引用本文
孙 豪，张明博，韩润哲，等. 光学导航辅助甲状腺结节消融治疗的可行性研究［J］. 肿瘤影像学, 2024, 33 (3): 225-230.
通信作者：罗渝昆 E-mail: lyk301@163.com
第一作者简介
孙豪，在读硕士，主治医师，研究方向为甲状腺疾病超声诊断及超声引导介入治疗，参与国家自然科学基金1项，北京市自然科学基金1项，曾获第12届西湖国际超声医学论坛壁报组一等奖，2024年北京超声医学学术年会三等奖，参与编写英文书籍1本，在核心期刊上发表论文数篇。
通信作者简介
罗渝昆，主任医师，教授，博士研究生导师，中国人民解放军总医院第一医学中心超声诊断科主任。北京超声医学学会理事长，中国医师协会超声医师分会副会长，中国医学影像技术研究会副会长。曾获军队科技进步一等奖，中国研究型医院学会医学科技奖励医学研究创新奖一等奖；先后主持国家及省部级课题20余项，申请国家发明专利及实用新型专利17项。以第一作者或通信作者发表论文280篇，其中在SCI收录期刊上发表论文135篇。
作者解读
光学导航辅助甲状腺结节消融治疗的可行性研究
孙 豪1，张明博1，韩润哲2，王君臣2，罗渝昆1
1.中国人民解放军总医院第一医学中心超声诊断科，北京 100853 ；
2.北京航空航天大学中法工程师学院 / 国际通用工程学院，北京 100191
［摘要］ 目的：通过动物实验探索光学导航结合超声导航进行甲状腺结节消融治疗的可行性，选择冷冻消融作为手段，并在动物实验中验证定位的准确度以及消融安全性。方法：通过超声引导对3只巴马小香猪的甲状腺腺体进行消融，建立甲状腺结节的动物模型。应用光学导航对“结节”及甲状腺进行三维超声重建，低年资超声介入科医师通过光学导航引导消融针尖精准穿刺。消融针道穿过“结节”中心至“结节”前缘，开启冷冻消融，直到冰球范围超出结节边缘5 mm以上。分别记录“结节”大小、消融参数、冰球以及消融灶范围、术后并发症等。结果：光学结合超声导航辅助下，低年资超声介入医师可顺利地将消融针穿过“结节”中心至“结节”前缘靶目标。冰球平均直径约为（24.3±3.8）mm，消融术后30 min冰球完全融化，复查甲状腺彩超显示消融灶最大径平均为（18.7±5.1）mm，体积为（2 215.4±1 470.3）mm3。无并发症发生。结论：光学结合超声导航进行甲状腺结节冷冻消融安全有效，对邻近关键结构损伤较小。光学导航可帮助低年资超声介入科医师顺利完成甲状腺结节冷冻消融，具有良好的应用前景。
［关键词］ 甲状腺结节；光学导航；超声；冷冻消融；并发症
［Abstract］ Objective: To explore the feasibility of optical navigation combined with ultrasound navigation for thyroid nodule ablation through animal experiments, selecting cryoablation as a means, and verifying the accuracy of localization and ablation safety in animal experiments. Methods: Three Bama Xiaoxiang pigs were ablated with ultrasound guidance to establish an animal model of thyroid nodules. Using optical navigation for three-dimensional ultrasound reconstruction of “nodules” and thyroid, young ultrasound intervention physicians used optical navigation to guide precise ablation needles puncture. The ablation needles passed through the center of the “nodules” to the front edge of the “nodules”, and cryoablation was initiated until the range of the ice balls exceeded the edge of the nodules by more than 5 mm. Recorded the size of the nodules, ablation parameters, ice hockey and ablation range, and postoperative complications separately. Results: With the assistance of optical and ultrasound navigation, inexperienced ultrasound interventional physicians could smoothly pass the ablation needles through the center of the “nodules” to the front edge target of the “nodules”. The average diameter of the ice balls was about (24.3±3.8) mm. After 30 min of ablation, the ice balls completely melt. Follow up thyroid ultrasound showed that the maximum diameter of the ablation lesions was on average (18.7±5.1) mm, and the volume was (2 215.4±1 470.3) mm3. All experimental animals had no complications. Conclusion: The combination of optical and ultrasound navigation for thyroid nodule cryoablation was safe and effective, with minimal damage to adjacent critical structures. Optical navigation can help inexperienced ultrasound interventional physicians successfully complete thyroid nodule cryoablation, and has good application prospects.
