DWI對高強度聚焦超聲治療子宮腺肌病早期消融效果的評價

唐明梅，王璐，張珂，潘緣蕊，劉惠，呂發金

作者單位：1.重慶醫科大學生物醫學工程學院（超聲醫學工程國家重點實驗室），重慶 400016；2.重慶醫科大學重慶市生物醫學工程學重點實驗室，重慶 400016；3.重慶醫科大學附屬第一醫院放射科，重慶 400016

0 前言

子宮腺肌病是育齡期女性常見的一種子宮良性疾病，由于子宮內膜腺體及間質向肌層侵入性生長，導致子宮局部或彌漫性體積增大，并出現痛經、經量增多、貧血及不孕等一系列癥狀[1-3]。子宮腺肌病病灶常常邊界不清甚至彌漫分布，局部切除術存在困難，保留子宮的傳統治療方法效果有限[4-6]。高強度聚焦超聲（high intensity focused ultrasound,HIFU）作為一種新興的微創治療技術，利用體外發射超聲波聚焦到體內病變組織，使病灶出現不可逆的組織細胞凝固性壞死，從而達到靶向破壞病變的目的，已被證實應用于子宮腺肌病的治療是安全有效的[7-9]。

根據目前中國專家共識[10-11]，HIFU 術后早期影像學評價能確定治療靶區凝固性壞死灶的存在及范圍，早期療效評估以增強MRI（contrast-enhanced MRI, CE-MRI）非灌注區體積（nonperfused volume,NPV）作為消融體積，將NPV 比作為評價消融率的指標，被認為是評估消融成功的關鍵[12-13]。NPV 比率越大，病灶體積縮小越多，癥狀改善越明顯，中、遠期持續癥狀緩解的可能性更高[14-16]。但CE-MRI 檢查耗時長、價格貴，掃描中使用的釓對比劑可能造成潛在的不良影響[17-19]。

磁共振擴散加權成像（diffusion weighted imaging, DWI）不使用對比劑，可在分子水平層面反映病灶消融前后的變化情況[20-22]。目前，將DWI 用于評估子宮肌瘤HIFU術后早期消融效果的價值已經得到證實[20,23-24]。然而，關于DWI 能否有效評估子宮腺肌病HIFU 術后早期消融效果的研究尚有不足；有學者[25-26]僅對子宮腺肌病HIFU 術后早期DWI 上消融灶表觀擴散系數（apparent diffusion coefficient,ADC）值或體積單一指標進行評價，尚不足以充分說明DWI能有效評估其消融效果。因此，本研究進一步探討DWI 對HIFU 治療子宮腺肌病早期消融效果的價值，旨在為臨床提供一種不使用對比劑的有效評估方式。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究遵守《赫爾辛基宣言》，經重慶醫科大學第一附屬醫院倫理委員會批準，免除受試者知情同意，批準文號：K2023-115。本研究回顧性分析了2016 年1 月至2019 年6 月因子宮腺肌病在重慶醫科大學第一附屬醫院接受HIFU 治療的82 例患者資料，所有患者治療前、后均行MRI 檢查，術后MRI 檢查在48 h內進行。

納入標準：（1）年齡＞18周歲的絕經前婦女；（2）經臨床或MRI確診的癥狀性子宮腺肌病患者；（3）同意接受HIFU治療，并完成HIFU術前及術后MRI檢查；（4）有安全清晰的聲學通路。排除標準：（1）非首次HIFU 治療，或HIFU 治療前接受其他微創、外科手術等治療；（2）疑似或確診盆腔惡性腫瘤、盆腔急性炎癥；（3）臨床或影像資料缺失；（4）影像圖像存在明顯偽影，影響觀察結果。

1.2 HIFU治療

采用超聲引導下海扶刀?聚焦超聲腫瘤治療系統（JC200 型，重慶海扶醫療科技股份有限公司，功率300～400 W）。所有患者在治療前均嚴格充分準備，術中俯臥于治療臺上，在清醒鎮靜及超聲實時監控下進行HIFU消融手術。治療從病灶深部到淺部逐層進行，并根據超聲圖像上顯示病灶區域的灰度變化及患者治療中的反饋調整超聲能量，當病灶出現明顯灰度變化或超聲能量達到閾值時治療終止。

