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高强度聚焦超声联合微泡增强山羊肝脏损伤的超声声像图和MRI温度图研究

陈首名  
【摘要】: 目的: 1、探讨不同声功率—SonoVue剂量组合下HIFU联合微泡增强山羊肝脏损伤的声像图特征及其病理学改变,寻求基于安全、增效条件下的最适声功率—SonoVue剂量组合。 2、采用最适声功率—SonoVue剂量组合,利用MRI实时监控HIFU联合SonoVue辐照山羊肝脏的温升过程,初步探讨微泡改变靶区声环境,增强热损伤、提高治疗效率的机理。 方法: 1、采用JC型聚焦超声肿瘤治疗系统,治疗头工作频率0.8 MHz,焦距150 mm,直径150 mm。46头南江黄羊为研究对象,采用自身对照,每只山羊辐照2~3个面,每个面1~2个点。分为HIFU联合生理盐水辐照组(对照组)和HIFU联合微泡造影剂SonoVue辐照组(实验组),在超声监控下对其肝脏进行HIFU定点辐照。辐照深度为:30 mm;辐照时间:15 s;辐照声功率:150、250、350 W;实验组SonoVue剂量分别为:0.01、0.03、0.05 ml/kg,对照组采用等量生理盐水,均于经耳缘静脉注射20 s后开始辐照。观测HIFU辐照前、辐照过程中及辐照后即刻、1、2、5、10 min靶区声像图,测量辐照后各观察时间点靶区强回声面积,并分析该面积趋于稳定的时间,下一次辐照至少20 min后进行。于术后7 d处死动物,测量凝固性坏死最大剖面面积及体积,取坏死灶标本行病理学检查。分别探讨不同辐照声功率、不同SonoVue剂量的实验组与对照组靶区灰度出现率及凝固性坏死率,分析辐照过程中及辐照结束后靶区强回声面积的变化规律及其与凝固性坏死最大剖面面积的相关性,比较不同辐照声功率,不同SonoVue剂量的实验组与对照组形成的凝固性坏死体积,寻求基于安全、增效条件下的最适声功率—SonoVue剂量组合。 2、采用MRI导航HIFU治疗系统,治疗头工作频率1.0 MHz,焦距150 mm,直径150 mm。南江黄羊6只,采用自身对照,分为单纯HIFU联合生理盐水治疗组(对照组)和HIFU联合微泡造影剂SonoVue治疗组(实验组)。采用前期筛选的HIFU辐照声功率与SonoVue剂量组合,在MRI监控下对山羊肝脏进行HIFU定点辐照,基线温度采用山羊辐照前肛门温度。记录辐照过程中及辐照后10 s焦点处的温度,比较实验组与对照组开始辐照后5 s内的靶区组织温升率,下一次辐照至少20 min后进行。术后7 d处死动物,测量凝固性坏死最大剖面面积及体积,取凝固性坏死灶及周围正常肝组织行病理学观察。并比较研究实验组与对照组温度为56℃以上区域的面积变化及其与各自凝固性坏死最大剖面面积的差异,比较实验组与对照组凝固性坏死体积。 结果: 1、超声监控下,HIFU联合SonoVue损伤山羊肝脏,在出现肉眼可见靶区强回声改变的情况下,声功率为150 W的对照组和SonoVue剂量为:0.01、0.03、0.05 ml/kg的实验组以及声功率为250 W的对照组和SonoVue剂量为0.01 ml/kg的实验组,在开始辐照后9~12 s,靶区才开始出现回声增强。而声功率为250 W,SonoVue剂量为0.03、0.05 ml/kg的实验组和声功率为350 W的对照组及SonoVue剂量为:0.01、0.03、0.05 ml/kg的实验组,在开始辐照后2~5 s,靶区即出现明显回声增强。靶区强回声区出现后,其面积随着辐照时间的延长而逐渐增大。HIFU辐照结束后即刻,靶区强回声面积达到最大。停止辐照后,随着观察时间的延长,范围逐渐降低,并趋于稳定状态。 2、辐照结束后即刻,声功率为150 W的对照组和SonoVue剂量为0.01、0.03、0.05 ml/kg的实验组以及声功率为250 W的对照组和SonoVue剂量为0.01、0.03 ml/kg的实验组,均未观察到靶区强回声向换能器方向移动的情况。