［Key words］ Thyroid nodule; Optical navigation; Ultrasound; Cryoablation; Complication
近年来，甲状腺乳头状癌（papillary carcinoma of the thyroid，PTC）的发病率逐年升高［1-2］。传统治疗方法为手术切除，然而术后瘢痕，终生服用甲状腺激素替代治疗，以及出现永久性甲状旁腺功能减退症、声音嘶哑等并发症，严重影响患者的生活质量［3-4］。
超声引导下热消融治疗低危甲状腺微小乳头状癌（papillary thyroid microcarcinoma，PTMC）被纳入多个国内外指南及专家共识，包括2020年中华医师协会指南、2021年欧洲甲状腺协会/欧洲心血管和介入放射学会指南等［5-7］。然而，甲状腺周围解剖结构复杂，热消融中产生的汽化现象使消融区显示不清，对邻近的神经、血管、气管、食管仍然存在潜在的损伤风险［8］。为了保证消融的安全、有效，需要三维空间精准定位和消融针的实时引导，这依赖于术者丰富的经验和良好的空间感知力。基于实时精准三维成像，通过高精度定位技术建立精准的甲状腺消融三维超声导航系统，有利于缩短低年资医师的学习曲线，促进该技术的推广应用。
冷冻消融是利用高压气体通过微小孔径后温度迅速降低的原理，通过探针冷冻灭活肿瘤。与其他消融方法相比，冷冻消融具有独特的优势，包括消融区域的边界显示清晰、患者痛苦较小、更容易耐受，且可激活人体免疫，强化肿瘤治疗效果［9］。此外，开始冷冻消融后探针位置固定，适合低年资医师应用导航系统完成消融。冷冻消融在临床中已用于治疗许多部位的肿瘤，包括肺、肝、肾、乳腺和前列腺肿瘤等，但在甲状腺肿瘤中研究报道较少［10-11］。因此，本研究旨在通过动物实验探索甲状腺结节冷冻消融的有效性与安全性，同时以冷冻消融为手段探索光学空间结合超声智能定位辅助低年资超声介入科医师进行甲状腺结节消融治疗的可行性。
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材料与方法
1.1 一般材料
本研究中进行的所有动物实验均按照机构动物护理和使用委员会批准的方案进行。采用北京阳光易帮医疗科技有限公司氩氦冷冻消融系统，使用K-13S号冷冻探针对3只巴马小香猪进行经皮冷冻消融。使用深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司M9便携式彩色多普勒超声诊断仪及L14-6Ns探头完成术前常规扫查并确定甲状腺位置，探头频率为3~13 MHz，中心频率为8 MHz，术中引导消融。每只动物体重约25 kg。
1.2 术前准备
术前常规化验血常规，检查动物的体重、年龄、性别、饮食、声音、精神状态。使用舒泰和拜特速眠新肌内注射诱导麻醉，待动物保定确切后将其置于手术台上，俯卧位进行气管插管，接麻醉机，再行俯卧四肢捆绑固定。手术全程使用异氟烷吸入麻醉，常规生命体征监护。颈部两侧备皮，清洁，碘伏消毒，铺无菌手术单。在超声引导下对甲状腺腺体进行小范围快速冷冻消融，最终在3只实验动物甲状腺上均成功地形成了 “结节”。
1.3 光学导航原理
利用立体视觉技术模拟人眼的双目视差原理，通过两个摄像头同时捕捉目标物体的图像，进行立体匹配和视差计算，可以计算出物体在三维空间中的位置和形状。利用超声图像与双目相机捕获到的位姿信息对机体组织进行三维重建，即可用于术前规划。术中通过光学摄像头实时捕捉超声图像与消融针在三维空间的位置，实现穿刺针与靶目标的实时显示，配合超声成像实现手术导航。术后通过消融灶三维重建与术前结节三维重建的配准，评估三维空间内消融是否实现足够的安全边界。
