单极植入式微波天线肝组织微波凝固实验研究于
作者：晓玲 董宝玮 梁萍 曾宪其 王培江 王向东 苏莉 陈东风
单位：100853 北京，解放军总医院超声科；中国航天工业总公司207所(曾宪其、王培江)
关键词：微波；肝脏/组织学；超声学
中华肝胆外科杂志/980308.htm 【摘要】 目的 超声引导经皮穿刺导入微波，尽可能完全凝固深部肿瘤而又保护周围正常组织。方法 采用UMC-I型超声引导微波凝固治疗仪进行离体及活体肝实验。结果 微波频率2450MHz、27mm长度芯线天线辐射肝组织，可形成类圆形椭球体凝固区；能量60W300s辐射可形成约3.7cm×2.6cm×2.6cm不可逆凝固坏死区，对应该坏死区边缘的温度为61.95±5.81℃；微波作用后肝组织坏死与温度分布及声像图变化有良好相关性。结论 超声引导下微波凝固肝组织为局部组织融蚀的可靠方法。
An experimental study of microwave coagulation on liver by using monopolar microwave electrode Yu Xiaoling, Dong Baowei, Liang Ping, et al. Department of Ultrasound, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853
, 百拇医药
【Abstract】 Objective To both coagulate deep-located tumor and protect adjacent normal tissue.Methods We performed animal studies in vitro and in vivo by using UMC-I Ultrasound-guided Microwave Coagulation Equipment percutaneously. Results A spheroid elliptic coagulation volume could be formed by microwave irradiation (2450MHz in frequency) with 27mm inner conducting electrode. Microwave irradiation could produce a necrosis volume of 3.7×2.6×2.6cm with energy of 60 watts for 300 seconds, and the corresponding temperature at the periphery was 61.95±5.81℃. The necrosis of liver tissue after microwave irradiation showed a good correlation with temperature distribution and change in ultrasonogram. Conclusion The method of US-guided microwave coagulaltion in liver tissue is safe and effective for local tissue ablation.
, 百拇医药
【Key words】 Microwave Liver/Histology Ultrasonics
目前，肝癌介入治疗中原位安全彻底灭活肿瘤仍为一很棘手的问题。利用微波的热凝固效应辅助肝癌手术切除及术中姑息性治疗已近20年〔1，2〕，但以往所用单极微波天线所致肝组织凝固形态呈细长圆柱体或细长椭球体，不适于经皮穿刺凝固深部肿瘤而又保护周围正常组织尤其是浅表组织。为此，作者进行离体及活体肝实验，研究微波天线、微波能量、温度场与组织凝固坏死范围及其声像图改变的相关性，以为临床治疗提供可靠依据。
材料与方法
1.仪器设备 Acuson-128和Toshiba-240超声仪，配有术中探头和穿刺引导设备。微波仪为航天工业总公司与我科共同研制的UMC-I型超声引导肝癌微波凝固治疗仪，微波频率2450MHz，输出功率10～80W连续可调，配有可调换防粘处理外径1.4mm辐射天线。热敏电阻测温针19G、20G，测温范围0～199.9℃，准确度0.5%FS±1，分辨率0.1℃。
