セミナーレポート(東芝メディカルシステムズ)

2014年5月9日(金)〜11日(日)の3日間,超音波Week 2014〔日本超音波医学会第87回学術集会,第6回アジア造影超音波会議(ACUCI),第32回日本乳腺甲状腺超音波医学会,第114回腹部エコー研究会,第3回日本甲状腺Intervention研究会 共催・同時開催〕がパシフィコ横浜(横浜市)で開催された。2日目の10日(土)に行われた東芝メディカルシステムズ(株)共催のランチョンセミナー9では,ACUCIの大会長でもある森安史典氏(東京医科大学消化器内科教授)と飯島尋子氏(兵庫医科大学超音波センターセンター長・内科 肝胆膵科教授)が交互に座長と演者を務め,肝疾患診療の最前線をテーマに講演した。

2014年8月号

超音波Week2014 ランチョンセミナー9 肝疾患診療の最前線

肝腫瘍へのアプローチ

森安 史典(東京医科大学消化器内科)

肝疾患領域においても広く用いられるようになってきたUltrasound Elastography(超音波エラストグラフィ)は,加圧による歪み(strain)を見るstrain elastography と,剪断波の伝播速度を測定するshear wave elastography の2つに分類される。剪断波速度測定には,機械的振動・加圧を加える方法と音響的加圧を加える方法があり,東芝メディカルシステムズ社が開発したshear wave elastography (SWE)は後者に相当するが,さらに伝播速度の定量化と同時にマッピング化を実現していることが特徴である。
本講演では,SWEの肝腫瘍へのアプローチをテーマに,腫瘍の鑑別診断に加えて,局所治療への応用についても言及する。

SWEの特徴と有用性

SWEでは,剪断波の到達時間を等高線で表示するモードがあり,エラストグラフィの信頼性を確認できる(図1)。例えば,深部では等高線が乱れている場合,信頼性のある情報がとれていないことがわかる。用手的な圧迫ではないため,腹水があっても検査が可能であり,カラーマッピング内に任意の大きさのROIをとって,定量的に測定することができる。
測定された剪断波の伝播速度(m/s)は,次式によって弾性(kPa)に換算される。

 E=3・ρ・V2
   E:弾性(kPa),ρ:密度
   V:SWの伝達速度(m/s)

しかし,SWの伝播速度は弾性(elasticity)に加えて,特に肝臓では,粘性(viscosity:Pa・s)が大きく影響している。組織の物性は,特に炎症性疾患では粘性の影響が大きく,腫瘍性疾患でも影響する場合が多いと思われる。
弾性とは,例えばバネを一定の力で押した時の延び縮みの程度であり,粘性は,ドアのダンパーのように速度と時間の要素が関係する。すなわち,強く押せば速く縮むが,小さい力ではゆっくりと縮む。剪断波の伝播速度を正しく理解するためには,弾性と粘性の2つの要素が関係することを理解しておく必要がある。

図1 SWEの到達時間等高線表示

図1 SWEの到達時間等高線表示

 

SWEの肝疾患診断への応用

●びまん性肝疾患への応用

肝臓領域へのSWEの応用としてはまず,びまん性肝疾患の診断が挙げられる。特に,線維化や急性肝炎では,炎症や細胞組織の壊死,細胞浸潤,浮腫などにより粘性が高まるため,剪断波の伝播速度は非常に速くなると考えられる。脂肪肝,NASHについては現在議論されているが,脂肪の沈着も伝播速度に影響を与えると言われている。肝腫瘍に関しては鑑別診断だけでなく,局所治療の効果判定にも非常に役に立つ。これが重要である。

