超声消融的影像学评估方法综述

超声消融术是微创手术切除的一种常用替代方法。在使用高强度聚焦超声（HIFU）进行组织消融的过程中，获得最佳消融参数，避免目标组织的不完全消融以及确定消融对肿瘤微环境的影响非常重要。因此，实现消融程度的可视化和量化是消融技术中的一个组成部分。美国斯坦福大学的Brett Z. Fite等总结了当前监测和评估超声介导消融的影像学方法，并深入探讨了各种成像方法的优势及局限性。该研究成果已发表在《生物医学工程前沿（BMEF）》期刊上。

正如论文所述，超声消融的主要机制可分为热机制和力学机制。对于热消融，凝固性坏死主要决定了其影像学特征，当进行热消融后，由于消融组织内血流阻塞，消融区域附近的组织立即出现反应性充血。力学消融法则会破坏血管系统，导致消融区域的灌注显著减少。因为消融组织和活组织之间的过渡区非常狭窄，反应性充血和炎症在力学消融中较少见。

在论文中，作者总结的超声消融的影像学评估方法主要包括：核磁共振（MRI）、X射线计算机断层扫描（CT）、超声以及正电子发射断层（PET）影像技术。其中MRI具有良好的软组织对比和实时测量温度的能力，是临床上用于指导和评估HIFU消融的最广泛的成像方式。CT能够快速获取容量数据集，是第二广泛使用的消融评估方式。另外，在获得消融图像后，会联合跨模量测量、实体肿瘤疗效评估标准（RECIST）、改良的RECIST（mRECIST）和非灌注体积等方法对消融结果进行性能评估。

MRI具有优异的温度变化敏感度以及安全性（无电离辐射），成为监测热消融最常用的方式。基于质子共振频移（PRFS）方法的磁共振测温（MRT）在HIFU热消融应用中广泛用于实时介导。为实现组织学的近实时监测，实时MRI提供了新的思路。此外，通过对MR图像内小病灶区域进行微米级超声引起的位移来评估组织位移，MR声辐射力成像（MR-ARFI）可为消融治疗提供实时的反馈。另外，瞬态MR弹性成像可实现更大范围的组织消融评估。

在术后评估中，MRI通过多种机制提供良好的软组织对比，主要为内源性对比机制和外源性对比机制，前者包括纵向弛豫时间（T1）、横向弛豫时间（T2）、质子密度（PD）和局部水扩散的变化，后者主要是通过造影剂。在进行消融评估中，最常用的是基于灌注的、对比增强的钆对比增强T1加权（T1w）成像（图1A），通常只在HIFU治疗结束时进行。由于内源性对比的MR方案可以在整个过程中重复使用，这对消融治疗具有重要意义。而最常用的内源性磁共振成像方法是弥散加权成像（DWI），该方法通过在扫描期间应用扩散编码梯度，通过水扩散中的局部差异产生对比度。DWI扫描的b值测量检测扩散加权程度，较高的b值（图1B）比较低的b值（图1C）具有更大程度的扩散加权。另外，通过使用一系列具有不同扩散编码梯度强度或持续时间的扩散加权图像，通过单一指数拟合来估计每个体素的表观扩散系数（ADC），生成ADC图（图1D）。最终可以通过DWI和ADC图对消融效果进行评估。

图1 HIFU消融子宫肌瘤的MRI评估：a. 预处理后的对比度增强T1加权图像；b. 预处理获得的DW图像；c. 预处理后的T2加权图像；d. ADC图预处理；e. 对比度增强T1加权后的图像；f. 后处理的DW图像；g. 处理后的T2加权图像；h. 处理后的ADC图。

此外，对比增强T1w成像可用于评估组织分解的效果，而无对比增强T1w图像则用于在几分钟内识别与组织病理相关的高强度区域。弥散成像技术是一种很有前途的成像技术，尚未广泛应用于临床，仅用于射频消融后的评估。异核磁共振技术是一种新兴的消融评估技术，它除了提供形态信息外，还可以用来提供代谢信息，从而探测组织的功能状态。

