Acoustic properties of HIFU ablation for uterine fibrods with different T2WI signal

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(State Key Laboratory of Ultrasound Engineering in Medicine Co-founded by Chongqing and the Ministry ofScience and Technology, Chongqing Key Laboratory of Ultrasound in Medicine and Engineering，College of Biomedical Engineering, Chongqing Medical University, Chongqing 400016， China)

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·基礎(chǔ)與實驗研究·

Acoustic properties of HIFU ablation for uterine fibrods with different T2WI signal

LIFei,RANJianbo,HUANGHaoran,WANGZhengyi,XUJie,LIFaqi*

(StateKeyLaboratoryofUltrasoundEngineeringinMedicineCo-foundedbyChongqingandtheMinistryofScienceandTechnology,ChongqingKeyLaboratoryofUltrasoundinMedicineandEngineering，CollegeofBiomedicalEngineering,ChongqingMedicalUniversity,Chongqing400016，China)

ObjectiveTo explore the acoustic properties of HIFU ablation for uterine fibrods with different T2WI signal. MethodsTotally 45 fibroid specimens were collected. The uterine fibroids were subdivided into hypo-intense group, iso-intense group and hyper-intense group based on signal intensity on T2WI MR before surgery. The specimens were underwent the sound velocity and sound attenuation detection by using a pulse-echo technique. ResultsThe hypo-intense, iso-intense and hyper-intense uterine fibroids were 7, 9, 29, the sound velocity of the three types uterine fibroids were (1 597.86±15.17)m/s, (1 586.70±10.83)m/s, (1 576.57±10.06)m/s, there was a significantly statistics difference among hypo-intense and hyper-intense groups, and between iso-intense and hyper-intense groups (allP<0.05); the sound attenuation of three types uterine fibroids were (4.03±1.34)dB/cm, (2.54±1.17)dB/cm, (1.04±0.66)dB/cm, there was a statistically significantly difference between hypo-intense, iso-intense and hyper-intense groups (bothP<0.05), and between hypo-intense and iso-intense groups (P<0.05). ConclusionThe differences among uterine fibroids with different T2WI signal in sound velocity and sound attenuation may be one of the important factors of causing the efficacy difference when ablating uterine fibroids by HIFU.

Uterine fibroids; High-intensity focused ultrasound ablation; Magnetic resonance imaging; Sound velocity; Sound attenuation

子宮肌瘤因常伴月經(jīng)量增多、經(jīng)期延長、痛經(jīng)、繼發(fā)貧血、不孕等癥狀而需進行臨床治療。與手術(shù)治療相比， HIFU因其安全、有效、無創(chuàng)、可保留子宮完整性等特點，在臨床應(yīng)用中展現(xiàn)出良好的前景。研究[1]表明，根據(jù)術(shù)前MR T2WI信號強度可對子宮肌瘤HIFU消融的療效進行評價；在T2WI低、等、高信號子宮肌瘤中，對低、等信號肌瘤容易消融，而對高信號肌瘤消融較困難[2-5]。Bhatia等[6]對子宮肌瘤的聲學(xué)性質(zhì)進行分析，發(fā)現(xiàn)子宮肌瘤個體間組織聲速和聲衰減差異較大，但子宮肌瘤MR T2WI不同信號組織聲學(xué)性質(zhì)的研究鮮見；HIFU治療時，聲衰減和聲速是影響將超聲能量轉(zhuǎn)化為熱能的重要因素[7]。因此，本研針對聲衰減和聲速，通過對不同T2WI信號子宮肌瘤離體組織的聲學(xué)性質(zhì)測量，探討導(dǎo)致HIFU不同T2WI信號子宮肌瘤療效差異的原因。

1　材料與方法

1.1一般資料收集2014年12月—2015年6月在重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院婦科經(jīng)外科手術(shù)切除的子宮肌瘤標本45個。所有患者術(shù)前均接受常規(guī)MR T2WI檢查，并經(jīng)2名有多年經(jīng)驗的專業(yè)醫(yī)師按照Zhao等[4]的分類標準將肌瘤分為T2WI低信號(信號強度與骨骼肌大致相當(dāng))、等信號(信號強度高于骨骼肌，但低于子宮肌壁)、高信號(信號強度等于或大于子宮肌壁)3類。術(shù)后立即將標本放入4℃生理鹽水并送檢。