1.3 MRI檢查

所有患者于HIFU 術前及術后48 h 內均采用3.0 T MRI（Singal HD Excite, GE Healthcare,USA）掃描儀進行盆腔平掃及增強檢查，選擇8通道體部相控陣線圈，掃描體位為仰臥位。主要掃描序列及參數如下：T2WI 序列，TR 4200.0 ms，TE 107.3 ms，FOV 28.0 cm×22.4 cm，矩陣288×224，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm；T1WI 序列，TR 175.0 ms，TE 1.8 ms，FOV 40.0 cm×28.0 cm，矩陣320×224，層厚5.0 mm，層間距1.0 mm；DWI 序列（b=0、600～1000 s/mm2），TR 4475.0 ms，TE 65.3 ms，FOV 38.0 cm×38.0 cm，矩陣128×128，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm；增強T1WI序列，TR 4.0 ms，TE 1.9 ms，FOV 40.0 cm×32.0 cm，矩陣320×224，層厚4.0 mm，層間距0.0 mm，對比劑為釓噴酸葡胺注射液（Gd-DTPA，Bayer Pharma AG，德國），劑量為0.2 mL/kg，推注速率為2.0 mL/s。

1.4 影像分析

所有MRI 圖像由兩名分別具有10 年和6 年腹部MRI 診斷經驗的放射醫學主治醫師獨立分析，當意見發生分歧時通過商討或與第三名具有30年相關診斷經驗的放射醫學主任醫師商討后形成一致意見。評估HIFU 術后消融灶DWI 信號變化區情況、測量消融灶體積及治療前后病灶ADC 值，CE-MRI 的NPV 由第一名觀察者測量。DWI信號變化區即術后DWI顯示與術前信號特點明顯不同的區域[20,23]，NPV 即為CE-MRI 無對比劑填充區域的體積[27-28]。

評估HIFU 術后DWI 信號變化區形態及測量消融灶體積時，需獨立觀察DWI 及CE-MRI 圖像以避免兩者相互影響，但可參考其他平掃序列圖像以便更準確地評估。術后DWI 信號變化區形態分型[26]（圖1）：Ⅰ型，斑點狀或無明顯信號改變（圖1A）；Ⅱ型，斑片狀信號改變（圖1B）；Ⅲ型，環狀信號改變（圖1C、1D）。將Ⅲ型消融壞死灶按信號環的完整與否分為完整信號 環（圖1C）與 非 完 整 信 號 環（圖1D）[23]。采 用ITK-SNAP 3.8 軟 件（Cognitica, Philadelphia,PA），選取術后DWI 高b 值圖像及CE-MRI 靜脈期圖像沿消融灶外緣逐層手動勾畫創建感興趣區（region of interest, ROI），自動計算體積（圖2）[23,29]。I 型病灶較術前信號改變不明顯，無法清晰判斷消融區，故放棄DWI 上體積測量。使用AW 服務器工作站（AW-server workstation, 4.7, GE Healthcare）自帶的Readview 軟件，選取消融前后b 值相同的DWI原始圖像分別生成ADC 圖，結合CE-MRI 圖定位，在顯示病灶最大截面層面勾畫ROI，ROI 在不超過病灶邊緣3～4 mm 區域盡可能多地包含病灶，測量ADC 值，測量三次求平均值（圖3）[23,30]。

圖1 子宮腺肌病患者HIFU 治療后DWI上消融灶信號變化形態分型。1A：女，44歲，HIFU 治療后DWI（b=800 s/mm2）圖呈斑點狀或無明顯信號改變，分為Ⅰ型；1B：女，34歲，HIFU治療后DWI（b=800 s/mm2）圖呈斑片狀信號改變，分為Ⅱ型；1C：女，45歲，HIFU治療后DWI（b=800 s/mm2）圖呈完整信號環，分為Ⅲ型；1D：女，45歲，HIFU治療后DWI（b=800 s/mm2）圖呈非完整信號環，分為Ⅲ型。HIFU：高強度聚焦超聲；DWI：擴散加權成像。Fig.1 Morphology of signal changes in ablation areas on DWI after HIFU treatment for adenomyosis.1A: Female, 44 years old, post-treatment DWI (b=800 s/mm2)show spot-like or no obvious signal change, divided into type I; 1B: Female, 34 years old, post-treatment DWI (b=800 s/mm2) show patchy signal change, divided into type Ⅱ; 1C: Female, 45 years old, post-treatment DWI (b=800 s/mm2) show complete signal ring, divided into type Ⅲ; 1D: Female, 44 years old, post-treatment DWI (b=800 s/mm2) show incomplete signal ring, divided into type Ⅲ.HIFU: high intensity focused ultrasound; DWI: diffusion weighted imaging.

