腫瘤熱診進展的系統回顧

彭鰜僑 何 健 郭志華

1.暨南大學附屬江門中醫院 江門骨科研究所運動醫學科，廣東江門 529000；2.廣州中醫藥大學附屬佛山中醫院小兒骨科，廣東佛山 528100；3.廣州醫科大學附屬第一醫院胸外科 國家呼吸醫學中心，廣東廣州 510120

腫瘤由于細胞高速增殖及毒性因子作用，局部血液循環加速導致溫度高于正常組織，但在腫瘤的中晚期由于腫瘤中心液化壞死也會出現低溫，測溫可以作為局部升溫疑似腫瘤的判斷依據。在腫瘤的各種診斷中，熱診斷因為特異性不強而只作輔助手段，雖然初診以影像診斷為主，活檢才是終診的金標準，如何克服熱診的短處是個難點。本文對熱診作出系統回顧，無論對學術研究和臨床醫療都起到綜合指引作用。

工業技術的進步引領著熱診能力的不斷提高，圍繞光學、聲學、電學、磁學、信息學等層面的各種熱診手段推陳出新，達到分子影像學水平。熱診測溫準確率的提升也為隨之而來的熱療提供必不可少的數據。

1 微波輻射診斷

Enander 等[1]1974 年提出微波輻射在0.9～1.2 GHz頻率下測量體溫，原理是以微波輻射計接收體內熱輻射信號，從中反映目標區域溫值[2]。有研究驗證了良惡性腫瘤介電常數的差別（惡性∶良性=10∶1）[3]，但微波輻射法穿透組織較淺，對深部腫瘤的探查診斷效果有限。

2 電阻抗診斷

醫學電阻抗（electrical impedance tomography，EIT）測溫遵循生物組織與器官的電特性變化規律來提取與生理、病理相關的生物醫學信息。當正常組織癌變時，組織電阻抗特性也發生變化，這種變化在組織尚未出現結構性改變之前可為EIT 所檢測[4]，1978 年，Webster 教授首先提出生物EIT 成像概念，組織之間存在的EIT 差異通過施加微小電流、測量表面電壓，然后以重構EIT 斷層圖描出溫度。Barter 等[5]測量在50 MHz～0.9 GHz 范圍內的內臟（如乳房）介電常數和電導率，發現乳腺癌的電導率為正常乳房的6.4 倍，介電常數升至3.8 倍。2017 年Rolfe 等[6]探討了旋轉電阻層析成像，通過提高圖像分辨度來辨別兩種腫瘤混合體。2019 年Latikka 等[7]開發了檢測活體腦組織的電阻，在腦瘤術中檢測腦膜瘤、膠質瘤時發現腫瘤有不同的電特性，EIT 值有助于腫瘤類型的鑒別診斷[8]。

3 紅外線診斷

紅外熱像儀接收人體發出的紅外線輻射，測定目標與其背景間的紅外線差異圖像，可在發病初期發現可疑病變（圖1）[9]。我國在2000 年首先提出熱層析成像，應用生物傳熱理論（pennes bioheat transfer equa tion，PBTE）簡化Pennes 模型獲得深度熱源的三維溫度場分布。PBTE 在機體獲取熱像能量繼而轉遞的過程遵循：ρCt=k?2T-WCb（T-Tblood）+Q{ρ=組織密度（kg/m3），Ct=組織熱度[J/（kg·℃）]/Cb=血流熱度[J/（kg·℃）]，T=組織熱度（℃）/Tblood=血流熱度（℃），k=熱傳導參數[W/（m·℃）]，W=灌注參數[kg/（m3·s）]，Q=功率沉積密度（W/m3）}。2016 年趙毅斌[10]通過鉬靶X線攝影、超聲成像的比較，證實了熱層析方法的臨床價值，用于乳腺、皮膚等淺表部位的腫瘤探測，但診斷率不高。