1.2組織聲學(xué)性質(zhì)測量采用脈沖插入取代法測量組織的聲學(xué)性質(zhì)[8]，主要儀器包括：數(shù)字示波器(Tektronix科技有限公司)，信號發(fā)生器(OLYMPUS公司)，BCU-74-6W水浸式探頭線(OLYMPUS公司)，2個1.0 MHz BCU-74-6W水浸式探頭(OLYMPUS公司)，1個作為發(fā)射換能器T1，1個作為接收換能器T2(圖1)。測試水槽中加入適量的脫氣生理鹽水，加熱生理鹽水的溫度至37℃并保持該溫度。連接檢測裝置，其中發(fā)射換能器T1與接收換能器T2同軸相向浸于作為耦合媒質(zhì)的恒溫脫氣生理鹽水，在換能器T1和T2之間聲程內(nèi)置入組織樣品裝置S(其兩端為敷以透聲薄膜的窗口)，保持T1輸出聲壓信號不變。首先，記錄未放入樣品組織時T2接收的聲壓脈沖信號p1及相應(yīng)的聲傳播時間t1；然后，在裝置S內(nèi)放入厚度為D的子宮肌瘤標本，當(dāng)組織標本復(fù)溫至37℃時，記錄此時T2接收的聲壓脈沖信號p2及相應(yīng)的聲傳播時間t2。按以下公式計算子宮肌瘤組織的聲速及聲衰減系數(shù)。

式中：cw為水中的聲速，本研究中水溫恒定為37℃，cw為1 540m/s；Δt表示樣品組織取代水時所引起的超聲脈沖中的射頻載波時移，即Δt=t2-t1。

圖1　聲速和聲衰減測試裝置示意圖

2　結(jié)果

2.1T2WI信號分類45個肌瘤標本中，低信號肌瘤7個，等信號肌瘤9個，高信號肌瘤29個(圖2)。

2.2組織聲速檢測結(jié)果T2WI低、等、高信號肌瘤組織聲速分別為(1 597.86±15.17)m/s、(1 586.70±10.83)m/s、(1 576.57±10.06)m/s；低信號肌瘤組織與高信號肌瘤組織比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=5.038，P=0.009)；等信號肌瘤組織與高信號肌瘤組織比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=0.951，P=0.014)。

2.3組織聲衰減檢測結(jié)果T2WI低、等、高信號子宮肌瘤組織的聲衰減分別為(4.03±1.34)dB/cm、

圖2　不同T2WI信號子宮肌瘤MRI圖像　A.低信號； B.等信號； C.高信號

(2.54±1.17)dB/cm、(1.04±0.66)dB/cm；高信號肌瘤組織與低信號(F=10.673，P=0.002)、等信號 (F=7.255，P=0.004)肌瘤組織比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義；低信號肌瘤組織與等信號肌瘤組織比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=0.303，P=0.041)。

3　討論

子宮肌瘤是女性生殖系統(tǒng)最常見的良性腫瘤，其發(fā)病率占育齡期婦女的20%～25%[9]。手術(shù)切除是臨床最常用的子宮肌瘤治療方法，但因其無法保留子宮的完整性和難以滿足育齡期婦女生育要求，越來越多的患者開始尋求一種新的非侵入性治療方式。HIFU治療以其安全、有效、無創(chuàng)、可保留子宮完整性等優(yōu)點而受到臨床廣泛關(guān)注，并展示出良好的應(yīng)用前景。臨床研究[2-5]表明，不同MR T2WI信號子宮肌瘤的HIFU消融療效存在差異，對大部分肌瘤HIFU消融療效較好，而對部分肌瘤HIFU消融較困難，甚至增大劑量也難以達到理想的效果。而對于導(dǎo)致這種消融療效差異的原因目前報道較少，且多為對不同T2WI信號子宮肌瘤的病理結(jié)構(gòu)及成分的分析[10-11]。在HIFU治療中，組織聲衰減和聲速是影響超聲能量沉積和轉(zhuǎn)化為熱能的重要因素[7]。因此，本研究檢測不同T2WI信號子宮肌瘤離體組織的聲速和聲衰減，結(jié)果表明低、等、高3種T2WI信號子宮肌瘤的聲速值呈下降趨勢，低信號肌瘤聲速值明顯高于高信號肌瘤(P<0.05),等信號肌瘤聲速值與高信號肌瘤比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；3種T2WI信號子宮肌瘤聲衰減值也呈下降趨勢，低、等信號肌瘤聲衰減值明顯高于高信號肌瘤(P<0.05)，低信號肌瘤聲衰減值與等信號肌瘤比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。盡管Bhatia等[6]未對子宮肌瘤進行分類，但本研究結(jié)果與其發(fā)現(xiàn)的子宮肌瘤個體之間組織聲速與聲衰減差異較大相一致。