圖2 女，44歲，子宮腺肌病患者CE-MRI與DWI的ROI勾畫示意圖。2A：CE-MRI靜脈期圖像，消融灶無對比劑充填呈低信號；2C：DWI高b值（b=800 s/mm2）圖像，消融灶呈高信號，周邊呈環狀更高信號；2B、2D：CE-MRI 及DWI 圖像上勾畫消融灶ROI。CE-MRI：增強磁共振成像；DWI：擴散加權成像；ROI：感興趣區。Fig.2 ROI schematics of CE-MRI and DWI (b=800 s/mm2) in a 44-year-old patient with adenomyosis.2A: CE-MRI venous phase image indicate a non-perfused area with low signal; 2C: DWI with high b value depict the area of ablation with high signal and higher signal ring in the periphery; 2B, 2D: ROI schematics of ablation necrosis tissue outlined by the doctor on T2WI and CE-MRI.CE-MRI: contrast-enhanced magnetic resonance imaging; DWI: diffusion weighted imaging;ROI: region of interest.

圖3 女，39 歲，子宮腺肌病患者HIFU 治療前后病灶ADC 值測量示意圖。3A：HIFU 治療前DWI（b=800 s/mm2）圖，病灶呈稍高信號；3B：HIFU 治療前ADC圖，病灶輕度彌散受限，ADC 值=1.03×10-3 mm2/s；3C：HIFU 治療后DWI（b=800 s/mm2）圖，病灶呈明顯環樣信號，中心呈稍低信號、外周呈高信號；3D：HIFU治療后ADC圖，病灶中心彌散受限減輕，ADC值=1.21×10-3 mm2/s。HIFU：高強度聚焦超聲；ADC：表觀擴散系數；DWI：擴散加權成像。Fig.3 Schematics of measuring ADC values before and after HIFU treatment in a 39-year-old patient with adenomyosis.3A: Pre-treatment DWI (b=800 s/mm2)show the lesion with slightly high signal; 3B: Pre-treatment ADC show the diffusion was mildly limited, and the ADC value is 1.03×10-3 mm2/s; 3C: Post-treatment DWI (b=800 s/mm2) show a distinct ring-like signal with a slightly lower signal in the center and a higher signal in the periphery; 3D: Post-treatment ADC show the diffusion limitation in the center of the lesion is reduced, and the ADC value is 1.21×10-3 mm2/s.HIFU: high intensity focused ultrasound; ADC: apparent diffusion coefficient; DWI: diffusion weighted imaging.

1.5 統計學分析

使用SPSS 27.0 軟件（IBM, Armonk, NY, USA）進行統計學分析。計數資料以率表示，符合正態分布的計量資料以均數±標準差（）表示，非正態分布的數據以中位數和四分位數間距M（Q1，Q3）表示。采用Kappa 檢驗評估兩名觀察者間DWI 信號變化區形態分型的一致性。觀察者間DWI 信號變化區體積及DWI 與CE-MRI 上消融灶體積的差異性分別采用Wilcoxon符號秩檢驗、Mann WhitneyU檢驗，消融前后病灶ADC 值變化采用配對樣本t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。通過Spearman相關性分析判斷DWI信號變化區體積與CE-MRI上NPV的關系。

2 結果

2.1 一般資料

收集82例子宮腺肌病患者資料，共計82個消融壞死區。在CE-MRI上測量的NPV為1.09～188.90 cm3，中位體積為38.62（20.15，82.39）cm3。DWI 信號變化區形態分型：72 例呈環狀高信號，4 例呈斑片狀高信號，3 例呈斑點狀高信號或無明顯信號改變，另有3 例呈環狀低信號，即Ⅰ型3 例、Ⅱ型4 例、Ⅲ型75例（表1）。

表1 研究對象基線特征Tab.1 Baseline data of adenomyosis

2.2 DWI信號變化區形態分型一致性

兩名觀察者對Ⅰ型3例、Ⅱ型3例及Ⅲ型74例消融灶判斷結果一致，具有非常好的觀察者間一致性（k=0.848，P＜0.001；表2）。

表2 兩名觀察者DWI信號變化區形態分型結果比較Tab.2 Comparison of morphological classification of DWI signal change areas

