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聚焦肝癌消融治疗 | 微波、射频、激光、冷冻、纳米刀...各显神通

 vvvvvvvrrr 2019-08-01

肿瘤消融是指运用化学消融、能量消融(包括热消融与非热消融)等微创治疗技术,通过诱导肿瘤细胞的不可逆损伤而实现肿瘤的局部灭活。20世纪90年代,随着影像医学的进步和消融技术的进展,以热消融为主流的肿瘤消融治疗得以迅速发展。我国于1996年开始应用超声引导下肿瘤消融技术,其中,以微波消融治疗肝癌最先报道。

影像引导的肿瘤消融历经20余年,已发展成为一种被广泛认可的微创介入治疗方法。超声引导消融治疗包括经皮、术中和内镜超声引导技术,其中,以经皮途径为主。近年来,微波、射频、激光、高强度聚焦超声、不可逆电穿孔、冷冻及化学消融等技术如雨后春笋般快速发展,广泛应用于实体肿瘤的治疗中。

消融治疗具有创伤小、疗效好、费用低、可重复、适用广等优势,尤其适用于身体状况或心理因素无法耐受或不愿接受其他治疗的肿瘤患者,为大量患者提供了新的希望。本文主要就肝癌消融治疗的不同技术手段进行总结,并对消融原理和疗效等进行对比,与广大读者共享。

发展简史

肿瘤热疗发展史小视频

中国唐代

由文献辑录而成的综合性医书《外台秘要》收录了最古老的肿瘤热疗记载。

1886年

Busch首次以文献方式报道1例患者两次丹毒感染后肿瘤消退,标志着现代热疗开始。

1918年Rohdenbuny总结了166例因高热而致肿瘤消退的病例。

1927年

奥地利医生Jauregg 因热疗获得诺贝尔医学及生理学奖。

1965年

P.E.McGuff首次将激光用于肿瘤治疗。

1979年

世界首台微波凝固治疗仪问世。

此时,肿瘤热疗已划分出热物理学、热生物学、热疗临床等不同的研究领域,热生物学研究、器械设备研制、临床应用与研究都步入空前繁荣的阶段。

20世纪后期

形成以温热辅助治疗为主联合放化疗的联合肿瘤治疗模式。

1990年

分别有使用射频、激光技术用于消融肝癌的文献发表。

1994年

国际上首次有使用微波消融治疗肝癌的文献发表。

1996年、1999年

冷冻消融、高强度聚焦超声治疗肝肿瘤的文献相继发表

2012年

国际上首次报道了使用纳米刀技术治疗肝脏恶性肿瘤

21世纪开始

进入以热消融为核心多种治疗方法联合的综合治疗阶段

现代肿瘤热疗由以辅助治疗为起点的温热治疗阶段发展到以消融为核心的影像引导治疗阶段,成为用针不用刀的肿瘤微创治疗。

技术原理

微波消融治疗肝癌

概念微波是指频率为300 MHz-300 GHz,波长在1 mm-1 m(不包括1 m)之间的电磁波是分米波,厘米波,毫米波的统称。微波消融是利用微波的热效应直接作用于病灶,使病灶组织由于高温而凝固坏死,从而达到治疗疾病的目的。

原理微波的热效应是指微波能量被介质材料吸收而转化为热能的现象。在微波场的作用下,介质的极性分子从原来杂乱无序的热运动改变为按电场方向取向的规则运动,而热运动以及分子间相互作用力的干扰和阻碍起着类似内摩擦的作用,将所吸收的能量转化为热能,使介质的温度随之升高。微波对生物组织的热效应分为离子加热和偶极子加热两种。目前临床上主要应用915MHz和2450MHz两种频率的微波进行微波消融。915MHz频率的微波与2450MHz频率的微波相比,其频率低、波长长、穿透性更强,因此,理论上应用915MHz频率的微波进行消融,穿透力更强,可达到更大的消融范围。