, 百拇医药
2.离体实验 新鲜猪肝。分组：微波能量60W180s，不同长度裸露芯线天线五组(表1)，每组7点(次)；27mm长芯线，不同功率与时间42组，每组4点。共作用203点。14G PMCT针(日本八光株式会社提供)引导，16G天线沿肝叶长轴插入实质内5～6cm，分别于天线旁开5、10、15、20mm处平行插入测温针，停机后即刻记录温度，沿天线插入道剖开标本记录剖面状况及凝固范围。
3.活体实验 成年杂种犬17条，体重18～23kg。2.5%硫苯妥钠25mg/kg静脉麻醉，超声引导经皮(9点)或剖腹(43点)露肝，14G针引导，天线插入肝实质5cm，旁开8～12mm处平行插入测温针及/或同离体实验。辐射能量20～80W、50～420s。分别于术后即刻、3天、7天记录声像图，取标本行光镜及电镜检查。
4.统计分析 结果用SAS软件方差分析检验。
结 果
, 百拇医药
1.离体实验
(1)天线长度与凝固形态 裸露芯线为1/4波长整数倍长度的天线，肝组织凝固区呈尾部略窄的椭球体。60W180s辐射五组不同长度天线辐射结果见表1，27mm组凝固形态可呈类球体，凝固区长径明显小于其他各组(P<0.01)。
表1 不同长度裸露芯线辐射天线肝组织凝固范围(
±s，mm) 裸露芯线
长度(mm)
前向
长径
横径
9.0
, 百拇医药 11.79±1.25
42.70±3.26
18.50±1.71
13.5
24.00±2.10
56.14±3.03
21.29±2.63
18.0
23.00±3.37
59.71±2.93
21.79±2.12
22.5
, 百拇医药
25.00±1.16
54.86±3.02
21.50±1.38
27.0
28.28±0.70
34.70±1.15
22.14±2.11
注：前向距离：凝固区内裸露芯线根部到凝固区前端的距离 (2)辐射能量与凝固范围 27mm芯线天线不同能量辐射后肝组织凝固范围见表2，其中60W300s辐射可造成稳定的约3.7cm×2.6cm×2.6cm类球体凝固区。
表2 27mm长芯线不同能量辐射肝组织凝固范围均值(长径×横径，mm) 辐射时间(s)
, 百拇医药
功 率(W)
40
50
60
70
80
60
28.1×8.90
28.2×10.0
28.4×13.2
35.1×16.0
36.0×19.6
120
, 百拇医药
31.0×13.2
34.0×12.7
35.0×15.9
41.4×18.2
44.2×20.5
180
33.5×15.7
34.2×17.2
34.7×22.1
42.1×21.6
46.0×22.1
240
, http://www.100md.com
33.2×16.3
33.5×20.4
35.3×23.2
42.3×25.6
49.1×26.5
300
35.8×18.2
36.4×22.1
37.1×25.8
47.6×25.8
50.6×27.1
360
, http://www.100md.com
37.9×20.8
38.8×22.7
42.1×25.9
50.8×26.2
53.6×27.5
2.活体实验
(1)凝固区肝组织病理改变 凝固形态同离体实验，能量等于及大于50W240s或60W180s时，凝固区内组织完全性坏死范围的横径超过2cm。凝固区由中心向外分三层(图1)：中心区：紧贴天线的黑褐色炭化带，半径1～2mm，光镜见细条状中心空道及周围细胞结构消失；凝固坏死区：宽度6.93±2.50mm(±s)，致密灰褐色。作用后1小时电镜见肝细胞内细胞器消失，核膜破裂；充血反应区：宽度3.17±1.12mm(±s)，暗(淡)红色。作用后即刻电镜见肝细胞内大部分细胞器消失，核膜基本完整，染色质凝集。光镜表现见表3。
, 百拇医药
(2)温度场与组织坏死 微波作用时肝组织温度分布以天线为中心向外递减。60W300s辐射，中心区温度>158.6℃，旁开5mm处95.3～99.5℃，8～10mm 70.5～86.6℃，13 mm 58.9～64.7℃，15mm 46.5～57.2℃。对应病理改变，凝固坏死区边缘温度为61.95±5.81℃，充血反应区边缘温度为52.90℃±6.16℃(±s)。表3 微波辐射后凝固区肝组织光镜表现 辐射后
观察时间
凝固坏死区
充血反应区
即刻
3天
肝细胞浊肿，汇管区血管变性