4 超聲測溫診斷

超聲測溫的原理是在不同溫度下射入不同組織時灰度值存在差異，通過對反射回波在時域、頻域或能量域的分析，根據輻射前、后的紋理和灰度標定溫度[11]。Chen 等[12]在2014 年在物理模型結合統計模型下用B超射頻測溫和熱成像，獲得較高的溫度分辨率。有研究[13]提出Gabor 變換和灰度－梯度共生矩陣測溫法，除噪、提取矩陣獲得溫度特征參數，在2019 年對離體豬心激光消融，證明了超聲熱成像測溫診斷可行[14]。

5 磁共振測溫診斷

水分子在磁場照射下發生磁共振，磁共振成像參數也隨著溫度變化，所以，通過測量成像參數[包括擴散系數（D）、質子共振頻率漂移（proton resonance frequency shift，PRFS）、縱向弛豫時間（T1）]重構體內熱像（magnetic resonance thermal imaging，MRTI 或MRT）。Bloembergen 等[15]發現了基于自旋晶格弛豫時間的測溫法，即溫度與MRI 高速T1加權序列T1 有依賴，每升高1℃，信號強度下降0.5%～1.1%。Han 等[16]在2015年用UTE-MRI 量化了化離體皮層骨T1 隨溫度變化的關系。以1 MHz 頻率，256 單元，13 cm 曲率半徑，2 mm×2 mm×8 mm 焦斑FWHM的相控陣變頻器（miniannular phased array，MAPA）來輔助高強度聚焦超聲對組織的加熱，然后用與MAPA 匹配的MRI（TIM Trio，Siemens，Germany）掃描人體可獲三維熱圖。這些熱值較為準確，對腫瘤診斷有相當價值。

6 有限元模型驗溫

Stauffer 等[17]在2014 年以高頻結構模擬器模擬電磁連接有限元（Finite Element）熱軟件E-Physics，制作可隨溫變量灌注的同質幻影（homogeneous phantom）熱模型，在腫瘤內以特殊吸收速率（specific absorption rate，SAR）為指標驗證MAPA 敷抹器上的140 MHz 柱狀射頻對腫瘤的加熱能力。測得SAR 結果1℃/cm3與MRT 所測的升溫分布高度一致，在高溫熱療監測過程中，誤差每立方厘米只有1℃[17]。MRT 溫的校驗提高了診斷準確率，見圖2。

7 質子共振頻率測溫

PRFS 測溫法用溫度與PRF的線性關系測溫。Hidman 等[18]于1966 年首先發現了水分子PRFS 與溫度的關系，隨后被Pooter 應用于核磁測溫[19]。Waldemar等[20]在體模實驗中用FE 序列掃描溫度的誤差＜1℃。Ahrar 等[21]于2011 年用基于梯度回波的相位差成像及PRFS的溫度敏感性監測骨腫瘤的激光消融。2017年Jonathan 等[22]提出混合徑向EPI 溫度映射脈沖序列測溫的精度≤1℃。Bever 等[23]于2018 年選用梯度回波分段回聲的平面成像脈沖序列和雙極運動編碼梯度，通過基線減法計算PRFS的溫度值改善了時間分辨率，利用時間約束重建法每隔4.7 s 測得溫度位移圖，監測溫度和位移是熱療的重要評估指標。

8 磁共振質子波譜測溫

最近有研究發現分子擴散與溫度相關，水分子擴散系數D 可以體現布朗運動，每升高1℃，水分子擴散系數大約升高2%。以“水N-乙酰天冬氨酸頻移”法為核心的多體素磁共振質子波譜成像技術，可測顱內溫度熱成像如下圖3，對深部腫瘤的診斷很有意義[24-25]。

綜上，各種無損測溫診斷處于實驗階段，以MRTI深探瘤溫最為有效，其與PRFS 結合的PRFS-MRTI 以高分辨率、精準定位著稱，值得臨床進一步探討。