脈沖高強度聚焦超聲輻照中超聲實時監(jiān)控的初步研究.pdf

1、背景和目的：
　　前期的一些研究發(fā)現(xiàn)HIFU輻照后即刻超聲聲像圖上靶區(qū)呈現(xiàn)的強回聲現(xiàn)象和HIFU治療過程中的空化效應和氣泡行為有關。以往超聲實時監(jiān)控過程也正是基于這個原理，通過治療后即刻聲像圖變化和灰度值變化來判斷凝固性壞死的可靠性和判斷治療靶區(qū)的準確性，雖然收到較好的效果，但是并不是真正意義上的實時監(jiān)控，其靶區(qū)治療過程中灰度值的變化過程不能得到有效監(jiān)控，并且若治療過程中靶區(qū)發(fā)生偏離，治療后才顯示實際焦區(qū)靶點位置，此時難以糾正。因

2、此，在治療過程當中對靶區(qū)的實時監(jiān)控是十分必要的。
　　本文旨在通過超聲成像對脈沖高強度聚焦超聲輻照區(qū)的超聲實時監(jiān)控的研究，探討脈沖高強度聚焦超聲輻照過程中B超監(jiān)控的可行性，以及各脈沖高強度聚焦超聲參數(shù)輻照下焦域灰度及組織學改變，為HIFU輻照過程中實時監(jiān)控提供新的思路及可靠的實驗依據(jù)。
　　材料和方法：
　　1.脈沖高強度聚焦超聲輻照即刻的B超圖像觀察及生物學效應實驗
　　1.1實驗儀器:(1)采用Siemens

3、公司與重慶海扶技術有限公司聯(lián)合研制的MR引導的HIFU治療系統(tǒng)(MRIgHIFU)，超聲換能器參數(shù):焦距150 mm、直徑200 mm、頻率1 MHz。(2) JC型聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)(由重慶海扶(HIFU)技術有限公司研制），超聲換能器參數(shù)同MRIgHIFU治療系統(tǒng)。
　　1.2實驗材料:選擇血管及結(jié)締組織較少的新鮮牛肝（牛屠宰后6h內(nèi)），切成10cm×10 cm×8 cm大小的組織塊，浸泡在0.9％的生理鹽水中沖洗至基本沒有

4、血液，脫氣后備用。
　　1.3實驗方法:(1)選取12塊新鮮離體牛肝組織，采用定點點打方式輻照，設置輻照功率為300W，輻照深度為20 mm，實驗組(PHIFU組)按占空比分為1～5組，占空比及相應輻照時間分別為5％、120s;10％、60s;20％、30s;50％、12s;75％、8s;對照組（CHIFU組）輻照時間設為6s。輻照過程中通過MRI監(jiān)測各輻照焦點溫度。(2)上述實驗在JC型聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)上重復，輻照參數(shù)同上，

5、通過B超記錄輻照前和輻照后即刻的聲像圖。觀察輻照中焦點溫度變化，輻照后即刻聲像圖灰度差值，及靶區(qū)壞死體積。
　　2.脈沖高強度聚焦超聲輻照過程中聲像圖實時監(jiān)控實驗
　　2.1實驗儀器及軟件:(1) JC型聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)(由重慶海扶(HIFU)技術有限公司研制），治療頭頻率為0.93MHz，直徑為220mm，焦距為140mm。(2)荻度處理軟件:GrayAnalyse(由重慶海扶(HIFU)技術有限公司自主研發(fā)）。(3)

6、視頻處理軟件Photron FASTCAM Viewer3.0（美國Photron公司）。
　　2.2實驗材料:同第一部分
　　2.3實驗方法:輻照深度20mm，輻照時間5s，脈沖重復頻率10Hz。功率組固定占空比10％，功率分別為150W，250W，350W，450 W，550W。占空比組固定功率600W，占空比分別為2％，4％，6％，8％，10％。每個參數(shù)重復實驗10次。采用B超觀察整個輻照過程中靶區(qū)灰度的變化情況，分別

7、選取輻照前、輻照過程中(1s、2s、3s、4s、5s)以及輻照后即刻的聲像圖，計算各聲像圖中靶區(qū)的灰度差值，并比較輻照過程中Kn(n=1、2、3、4、5s)和輻照后即刻(Kj)灰度差值大于灰度閩值10的幾率。
　　結(jié)果：
　　1.第一部分實驗輻照過程中，對照組、3～5組最高溫度分別為(95.60±11.50)℃、(89.60±12.60)℃、(89.90±12.10)℃、(94.10±9.70)℃，各組間差異均無統(tǒng)計學意義(

8、P均＞0.05），靶區(qū)組織為灰白色凝固性壞死;1、2組最高溫度分別為(53.30±3.90)℃、(56.70±4.10)℃，兩組差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)，靶區(qū)組織呈空洞狀損傷。且各輻照組壞死區(qū)域的長、寬、厚及體積兩兩比較差異均無統(tǒng)計學意義（P均＞0.05）。染色后鏡下觀察，1、2組細胞結(jié)構完全破壞，核固縮，胞漿內(nèi)可見大量空泡;對照組與3～5組細胞結(jié)構破壞，部分核仁消失，胞漿呈勻質(zhì)狀。觀察輻照后即刻B超圖像，1、2組靶區(qū)圖像表現(xiàn)為

9、灰度變化不明顯，甚至出現(xiàn)低回聲區(qū);對照組與3～5組靶區(qū)圖像均為高回聲區(qū)。
　　2.第二部分實驗輻照過程中， PHIFU輻照過程中隨著功率、占空比和時間的增加，靶區(qū)灰度值增高，但輻照后即刻靶區(qū)灰度值與輻照前相比減弱或消失，K2、K3、K4、K5遠大于Kj（P＜0.05）。靶區(qū)肉眼下觀察，牛肝組織損傷區(qū)域為空洞;光鏡下觀察，空洞邊界與正常組織明顯不同，空洞的邊緣可見細胞結(jié)構破壞，細胞核固縮，胞漿呈均質(zhì)狀，胞漿內(nèi)可見空泡。
　　結(jié)

10、論：
　　1.CHIFU與高占空比PHIFU易形成熱效應、造成靶區(qū)組織凝固性壞死，其靶區(qū)對應的輻照后即刻的B超圖像表現(xiàn)為高回聲區(qū);低占空比PHIFU主要通過非熱效應造成靶區(qū)組織空洞狀損傷，其靶區(qū)對應的輻照后即刻的B超圖像灰度變化不明顯，因此輻照后即刻聲像圖的灰度變化不能完全反應組織損傷情況;且PHIFU輻照中占空比的大小對組織壞死體積無明顯影響。
　　2.在PHIFU輻照過程中，隨著占空比的增大、功率的增強，灰度值增高，但輻