, 百拇医药
近天线及坏死血管周围肝细胞坏死，汇管区各管壁细胞坏死
肝细胞浊肿，肝窦淤血
7天
(见图2)
肝细胞及汇管区结构消失，呈均匀一致凝固性坏死
3～7天时纤维母细胞、胶元纤维及毛细血管增生，炎细胞浸润
(3)声像图 以天线为中心由内向外呈强→低→中等稍低三层。微波辐射时局部呈以天线为中心并逐渐增大的强回声区后伴声影。辐射后半小时至七天，中心强回声区明显变小，有时仅遗留针道强回声；低回声带厚；外层回声略有增强。
图1 27mm长芯线天线辐射后。由中心向外分三层：中心区(↑)、凝固区(▲)、反应区(△)。
, http://www.100md.com
图2 60W180s7天，凝固区肝细胞呈均匀一致的凝固性坏死；反应带(↑)纤维结缔组织、毛细胆管增生及炎细胞浸润。(HE×100)
讨 论
1.微波天线与组织凝固形态 超声引导经皮肝癌微波治疗国外文献仅见少数〔3，4〕，但未涉及此问题。肝肿瘤多呈球形生长，如何使微波所致凝固形态接近球形以覆盖整个瘤区是保证介入治疗疗效的关键。理论上芯线长度为1/4波长的整数倍时天线与组织的阻抗匹配好、传输效率高，能量可以最大程度地输出并作用于组织中。频率2450MHz的微波在肝组织内波长约18mm。本实验中，27mm芯线造成的凝固区主要位于前向，反向能量少，呈类球体或水滴状。但辐射功率较大时，天线杆温及凝固区长径均明显增加。考虑临床经皮介入治疗的安全有效性，60W为较理想的输出功率。
2. 微波热效应与肝细胞坏死 多数学者认为，正常肝细胞在54℃1分钟或60℃以上即刻可发生坏死，而肿瘤细胞的热敏感性更高〔5，6〕。本研究对应温度场与病理改变，凝固坏死区边缘的温度为61.95±5.81℃，因此测温可作为判断微波凝固坏死效果的客观指标。
, 百拇医药
3.声像图与病理改变 微波所致肝组织病理改 变与声像图具有良好的对应性。微波作用即刻围绕天线迅速增大的强回声区，系高温所致微气泡引起，范围基本与能量大小成正相关。半小时后气体消散，表现为以天线为中心稳定的细窄条强回声，对应病理为中心区及紧邻中心区处含微孔的凝固区。周围宽而均匀的低回声与致密的凝固区相对应。外层充血反应区3天后因纤维结缔组织逐渐形成而使回声略有增强。
总之，本实验表明，经皮经肝穿刺导入微波凝固肝组织是一种热效率高、升温稳定、效果可测、影响因素小且并发症少的局部热疗组织融蚀方法，可望为肝癌的非手术介入治疗提供一条有效的新途径。
注：本课题受国家科委自然科学基金资助
参 考 文 献
1冯玉泉，刘永雄，黄志强，等. 微波技术在肝脏外科的应用.中华外科杂志，1992，30(10)：610.
, 百拇医药
2胡宏楷，吴孟超，姚晓平，等. 微波辐射治疗肝癌的动物实验与初步临床应用. 中华外科杂志，1989，27(9)：538.
3Sike T, Wakabayashi M, Nakagawa T, et al. Ultrasonically guided percutaneous microwave coagulation therapy for small hepatocellular carcinoma. Cancer, 1994, 74(3):817.
4Murakami R, Yoshimatsu S, Yamashita Y, et al. Treatment of hepatocelluler carcinoma: value of percutaneous microwave coagulation. AJR. 1995, 164:1159.
5Godlewsdi G, Rowy S, Pigmodei C, et al. Deep loclized Neodymium (ND)-YAG laser photocoagulation on liver using a new water cooled and echoguided handpiece. Laser in Surg and Med, 1988, 8:501.
6Stone HB, Dewey WC. Biologic basis and clinical potential of local-regional hyperthermia. In: Phillips T L, ed. Radiation oncology. New York: Raven Press, 1987;2:1.