2.3 DWI信號變化區體積與CE-MRI上NPV情況

DWI 信號變化區分型為Ⅰ型者共3 例，CE-MRI 上NPV分別為1.09 cm3、1.79 cm3和3.70 cm3，最大體積為3.70 cm3。Ⅱ型、Ⅲ型病灶共79例占96.34%，兩名觀察者DWI 上所測體積分別為39.75（24.43，85.60）cm3、41.79（25.40，82.62）cm3，觀察者間可靠性良好（Z=-0.552，P=0.581）；CE-MRI 上NPV 為41.71（20.72，87.03）cm3，與DWI上體積具有良好的一致性，差異無統計學意義（Z=-0.085，P=0.932）。Ⅲ型病灶中表現為完整信號環者41 例，非完整信號環者34 例，兩組中DWI上體積與NPV差異均無統計學意義（P＞0.05；表3），兩組中HIFU治療各參數差異亦無統計學意義（P＞0.05；表4）。通過Spearman相關性分析判斷DWI信號變化區體積與CE-MRI上NPV的關系，繪制散點圖顯示兩者之間存在顯著正相關關系（r=0.975，P＜0.001；圖4）。

表3 DWI上不同形態表現的消融灶體積與CE-MRI上NPV比較Tab.3 Comparison of the volume of ablation lesions with different morphologies on DWI and nonperfused volume on CE-MRI

表4 DWI上不同類型信號環病灶HIFU治療情況Tab.4 Treatment parameters of HIFU for lesions with different ring-like signals on DWI

圖4 DWI上信號變化區體積與CE-MRI上NPV相關性散點圖，兩者存在顯著的正相關關系。DWI：擴散加權成像；CE-MRI：增強磁共振成像；NPV：非灌注區體積。Fig.4 Scatter plot of the volume of signal change areas on DWI with nonperfused volume on CE-MRI.And there is a significant positive correlation between them.DWI: diffusion weighted imaging; CE-MRI:contrast-enhanced magnetic resonance imaging; NPV: nonperfused volume.

2.4 HIFU治療前后病灶ADC值變化情況

HIFU 術后子宮腺肌病病灶ADC 值為0.90～1.33（1.17±0.09）mm2/s，術前病灶ADC 值為0.82～1.52（1.09±0.13）mm2/s，差異有統計學意義（t=-4.106，P＜0.001）。

2.5 不良反應

本研究中主要不良反應包括：手術過程中，18 例（21.95%）患者下肢放射痛，39 例（47.56%）患者骶尾骨或臀部不適，18例（21.95%）患者皮膚灼熱感，56例（68.29%）患者治療區疼痛，5 例（6.10%）患者腹股溝痛；手術后，73例（89.02%）和22例（26.83%）患者分別出現治療區及骶尾骨輕度疼痛，13 例（15.85%）患者出現陰道排液，最長癥狀持續時間不超過兩天，全部患者無嚴重并發癥發生。

3 討論

本研究通過觀察82 例子宮腺肌病患者HIFU 術后早期病灶DWI信號特征，測量表現為斑片狀或環狀信號的79 個消融灶體積，將DWI 上測量的體積與CE-MRI 上NPV 進行比較，同時觀察消融前后病灶ADC值變化情況。研究結果提示，DWI 可以確定子宮腺肌病HIFU 術后早期消融灶的存在與范圍，并可定量評價，可用于術后早期療效評價，這將明顯減少釓對比劑的使用，減少不良事件發生，節約掃描時間，降低檢查費用，使檢查更加安全和經濟。

3.1 DWI應用于HIFU術后消融效果評價

3.1.1 HIFU術后消融灶DWI特征變化

DWI是MRI平掃中應用最廣泛的一種功能成像序列，其ADC值不僅可反映水分子在細胞內及細胞間的自由擴散情況，而且能有效反映出微循環的變化，從而在分子水平上反映組織的細胞環境及微結構變化，ADC值與水分子擴散運動呈正相關，DWI圖像信號則與水分子彌散呈負相關[21,31-32]。