●肝腫瘍性疾患(liver tumors)への応用

複数の塊状型の結節が融合したような形の,大きな肝細胞がんの症例を示す。SWEのカラーマッピング画像(図2a)では,信号が欠損している部分もあって信頼性が疑われるが,到達時間等高線表示(図3a)では波はつながって伝播していることがわかり,硬さの評価が可能である。
微細なスケールで組織が変わっているような複雑な構造は,SWEでは評価できない可能性があると言われているが,例えば,水面の波紋が進む先に杭が打ってあれば波は乱れ,複雑な動きをするものの,波が伝わっていないわけではない。すなわち,乱れた波は正常ではない複雑な状態を表現していると言える。このような組織構造をSWEでどのように表現するかは今後の課題であるが,それが解決できれば,SWEは肝腫瘍性疾患の強力な診断ツールになると考えられる。

図2 症例1:SWEのカラーマッピング画像(a) 腫瘍内部は周辺の肝硬変に比べて軟らかいことがわかる(腫瘍内部8.6kPa)。

図2 症例1:SWEのカラーマッピング画像(a)
腫瘍内部は周辺の肝硬変に比べて軟らかいことがわかる(腫瘍内部8.6kPa)。

 

図3 症例1:図2の等高線表示(a) 等高線の密度が腫瘍内部は周辺の肝硬変部に比べて密となり,SWの伝播速度が遅いことがわかる。

図3 症例1:図2の等高線表示(a)
等高線の密度が腫瘍内部は周辺の肝硬変部に比べて密となり,
SWの伝播速度が遅いことがわかる。

 

症例2は,Bモードで低エコー領域として描出される1cmのHCCである。SWEでは,腫瘍は周囲より硬く表示され,等高線表示では,低エコー領域は伝播速度が速いことが一目でわかる(図4a)。ROIで測定すると,腫瘍部は38.8kPaと,周囲の18.2kPaと比べて明らかに硬いことが確認できた(図5)。生検による病理学的診断は,中〜低分化肝細胞癌であった。このように,SWEの定量化は患者間比較や腫瘍間の比較を可能とする。

図4 症例2:SWEの等高線表示(a) 腫瘍部は周辺に比べてSWの伝播速度が速い(硬い)ことが明瞭である。生検では中〜低分化肝細胞癌であった。

図4 症例2:SWEの等高線表示(a)
腫瘍部は周辺に比べてSWの伝播速度が速い(硬い)ことが明瞭である。
生検では中〜低分化肝細胞癌であった。

 

図5 症例2:腫瘍の弾性の定量評価 ROIを置いて計測すると,腫瘍部は38.8kPaであり,非腫瘍部肝硬変の18.2kPaに比べて硬いことがわかる。

図5 症例2:腫瘍の弾性の定量評価
ROIを置いて計測すると,腫瘍部は38.8kPaであり,
非腫瘍部肝硬変の18.2kPaに比べて硬いことがわかる。

 

エラストグラフィによる肝腫瘍性疾患の鑑別診断については,FNHやhemangioma,肝細胞がん,転移性肝がんなどを鑑別することは難しいという報告がある1)。しかし,われわれが肝細胞がんだけを集めて,高分化型,中分化型,低分化型に分けて伝播速度を比較したところ,低分化型肝細胞癌では,他と比較して有意に硬くなっていることが明らかになった(図6)。このことからSWEは,腫瘍性疾患においても,悪性度や組織性状の違いを鑑別しうる可能性が示唆された。

図6 肝細胞がんの組織的分化度と弾性の定量

図6 肝細胞がんの組織的分化度と弾性の定量

 