(收稿：1998-02-23), 百拇医药
单位：100853 北京，解放军总医院超声科；中国航天工业总公司207所(曾宪其、王培江)
关键词：微波；肝脏/组织学；超声学
中华肝胆外科杂志/980308.htm 【摘要】 目的 超声引导经皮穿刺导入微波，尽可能完全凝固深部肿瘤而又保护周围正常组织。方法 采用UMC-I型超声引导微波凝固治疗仪进行离体及活体肝实验。结果 微波频率2450MHz、27mm长度芯线天线辐射肝组织，可形成类圆形椭球体凝固区；能量60W300s辐射可形成约3.7cm×2.6cm×2.6cm不可逆凝固坏死区，对应该坏死区边缘的温度为61.95±5.81℃；微波作用后肝组织坏死与温度分布及声像图变化有良好相关性。结论 超声引导下微波凝固肝组织为局部组织融蚀的可靠方法。
An experimental study of microwave coagulation on liver by using monopolar microwave electrode Yu Xiaoling, Dong Baowei, Liang Ping, et al. Department of Ultrasound, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853
, 百拇医药
【Abstract】 Objective To both coagulate deep-located tumor and protect adjacent normal tissue.Methods We performed animal studies in vitro and in vivo by using UMC-I Ultrasound-guided Microwave Coagulation Equipment percutaneously. Results A spheroid elliptic coagulation volume could be formed by microwave irradiation (2450MHz in frequency) with 27mm inner conducting electrode. Microwave irradiation could produce a necrosis volume of 3.7×2.6×2.6cm with energy of 60 watts for 300 seconds, and the corresponding temperature at the periphery was 61.95±5.81℃. The necrosis of liver tissue after microwave irradiation showed a good correlation with temperature distribution and change in ultrasonogram. Conclusion The method of US-guided microwave coagulaltion in liver tissue is safe and effective for local tissue ablation.
, 百拇医药
【Key words】 Microwave Liver/Histology Ultrasonics
目前，肝癌介入治疗中原位安全彻底灭活肿瘤仍为一很棘手的问题。利用微波的热凝固效应辅助肝癌手术切除及术中姑息性治疗已近20年〔1，2〕，但以往所用单极微波天线所致肝组织凝固形态呈细长圆柱体或细长椭球体，不适于经皮穿刺凝固深部肿瘤而又保护周围正常组织尤其是浅表组织。为此，作者进行离体及活体肝实验，研究微波天线、微波能量、温度场与组织凝固坏死范围及其声像图改变的相关性，以为临床治疗提供可靠依据。
材料与方法
1.仪器设备 Acuson-128和Toshiba-240超声仪，配有术中探头和穿刺引导设备。微波仪为航天工业总公司与我科共同研制的UMC-I型超声引导肝癌微波凝固治疗仪，微波频率2450MHz，输出功率10～80W连续可调，配有可调换防粘处理外径1.4mm辐射天线。热敏电阻测温针19G、20G，测温范围0～199.9℃，准确度0.5%FS±1，分辨率0.1℃。
, 百拇医药
