pHIFU輻照灌注離體組織的初步實驗研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、背景和目的:
  高強度聚焦超聲(high intensity focused ultrasound,HIFU)技術是一種新興的臨床非侵入性治療技術,與組織的作用包括熱效應,機械效應和空化效應,憑借著持續(xù)聲能量沉積導致靶區(qū)組織的熱消融,而達到治療的目的。近年來,已用于多種腫瘤的治療。目前,連續(xù)HIFU(continuous high intensity focused ultrasound,cHIFU)用于腫瘤的一次性消融,以高熱

2、效應為主,但是高功率、長時間的治療會導致一些并發(fā)癥,如皮膚灼傷、胃腸道穿孔等。脈沖HIFU(pulsed high intensityfocused ultrasound,pHIFU),不同以往的連續(xù)波式HIFU輻照方式,其所致生物學效應取決于其聲功率、工作周期(占空比)、脈沖重復頻率、輻照時間和深度等多個參數(shù)。pHIFU采用間歇性的能量投放方式,避免長時間連續(xù)HIFU輻照,或可達到提高HIFU治療效率,減少并發(fā)癥發(fā)生。另外,離體器官灌

3、注模擬了器官在活體內(nèi)的功能,但又不受活體軟組織復雜聲通道及呼吸等干擾,因此選擇灌注離體豬肝作為本實驗的研究對象。
  在建立灌注離體豬肝模型的基礎上,實驗首先分別對灌住組和非灌注組進行pHIFU輻照,探討肝臟灌流對pHIFU輻照致熱沉積的影響,然后進行不同占空比和輻照日寸間pHIFU輻照,從組織損傷效果、聲像圖表現(xiàn)、溫升情況及空化信號來研究其與cHIFU之間的差異,為pHIFU的研究提供實驗基礎,為臨床HIFU應用提供新的思路和依

4、據(jù)。
  材料與方法:
  1.離體再灌注肝臟模型建立。
  離體豬肝再灌注模型建立:取屠宰后即刻的新鮮整副豬肝(包留完整的肝動脈、門靜脈、肝靜脈、膽囊、膽囊管),將肝素與生理鹽水以1∶100的比例配制40 ml,混合于2000 ml乳酸鈉林格注射液用于沖洗門靜脈、肝動脈,使血管通暢無阻塞,然后浸泡于乳酸鈉林格液中,保持溫度為4℃待用。2小時內(nèi)送入實驗室后,結(jié)扎膽囊管,引流膽總管,對肝動脈、門靜脈進行插管連接于循環(huán)泵,

5、打開氧和器,氧流量保持5 L/min,調(diào)整循環(huán)泵各血管流量,肝動脈以18 ml/min/kg、門靜脈以40 ml/min/kg建立肝動脈、門靜脈、肝靜脈的循環(huán)。觀察肝臟形態(tài)學、超聲影像學表現(xiàn),記錄灌注前后血流動力學、生化參數(shù)和組織結(jié)構學變化。
  2.脈沖高強度聚焦超聲輻照離體灌注肝臟。
  2.1肝臟灌流對脈沖高強度聚焦超聲輻照致熱沉積的影響。
  整個輻照過程保持各個血管循環(huán)通暢為再灌注組,循環(huán)建立后關閉各個血管進

6、行輻照則為非再灌注組。固定輻照功率為80 W,脈沖重復頻率為100 Hz,輻照深度為20 mm。選擇占空比30%、20%、10%,輻照時間20s,采用定點輻照方式。每占空比-時間參數(shù)分別在兩組里重復實驗20次,共120個輻照點。輻照中使用熱電偶測取靶區(qū)溫度,并通過數(shù)據(jù)讀取程序進行記錄。輻照后即刻采集B超聲像圖,同輻照前同一位置的聲像圖進行比較。輻照結(jié)束后,將豬肝切成厚為1~2 mm的薄片,找出最大損傷所在層面,拍照后使用Jupiter軟

7、件測量豬肝實際壞死體積。
  2.2灌注條件下脈沖高強度聚焦超聲與連續(xù)波高強度聚焦超聲的對比性研究。
  在離體豬肝再灌注模型基礎上,選擇輻照功率80W,輻照深度20mm,脈沖重復頻率100Hz,使用不同占空比(分別為100%、30%、20%、10%)進行定點輻照。占空比為100%時即為連續(xù)波,輻照時間為4s,其他占空比下輻照時間為(4、8、12、16、20)s,每占空比-時間組均輻照20個點,共320個輻照點。采集輻照前及

8、HIFU輻照后各個時間點靶區(qū)二維聲像圖,然后作圖像后處理,測量出灰度增強值;采集輻照過程中的被動空化信號;熱電偶探針測焦域中心溫度。輻照結(jié)束后,將豬肝組織以1~2mm厚度切開,對損傷最大面數(shù)碼拍照,使用Jupiter軟件測量豬肝實際壞死面積,顯示最大截面,測量最大損傷徑線,數(shù)碼照相后軟件測生物學焦域面積,取正常組織與壞死組織交界區(qū)域組織送病理檢查。
  結(jié)果:
  1、12例豬肝灌注后4h后,肝臟表面顏色均勻紅潤、質(zhì)地柔軟;

