三維可視化系統評估微波消融治療原發性肝癌療效的應用價值

王 巖，董立男，劉方義，梁 萍

1 解放軍醫學院，北京 100853；2 解放軍總醫院第一醫學中心 介入超聲科，北京 100853

微波消融治療近些年已逐漸被美國國立綜合癌癥網絡指南(National Comprehensive Cancer Network，NCCN)、巴塞羅那臨床肝癌指南(Barcelona Clinic Liver Cancer)、中國肝癌診療指南等多個國內外指南推薦為早期肝癌的一線治療方法，可達到與外科手術相當的療效[1-4]。其中超聲引導的經皮微波消融治療具有產熱快、手術時間短等優勢，在國內外多家醫院用于治療原發性肝癌[5-7]。然而部分患者在治療后遠期隨訪中(18個月內)出現了腫瘤局部進展(local tumor progress，LTP)[8]。多項研究表明，肝癌消融術后出現LTP的影響因素主要包括腫瘤空間結構復雜、邊界顯示不清、治療未達安全消融邊界(safety ablation margin，SAM)等，其中治療未達SAM是腫瘤遠期發生LTP的重要危險因素[9]。SAM是指超過原發性肝癌腫瘤5 mm的組織區域，理想情況下在消融治療時應將該組織區域完全滅活[10]。其中消融療效按SAM分為以下三級：A0，SAM＞5 mm；A1，0 mm＜SAM＜5 mm；A2，SAM＜0 mm。其中A0、A1實現了腫瘤完全滅活，A2為腫瘤治療殘余。在臨床工作中，往往由醫師通過肉眼觀察術前術后增強MRI影像中腫瘤及消融灶的邊界，來判斷腫瘤是否實現完全消融及消融區是否達到SAM，這需要醫師具備較強的三維空間構想能力，而且醫師對于消融邊界難以量化，導致評估結果因人而異[11]。為了提高療效評估的準確率，國內外多個研究團隊在影像融合配準方面進行了研究，通過CT + CT、MRI + MRI或US + CT/MR等影像融合配準的方式來判斷消融治療是否徹底，對評估消融療效的準確率有了一定程度的提高[12-13]。但這些評估方法都是基于二維影像，未能實現影像的三維可視化，且未對腫瘤消融邊界做出量化分析。以往三維可視化的研究是采用剛性配準的方法進行圖像后處理[14]。但肝經過治療存在位移及形變，故剛性配準不適用于肝的術前術后配準。三維可視化手術系統(中國珠海Hokai公司)是一款基于MITK的三維可視化軟件，可進行消融治療術前規劃及手術療效評估[15]，通過三維重建及非剛性的自動配準融合功能，實現對消融療效的精準、量化評估和分析[16-19]。本研究通過對比三維可視化配準與二維增強MRI評估原發性肝癌消融療效的準確率，驗證三維可視化配準評估消融療效的準確率，為臨床應用提供參考。

資料與方法

1資料來源 選取2017年6月- 2019年6月于解放軍總醫院第一醫學中心介入超聲科進行超聲引導下經皮微波消融治療原發性肝癌的158例患者的臨床資料。納入標準：1)穿刺活檢病理診斷為原發性肝癌；2)首次消融治療腫瘤病灶；3)具備術前4周內和術后1周內增強MRI資料；4)未接受手術或其他消融治療。排除標準：1)有嚴重的心、肺、腎功能障礙；2)術前、術后影像資料缺失；3)術前與術后影像模態不一致。經過篩查，最終將137例患者納入本研究。

2治療方法 137例患者接受的超聲引導經皮微波消融治療均由本科室副高級以上醫師執行，使用彩色多普勒和灰階超聲選擇安全的穿刺點。經過靜脈誘導麻醉和局部麻醉，在超聲引導下將消融針穿刺入腫瘤，消融區域為腫瘤及其周圍5 mm以上的組織邊界。消融過程中，遵循由深及淺、由遠及近的原則，降低汽化強回聲對實時超聲監測的影響。消融術中微波功率設置為50 ~ 60 W，治療時間為5 ~ 10 min，當高回聲帶完全覆蓋消融區域時，消融結束。

3療效評估方法 獲取所有患者術前4周及術后1周內的增強MRI資料，同時進行兩種不同方法的評估。評估過程中，患者治療信息對評估醫師保密。1)三維評估：三維組由一名初級醫師(臨床介入經驗5年以下)使用三維可視化系統進行腫瘤消融療效評估。醫師將患者術前、術后增強磁共振的DICOM圖像導入三維可視化系統中，選擇術前、術后增強MRI的延遲期圖像，對術前腫瘤、肝內血管及術后圖像中的消融灶等感興趣區域(ROI)進行臟器分割和三維重建，不同ROI可以選擇不同顏色加以區分，并通過改變透明度實現ROI增強和弱化的可視效果，重建完成后使用術后評估功能，進行圖像配準(圖1)。本系統采用了基于logdemons配準模型的非剛性自動配準方式，通過將術前術后三維圖像配準，消融灶對腫瘤覆蓋情況清晰可見，同時系統生成融合圖像分析結果，按A0、A1、A2的消融療效分組，并記錄對應例數。2)二維評估：二維組為一名副高級醫師(臨床介入經驗15年以上)通過二維增強MRI閱片進行腫瘤消融療效評估。醫師通過術前、術后二維增強MRI并列對比的方式，判斷消融區是否完全覆蓋腫瘤及達到安全消融邊界，評估結果不確定時，由正高級醫師(臨床介入經驗30年以上)評估得出結果，按A0、A1、A2的消融療效分組，并記錄對應例數。

