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早期放射性肝损伤的电阻抗频谱特性研究

宋丽  
【摘要】: 研究背景 放射疗法可有效地抑制、杀死癌细胞,但是,正常组织也不可避免的受到放射损伤(RI)。尽早认识并诊断RI,有利于临床及时修正放疗方案和采取治疗措施。 目前,检测RI的主要方法有:核磁共振扫描、计算机体层摄影(CT)、病理生理、生化、免疫组化及分子生物学手段。核磁共振扫描和CT检测方法的机制均是由于组织辐射损伤后出现局灶性水肿,导致受照区与非受照区组织内水分含量出现差异,因而检出时间相对较晚,一般在辐照后3~4周,且这类影像学检测价格昂贵,难以普及;病理生理学检测属于静态观察,不能实时发现RI动态变化情况;生化、免疫组化和分子生物学手段虽能做到长期动态研究,但都是有创离体检测。所以,寻找一种能够尽早发现RI并实时、无创、价廉的检测方法对临床有效治疗RI具有重要的意义。 电阻抗频谱特性测量的基础及可行性 生物组织具有电阻抗,其阻性和容性成分的值随着加载电信号的频率不同会发生较显著的变化,阻抗的各部分在一个宽频带的驱动电流范围内表现出一些特性,这种特性被称为阻抗频谱特性。对于不同的组织,相应的参数值也各不相同,因而可以用来作为各组织的判别依据,并可被用于分析判断组织的生理病理状态。 根据早期有关研究成果,Lapicque提出了反映细胞阻抗的“三器件模型”,Cole-Cole模型是较为成功的生物电阻抗数学模型,八十年代后期随着测量技术的不断提高,在较宽频带内测量生物组织的电阻抗逐渐实现,使生物组织的电阻抗频谱精确测量成为可能。 早有研究表明,放射损伤早期即可引起细胞组织的生理、病理发生改变,而电阻抗频谱特性方法可用于分析判断组织的生理病理状态。因此电阻抗频谱特性方法作为检测早期放射损伤的新手段具有可行性。 研究目的 1、寻找一种无创、实时、价廉的检测早期急性放射损伤的新方法; 2、探索这种检测早期放射损伤方法的可行性。 研究方法 建立基于四电极阻抗测量方法进行家兔肝组织放射损伤的复阻抗频谱测量系统,该系统能在100Hz到1MHz频段内准确测量动物肝组织放射损伤复阻抗频谱特性,测量频率点41个,从100Hz以对数均匀递增,每组测量时间2~3分钟; ②制备电阻抗频谱测量放射肝损伤模型,建立对照组和放射组,在体分别监测12~24小时,观察正常和放射肝组织从100Hz~1MHz的复阻抗频谱特性,并比较两种情况下肝组织的复阻抗频谱是否发生变化,发生变化时的时间和变化的幅度以及对应的放射剂量。对放射肝组织HE染色后做病理切片分析,研究分析病理学结果;对所监测电阻抗特性数据做统计学分析。 实验结果 ①实验验证:放射肝组织与正常的肝组织,其复阻抗频谱特性表现出较大的差异,这种差别可以由它们复阻抗频谱的Cole-Cole图直接观察到。 ②正常组织在测量时间内,电阻抗频谱特性基本没有改变。模值、实部、虚部绝对值稍微增大,最大的增幅不超过6%,特征频率没有改变。 ③放射肝组织复阻抗频谱特性随驱动电流频率的变化发生了显著的改变:放射组织复阻抗随驱动电流频率的增加,其实部从低频电阻R0,降低至高频电阻R∞,在低频段0.1K~10kHz变化最为显著;复阻抗的虚部经历了从零到最大值又到零的过程,虚部在低频段10kHz以下几乎不表现出来,从10kHz起虚部值开始增大,达到其最大值后开始减小,在1MHz处开始趋近于零。放射后,肝组织的模值、实部、虚部的绝对值都明显增大,平均增幅在32%以上。放射组织的特征频率发生了改变,出现向高频移动,且趋势显著。 结论 本实验通过设计对照组,探索研究正常、放射两种情况下肝组织的复阻抗频谱特性,并由以上研究证实了放射可引起电阻抗频谱特性的变化,确认了电阻抗频谱特性测量方法在发现早期放射损伤的可行性,并得到了如下提示性的结论: ①在体正常肝组织复阻抗频谱特性在12~24小时内,没有显著性变化,; ②同样实验条件下,加入放射因素,在体肝组织放射后短期内复阻抗频谱特性发生了显著变化。提示我们电阻抗频谱特性测量方法可以检测早期放射损伤。探讨其主要原因可能在于放射损伤引起了细胞外液成份或者细胞成份发生了变化,其机理有待进一步深入研究;


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