影像引导经皮微波消融治疗肿瘤

影像引导经皮微波消融治疗肿瘤

微波是一种电磁波，其波长为1mｍ～1m,频率0。3～300０GHｚ。在生物体组织中，微波能使生物组织中极性分子及离子通过在交变电场中摩擦碰撞而产生热能。早期的微波是作为一种辅助性治疗手段应用于癌症的临床治疗,被称为微波透热疗法。该法始于二十世纪七十年代，其杀瘤的机理是基于肿瘤细胞和正常组织细胞对温度的敏感性不同,利用温热杀伤肿瘤而保存正常组织.二十世纪八十年代中期，微波植入式针状电极研制成功并应用于临床［。该技术早期主要用于肝癌外科手术中的固化切除和固化留置,这大大减少了肝癌切除时的出血,提高了肝癌的手术切除率，推进了肝癌的外科治疗。1９9４年，Seｋｉ报道［在超声引导下经皮穿刺，将微波天线植入瘤体内凝固治疗肝癌获得成功。此后国内外学者相继报道了这一技术的改进和发展。目前在各种影像设备的精确引导和定位下,基于对有效微波热场定量调控，可实现各种肿瘤的原位消融治疗，其远期疗效明显，因此近年来,该方法已日益受到临床的重视，并可望成为治疗实体肿瘤的重要技术。

一. 历史背景

高温治疗肿瘤的历史可以追溯到公元前５世纪的古希腊名医Hippocｒatｅｓ，他曾用温热疗法治疗过肿瘤。在文献记载的资料中,１866年德国医生Busch首先报道一例小儿患面部肉瘤，因感染丹毒高烧后肿瘤消失。其后，１8８4年Brｕns报告一例晚期黑色素瘤，感染丹毒高烧达４0℃以上，持续数日后肿瘤完全消失并存活达8年之久（以上两例均有组织病理诊断）.最著名于世的当推Cｏlｅy（1893)，他采用反复接种链球菌、丹毒等混合细菌毒素，诱发病人高烧38℃~42℃，38例晚期癌，1２例完全治愈,疗效惊人。１8９8年Wesｔcrｍａｒk报道用热水灌注局部治疗晚期宫颈癌获得了一定的姑息疗效。

虽然高温治疗肿瘤的历史悠久，并且显示出很好的苗头,但是在当时历史条件下,科学技术不发达,加温、测温方法原始，设备简陋，使高温治疗技术受到限制，未能在临床实际推广应用。当人类进入20世纪，随着物理学、生物学迅速发展,高温治疗再度兴起。20世纪60年代以来，在基础和临床开展了深入研究，其特点是将高温与化疗或高温与放疗相结合治疗肿瘤取得了重大进展，在临床上已得到相当广泛的应用并且显示出良好的疗效.总之，这类高温治疗仍然是利用癌细胞与正常细胞在生理、病理上的差异,在极限温度（4５℃）内造成癌细胞死亡，而正常细胞得以存活。这类高温治疗每次需时较长（几十分钟或几小时)，并需多次疗程是其不足之处.20世纪70年代,由于各种影像技术的发展，特别是现代超声显像技术的迅速发展，在超声引导下的各种针对肿块的局部热凝固治疗方法突飞猛进,蓬勃发展。其中较突出的是超声引导下经皮穿刺的微波和射频热凝固治疗，在肝癌等已显示出十分突出的疗效,因而引起了临床广泛重视，开始推广应用。很显然，这次热疗的兴起，其核心是针对肿瘤病灶区的适形灭活，依靠高温凝固蛋白质直接造成肿瘤坏死，故称之为热凝固治疗,以区别于历史上的温热疗法．迄今，这一疗法从研究走向临床应用也仅仅只有约10年的历史，然而已显示出在临床肿瘤治疗上的光明前景.

二、 微波消融治疗肿瘤的原理及仪器

（一） 、生物体微波致热机理

微波治疗肿瘤主要是利用微波天线近场的生物致热效应使肿瘤变性从而达到治疗肿瘤的目的。微波的生物加热机制有两种，离子加热与偶极子加热，以偶极子加热为主。在生物体组织中，微波能量通过使组织中极性分子、离子在微波场中极化旋转并不断加速碰撞，这些不断碰撞的分子将产生大量的热能。这些热量足以使肿瘤内的蛋白质变性,从而彻底杀灭肿瘤达到治疗的目的。微波对生物组织加热既与微波本身物理特性相关，又与被加热的生物组织的成份、结构及血流状态等等多种因素相关。由于微波致生物组织加热是这种内源性加热,故具有热效率高,升温速度快,高温热场较均匀，凝固区内坏死彻底等突出优点。