CT具有足够的时间分辨率，可以实时指导消融治疗，而实时CT尚未用于非热效应的HIFU的治疗。此外，由于实时监测所需的辐射剂量增加，临床上进行治疗时并不采用CT引导的方式。然而，CT由于其速度和可用性，较广泛地应用于HIFU热效应消融的术后评估。由于HIFU的热效应和力学效应的消融通常都会迅速破坏血管系统，造影增强扫描评估灌注的CT技术常用于量化非灌注体积并评估消融边缘，如图2所示。

图2 肝脏热HIFU治疗前后的CT成像：a. 术前CT图像；b. HIFU消融24小时后获得的CT增强图像。

在CT技术中，双能量CT（DE）在评估热消融方面有了新的进展，在射频消融术后的应用已经得到了越来越多的探索。另外，光子计数CT扫描仪也即将问世，有可能从几个方面改善消融评估。

由于声速和其他组织参数的非线性特点，超声测温技术无法对50℃以上的温度进行准确监测，因此在HIFU热消融治疗中无法精确测量热剂量。然而，超声引导在HIFU力学效应的消融应用中获得了良好的效果，如组织粉碎，如图3所示。

图3 临床中肝脏组织碎化术前、手术期间和术后超声成像：（a）治疗前、（b）治疗期间和（c）治疗后

此外，超声评估组织刚度的方法已被用于区分消融后的活组织和消融组织，包括声辐射力脉冲成像（ARFI）或剪切波弹性成像（SWE）技术。除了组织刚度外，使用微气泡的对比增强超声可以在消融过程中引导消融。在术后评估中，灰度b模式已被探索用于治疗前后的监测和治疗后消融体积的量化，而彩色多普勒超声可用于区分血管化和非血管化组织。

PET在临床上被广泛应用于实体肿瘤的成像和治疗反应的定量测量，但尚未广泛应用于HIFU消融评估。由于背景信号相对缺乏，PET具有极高的灵敏度和信噪比，但空间分辨率较低。多项研究表明，消融后立即使用F-FDG PET可准确预测治疗疗效。PET可准确预测治疗疗效的成像指标与局部疾病进展和无病生存率相关，相反，消融前F-FDG PET成像与局部肿瘤进展和无病生存率的相关性极小。另外，随着新兴PET技术的发展，一方面在监测和评估热消融中可实现剂量分割，如在消融手术前注射小剂量示踪剂(约1/3标准诊断剂量)，在消融后注射第二剂量(约2/3诊断剂量)示踪剂；另一方面，通过与代谢和灌注相结合，可实现消融边缘监测和描绘，如图4所示。

图4 在消融过程中，术前、术中和术后图像对比：a. 术前PET/CT图像和消融探针(白色箭头)；b. 术中消融后的PET/CT融合图像，PET图像为彩色；c. 术后24小时获得的T1加权MR对比增强图像。

展望超声消融术的影像学评估应用，很可能包括评估治疗对激活抗肿瘤免疫反应影响的方法。目前的一些评估方法包括重复活检或血液标志物，如循环肿瘤细胞或循环肿瘤DNA。HIFU产生的热效应和力学效应可以增强肿瘤抗原向血液和淋巴结的释放，因此在消融后这种检测可能会增强。

原文链接：

https://doi.org/10.34133/2022/9758652

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BMEF(《生物医学工程前沿》)是中国科学院苏州生物医学工程技术研究所(SIBET CAS)与美国科学促进会(AAAS)/Science合作出版的开放获取国际学术期刊。期刊旨在为生物医学工程这一交叉学科提供一个高效的交流平台，以推动领域内的科学家、工程师和临床医学专家及时地交流，共同促进人类健康。关注在致病机理研究和疾病预防、诊断、治疗及评估方面取得的突破性进展，包括概念、设备、材料、组织、过程和方法。致力于报道临床前的基础研究、转化医学和临床研究的成果。

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