HIFU治療的原理是將體外低能量超聲聚焦于體內(nèi)靶區(qū)組織，通過將聲能轉(zhuǎn)化為熱能使焦域內(nèi)瞬間產(chǎn)生高溫(60～100℃)，導(dǎo)致焦域內(nèi)組織凝固性壞死，從而達到消融目的[12]。組織聲速和聲衰減將影響聚焦超聲的傳播和聲熱能量轉(zhuǎn)換。組織聲速與聲阻抗呈正比，聲速越大則聲阻抗越大，聲波轉(zhuǎn)化為熱的能力將增加[13]。而生物組織的超聲衰減由擴散衰減、吸收衰減和散射衰減3部分組成，組織聲衰減越大，相應(yīng)的聲吸收也較大，其中超聲吸收通過熱傳導(dǎo)吸收、黏滯吸收和弛豫吸收3種方式將超聲能量吸收和轉(zhuǎn)化為熱能[8]。本研究發(fā)現(xiàn)低、等、高3種T2WI信號子宮肌瘤的聲速值呈下降趨勢，同時低、等、高三種T2WI信號子宮肌瘤的聲衰減也呈下降趨勢，提示低、等、高3種T2WI信號子宮肌瘤吸收超聲能量轉(zhuǎn)化為熱能的能力呈下降趨勢，可能導(dǎo)致在T2WI低、等、高信號子宮肌瘤中，對T2WI低、等信號肌瘤容易消融，而對高信號肌瘤消融較困難。

綜上所述，HIFU治療不同T2WI信號子宮肌瘤療效存在差異，可能是導(dǎo)致HIFU消融不同T2WI信號子宮肌瘤療效差異的重要原因。

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國家自然科學(xué)基金(11574039、11274404)、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(2011CB707900、2012CB722402)。

李非(1992—)，女，山西運城人，在讀碩士。研究方向：超聲醫(yī)學(xué)。E-mail： LF_9204@163.com

李發(fā)琪，重慶醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 省部共建超聲醫(yī)學(xué)工程國家重點實驗室培育基地 超聲醫(yī)學(xué)工程重慶市重點實驗室，400016。

2016-03-02

2016-04-14

10.13929/j.1672-8475.2016.07.011

HIFU消融不同T2WI信號子宮肌瘤療效差異的組織聲學(xué)性質(zhì)

李非，冉劍波，黃浩然，王正義，徐杰，李發(fā)琪*

(重慶醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 省部共建超聲醫(yī)學(xué)工程國家重點實驗室 超聲醫(yī)學(xué)工程重慶市重點實驗室，重慶400016)

目的探討HIFU消融T2WI低、等、高信號子宮肌瘤組織聲衰減和聲速的差異。方法收集經(jīng)手術(shù)切除的子宮肌瘤標本45個。對患者術(shù)前行MR檢查，根據(jù)T2WI信號強度將肌瘤分為低信號、等信號、高信號3種類型。采用插入取代式脈沖傳輸法測量肌瘤標本的聲速和聲衰減。結(jié)果45個子宮肌瘤標本中，T2WI低信號肌瘤7個，等信號肌瘤9個，高信號肌瘤29個，其組織聲速分別為(1 597.86±15.17)m/s、(1 586.70±10.83)m/s、(1 576.57±10.06)m/s，低、等信號肌瘤組織與高信號肌瘤組織比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)；聲衰減分別為(4.03±1.34)dB/cm、(2.54±1.17)dB/cm、(1.04±0.66)dB/cm，低和等信號肌瘤組織與高信號肌瘤組織、低信號肌瘤組織與等信號肌瘤組織比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)。結(jié)論T2WI低、等、高信號子宮肌瘤組織聲速、聲衰減的差異可能是導(dǎo)致HIFU消融子宮肌瘤療效差異的重要原因。

子宮肌瘤；高強度聚焦超聲消融；磁共振成像；聲速；聲衰減

R445.2; R737.33

A

1672-8475(2016)07-0434-04

E-mail: lifaqi70@163.com