射频消融治疗肝癌

原理射频消融是指射频发射器产生高频率转换的射频电流,使组织内的离子随电流正负极的转换而频繁震荡,产生摩擦作用,将电能转化为热能,使组织的温度升高,从而使肿瘤细胞发生热凝固性坏死和变性。热能的积累超过细胞的耐受而引起细胞死亡称为凝固性坏死。

激光消融治疗肝癌

概念:激光消融首先是由英国学者Bown于1983年总结提出的,是指将激光辐射生物组织,对其加热并通过热损伤、气化、高温分解等作用,达到凝固或切割组织的目的。

原理:将激光辐射生物组织,光子能量入射到组织内后光能转化为组织分子动能振动摩擦,从而使被照射组织温度升高而导致局部生物组织凝固坏死、炭化、气化甚至蒸发。

随着激光消融概念的提出,这一全新的消融理念和技术得到了迅速推广和普及。

冷冻消融治疗肝癌

冷冻消融针对肿瘤组织灭活的主要机制包括以下4个方面。

①冷冻对靶区细胞的物理性杀灭,当温度急剧降低至低于15℃时,可导致细胞外冰晶形成细胞膜脂质及膜蛋白受到损伤,造成细胞损伤或死亡;

②冷冻引起的微血管栓塞作用,冷冻导致微血管收缩,血流减缓,血小板凝集,微血栓形成,造成组织缺血缺氧,导致靶细胞、组织缺血坏死;

③冷冻后加热性损伤,冷冻后升温解冻,造成靶区微血管膨胀,血管壁断裂,加重微血管血栓形成;

④冷冻免疫作用,反复冻融之后,细胞破裂,细胞膜溶解,促使细胞内处于遮蔽状态的抗原释放,诱发特异性或非特异性抗肿瘤反应。

高强度聚焦超声治疗肝癌

原理高强度聚焦超声治疗肿瘤的原理主要是利用高频机械振动的超声波具有可聚焦性、组织穿透性和能量沉积性的特点,于焦点部位能够形成一定的高温(65~100℃),对组织和细胞产生杀伤作用,此外,超声波的机械效应、空化效应和声化学效应,也能使靶区组织和细胞发生结构或功能的改变,对组织和细胞的杀伤也起着一定的作用。

优势高强度聚焦超声消融治疗肿瘤最大的优势在于其独特的非侵入操作性,因此,该方法治疗肿瘤对肿瘤位置依赖性相对较小,转移和出血风险降低。另外,由于其主要通过焦点的叠加和组合达到适形的热消融,因此,具有剂量均匀分布及立体适形的优点。但是,由于受限于超声波本身的物理特点,HIFU也有着明显的技术局限性,即高反射界面严重影响超声波的穿透性,组织不均匀性可能会影响聚焦准确性,经体表聚焦的方式致使其热效率比较低。

不可逆电穿孔治疗肝癌

不可逆电穿孔是一种新型的非热肿瘤消融技术,也称为纳米刀。其原理为透过精细的探针将超短高压电脉冲传送到目标区域,以产生的强大外部电场,导致细胞膜发生电穿孔(即在细胞膜中形成可渗透离子的纳米大小孔道。导致细胞膜失去生理功能而引起细胞凋亡,最后人体再通过免疫系统清除细胞碎片。由于不可逆电穿孔技术可避免身体组织暴露于极端的高低温,因此对周围组织的潜在伤害可降至最低。

化学消融治疗肝癌

影像引导肿瘤化学消融的基本原理是指在影像设备引导下,穿刺肿瘤组织,将化学药物直接注射到肿瘤内部,使局部组织脱水、固定、蛋白变性, 而使肿瘤组织产生凝固性坏死,达到原位灭活肿瘤组织的目的。另外,化学硬化剂还能够破坏血管内皮细胞,引起血栓形成及血管闭塞,使肿瘤组织缺血坏死。用于肿瘤化学消融治疗的药物通常称为硬化剂,常用的硬化剂主要有:无水乙醇、聚桂醇、醋酸(乙酸)、盐酸等。