2.离体实验 新鲜猪肝。分组：微波能量60W180s，不同长度裸露芯线天线五组(表1)，每组7点(次)；27mm长芯线，不同功率与时间42组，每组4点。共作用203点。14G PMCT针(日本八光株式会社提供)引导，16G天线沿肝叶长轴插入实质内5～6cm，分别于天线旁开5、10、15、20mm处平行插入测温针，停机后即刻记录温度，沿天线插入道剖开标本记录剖面状况及凝固范围。
3.活体实验 成年杂种犬17条，体重18～23kg。2.5%硫苯妥钠25mg/kg静脉麻醉，超声引导经皮(9点)或剖腹(43点)露肝，14G针引导，天线插入肝实质5cm，旁开8～12mm处平行插入测温针及/或同离体实验。辐射能量20～80W、50～420s。分别于术后即刻、3天、7天记录声像图，取标本行光镜及电镜检查。
4.统计分析 结果用SAS软件方差分析检验。
结 果
, 百拇医药
1.离体实验
(1)天线长度与凝固形态 裸露芯线为1/4波长整数倍长度的天线，肝组织凝固区呈尾部略窄的椭球体。60W180s辐射五组不同长度天线辐射结果见表1，27mm组凝固形态可呈类球体，凝固区长径明显小于其他各组(P<0.01)。
表1 不同长度裸露芯线辐射天线肝组织凝固范围(
±s，mm) 裸露芯线长度(mm)
前向
长径
横径
9.0
, 百拇医药 11.79±1.25
42.70±3.26
18.50±1.71
13.5
24.00±2.10
56.14±3.03
21.29±2.63
18.0
23.00±3.37
59.71±2.93
21.79±2.12
22.5
, 百拇医药
25.00±1.16
54.86±3.02
21.50±1.38
27.0
28.28±0.70
34.70±1.15
22.14±2.11
注：前向距离：凝固区内裸露芯线根部到凝固区前端的距离 (2)辐射能量与凝固范围 27mm芯线天线不同能量辐射后肝组织凝固范围见表2，其中60W300s辐射可造成稳定的约3.7cm×2.6cm×2.6cm类球体凝固区。
表2 27mm长芯线不同能量辐射肝组织凝固范围均值(长径×横径，mm) 辐射时间(s)
, 百拇医药
功 率(W)
40
50
60
70
80
60
28.1×8.90
28.2×10.0
28.4×13.2
35.1×16.0
36.0×19.6
120
, 百拇医药
31.0×13.2
34.0×12.7
35.0×15.9
41.4×18.2
44.2×20.5
180
33.5×15.7
34.2×17.2
34.7×22.1
42.1×21.6
46.0×22.1
240
, http://www.100md.com
33.2×16.3
33.5×20.4
35.3×23.2
42.3×25.6
49.1×26.5
300
35.8×18.2
36.4×22.1
37.1×25.8
47.6×25.8
50.6×27.1
360
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37.9×20.8
38.8×22.7
42.1×25.9
50.8×26.2
53.6×27.5
2.活体实验
(1)凝固区肝组织病理改变 凝固形态同离体实验，能量等于及大于50W240s或60W180s时，凝固区内组织完全性坏死范围的横径超过2cm。凝固区由中心向外分三层(图1)：中心区：紧贴天线的黑褐色炭化带，半径1～2mm，光镜见细条状中心空道及周围细胞结构消失；凝固坏死区：宽度6.93±2.50mm(
±s)，致密灰褐色。作用后1小时电镜见肝细胞内细胞器消失，核膜破裂；充血反应区：宽度3.17±1.12mm(±s)，暗(淡)红色。作用后即刻电镜见肝细胞内大部分细胞器消失，核膜基本完整，染色质凝集。光镜表现见表3。, 百拇医药
(2)温度场与组织坏死 微波作用时肝组织温度分布以天线为中心向外递减。60W300s辐射，中心区温度>158.6℃，旁开5mm处95.3～99.5℃，8～10mm 70.5～86.6℃，13 mm 58.9～64.7℃，15mm 46.5～57.2℃。对应病理改变，凝固坏死区边缘温度为61.95±5.81℃，充血反应区边缘温度为52.90℃±6.16℃(
±s)。表3 微波辐射后凝固区肝组织光镜表现 辐射后观察时间
凝固坏死区
充血反应区
即刻
3天
肝细胞浊肿，汇管区血管变性
, 百拇医药