●局所治療の効果判定─IREの評価への応用

超音波エラストグラフィは診断のみならず,局所治療のアシストや治療効果判定などに応用されることも多くなってきた。なかでも最新の不可逆電気穿孔法〔Irreversible Electroporation:IRE,製品名NanoKnife™(Aingiodynamics社)〕は,19Gの複数の針電極の間を3000Vの高電圧で直流電流を流し,細胞膜に不可逆性の小さな穴を開けて,がん細胞にアポトーシスを惹起し,死滅させる治療法である。
ラジオ波焼灼療法(RFA)では高温のために細胞や組織のタンパク質が変性して白くなるが,局所の温度が上がらないIREでは,強いうっ血によって赤黒くなる。細胞組織を見てみると,RFAでは染色性が少し悪くなるものの形態的変化はほとんどないが,高温のため細胞は生物機能を失い,組織の構造は破壊され血流も途絶える。
一方IREでは,核を失った細胞の像が認められ,細胞の数も減って,その間に類洞内の赤血球が充血している。核のアポトーシス変性も認められる。IREは細胞だけを壊し,線維組織は破壊しないため血管の構造が保たれる。血管内皮細胞もアポトーシスを起こすが48時間で再生し,血管平滑筋細胞は2週間程度で再生するとされている。血管だけでなく,膵管,胆管,尿道,消化管,胆嚢などにおいても,組織の構造は保たれる。したがって,血管に浸潤したがん細胞も破壊することができ,将来的には多くのがん種の治療に使われると考えられる。また,RFAではheat sink効果のために太い血管の近くの腫瘍は高温にならず再発するが,温度に依存しないIREではそのような限界はない。

●国内2例目のIRE症例提示

IREは,欧米ではすでに3500例以上が実施されているが,わが国では当科において2014年2月,第1例目の治療に成功し,臨床研究の段階である。当科における第2例目のIRE施行症例について報告する。
本症例は,2cm程度のhypervascularな結節に対しRFAを行ったが,血管が近くにあったため凝固域が十分にとれなかった。8か月後に再発が認められたため,IREを施行した。
術前3D画像のシミュレーションに基づいて肋間から4本の針を刺し,心電図同期で1心拍に1発ずつ,計180発通電した。術中は,針先の位置を超音波の針ナビゲーションでモニタしながら治療を行った(図7)。治療後のEOB-MR画像では,8か月前のRFAと比べ,十分な治療範囲が得られていることが確認された。

図7 国内2例目のIRE時のFusion + 針ナビゲーション画像

図7 国内2例目のIRE時のFusion + 針ナビゲーション画像

 

このようにIREは,消化管や胆嚢に近いがん,および太い血管近辺や血管内なども治療することができるため,将来的には肝がん治療のほとんどはIREに置き換えられるのではないかと考えている(図8)。
現時点でのIREの課題としては,治療範囲の評価,特に術中の確認が困難なことが挙げられる。この問題の解決には,超音波の画像技術,なかでもエラストグラフィが有望視されている。

図8 肝がんにおけるRFAとIREの適応

図8 肝がんにおけるRFAとIREの適応

 

ソナゾイド造影超音波のKupffer相では,治療によってKupffer細胞の機能が落ちた部分が明瞭に描出される(図9)。腫瘍部分の血流が消失しているような例では,造影剤を再静注すると周辺の血流が評価できるので,血流の範囲による治療域の評価が可能と思われる。

図9 造影超音波Kupffer相によるIREの治療範囲の評価 bのBモード像では治療範囲はまったくわからないが,aのソナゾイド造影Kupffer相ではその範囲が明瞭である。IREによってKupffer細胞の貪食機能が失われているためと考えられる。

図9 造影超音波Kupffer相によるIREの治療範囲の評価
bのBモード像では治療範囲はまったくわからないが,aのソナゾイド造影Kupffer相では
その範囲が明瞭である。IREによってKupffer細胞の貪食機能が失われているためと考えられる。

 

また,エラストグラフィ(SWE)では,造影剤を投与することなく治療範囲を明瞭に評価することができる(図10)。等高線表示モードでも,SWEの信頼性を確認できる(図11)。
IREによって変化した組織性状,物性の評価は簡単ではないが,非侵襲的に超音波を照射するだけですぐに評価できるエラストグラフィ(SWE)は,今後,局所治療の評価に重要な役割を果たしていくものと考えられる。

図10 エラストグラフィ(SWE)によるIREの治療範囲の評価 治療範囲が赤く,硬く表示されているのは,同部の粘性が増加しているためと考えられる。腫瘍部はそれに比べて軟らかく表示されている。

図10 エラストグラフィ(SWE)によるIREの治療範囲の評価
治療範囲が赤く,硬く表示されているのは,同部の粘性が増加しているためと考えられる。腫瘍部はそれに比べて軟らかく表示されている。

