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高强度聚焦超声治疗剂量学实验研究

熊树华  
【摘要】: 为探索高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound, HIFU)在活体组织内生物学焦域(biological focal region,BFR)的形成及其B超监控,各种组织的HIFU治疗剂量,肝动脉碘油栓塞对肝脏HIFU治疗剂量的影响以及栓塞组织HIFU损伤后的病理转归、功能变化,采用山羊为实验动物进行研究。 一、山羊活体肝脏HIFU生物学焦域的研究 以频率为1MHz、平均声强为5500W/cm2的HIFU对18头山羊肝脏组织进行不同时间、不同深度的辐照,并测量所形成的HIFU生物学焦域的体积和最大截面面积,HIFU辐照后靶区灰度及面积的变化,靶区B超强回声面积与实际面积的比率。结论:1.HIFU体外治疗能在山羊肝脏组织内形成生物学焦域。2.在相同辐照声强和辐照时间时,所形成的HIFU生物学焦域体积随辐照深度的加深而变小;在辐照声强和辐照深度相同时,生物学焦域体积随辐照时间增加而增加。3.山羊肝脏组织经HIFU辐照后即刻,靶区出现回声增强,其灰度值随辐照后时间的延长而逐渐降低。4.山羊肝脏组织经HIFU辐照后,靶区出现回声增强,强回声区的面积随辐照时间的增大而增大。5.在相同辐照时间情况下,辐照深度为3cm和4cm时所产生的强回声区面积无明显差异。在相同辐照深度和时间情况下,HIFU辐照后即刻、2min、5min所测得的强回声区面积也无明显差异。6.靶区B超测量面积与实际面积比约为1.8-3.5。 二、不同组织HIFU治疗剂量的实验研究 以频率为1MHz、平均声强为5500W/ cm2的HIFU对20头山羊的肝脏、肾脏和肌肉组织进行直线扫描方式损伤。损伤深度为肝脏3-5cm,肾脏3-4cm,肌肉3-4cm。损伤范围肝脏和肌肉均为30mm ×10mm×10mm,肾脏为30mm×10mm×5mm, 扫描线间隔和层间隔均为5 mm,每条扫描线依深度不同辐照4-8次,使其回声明显增强。HIFU损伤后3天处死动物,观察损伤灶的组织病理变化,测量损伤体积并计算其治疗剂量。结论:1.HIFU引起肝脏、肾脏、肌肉组织的凝固性坏死有明显的量效关系,其 WP=6 HIFU治疗剂量与治疗深度有明显相关性,深度越大,治疗剂量越高;2.距皮肤30mm深度肝脏HIFU治疗剂量为16.6±2.72 J/mm3,40mm深度为28.3±6.37 J/mm3,50 mm深度为44.7±3.71 J/mm3;3.距皮肤30mm深度肾脏HIFU治疗剂量为20.4±5.50J/mm3,40mm深度为32.0±9.10 J/mm3;4.距皮肤30mm深度为3.0±0.90J/mm3,40mm深度为5.8±0.71J/mm3;5.在相同治疗深度、声强情况下,肌肉组织的HIFU治疗剂量低于肾脏和肝脏的治疗剂量;肾脏治疗剂量略高于肝脏治疗剂量,但无统计学意义;6. HIFU损伤后,肝脏和肾脏治疗区的组织病理变化主要表现为细胞的完全性坏死,细胞结构完全破坏,胞浆均质状,细胞核变形、碎裂、固缩、溶解。肌肉组织则主要表现为肌纤维的破坏,肌纤维染色淡,肌膜破裂,横纹排列紊乱、聚集,肌原纤维排列紊乱。 三、山羊肝脏碘油栓塞动物模型的建立 山羊10头,随机分为两组:单纯肝左动脉碘油栓塞组和肝左动脉碘油栓塞/结扎组,各5头。两组动物均剖腹经肝左动脉注射超液化碘油1ml/20Kg体重。于碘油栓塞后3、7、14、21、28天各取1头山羊处死取肝脏栓塞区组织进行组织病理观察和超微结构观察。结论:1.碘油栓塞肝脏组织后肝脏的栓塞组织其组织学病理变化主要表现为肝细胞可逆的气球样变性过程;2.肝动脉碘油栓塞结扎后,引起的肝脏组织的组织病理变化与单纯碘油栓塞引起的病理变化相似,但较单纯碘油栓塞严重,可发生局灶性坏死。3.肝动脉碘油栓塞后引起的超微结构变化主要是肝细胞胞浆内大量的空泡形成,滑面内质网增生,储脂细胞和成纤维细胞增多。4.肝动脉碘油栓塞、结扎后,肝组织的超微结构变化主要表现为局灶性肝细胞坏死,肝细胞胞浆内大量的空泡形成,Disse间隙胶原原纤维沉积。 四、碘油肝动脉栓塞对肝脏HIFU治疗剂量的影响 33头山羊,分为3组:正常对照组13头,肝左动脉单纯碘油栓塞组8头,肝左动脉碘油栓塞结扎组12头。以频率为1MHz、平均声强为5500W/cm2的HIFU对上述3组动物肝脏左叶进行直线扫描方式损伤。损伤深度:正常对照组和碘油栓塞结扎组均为3-4cm,单纯碘油栓塞组为4 cm。损伤范围均为30mm×10mm×10mm,扫描线间隔和层间隔均为5 mm,每条扫描线依深度不同辐照4-8次,使其回声明显增强。结论:1.HIFU WP=7 引起正常或碘油栓塞后肝脏组织的凝固性坏死有明显的量效关系;2.损伤深度30mm时,对照组治疗剂量为16.6±2.72J/mm3,碘油栓塞结扎组为3.8±0.96 J/mm3,两组之间差异明显(P0.001)。损伤深度为40mm时,对照组治疗剂量为28.3±6.37 J/mm3,碘油栓塞组为11.2±3.46 J/mm3,而碘油栓塞结扎组则为7.8±1.74J/mm3,单纯碘油栓塞组和栓塞结扎组HIFU治疗剂量明显低于正常对照组(P0.001),碘油栓塞结扎组治疗剂量又明显低于单纯碘油栓塞组(P0.05)。表明碘油栓塞肝动脉可显著降低肝组织HIFU治疗剂量。3.碘油降低山羊肝脏组织的HIFU治疗剂量的机理可能与碘油引起肝组织超声吸收系数增加和碘油阻断肝脏组织血流,减少能量散失等因素有关。 五、HIFU定位损伤碘油栓塞后肝脏组织的病理转归及肝、肾功能变化 10头山羊,分为二组,每组各5头。其中一组观察肝脏碘油栓塞区HIFU损伤后损


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