以往大量的研究及我们的实验均证明，正常肝组织在5４℃（1分钟）或6０℃即刻，即可发生不可逆坏死,而肿瘤细胞的耐热性更差。在微波治疗中只要微波天线所形成的温度场能覆盖整个肿瘤区。事实上在临床要大于肿瘤外缘0．５－１。０cｍ人肝癌微波热消融后的病理变化：光镜观察到消融区内癌细胞结构及胞浆结构消失，少数细胞的细胞核结构消失，胞浆模糊不清;坏死区周围部分细胞核固缩变形，胞浆结构模糊。电镜观察到癌细胞所有的膜性结构消失，胞质内细胞器破坏、核固缩等等。胞质内能见到深染的凝集块.总之,热可直接造成了癌细胞的细胞膜、胞浆、细胞器以及细胞核的完全毁坏.目前影像引导下的热消融治疗与传统的温热疗法在治疗方法及机理上均不同，故疗效差异显著。传统温热疗法与热消融治疗比较见表５—1—1。

（二） 影像引导下微波消融肿瘤的仪器

影像引导下经皮微波消融治疗设备包括用于引导的影像设备如：带有穿刺引导架的超声仪或CＴ、MRI等以及用于治疗的微波治疗仪。微波治疗仪一般是由微波发生器─磁振子(mａgｎ、分时多导智能治疗仪、气冷式微波治疗仪、以及水冷式微波治疗仪等多种类型(图5—１—１,图５—１—２）

三 、微波治疗的基础研究及热场的调控

最早的植入式微波治疗天线（微波刀）在组织中所形成的消融区域是自上而下的长条状，直径1—１。５cm．这虽然能在外科止血和组织切割中发挥重要作用，但却难以胜任肿瘤的经皮消融工作。为了实现肿瘤的原位适形灭活,达到更好的临床治疗效果，解放军总医院自上世纪90年代中期就开始了微波热场的相关研究。结果表明对于经皮微波消融治疗最重要的是微波所形成的热场应接近球形,以便在空间上能够完全覆盖肿瘤。

根据生物热传导方程（Penｎes方程）

其中ρ， 为组织和血液密度（ｋg/m3）；Ｃ，Cｂ为组织和血液比热(Ｊ/Ｋｇ／℃)；T、Ｔb为组织和血液温度（℃）；λ为组织的导热率（Ｗ/m/c）；ωｂ为血液灌注率（Kｇ/ｍ3／s),ｑm为代谢率(J／m3／s);qr为单位组织所吸收的微波辐射能(J／m3/ｓ)。

利用体模的实验数据，通过计算机可以真实的再现微波热场的空间形态（图5—1－３A,图5-1—3B),对比活体实验可以得出结论,受热消融的肝组织呈现由中心向外规律性的病理改变，与递减性分布的温度相一致．消融区由植入式微波天线中心向外依次分三层：中心区大于１０0℃,为紧贴天线的黑褐色炭化带；消融坏死区呈致密灰褐色，其外缘温度为６1。95±5。81℃；其外为充血反应带，边缘温度为52．90±℃。我们研制的专用辐射天线,实现了对有效微波热场的球形调控，单根电极辐射最大热凝固直径达２。6—3。9ｃｍ，双根电极辐射最大热消融直径达4。0至6。0cm，并且中心碳化带和外周充血带小,消融坏死区大，消融区内坏死均匀、彻底。这些特性为肝癌的介入治疗提供了较好的技术条件(图5—1—４Ａ,图5－１—4B）.

四、临床应用 b目前影像引导下的微波消融治疗在临床上已先后应用于肝癌、肺癌、肾癌、脑胶质瘤以及脾功能亢进的治疗,尽管一些脏器病变的远期疗效尚需观察,但以肝癌为例其临床应用已经较为成熟，并取得了很好的远期效果.

(一)肝癌微波消融治疗的适应证和禁忌证:

微波消融治疗肝癌可采用经皮或术中消融两种方式，但无论采用哪种方式，超声引导下准确地摆放微波辐射天线,保证完全性凝固坏死区覆盖整个肿瘤，是保证疗效的关键.根据不同的病情，治疗目的也不同。适应证可分为三类：根治性治疗、亚根治性治疗及姑息性治疗.

