时间为30~60 s时气化范围增速明显,而时间为60~90 s时气化范围增速减慢甚至减小。消融功率为15 W (r = 0.797,P < 0.001)、30 W (r = 0.688,P < 0.001)、45 W (r = 0.634,P < 0.001)时,气化范围与消融时间均呈正相关。

肝组织中,消融功率为15和30 W时,随着消融时间的增加,超声下气化范围增加,在30~60 s时气化范围增速较缓,在60~90 s时气化范围增速较快。消融功率为45 W时,在30~60 s时气化范围增速较快,其气化范围高于15 W功率下的气化范围,而低于30 W功率下的气化范围,在60~90 s时气化范围迅速减低,低于15和30 W功率下的气化范围。消融功率为15 W (r = 0.594,P < 0.001)、30 W (r = 0.503,P < 0.001)时,气化范围与消融时间呈正相关,消融功率为45 W时(r = -0.005,P = 0.969),气化范围与消融时间无显著相关性。

2.3 不同组织RFA超声气化范围的差异

消融功率为15~45 W,消融时间为30~90 s时,肌肉组织与肝组织气化范围见表 1。RFA时,肌肉组织与肝组织的气化范围有统计学差异。功率为15和30 W时,肌肉组织消融后气化范围显著小于肝组织(P < 0.05),功率为45 W时,肌肉组织消融后气化范围显著大于肝组织(P < 0.05)。

表 1 不同消融功率下肌肉组织和肝组织气化范围的比较 Tab.1 Comparison of gasification volumes in different tissues according to ablation power
Ablation power Muscle Liver Difference P
15 W
  30 s 0.525±0.217 0.955 ±1.571 -0.430±0.355 0.240
  60 s 1.126±0.446 1.497±0.436 -0.370±0.139 0.012
  90 s 1.737±0.444 2.780±0.680 -1.042±0.181 < 0.001
30 W
  30 s 1.003±0.273 2.180±0.829 -1.177±0.195 < 0.001
  60 s 2.521±0.610 2.423±0.749 0.099±0.216 0.650
  90 s 2.422±0.521 3.248±0.682 -0.826±0.192 < 0.001
45 W
  30 s 1.698±0.476 1.540±0.354 0.158±0.133 0.241
  60 s 2.878±0.743 2.437±0.536 0.440±0.204 0.039
  90 s 3.271±1.023 1.531±0.687 1.740±0.276 < 0.001

3 讨论

RFA是在影像技术引导下,将射频针插入肿瘤内通过射频能量使病灶局部组织产生高温、干燥,最终凝固和灭活软组织及肿瘤。其原理是[3]利用中高频率的射频电流(460 kHz),通过裸露的电极针使其周围组织产生高速离子振动和摩擦,产生生物热。肿瘤细胞达到42.5℃以上,便开始出现细胞毒性反应。随消融时间延长,温度升高,射频针尖周围出现的强回声气化区范围逐渐扩大,细胞发生不可逆的损伤,从而达到消除肿瘤、治愈疾病的目的。

近年来,超声引导下的RFA技术在国内外得到了开展,且因治疗具有微创、美观、避免手术治疗、可反复操作、并发症少且轻等优点已广泛用于实体性肿瘤的治疗[4],在一些肿瘤(尤其是肝脏肿瘤)中的治疗效果与手术治疗效果相近或优于手术治疗[5]。现阶段,RFA治疗范围更加广泛,THOMPSON等[6]指出RFA也应用于肉瘤的治疗。ESPINOSA等[7]指出B期肝细胞癌患者在肝切除术联合术中RFA和动脉栓塞(transarterial embolization,TAE)后具有更好的生存率和更长的生存时间(分别为P = 0.011和P < 0.001)。BERTACCO等[8]报道RFA控制了破裂的肝细胞癌出血病例。很多研究者认为肿瘤局部复发率高的主要原因是RFA时肿瘤组织消融不完全[9],随着RFA应用更加广泛,对RFA治疗范围的精准性提出了新的要求[10]。超声引导下RFA在术中主要通过气化范围估测消融范围,并对肿瘤进行消融。故本研究拟通过RFA肌肉组织、肝组织的实验,探讨超声引导下不同组织在一定输出功率、消融时间下气化范围的差异,为临床RFA治疗肝、甲状腺等肿瘤提供参考依据。