與既往研究相同，本研究中HIFU治療子宮腺肌病術后48 h 內消融灶ADC 值較術前升高，DWI 上主要表現為環樣（87.80%）或斑片狀（4.88%）高信號，環樣信號內部呈相對低信號[20,23-24]。王曉燕等[33]及丁立等[25]則分別報道HIFU術后48 h與5 d內消融灶ADC值較術前減低；分析原因，可能與術后復查時間不同病灶凝固性壞死進程不同，消融區ROI未完全避開邊緣的細胞水腫區域等有關[23,25,33]。其生物學機制可能是HIFU的多種生物學效應，引起病灶內細胞蛋白質變性、細胞膜功能異常、細胞壞死等病理生理改變，致使病灶內出現不可逆的組織凝固性變性壞死，阻礙水分子擴散，同時微循環消失或減少，故術后24 h 內ADC 值降低[24,34]；而24 h后，隨著細胞裂解，細胞膜破壞，細胞液釋出，水分子擴散能力逐漸增加，水分子彌散更加自由，ADC值增高[20,23-24]；DWI周邊高信號環則可能與消融灶邊緣細胞水腫導致水分子彌散受限有關[20,23,34]。此外，本組有3例呈環狀低信號，結合病灶在T1WI、T2WI上均表現為環狀低信號，考慮可能為消融灶周圍微出血所致[34-35]。提示，HIFU治療后DWI上病灶信號及ADC值明顯變化，DWI能明確顯示消融灶的發生。

3.1.2 HIFU術后消融灶體積評價

本研究對子宮腺肌病HIFU 術后DWI 上信號變化區形態分型，斑點狀或無明顯信號改變（Ⅰ型）、斑片狀信號改變（Ⅱ型）及環狀信號改變（Ⅲ型）[26]，兩名觀察者間一致性良好（Kappa 值為0.848），說明該分型方法具有較高的可靠性。對Ⅱ型及Ⅲ型病灶測量體積，DWI信號變化區體積與NPV差異無統計學意義，且存在顯著的正相關關系（r=0.975，P＜0.001），說明DWI 信號變化區與CE-MRI 上NPV 所代表區域的邊緣近似、具有較好的形態一致性，與既往研究相同[20,24,26]。LIAO 等[23]觀 察 子 宮 肌 瘤HIFU 術 后DWI 特征，發現DWI上消融灶表現為非完整高信號環時，DWI信號變化區與CE-MRI上非灌注區體積差異有統計學意義。與此不同，本研究結果顯示，無論DWI 上消融灶是否表現為完整信號環，所測體積與NPV差異均沒有統計學意義；并且兩組中治療能量、時間、強度、劑量等差異均無統計學意義，表明信號環的完整與否與HIFU 治療的參數無關。分析原因，在本研究中術后DWI 上部分消融灶雖表現為非完整信號環，但其環狀信號所缺失的部分多可以通過顯示的部分信號環及參考其他平掃序列圖像勾勒出邊界。此外，本組3例DWI上顯示消融效果不理想的Ⅰ型病灶，CE-MRI上消融效果亦不理想，最大消融灶體積僅為3.70 cm3。提示，DWI信號變化區體積可有效評估子宮腺肌病HIFU術后早期消融體積。

3.2 本研究的局限性

本研究的不足之處：本研究為單中心回顧性研究，病例數相對較少，所得參數及結果可能存在偏倚，同時本研究中只納入了子宮腺肌病HIFU 術后48 h 內復查的影像學資料，有待于以后納入影像學及臨床癥狀等指標對子宮腺肌病HIFU術后早、中、遠期療效進行多中心、大樣本、前瞻性、隨機對照研究。

4 結論

綜上所述，DWI 序列作為MRI 平掃常用的功能成像序列，不使用對比劑即可以確定消融灶的發生及范圍，并可定量評價，DWI 能夠有效評估子宮腺肌病HIFU 術后早期消融效果。該方法安全、經濟、簡單、易行，具有較高的臨床價值。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。

作者貢獻聲明：呂發金指導設計本研究方案，對稿件重要內容進行了修改，獲得了超聲醫學工程國家重點實驗室開放課題資助；唐明梅起草和撰寫稿件，在收集、整理、統計及分析數據等方面完成大量工作；王璐、張珂、潘緣蕊、劉惠在收集、整理及分析數據等方面做了貢獻，對稿件重要內容進行了修改；全體作者都同意發表最后的修改稿，同意對本研究的所有方面負責，確保本研究的準確性和誠信。