1、根治性治疗

A. 单发肿瘤，肿瘤最大直径≤5cｍ

B. 多发肿瘤，肿瘤数目≤３个，肿瘤最大径≤3cm。

C. 无全身或局部转移

D. 距周边重要结构(如左右肝管、胆囊、胃肠等）≥

E. 肝功能Child分级Ａ或B级，无腹水或少量腹水。

2、亚根治性治疗

对于达不到上述根治性条件的患者,一部分病人可以进行多点或多次治疗,或是与其它治疗方法联合应用,力争达到肿瘤的完全性坏死，属亚根治性治疗。

A. 单发肿瘤,肿瘤最大直径≥５cm，但一般≤8ｃm。可先行肝动脉导管栓塞化疗,阻断肿瘤的供血血管，再行微波治疗。这有助于提高热效率增大消融范围。

B. 多发肿瘤,肿瘤数目≤5枚，肿瘤最大直径≤5ｃm。如血供不丰富,可直接行微波治疗；如血供丰富可先行肝动脉导管栓塞化疗，再行微波治疗．

C. 有们脉癌栓,但癌栓局限于门静脉三级分支以下,通过微波可直接阻断该段血流,先消融癌栓,再消融病灶。

D. 肝转移癌无论单发或多发肿瘤,需与全身化疗或内分泌治疗，并应注意原发灶的情况。

E. 肿瘤靠近肝门部胆管、胃肠管时，为预防外微波高温区造成上述结构的损伤，或肿瘤靠近大血管时，形成“冷区”，留有残癌可先行肿瘤局部注射无水乙醇治疗,再行微波治疗．

3、姑息性治疗

一部分病人肿瘤较大较多，既无法手术治疗或者手术中无法切除，而且采用其它方法如肝动脉化疗栓塞、放疗等疗效有限的病人。治疗的目的主要是降低肿瘤负荷,以减缓病情，减少痛苦并延长生命,属姑息性治疗。这类患者往往病情重、肿瘤大、肿瘤数目较多,微波治疗中首先要考虑安全性，酌情进行减瘤治疗。每次消融体积不宜过大,治疗肿瘤数目不宜过多,注重对肿瘤周边区的消融。

由于肝癌病情复杂性和个体对治疗反应的差异，上述三种方式没有绝对的区分分界限。如有些治疗前为根治性治疗组的患者在治疗中发现新的转移病灶,即可能转为亚根治性治疗。而随着各项技术手段和方法的开展，今天的亚根治性治疗患者明天也可能变成为根治性治疗的对象。

禁忌证:该方法无绝对禁忌症.但以下情况应慎用.

1、有严重心、肺功能障碍及肝功能C级病人不能耐受手术的.

2、有严重的凝血功能障碍,血小板<70×１０9／L,凝血酶原活动度＜４0％,经输血、给予止血药等治疗仍无改善．

3、大量腹水，经保肝、利尿等治疗治疗后肝前仍有较多腹水.

4、肝性脑病较重,神智恍惚者.

5、肿瘤体积过大如超过肝脏体积的２/3或弥漫性肝癌.

有全身任何部位的急性或活动性的感染病变,待感染控制后方可治疗。

（二)器具和术前准备

1. 器具:

1）超声仪:在各种影像设备中配有穿刺引导装置的实时超声诊断仪，对于消融治疗的引导最为适用,其主要特点穿刺探头小巧,操作灵便非常易用于临床.

2）微波仪：

➢ 根据发射频率可分为2４５0ＭHz,和91５ＭHｚ。

➢ 微波天线：可分为需引导及无需引导两种,天线杆部经防粘处理的辐射天线，天线长一般可调通常2５－３０ｃm。 ➢ 微波治疗中温度的测量采用微波仪上配置的20G热敏电阻测温针。

➢ 其他物品还包括消毒包、治疗盘、冰袋、脱敏蝶形胶布等

2. 术前准备：

1）血尿便常规检查：应特别注意血小板和白细胞血小板>4ｘ１09/Ｌ，白细胞>２x10９/Ｌ的前提下进行。

2）凝血五项:包括血浆凝血酶原时间（PT）、血浆活化部分凝血酶原时间(AＰＴT)、血浆凝血酶原活动度（ＰA)、血浆纤维蛋白原（FIＢ)、国际标准化比值(ＩNR)五项．微波治疗要求患者凝血酶原时间<30S,凝血酶原活动度〉40％.

3）肝功能及血清酶学检查.如治疗前血清白蛋白〈2５ｇ／Ｌ，应适当补充白蛋白.血清胆红素是反应肝功能的重要指标，治疗前血清总胆红素应<50umol/L，否则应给予保肝利胆治疗。

4）肿瘤标志物的检查：包括甲胎球蛋白(ＡＦＰ）、癌胚抗原（CEA）及CA19-９等的变化。