三维可视化系统评估微波消融治疗原发性肝癌疗效的应用价值

王 岩，董立男，刘方义，梁 萍

1 解放军医学院，北京 100853；
2 解放军总医院第一医学中心 介入超声科，北京 100853

微波消融治疗近些年已逐渐被美国国立综合癌症网络指南(National Comprehensive Cancer Network，NCCN)、巴塞罗那临床肝癌指南(Barcelona Clinic Liver Cancer)、中国肝癌诊疗指南等多个国内外指南推荐为早期肝癌的一线治疗方法，可达到与外科手术相当的疗效[1-4]。其中超声引导的经皮微波消融治疗具有产热快、手术时间短等优势，在国内外多家医院用于治疗原发性肝癌[5-7]。然而部分患者在治疗后远期随访中(18个月内)出现了肿瘤局部进展(local tumor progress，LTP)[8]。多项研究表明，肝癌消融术后出现LTP的影响因素主要包括肿瘤空间结构复杂、边界显示不清、治疗未达安全消融边界(safety ablation margin，SAM)等，其中治疗未达SAM是肿瘤远期发生LTP的重要危险因素[9]。SAM是指超过原发性肝癌肿瘤5 mm的组织区域，理想情况下在消融治疗时应将该组织区域完全灭活[10]。其中消融疗效按SAM分为以下三级：A0，SAM＞5 mm；
A1，0 mm＜SAM＜5 mm；
A2，SAM＜0 mm。其中A0、A1实现了肿瘤完全灭活，A2为肿瘤治疗残余。在临床工作中，往往由医师通过肉眼观察术前术后增强MRI影像中肿瘤及消融灶的边界，来判断肿瘤是否实现完全消融及消融区是否达到SAM，这需要医师具备较强的三维空间构想能力，而且医师对于消融边界难以量化，导致评估结果因人而异[11]。为了提高疗效评估的准确率，国内外多个研究团队在影像融合配准方面进行了研究，通过CT + CT、MRI + MRI或US + CT/MR等影像融合配准的方式来判断消融治疗是否彻底，对评估消融疗效的准确率有了一定程度的提高[12-13]。但这些评估方法都是基于二维影像，未能实现影像的三维可视化，且未对肿瘤消融边界做出量化分析。以往三维可视化的研究是采用刚性配准的方法进行图像后处理[14]。但肝经过治疗存在位移及形变，故刚性配准不适用于肝的术前术后配准。三维可视化手术系统(中国珠海Hokai公司)是一款基于MITK的三维可视化软件，可进行消融治疗术前规划及手术疗效评估[15]，通过三维重建及非刚性的自动配准融合功能，实现对消融疗效的精准、量化评估和分析[16-19]。本研究通过对比三维可视化配准与二维增强MRI评估原发性肝癌消融疗效的准确率，验证三维可视化配准评估消融疗效的准确率，为临床应用提供参考。

1资料来源 选取2017年6月- 2019年6月于解放军总医院第一医学中心介入超声科进行超声引导下经皮微波消融治疗原发性肝癌的158例患者的临床资料。纳入标准：1)穿刺活检病理诊断为原发性肝癌；
2)首次消融治疗肿瘤病灶；
3)具备术前4周内和术后1周内增强MRI资料；
4)未接受手术或其他消融治疗。排除标准：1)有严重的心、肺、肾功能障碍；
2)术前、术后影像资料缺失；
3)术前与术后影像模态不一致。经过筛查，最终将137例患者纳入本研究。

2治疗方法 137例患者接受的超声引导经皮微波消融治疗均由本科室副高级以上医师执行，使用彩色多普勒和灰阶超声选择安全的穿刺点。经过静脉诱导麻醉和局部麻醉，在超声引导下将消融针穿刺入肿瘤，消融区域为肿瘤及其周围5 mm以上的组织边界。消融过程中，遵循由深及浅、由远及近的原则，降低汽化强回声对实时超声监测的影响。消融术中微波功率设置为50 ~ 60 W，治疗时间为5 ~ 10 min，当高回声带完全覆盖消融区域时，消融结束。

3疗效评估方法 获取所有患者术前4周及术后1周内的增强MRI资料，同时进行两种不同方法的评估。评估过程中，患者治疗信息对评估医师保密。1)三维评估：三维组由一名初级医师(临床介入经验5年以下)使用三维可视化系统进行肿瘤消融疗效评估。医师将患者术前、术后增强磁共振的DICOM图像导入三维可视化系统中，选择术前、术后增强MRI的延迟期图像，对术前肿瘤、肝内血管及术后图像中的消融灶等感兴趣区域(ROI)进行脏器分割和三维重建，不同ROI可以选择不同颜色加以区分，并通过改变透明度实现ROI增强和弱化的可视效果，重建完成后使用术后评估功能，进行图像配准(图1)。本系统采用了基于logdemons配准模型的非刚性自动配准方式，通过将术前术后三维图像配准，消融灶对肿瘤覆盖情况清晰可见，同时系统生成融合图像分析结果，按A0、A1、A2的消融疗效分组，并记录对应例数。2)二维评估：二维组为一名副高级医师(临床介入经验15年以上)通过二维增强MRI阅片进行肿瘤消融疗效评估。医师通过术前、术后二维增强MRI并列对比的方式，判断消融区是否完全覆盖肿瘤及达到安全消融边界，评估结果不确定时，由正高级医师(临床介入经验30年以上)评估得出结果，按A0、A1、A2的消融疗效分组，并记录对应例数。