在声功率为250 W,SonoVue剂量0.05 ml/kg的实验组出现靶区强回声向换能器方向移动,距离为3.0±1.5 mm;在声功率为350 W时,对照组和SonoVue剂量0.01、0.03、0.05 ml/kg实验组均出现靶区强回声不同程度向换能器方向移动的情况,移动距离分别为5.4±2.6 mm、7.8±2.4 mm、11.6±2.8 mm和16.7±3.8 mm,实验组靶区强回声向换能器方向移动的距离与对照组比较有统计学差异(P0.05),350 W实验组靶区强回声向换能器方向移动的距离随着SonoVue剂量的增大而逐渐增大,实验组内不同SonoVue剂量之间比较均有统计学差异(P0.05)。 3、分别对3个辐照声功率下,对照组和不同SonoVue剂量的实验组做靶区灰度出现率及凝固性坏死率的趋势卡方检验分析:声功率为150 W时,实验组的靶区灰度出现率均大于对照组,且实验组内随着SonoVue剂量的增大而增加,而实验组的凝固性坏死率与对照组相比无显著性差异,实验组内不同SonoVue剂量之间的凝固性坏死率也无显著性差异;声功率为250 W时,实验组的靶区灰度出现率及凝固性坏死率均大于对照组,且实验组内随着SonoVue剂量的增大而增加;声功率为350W时,实验组的靶区灰度出现率及凝固性坏死率与对照组相比无显著性差异,实验组内不同SonoVue剂量之间也无显著性差异。实验还观察到:在3个辐照声功率下不同SonoVue剂量的实验组中均观察到靶区有强回声的变化却无凝固性坏死形成;而在声功率为250、350 W的对照组中发现有凝固性坏死形成却没有靶区强回声出现的情况。 4、声功率为150 W时,对照组及SonoVue剂量为0.01 ml/kg实验组难以形成凝固性坏死,故无法从统计学上比较凝固性坏死最大剖面面积与对应靶区强回声区面积的相关性,而SonoVue剂量为0.03、0.05 ml/kg实验组靶区强回声面积在辐照结束后1 min趋于稳定,稳定后的靶区强回声面积与凝固性坏死最大剖面面积吻合;声功率为250 W时,对照组和SonoVue剂量为0.01 ml/kg的实验组靶区强回声区面积在辐照结束后2 min趋于稳定,SonoVue剂量为0.03、0.05 ml/kg的实验组在辐照结束后5 min趋于稳定,稳定后的靶区强回声面积与凝固性坏死最大剖面面积吻合;声功率为350 W时,对照组和SonoVue剂量为0.01 ml/kg的实验组,靶区强回声区面积在辐照结束后5 min趋于稳定,趋于稳定后的靶区强回声区面积与凝固性坏死最大剖面面积吻合,SonoVue剂量为0.03,0.05 ml/kg实验组,在观察至10 min时仍然未趋于稳定。 5、声功率为150 W时,对照组及SonoVue剂量0.01 ml/kg实验组难以形成凝固性坏死,故无法从统计学上比较相应凝固性坏死体积,SonoVue剂量为0.03、0.05 ml/kg实验组形成的凝固性坏死体积分别为:38.57±5.74 mm~3及56.54±6.32 mm~3二者比较有统计学差异(P0.05)。声功率为250 W时,对照组和SonoVue剂量0.01、0.03、0.05 ml/kg实验组形成的凝固性坏死体积分别为:86.68±13.38 mm~3、187.58±21.55 mm~3、279.41±24.24 mm~3和368.47±36.24 mm~3,实验组与对照组,实验组内不同SonoVue剂量之间比较均有统计学差异(P0.05);声功率为350 W时,对照组和SonoVue剂量0.01、0.03、0.05 ml/kg实验组形成的凝固性坏死体积分别为:257±13.38 mm~3、390.04±21.55 mm~3、568.68±24.24 mm~3及778.71±36.24 mm~3,实验组与对照组,实验组内不同SonoVue剂量之间比较均有统计学差异(P0.05)。