近天线及坏死血管周围肝细胞坏死，汇管区各管壁细胞坏死
肝细胞浊肿，肝窦淤血
7天
(见图2)
肝细胞及汇管区结构消失，呈均匀一致凝固性坏死
3～7天时纤维母细胞、胶元纤维及毛细血管增生，炎细胞浸润
(3)声像图 以天线为中心由内向外呈强→低→中等稍低三层。微波辐射时局部呈以天线为中心并逐渐增大的强回声区后伴声影。辐射后半小时至七天，中心强回声区明显变小，有时仅遗留针道强回声；低回声带厚；外层回声略有增强。
图1 27mm长芯线天线辐射后。由中心向外分三层：中心区(↑)、凝固区(▲)、反应区(△)。
, http://www.100md.com
图2 60W180s7天，凝固区肝细胞呈均匀一致的凝固性坏死；反应带(↑)纤维结缔组织、毛细胆管增生及炎细胞浸润。(HE×100)
讨 论
1.微波天线与组织凝固形态 超声引导经皮肝癌微波治疗国外文献仅见少数〔3，4〕，但未涉及此问题。肝肿瘤多呈球形生长，如何使微波所致凝固形态接近球形以覆盖整个瘤区是保证介入治疗疗效的关键。理论上芯线长度为1/4波长的整数倍时天线与组织的阻抗匹配好、传输效率高，能量可以最大程度地输出并作用于组织中。频率2450MHz的微波在肝组织内波长约18mm。本实验中，27mm芯线造成的凝固区主要位于前向，反向能量少，呈类球体或水滴状。但辐射功率较大时，天线杆温及凝固区长径均明显增加。考虑临床经皮介入治疗的安全有效性，60W为较理想的输出功率。
2. 微波热效应与肝细胞坏死 多数学者认为，正常肝细胞在54℃1分钟或60℃以上即刻可发生坏死，而肿瘤细胞的热敏感性更高〔5，6〕。本研究对应温度场与病理改变，凝固坏死区边缘的温度为61.95±5.81℃，因此测温可作为判断微波凝固坏死效果的客观指标。
, 百拇医药
3.声像图与病理改变 微波所致肝组织病理改 变与声像图具有良好的对应性。微波作用即刻围绕天线迅速增大的强回声区，系高温所致微气泡引起，范围基本与能量大小成正相关。半小时后气体消散，表现为以天线为中心稳定的细窄条强回声，对应病理为中心区及紧邻中心区处含微孔的凝固区。周围宽而均匀的低回声与致密的凝固区相对应。外层充血反应区3天后因纤维结缔组织逐渐形成而使回声略有增强。
总之，本实验表明，经皮经肝穿刺导入微波凝固肝组织是一种热效率高、升温稳定、效果可测、影响因素小且并发症少的局部热疗组织融蚀方法，可望为肝癌的非手术介入治疗提供一条有效的新途径。
注：本课题受国家科委自然科学基金资助
参 考 文 献
1冯玉泉，刘永雄，黄志强，等. 微波技术在肝脏外科的应用.中华外科杂志，1992，30(10)：610.
, 百拇医药
2胡宏楷，吴孟超，姚晓平，等. 微波辐射治疗肝癌的动物实验与初步临床应用. 中华外科杂志，1989，27(9)：538.
3Sike T, Wakabayashi M, Nakagawa T, et al. Ultrasonically guided percutaneous microwave coagulation therapy for small hepatocellular carcinoma. Cancer, 1994, 74(3):817.
4Murakami R, Yoshimatsu S, Yamashita Y, et al. Treatment of hepatocelluler carcinoma: value of percutaneous microwave coagulation. AJR. 1995, 164:1159.
5Godlewsdi G, Rowy S, Pigmodei C, et al. Deep loclized Neodymium (ND)-YAG laser photocoagulation on liver using a new water cooled and echoguided handpiece. Laser in Surg and Med, 1988, 8:501.
6Stone HB, Dewey WC. Biologic basis and clinical potential of local-regional hyperthermia. In: Phillips T L, ed. Radiation oncology. New York: Raven Press, 1987;2:1.
(收稿：1998-02-23), 百拇医药