图1 三维影像配准评估消融术后疗效Fig.1 Three-dimensional image registration to evaluate postoperative efficacy after ablation

4评价指标及随访 主要评价指标为评估消融疗效的准确率，次要评价指标为判断肿瘤发生LTP的准确率、敏感度、特异性。患者术后第1个月、第4个月进行复诊，确认无复发或进展情况后，每隔6个月复诊1次，每次复诊包括常规实验室检查及影像学检查，以全面评估患者有无肿瘤局部进展，随访截止时间为2020年12月。

5统计学分析 采用SPSS26.0软件进行统计分析。计算两种评估方式的准确率、敏感度、特异性等诊断学评价指标，两组率的比较采用χ2检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

1一般资料及随访情况 共纳入原发性肝癌患者137例，男性98例，女性39例；
年龄12 ~ 81(60.7±10.69)岁；
肿瘤毗邻重要脏器结构15例，肿瘤毗邻肝表面13例。截止到2020年12月，随访结果中发生LTP的患者22例，未发生LTP的患者115例，无死亡病例。见表1。

表1 137例肝癌患者治疗前后临床资料Tab. 1 Clinical data about 137 patients with liver cancer before and after treatment

2两种评估结果比较 三维可视化组术后1周消融边界评估结果：A091例，A126例，A220例；
二维增强MRI组术后一周消融边界评估结果：A0109例，A117例，A211例。使用χ2检验分析两种评估方法与疗效评估结果的关系(P=0.041)，提示不同方法对消融疗效的评估结果不同。根据19.3±9.26(1.3 ~ 26)个月的随访结果显示，发生LTP患者22例，三维可视化和二维增强MRI预测LTP的准确率不同(98.5%vs92.0%，P=0.006)；
敏感度分别为90.9%、50.0%(P=0.006)，特异性、阳性预测值两组均为100%，阴性预测值分别为98.3%、91.3%(P=0.009)。见表2。

表2 肝肿瘤消融术后两种评估方法比较Tab. 2 Comparison of diagnostic performance of the two assessment methods after liver tumor ablation

文献报道，微波消融治疗后3年的复发率为46.8%，在短期疗效上明显优于射频消融，但复发率仍然较高[2,15]。目前复发率如此高的原因尚未明确，既往报道消融边界与LTP密切相关，因此治疗中保证足够安全的消融边界，对预防肿瘤消融后发生LTP具有重要意义。然而在临床治疗中，并非所有肿瘤都能达到5 mm消融边界，当肿瘤形状不规则时，消融热场可能会覆盖不完全；
当肿瘤毗邻大血管、胆管、胃肠道等重要脏器结构时，通常采取降低消融功率和缩短治疗时间等保护措施，这些因素都会导致肿瘤组织灭活不够彻底[9]。而且临床医师在进行消融疗效评估时，由于肉眼观察难以界定消融边界，加之对临床经验的主观依赖，存在判断消融疗效不准确的风险，因此准确地评估消融疗效、量化消融边界，是肝癌微波消融治疗的重要环节，及时有效并准确地疗效评估一定程度上能够降低肿瘤发生LTP的风险。

以往对肿瘤的消融疗效评估是由医师通过肉眼观察二维增强MRI图像中的消融灶是否完全覆盖肿瘤，但这样的评估结果往往具有主观性和片面性，且对肿瘤的消融效果评估不准确。近年来医疗影像的三维可视化技术逐渐兴起，本研究团队参与自主研发的三维可视化系统实现了对二维影像的三维重建与分割，将术前肝、肿瘤与术后肝、消融区的三维图像进行融合配准[10]。配准过程通过病变重心与其非线性体积进行自动位置匹配，并基于适当的解剖标志，如血管分支进行融合配准。为了获得高精度的配准结果，对图像配准增加了人工交互，最终由系统生成消融疗效分析结果，可量化肿瘤及消融区域重叠范围的差异，明确肿瘤残余位置。三维可视化系统相比二维增强MRI对消融疗效评估的准确率、敏感度和特异性更优，且该方式的评估结果与肿瘤预后结果具有更好的一致性，体现了三维可视化精准、量化的技术优势。

本研究证实了三维可视化技术在肿瘤消融疗效评估应用中的可行性和科学性，对肝肿瘤消融患者的临床治疗具有重要指导意义。但本研究依然存在局限性：消融边界不足是肿瘤远期局部进展的诸多因素之一，本研究将其作为独立危险因素进行分析，不能确定本原因在肿瘤发生LTP中的重要程度，应进行大样本量、前瞻性的消融疗效评估研究来验证消融后安全边界对肿瘤发生LTP的影响。

三维可视化技术提供的医工融合交互方式，使得医师可以通过对图像进行半自动分割和非刚性配准来实现肿瘤消融疗效的量化评估，在一定程度上提高了肿瘤消融疗效评估的精准性，给患者的临床治疗和预后判断带来了重要指导意义，将肝癌的微波消融治疗推向了更加精准的新高度。

利益冲突：所有作者均声明本研究不存在利益冲突。