在相同声功率下,实验组的凝固性坏死体积均大于相应对照组;实验组之间,随着SonoVue剂量的增大,形成的凝固性坏死体积增大,增效性明显。 6、HIFU辐照后,实验组和对照组均形成凝固性坏死,坏死灶内肝细胞核固缩、碎裂、溶解。凝固性坏死与周围正常肝组织分界清楚,交界带可见炎症细胞浸润及纤维细胞增生。 7、在MRI监控HIFU实验中,实验组在开始HIFU辐照2~5 s时,焦点处温度明显升高,温升率大于对照组,随着HIFU辐照时间的延长,温度升高缓慢,并于辐照结束后即刻达到最高温度103.75±8.61℃;对照组在开始辐照后,温度逐渐升高,在停止辐照后即刻亦达到最高温度92.45±6.12℃,二者具有统计学差异(P0.05)。辐照结束后,随着观察时间的延长,靶区温度逐渐降低。 8、在MRI监控HIFU实验中,随着辐照时间的延长,焦域处温度为56℃以上区域的面积逐渐增大,实验组与对照组在停止辐照后即刻达到最大,分别为37.52±4.83 mm~2及12.35±3.75 mm~2 ,二者具有显著性差异(P0.05)。解剖后,实验组和对照组形成的凝固性坏死区域最大剖面面积分别为:44.74±7.61 mm~2及16.32±4.61 mm~2,二者比较有显著性差异(P0.05)。实验组和对照组凝固性坏死区域最大剖面面积均大于相应靶区温度为56℃以上的区域面积,差异具有显著性(P0.05)。实验组和对照组形成的凝固性坏死体积分别为:40.47±8.96 mm~3、216.398±32.27 mm~3,二者具有统计学差异(P0.05)。 结论: 1、辐照过程中靶区灰度出现的时间以及辐照结束后靶区灰度出现率、靶区强回声趋于稳定的时间均受HIFU辐照声功率及SonoVue剂量的影响。 A.声功率较低时,SonoVue能够提高靶区的灰度出现率,有助于声像图的监控,但当声功率较高时,与对照组相比,SonoVue对提高靶区灰度出现率没有差异。 B.当声功率及SonoVue剂量一定时,与对照组相比,SonoVue能使靶区灰度出现的时间提前,但在高声功率下,对照组和实验组没有差异。 C.辐照结束后靶区回声范围趋于稳定的时间,随着辐照功率和SonoVue剂量的增大而逐渐延长,但在高声功率、高SonoVue剂量下,靶区回声范围需要相当长的时间才能趋于稳定。但稳定后的靶区强回声面积与凝固性坏死最大剖面面积吻合。稳定后的靶区强回声面积可以评价凝固性坏死范围。 2、靶区强回声向换能器方向的移动受辐照声功率和SonoVue剂量的影响,在辐照功率较大时,随着SonoVue剂量的增大,靶区强回声向换能器方向的移动距离明显,增大了副作用的风险。 3、当声功率较低时,低剂量的SonoVue难以增强HIFU损伤;当声功率较大时,SonoVue能明显提高HIFU对山羊肝脏的损伤效率,且在相同声功率下,随着SonoVue剂量的增加,形成的凝固性坏死体积增大,增效性明显。 4、实验组和对照组均可见白色凝固性坏死形成,光镜下可见凝固性坏死区与正常肝组织分界清楚,形成的凝固性坏死无差别。 5、相比于其他的实验组,声功率为250 W,SonoVue剂量为0.03 ml/kg的实验组,未见靶区强回声向换能器方向移动的情况,且形成的凝固性坏死体积最大,认为是既安全又增效的最适声功率—SonoVue剂量组合。 6、SonoVue能明显提高HIFU辐照初始阶段的靶区组织温升率,使受辐照组织在较短时间内达到高温,这表明SonoVue能增强组织对超声的吸收,从而加速能量沉积,有助于缩短凝固性坏死形成的时间和提高治疗效率。 7、仅用临界温度并不能很好反应组织是否发生凝固性坏死,提示应该考虑组织在HIFU辐照过程中受到的热量积累,应用热剂量来指示凝固性坏死区域。


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