不同消融技术的对比

基础研究

有文献报道,在射频消融治疗肝癌后,在消融区的血管旁可以见到不规则的散在细胞存活区域,而微波消融区血管旁未见到活性细胞,表明微波消融可以完全阻断血管,治疗效果更加彻底

在射频、微波、冷冻、纳米刀四种消融技术当中,消融区边缘锐利程度微波最锐利,依次为微波、冷冻、射频、纳米刀,提示这可能与射频消融后肿瘤复发率更高有关,建议在使用射频和纳米刀技术进行肝脏肿瘤消融时应该扩大消融区域,使肿瘤灭活更加彻底;

在不可逆电穿孔的基础研究中,Bulvik BE.等在动物实验中发现不可逆电穿孔不能完全阻断消融区内部血管,同时可以使消融区炎性细胞浸润增多,其诱发的全身免疫反应可抑制远处肿瘤的生长,与射频消融相比效果更显著。

临床研究

微波与射频治疗肝肿瘤的研究日益增多,多数以回顾性研究为主,在完全消融率,局部进展率,生存率和并发症发生率方面,多数研究表明两种消融技术无显著差异。然而,微波消融作为热消融的一种,拥有诸多优势,如凝血管能力强,温升速度快,消融范围大等特点,对富血供大肿瘤显示出独到的优势

在冷冻消融和射频消融治疗肝癌的对比研究中,多数研究表明冷冻消融治疗肝癌的并发症发生率高于射频消融,而局部进展率、总生存期、无瘤生存期等无显著差异。

近年来激光消融被应用到无法切除或拒绝手术治疗的小肝癌治疗中,一项激光消融与射频消融治疗肝癌的随机对照表明,二者在总生存期和无进展生存期方面无显著差异,但激光消融达到相同消融效果需要更多的消融针数,因此,激光消融由于光纤细更微创,适合在一些危险或重要部位的肿瘤(经胃肠道穿刺消融深部肿瘤),无法接受经皮微波或射频消融治疗的病灶。

尽管不可逆电穿孔的使用尚未完全普及,但已有许多临床研究证实其可作为治疗许多高危部位肿瘤的替代疗法。有作者综述了129例肝肿瘤患者接受不可逆电穿孔治疗的研究,术后3个月的完全缓解了为67-100%,3cm以下的肝肿瘤甚至高达93-100%。不可逆电穿孔作为一种非热能的消融技术,与传统消融技术相比拥有许多优点,特别是用于治疗与重要结构相邻的如肝门部肿瘤

尽管化学消融费用低,操作简单,但因其存在消融剂弥散范围小、分布不均匀,肿瘤坏死不彻底等不足,现在化学消融术仅作为热消融的辅助手段

目前,我国已然跃居国际肿瘤消融治疗大国,并且多项技术居于国际领先地位。以微波和射频为代表的各种消融技术在临床已经得到广泛认可,对于直径≦5cm肝脏肿瘤消融已成为继手术之后另一种根治性治疗方法而被列入国内外指南,医生应根据肝脏肿瘤的部位、大小、血供特点以及患者基本状况等进行综合考虑,选择合理的消融方法。

随着微创医学发展的需求,肿瘤消融治疗正在从传统的小肿瘤、安全部位肿瘤向大肿瘤、高危复杂部位的肿瘤拓展,从依赖经验消融向精准、智能消融迈进。精准化是消融稳步发展的目标,智能化是消融快速发展的动力,前沿化是消融持久发展的源泉。从只关注肿瘤局部灭活效果向全面调节机体抗肿瘤功能完善,从影像介入单一学科向医工交叉等多学科多模态影像联合发展,无疑消融治疗已经成为临床肿瘤治疗学中不可或缺的重要力量。


作者 | 梁萍 吴嘉鹏 张怡璇(中国人民解放军总医院介入超声科)

编辑 | 郝冉(中国医学论坛报)

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