1.4 消融过程
对甲状腺进行超声扫描并三维分割重建，以超声重建的三维甲状腺“结节”为靶目标，由具有1年介入经验的超声介入科医师，通过光学导航引导消融针尖精准穿刺“结节”中心，针尖达到“结节”前缘（图1）。消融过程中均不在甲状腺周围组织注射隔离液进行保护。在消融过程中，消融针保持固定不动，消融功率均为100%，消融温度均为-160 ℃，冰球超过“结节”最大径1 cm定义为消融完全，消融完成即刻记录冰球最大径线，之后复温拔出消融针，待冰球融化后再次复查甲状腺彩超，记录消融灶大小，三维分割重建对比消融灶与“结节”范围。
图1 光声导航引导消融针穿刺
1.5 术后处理
所有消融完成后，给予动物止痛药并常规饲养3 d，观察其进食与精神状态，术后3 d观察并记录实验动物是否存在血肿、感染、呼吸困难、声音变化等手术并发症。3 d后，对每只动物实施安乐死，切除其甲状腺用于组织病理学分析。
1.6 统计学处理
采用SPSS 26统计学软件进行数据分析。测量“结节”与消融灶横截面宽度（W，单位mm）、深度（D，单位mm）和轴向长度（L，单位mm），计算体积（V，mm3）：V=W×D×L×π/6，记录对结节进行消融的功率、时间、温度。所有符合正态分布的连续变量均采用x±s表示。
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结 果
2.1 实验动物一般情况及甲状腺“结节”特征
术前3只动物（记为P1、P2、P3）血常规结果提示均无炎症反应及凝血功能障碍。3只实验动物甲状腺消融后共形成4处“结节”，消融参数如表1所示。“结节”在二维超声下扫描均为低回声（图2A），边界清楚，形态规则，未侵犯甲状腺被膜，CDFI显示无血流信号。“结节” 最大径平均为（10.8±4.6）mm，体积平均为（606.8±811.7）mm3（表1）。
2.2 冷冻消融结果
消融过程中可见线状强回声的消融针周围组织回声开始减低，逐渐形成伴有后方回声的弧形强回声，范围不断向外扩大，经光学导航冷冻消融后，原“结节”被边界光滑的冰球所覆盖，冰球后方可见明显声影（图2B、C），对于同一腺体多发“结节”，消融后形成一个大冰球，将两处“结节”一起覆盖。
冰球平均直径为（24.3±3.8）mm，消融术后30 min冰球完全融化，复查甲状腺彩超显示消融灶为边界清楚，形态规则的低回声区（图2D），消融灶最大径平均为（18.7±5.1）mm，体积为（2 215.4±1 470.3）mm3（表2）。
图2 对猪甲状腺“结节”消融过程
A：甲状腺可见一低回声“结节”，最大径约17 mm。B：甲状腺“结节”消融过程中，可见线状强回声的消融针周围回声减低，后方开始出现声影。C：消融完成后，可见形成一边界光滑的冰球，最大径约27 mm。D：冷冻消融术后30 min复查消融灶，最大径约23 mm。
2.3 导航系统评估消融范围与大体病理学检查所见对照
消融范围覆盖原“结节”位置，甲状腺周围未见血肿形成，周边肌肉组织连续性完好。对实验动物甲状腺进行三维重建，以消融针尖为圆心形成一椭圆形消融灶，体积明显大于“结节”，将术后甲状腺与术前甲状腺三维模型相匹配，消融灶均能完全覆盖“结节”。对甲状腺标本进行宏观检查，可见消融灶部分颜色呈深褐色，周围正常甲状腺组织呈淡粉色，两者界限清楚（图3）。病理学解剖测得消融灶最大径为（17.0±4.6）mm，与超声所测最大径具有一致性（表3）。
