pHIFU輻照灌注離體組織的初步實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、背景和目的：
　　高強(qiáng)度聚焦超聲(high intensity focused ultrasound，HIFU)技術(shù)是一種新興的臨床非侵入性治療技術(shù)，與組織的作用包括熱效應(yīng)，機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)，憑借著持續(xù)聲能量沉積導(dǎo)致靶區(qū)組織的熱消融，而達(dá)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(yīng)為主，但是高功率、長時(shí)間的治療會導(dǎo)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(xué)效應(yīng)取決于其聲功率、工作周期（占空比）、脈沖重復(fù)頻率、輻照時(shí)間和深度等多個(gè)參數(shù)。pHIFU采用間歇性的能量投放方式，避免長時(shí)間連續(xù)HIFU輻照，或可達(dá)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(fù)雜聲通道及呼吸等干擾，因此選擇灌注離體豬肝作為本實(shí)驗(yàn)的研究對象。
　　在建立灌注離體豬肝模型的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)首先分別對灌住組和非灌注組進(jìn)行pHIFU輻照，探討肝臟灌流對pHIFU輻照致熱沉積的影響，然后進(jìn)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(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為臨床HIFU應(yīng)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(shí)內(nèi)送入實(shí)驗(yàn)室后，結(jié)扎膽囊管，引流膽總管，對肝動脈、門靜脈進(jìn)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(xué)、超聲影像學(xué)表現(xiàn)，記錄灌注前后血流動力學(xué)、生化參數(shù)和組織結(jié)構(gòu)學(xué)變化。
　　2.脈沖高強(qiáng)度聚焦超聲輻照離體灌注肝臟。
　　2.1肝臟灌流對脈沖高強(qiáng)度聚焦超聲輻照致熱沉積的影響。
　　整個(gè)輻照過程保持各個(gè)血管循環(huán)通暢為再灌注組，循環(huán)建立后關(guān)閉各個(gè)血管進(jìn)

6、行輻照則為非再灌注組。固定輻照功率為80 W，脈沖重復(fù)頻率為100 Hz，輻照深度為20 mm。選擇占空比30％、20％、10％，輻照時(shí)間20s，采用定點(diǎn)輻照方式。每占空比-時(shí)間參數(shù)分別在兩組里重復(fù)實(shí)驗(yàn)20次，共120個(gè)輻照點(diǎn)。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(jìn)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(jìn)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(shí)際壞死體積。
　　2.2灌注條件下脈沖高強(qiáng)度聚焦超聲與連續(xù)波高強(qiáng)度聚焦超聲的對比性研究。
　　在離體豬肝再灌注模型基礎(chǔ)上，選擇輻照功率80W，輻照深度20mm，脈沖重復(fù)頻率100Hz，使用不同占空比(分別為100％、30％、20％、10％)進(jìn)行定點(diǎn)輻照。占空比為100％時(shí)即為連續(xù)波，輻照時(shí)間為4s，其他占空比下輻照時(shí)間為(4、8、12、16、20)s，每占空比-時(shí)間組均輻照20個(gè)點(diǎn)，共320個(gè)輻照點(diǎn)。采集輻照前及

8、HIFU輻照后各個(gè)時(shí)間點(diǎn)靶區(qū)二維聲像圖，然后作圖像后處理，測量出灰度增強(qiáng)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(shí)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(xué)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(xué)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(gòu)完整，隨時(shí)間延長，部分細(xì)胞腫脹及肝竇增寬。
　　2、占空比-時(shí)間參數(shù)為10％-20s、20％-20s、30％-20s，灌注組與非灌注組每個(gè)輻照點(diǎn)均出現(xiàn)凝固性壞死和強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)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(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。
　　4、相同時(shí)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(shí)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(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。
　　5、占空比-時(shí)間參數(shù)為30％-4s、20％-4s、10％-4s靶區(qū)回聲增強(qiáng)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(gè)占空比下，輻照時(shí)間8s出現(xiàn)回聲增強(qiáng)灰度值明顯大于輻照時(shí)間4s的回聲增強(qiáng)灰度值，輻照時(shí)間≥8s，同占空比下引起回聲增強(qiáng)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(qiáng)回聲面積隨著時(shí)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(qiáng)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(dá)63.36±1.22℃。
　　8、占空比-時(shí)間參數(shù)為100％-4s、10％-20s、20％-20s、30％-20s，HIFU輻照時(shí)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(jì)學(xué)意義(p＞0.05)。
　　結(jié)論：
　　1、離體灌注豬肝的形態(tài)學(xué)、超聲影像學(xué)及組織學(xué)表現(xiàn)未見明顯異常，肝臟的功能和血流動力學(xué)穩(wěn)

16、定，能夠模擬活體肝臟血液循環(huán)，表明滿足高強(qiáng)度聚焦超聲實(shí)驗(yàn)研究的體外豬肝灌注模型建立成功。
　　2、在相同占空比-時(shí)間參數(shù)下，非灌注組所致靶區(qū)壞死的面積、回聲增強(qiáng)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(gè)占空比，pHIFU輻照再灌注豬肝所致靶區(qū)壞死面積、回聲增強(qiáng)區(qū)域面積、平均最高溫度均隨著時(shí)間的增加而增大。相同時(shí)間下，靶區(qū)壞死面積、回聲增強(qiáng)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(shí)間為4s，聲像圖回聲增強(qiáng)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(shí)間≥8s，占空比20％與30％之間回聲增強(qiáng)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(gè)占空