9、血流動力學和肝臟功能穩(wěn)定:門靜脈和肝動脈流速為13.9±1.7cm/s、38.9±2.2cm/s;平均壓力分別為9.05±1.4 mmHg、112.6±10.6mmHg;膽汁和ALT酶分泌穩(wěn)定;豬肝較灌注前稍增重;在光鏡下,灌注豬肝組織的小葉結(jié)構完整,隨時間延長,部分細胞腫脹及肝竇增寬。
  2、占空比-時間參數(shù)為10%-20s、20%-20s、30%-20s,灌注組與非灌注組每個輻照點均出現(xiàn)凝固性壞死和強回聲。在灌注下,靶區(qū)壞死

10、面積分別為19.23±1.33cm2、28.39±1.28cm2、35.87±1.40cm2;B超聲像圖回聲增強面積分別為13.82±1.22mm2、21.48±1.04mm2、27.41±1.42mm2;灰度增加值分別為49.3±11.78、82.3±17.14、103.6±15.17;輻照中焦域處的最高溫度分別為46.54±0.43℃、56.68±1.16℃、61.21±1.50℃。在非灌注下,靶區(qū)壞死面積分別為23.61±1.31

11、 mm2、35.76±1.18mm2、41.45±1.32mm2;B超聲像圖回聲增強面積分別為19.28±1.42mm2、27.40±1.71mm2、35.98±1.77mm2,灰度增加值分別為56.08±15.1、90.04±14.84、106.44±18.57;輻照中焦域處的最高溫度分別為50.38±0.49℃、66.23±1.58℃、71.54±1.61℃。
  3、占空比-時間參數(shù)為30%-8s、20%-12s、10%-2

12、0s、100%-4s所致靶區(qū)壞死面積分別為20.39±1.26mm2、19.59±1.26 mm2、19.23±1.33 mm2、20.50±1.61 mm2,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。
  4、相同時間下,在一定范圍,脈沖式HIFU隨著占空比增大,所致靶區(qū)壞死面積也增加;在占空比為30%、20%下,靶區(qū)壞死面積隨時間的延長而增大,但參數(shù)為10%-8s與參數(shù)為10%-12s所致靶區(qū)壞死面積分別為10.31±1.19mm2、

13、14.38±1.57mm2,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。
  5、占空比-時間參數(shù)為30%-4s、20%-4s、10%-4s靶區(qū)回聲增強灰度值分別為59.15±18.99、47.77±14.12、30.00±14.73,存在顯著差異(p<0.05);每個占空比下,輻照時間8s出現(xiàn)回聲增強灰度值明顯大于輻照時間4s的回聲增強灰度值,輻照時間≥8s,同占空比下引起回聲增強灰度值隨占空比增大而無明顯增大,并且占空比20%與30%之

14、間也無差異(p>0.05),10%與其他兩組灰度值具有顯著差異(p<0.05)。
  6、占空比為30%、20%、10%下靶區(qū)產(chǎn)生的強回聲面積隨著時間的延長存在增大現(xiàn)象,但是參數(shù)為10%-8s、10%-12s、10%-16s下,靶區(qū)強回聲面積無明顯差異(P>0.05)。
  7、pHIFU各占空比下(10%、20%、30%),其平均最高溫度分別為46.54±0.43℃、56.68±1.16℃、61.21±1.50℃,cHIF

15、U輻照4s致靶區(qū)組織平均最高溫度可達63.36±1.22℃。
  8、占空比-時間參數(shù)為100%-4s、10%-20s、20%-20s、30%-20s,HIFU輻照時的平均最大RMS值分別為1.52±0.69mv、1.49±0.8mv、1.46±0.76mv、1.50±0.58mv,差異無統(tǒng)計學意義(p>0.05)。
  結(jié)論:
  1、離體灌注豬肝的形態(tài)學、超聲影像學及組織學表現(xiàn)未見明顯異常,肝臟的功能和血流動力學穩(wěn)

16、定,能夠模擬活體肝臟血液循環(huán),表明滿足高強度聚焦超聲實驗研究的體外豬肝灌注模型建立成功。
  2、在相同占空比-時間參數(shù)下,非灌注組所致靶區(qū)壞死的面積、回聲增強區(qū)域面積和平均最高溫度均大于灌注組,差異具有顯著性(p<0.05);而灰度增加值無明顯差異(p>0.05)。
  3、cHIFU與pHIFU輻照再灌住豬肝致相同損傷大小的情況下,前者比后者所需劑量較大;pHIFU所致的平均最高溫度小于cHIFU所致的平均最高溫度,且溫

17、升速度較cHIFU的慢。
  4、每個占空比,pHIFU輻照再灌注豬肝所致靶區(qū)壞死面積、回聲增強區(qū)域面積、平均最高溫度均隨著時間的增加而增大。相同時間下,靶區(qū)壞死面積、回聲增強區(qū)域面積、平均最高溫度都隨占空比增大而增大。
  5、輻照時間為4s,聲像圖回聲增強灰度值隨占空比增大而增大,差異具有顯著性(p<0.05);輻照時間≥8s,占空比20%與30%之間回聲增強灰度值差異不顯著,10%與其他兩組灰度值均有顯著差異。每個占空

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