图3 消融动物甲状腺解剖外观
2.4 并发症情况
3只实验动物在3 d的术后监测中均未发现血肿、感染、呼吸困难、声音变化等并发症，进食及精神状态均正常。血常规检查提示结果提示均无炎症反应与凝血功能障碍。
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讨 论
本研究评估了对猪的甲状腺“结节”进行冷冻消融的有效性与安全性，通过术前、术后超声检查对比以及术后病理学检查证实，所有“结节”均被完全消融。术后随访所有实验动物均无周围气管组织受损及炎症反应与凝血功能障碍。
冷冻消融的作用涉及多种不同因素。最主要的作用机制被认为是继发于最靠近冷冻消融针的细胞凝固性坏死［12］，这种凝固性坏死因冷冻和解冻阶段渗透压梯度的变化而发生，导致目标细胞破裂［13］。在治疗体内其他肿瘤时，冷冻消融比微波消融或射频消融等其他基于热消融的治疗方式能激发更强的适应性免疫反应［14］。某些空腔组织如气管、血管等由于含水量低而具有内在的耐低温性，可以最大限度地减少对肿瘤周围正常组织的损害［15］。因此，冷冻消融在治疗大气道、食管或血管附近的肿瘤时具有独特优势［16］。此外，由于冷冻消融产生的极低温对组织有镇痛作用，相比于其他消融方式患者更容易接受［17］。
常规甲状腺热消融技术需要在术前充分评估结节周围解剖结构的基础上充分避开周围组织结构，需要在甲状腺包膜外及结节临近的重要结构（如气管、血管、神经）之间注射一定量的生理盐水或葡萄糖溶液予以充分隔离［18］。对于较大结节通常采取移动消融技术［19］，但是在实际操作中经常遇到因消融产生的汽化而干扰针尖显示，这种情况下需要超声介入科医师依据个人经验判断消融是否充分并移动针尖。而在冷冻消融过程中，只需要将消融针尖精确地扎入结节中心位置，术中不需要移动消融，针尖处彻底冻结后，操作医师即可松开消融针，只需要手持探头对消融区域进行扫查即可。
光学导航系统基于双目或多目视觉原理，实时追踪手术器械的位置，并将这些信息以三维可视化的方式展示给医师，从而帮助医师在手术中更加精确地定位和操作。目前光学导航系统主要用于神经外科、骨科等介入治疗手术［20］，还有学者［21］在肝脏消融中引入光学导航系统，但是目前光学导航在甲状腺消融术中的应用鲜有报道。本实验也证实了光学导航应用于甲状腺消融尤其是固定消融的可行性，光学导航可较好地辅助初级医师完成消融操作。
在本实验中，我们还试图进一步探究冷冻消融的安全性，评价其对周围组织器官的损伤程度。本实验消融术前未进行常规液体隔离，但是消融术后复查实验动物无明显血肿、感染、呼吸困难、声音变化等并发症，进食及精神状态也均正常。血常规检查结果提示均无炎症反应与凝血功能障碍，进一步证实了冷冻消融的安全性。
本研究存在一定的局限性。首先，缺乏足够的样本量来进行对照实验，本研究未进行同等条件下实验动物的甲状腺结节进行超声导航消融。其次，由于资源限制，动物只能存活3 d，可能需要更长的存活时间才能充分确定光学空间结合超声智能定位辅助冷冻消融甲状腺结节的有效性与安全性。
综上所述，光学空间结合超声智能定位辅助甲状腺结节消融治疗具有一定的可行性，尤其是使用冷冻消融等固定消融方式时，可辅助低年资医师较好地完成穿刺从而进行消融。冷冻消融对临近气管、神经等关键结构损伤较小，在临床使用中安全性较高。同时还有必要进一步研究以确定光学空间结合超声智能定位辅助甲状腺结节采用其他消融方式进行治疗的可行性与安全性。
［参考文献］
编辑：徐虹
审核：倪明