组织消融后受热瞬间爆破产生气体,高回声的气体向消融灶周围扩散产生气化区。肌肉组织中,相同功率下,随消融时间的增加,超声下气化范围增大,功率为15~45 W、时间为30~60 s时,气化范围增大迅速,而在60~90 s时,气化范围增速减慢甚至范围减小。肝组织中,功率为15和30 W时,随消融时间的增加,超声下气化范围增加,但消融时间在30~60 s与60~90 s时,超声下气化范围增大速率不同,消融功率为45 W时,消融90 s时气化范围小于15和30 W功率下相同消融时间的气化范围。这可能由于不同组织对消融功率的敏感度不同,产生最大气化范围需要的时间可能不同。RUSTAGI等[11]的研究表明,过高功率产生的消融灶及其长径反常减小,这可能由于在大功率下小口径(1Fr) RFA可致周围肝组织的快速碳化,随后增加的阻抗阻碍了电流的传导,使消融范围不再继续扩大,热能向外扩散能力低,同理在高功率下肝组织气化范围也会相对减小。CHOE [12]指出,使用低功率RFA可延迟气化爆破时间,同时可产生与高功率消融相似的治疗效果,但高功率产生的最大爆破时间出现较早,待数十秒后超声测量时,由爆破产生的气化范围消失,故高功率下测得的气化范围较小。也可能由于消融一定时间后,组织完全脱水,阻抗极高[13],使得气化扩散能力下降,在高功率下超声观察到的RFA气化范围减小。在肌肉组织中,超声下气化范围随功率和消融时间的增加而增大,在肝组织中,消融功率 < 45 W时,气化范围与功率、时间呈正相关,但当功率达45W时,气化范围反减小,即在一定范围内,气化范围随消融时间、功率的增加而扩大,达到一定值后,气化范围就不再增大,甚至会减小。

相同功率、相同消融时间、不同组织在超声下气化范围有显著差异,故对于有不同基础疾病的患者,RFA后气化范围的大小也可能有差别。如甲状腺恶性结节与良性结节相比硬度更均匀[14],有纤维化改变,水分减少,因此与正常甲状腺相比,它的阻抗更高,RFA时超声所见的最大气化范围可能会减小。由于CT的成像原理为不同组织的密度不同,导致其吸收系数不同,因此成像的灰度不同,而磁共振弛豫时间可定量测量组织成分和含水量。DAGINAWALA [15]的研究中CT图像显示,肝硬化的组织与正常肝组织的质地存在显著差异。YOKOO等[16]的研究也表明MRI可定性或定量的显示二者之间存在显著差异,且有较高的灵敏度和特异度。故患有肝硬化的患者,其肝脏的致密程度、含水量与正常肝组织间可能存在一定差异,在RFA时二者超声下气化范围也可能存在差异。因此,消融功率和时间不同,消融范围不同,对于有不同基础疾病的患者,使用RFA治疗时,超声下消融的气化范围也可能不同。故为保证消融范围准确,在射频治疗过程中应采用个体化治疗,合理推断一定气化范围下的实际消融范围,注意保护周围重要组织结构,保持一定的安全距离。

本研究尚存在一定的局限性。首先,由于最大气化范围的捕捉与测量存在一定的差异,不排除测量时气化范围已部分消失的可能;其次,本研究采用新鲜离体猪组织进行实验研究,但仍存在缺乏血流灌注、组织温度,与活体有一定差异等因素,因此研究结果有待进一步活体实验及临床实验的验证。

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