 

図11 図10の等高線表示モード

図11 図10の等高線表示モード

 

Intervention Ultrasoundにおける Needle navigation systemの有用性

アジアで主流となっている超音波ガイド下インターベンションに使用する,東芝メディカルシステムズ社が開発中の“Needle navigation system”を紹介する。穿刺針の根元に磁気センサー(図12)を付け,針の先端の位置を画面上に印で表示するシステムである(図13b)。針の先端の深さを確認し,目的の場所まで進めるためにはきわめて有用なシステムである。

図12 Needle navigation system 針の付け根に磁気センサーを装着することによって,針先位置を認識,表示する(a)。磁気センサーを3本の針に装着し,プローブにも装着することによって,超音波断層面と3本の針の三次元的な位置関係を認識,表示することができる(b)。

図12 Needle navigation system
針の付け根に磁気センサーを装着することによって,針先位置を認識,表示する(a)。
磁気センサーを3本の針に装着し,プローブにも装着することによって,
超音波断層面と3本の針の三次元的な位置関係を認識,表示することができる(b)。

 

図13 Needle navigation system画像 針先の実像が見えなくても,針先位置が推定できる(青色の●印で示される)。

図13 Needle navigation system画像
針先の実像が見えなくても,針先位置が推定できる(青色の印で示される)。

 

また,針そのものの視認性を高める針強調法(needle enhancement)も開発中である(図14)。超音波ビームの方向を変えることで針の信号が増強され,針自体が画面上に明瞭に表示されるようになる。針強調法も今後,臨床に広く取り入れられていくものと思われる。

図14 Needle navigation systemにおける針強調法画像(W.I.P.)従来のBモード像(a)に比べて,針強調法の画像(b)では針の視認性が向上している。

図14 Needle navigation systemにおける針強調法画像(W.I.P.)
従来のBモード像(a)に比べて,針強調法の画像(b)では針の視認性が向上している。

 

Needle navigation systemは,RFAの焼灼中に発生するガスで針先が見えなくなるような場合に有効である(図15)。また,IREやRFAなど最近のインターベンションにおいては2本以上の複数の針を用いるため,Multi-needle trackingが必要となる。東芝メディカルシステムズ社では3本の針にそれぞれセンサーを付け,3本の針先の位置を同時にモニタできるシステムも開発中である(図12 b)。比較的大きな肝がんの症例で,複数の針先を正確に進めて治療したい場合などには,きわめて有用である(図16)。

図15 Needle navigation systemによるRFAの予定焼灼域表示 青色●印が針先の表示で,ピンクの楕円球が予定焼灼域を示している。

図15 Needle navigation systemによるRFAの予定焼灼域表示
青色印が針先の表示で,ピンクの楕円球が予定焼灼域を示している。

 

図16 Multi-needle trackingに対応するNeedle navigation system画像(W.I.P.) Multi-needle trackingによる3本の針の表示(b)と,Fusion imagingにより対応するCTボリュームデータ内での針の位置が表示されている(a)。

図16 Multi-needle trackingに対応するNeedle navigation system画像(W.I.P.)
Multi-needle trackingによる3本の針の表示(b)と,Fusion imagingにより対応する
CTボリュームデータ内での針の位置が表示されている(a)。

 

まとめ

SWEやNeedle navigation systemは,診断はもとより,局所治療のモニタあるいは評価に欠かせない技術と言える。今後のさらなる進歩と普及が期待される。

●参考文献
1)Yu, H., Wilson, S. : Ultrasound Quarterly, 27, 21, 2011.

 

森安 史典(東京医科大学消化器内科)

森安 史典(Moriyasu Fuminori)
1975年 京都大学医学部卒業。同年 倉敷中央病院内科。79年 天理よろず相談所病院消化器内科。83年 京都大学医学部附属病院。86年 同院第一内科助手。87年 エール大学留学を経て96年 同院消化器内科助教授。2000年〜東京医科大学消化器内科主任教授。

 

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