圖1 三維影像配準評估消融術后療效Fig.1 Three-dimensional image registration to evaluate postoperative efficacy after ablation

4評價指標及隨訪 主要評價指標為評估消融療效的準確率，次要評價指標為判斷腫瘤發生LTP的準確率、敏感度、特異性。患者術后第1個月、第4個月進行復診，確認無復發或進展情況后，每隔6個月復診1次，每次復診包括常規實驗室檢查及影像學檢查，以全面評估患者有無腫瘤局部進展，隨訪截止時間為2020年12月。

5統計學分析 采用SPSS26.0軟件進行統計分析。計算兩種評估方式的準確率、敏感度、特異性等診斷學評價指標，兩組率的比較采用χ2檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1一般資料及隨訪情況 共納入原發性肝癌患者137例，男性98例，女性39例；年齡12 ~ 81(60.7±10.69)歲；腫瘤毗鄰重要臟器結構15例，腫瘤毗鄰肝表面13例。截止到2020年12月，隨訪結果中發生LTP的患者22例，未發生LTP的患者115例，無死亡病例。見表1。

表1 137例肝癌患者治療前后臨床資料Tab. 1 Clinical data about 137 patients with liver cancer before and after treatment

2兩種評估結果比較 三維可視化組術后1周消融邊界評估結果：A091例，A126例，A220例；二維增強MRI組術后一周消融邊界評估結果：A0109例，A117例，A211例。使用χ2檢驗分析兩種評估方法與療效評估結果的關系(P=0.041)，提示不同方法對消融療效的評估結果不同。根據19.3±9.26(1.3 ~ 26)個月的隨訪結果顯示，發生LTP患者22例，三維可視化和二維增強MRI預測LTP的準確率不同(98.5%vs92.0%，P=0.006)；敏感度分別為90.9%、50.0%(P=0.006)，特異性、陽性預測值兩組均為100%，陰性預測值分別為98.3%、91.3%(P=0.009)。見表2。

表2 肝腫瘤消融術后兩種評估方法比較Tab. 2 Comparison of diagnostic performance of the two assessment methods after liver tumor ablation

討 論

文獻報道，微波消融治療后3年的復發率為46.8%，在短期療效上明顯優于射頻消融，但復發率仍然較高[2,15]。目前復發率如此高的原因尚未明確，既往報道消融邊界與LTP密切相關，因此治療中保證足夠安全的消融邊界，對預防腫瘤消融后發生LTP具有重要意義。然而在臨床治療中，并非所有腫瘤都能達到5 mm消融邊界，當腫瘤形狀不規則時，消融熱場可能會覆蓋不完全；當腫瘤毗鄰大血管、膽管、胃腸道等重要臟器結構時，通常采取降低消融功率和縮短治療時間等保護措施，這些因素都會導致腫瘤組織滅活不夠徹底[9]。而且臨床醫師在進行消融療效評估時，由于肉眼觀察難以界定消融邊界，加之對臨床經驗的主觀依賴，存在判斷消融療效不準確的風險，因此準確地評估消融療效、量化消融邊界，是肝癌微波消融治療的重要環節，及時有效并準確地療效評估一定程度上能夠降低腫瘤發生LTP的風險。

以往對腫瘤的消融療效評估是由醫師通過肉眼觀察二維增強MRI圖像中的消融灶是否完全覆蓋腫瘤，但這樣的評估結果往往具有主觀性和片面性，且對腫瘤的消融效果評估不準確。近年來醫療影像的三維可視化技術逐漸興起，本研究團隊參與自主研發的三維可視化系統實現了對二維影像的三維重建與分割，將術前肝、腫瘤與術后肝、消融區的三維圖像進行融合配準[10]。配準過程通過病變重心與其非線性體積進行自動位置匹配，并基于適當的解剖標志，如血管分支進行融合配準。為了獲得高精度的配準結果，對圖像配準增加了人工交互，最終由系統生成消融療效分析結果，可量化腫瘤及消融區域重疊范圍的差異，明確腫瘤殘余位置。三維可視化系統相比二維增強MRI對消融療效評估的準確率、敏感度和特異性更優，且該方式的評估結果與腫瘤預后結果具有更好的一致性，體現了三維可視化精準、量化的技術優勢。

本研究證實了三維可視化技術在腫瘤消融療效評估應用中的可行性和科學性，對肝腫瘤消融患者的臨床治療具有重要指導意義。但本研究依然存在局限性：消融邊界不足是腫瘤遠期局部進展的諸多因素之一，本研究將其作為獨立危險因素進行分析，不能確定本原因在腫瘤發生LTP中的重要程度，應進行大樣本量、前瞻性的消融療效評估研究來驗證消融后安全邊界對腫瘤發生LTP的影響。

三維可視化技術提供的醫工融合交互方式，使得醫師可以通過對圖像進行半自動分割和非剛性配準來實現腫瘤消融療效的量化評估，在一定程度上提高了腫瘤消融療效評估的精準性，給患者的臨床治療和預后判斷帶來了重要指導意義，將肝癌的微波消融治療推向了更加精準的新高度。

利益沖突：所有作者均聲明本研究不存在利益沖突。