相变氟碳乳剂提高高强度聚焦超声损伤效率的实验研究

【摘要】：高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound, HIFU)已用于多种肿瘤和非肿瘤疾病的治疗。在肿瘤 HIFU 治疗的过程中发现,对于位于机体深部或体积大的肿瘤,HIFU 治疗的时间长,疗效不够理想。目前在临床使用的一些用于提高 HIFU 治疗肿瘤效率的方法多有不易为患者接受的缺点。一些实验证实微气泡可增强 HIFU 损伤,但实验与临床 HIFU 治疗的差距太大。本研究首先制备用于实验的相变氟碳乳剂(phase shift perfluoropentane emulsion,PSPE),并初步观察其理化性质和急性毒物毒性,在此基础上静脉注射 PSPE 后 HIFU 体外辐照实验动物正常肝脏、肾脏和肝脏肿瘤,观察 HIFU 损伤效率的变化、二维超声实时监控、HIFU 辐照区的病理变化及转归、实验动物重要器官的结构和功能变化。 一、静脉注射用 PSPE 制备及其急性毒性动物实验 以十二氟戊烷(dodecafluoropentane,DDFP)和乳化剂 Pluronic F68、卵磷脂等为原料,经高速搅拌方法,通过正交实验优化处方,制得平均粒径为 1.69 ±0.85 μm、液滴浓度为(2.85±0.37)×1010个/ml 的PSPE,PH 为7.48±0.13。该乳剂的液滴在常温下为液态,温度高于 29.3°C或在超声波的作用下,液滴内的 DDFP 可发生相转变,液滴变为微气泡。该 PSPE 的液滴浓度随保存时间的延长而下降,平均粒径随保存时间延长而增大,PH 无明显改变。以新西兰杂交兔 34 只为实验对象,按近似 LD50测定法测得 PSPE 的 LD50为 0.37 ml/kg。LD50测定实验中 观察到动物的急性毒性主要是呼吸困难,解剖发现肺表现高充气不萎缩肺(hyperinflated non-collapsible lungs,HNCL),组织学检查发现肺泡扩张,部分肺泡壁破裂,肺间质受压。结论:(1)高速搅拌可制备供实验使用的 PSPE;(2)PSPE 液滴浓度随保存时间延长而降低,粒径则随保存时间延长而增大;(3)该 PSPE 的 LD50为 0.37 ml/kg;(4)PSPE的急性毒性主要表现为 HNCL;(5)需要通过配方、工艺进一步改善降低 PSPE 的平均粒径。 二、HIFU 联合 PSPE 损伤正常组织的实验研究 (一)HIFU 联合 PSPE 体外辐照损伤兔肝脏的实验研究 采用 JC-型高强度聚焦超声肿瘤治疗系统,换能器工作频率0.7MHz,焦距 135mm,声功率为 200W。以新西兰杂交兔 62 只为实验对象,静脉注射自制的 PSPE 后 HIFU 体外辐照肝脏。采用实验动物自身对照,实验组静脉注射 PSPE 后行 HIFU 辐照,对照组则注射等量的生理盐水后 HIFU 辐照,每次实验均先辐照对照组,后辐照实验组。辐照方式为定点辐照,辐照深度 20mm。观察 HIFU 辐照后靶区的回声改变,测定靶区回声增强区范围大小和灰度值变化,3 d 后解剖测量 HIFU辐 照 靶 区 凝 固 性 坏 死 体 积 并 计 算 能 效 因 子 ( energy efficiency factor,EEF),取坏死灶标本行组织学检查和超微结构检查,采集静脉血测量实验动物的肝肾功能,解剖时观察重要脏器的大体和组织学改变。结果:(1)对照组和实验组的 EEF 中位数分别为 5.15J/mm3 和1.35J/mm3,PSPE 使得 HIFU 辐照兔肝脏的 EEF 降低近 4 倍;(2)与辐照前相比,实验组的靶区灰度升高值高于对照组;(3)实验组二维超声测量的 HIFU 辐照靶区回声增强范围大于对照组;(4)回归分析提示,HIFU 辐照靶区的回声增强区的大小与凝固性坏死灶大小之间存在直线关系;(5)HIFU 辐照后坏死灶中心细胞结构消失,仅残存组织轮