王韶林[1]2012年在《高强度聚焦超声焦域的实验研究》文中认为高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU)是近年来迅速发展的肿瘤治疗技术,由于其无创或微创的特点,广泛应用于临床治疗。目前,HIFU临床治疗中形成可治疗焦域的位置、大小及其温度监控等问题尚未得到解决,可能导致靶区肿瘤组织残留,皮肤烫伤等临床问题的发生,使临床治疗的安全性和有效性不能保障。在HIFU肿瘤治疗中,输入功率、辐照时间和辐照深度等治疗参数直接影响形成焦域的形状、大小以及温度分布,通过实验研究这些参数对HIFU形成可治疗焦域的影响很有必要。研究目的通过加入液晶感温膜的仿组织体模和离体牛肝、牛肌肉、猪肌肉组织实验,研究在不同输入功率、不同辐照时间和不同辐照深度等治疗剂量条件下可治疗焦域的温度分布、大小、形状、位置及其变化规律,为HIFU临床治疗剂量的设定提供有效的理论数据和参考依据。研究方法1.通过不同输入条件下对含有液晶感温膜的仿组织体模进行HIFU辐照,分析讨论焦域的形状、大小变化和温度分布。2.在不同输入条件下对离体牛肝、牛肌肉、猪肌肉组织进行HIFU辐照,分析讨论焦域大小变化趋势,并对比不同离体动物组织焦域变化差异。研究结果1.HIFU仿组织体模实验(1)HIFU辐照仿组织体模温度分布实验中,65.7℃以上可视焦域形状基本为椭圆形。(2)HIFU辐照仿组织体模,设定辐照深度为15mm,随着输入功率和辐照时间的增加,65.7℃以上区域逐渐变大,焦域长、短轴均逐渐变大,且长轴变化幅度大于短轴。当输入功率增大或辐照时间增长时,焦域向换能器方向移动。(3)设定输入功率为20W,不同时刻随着辐照深度的增加,65.7℃以上区域逐渐减小,焦域长、短轴均逐渐减小,长轴变化范围约为4mm,而短轴变化幅度约为1mm,长轴变化幅度大于短轴。(4)当设定的辐照深度较浅、辐照时间较长时,焦域为不规则椭圆形,且对于辐照时间,只有高于某一个时间阈值,才会出现可视焦域。2.HIFU离体动物组织实验(1)在辐照深度为15mm,不同辐照时间条件下,离体牛肝、牛肌肉和猪肌肉组织焦域长、短轴均随着输入功率的增加而增大,且长轴变化幅度大于短轴。(2)当输入功率达到190W时,牛肝组织焦域呈现不规则椭圆形；而牛肌肉组织只有达到210W时,焦域才呈现不规则椭圆形。(3)在相同的输入功率、辐照时间和辐照深度条件下,牛肝、牛肌肉、猪肌肉组织内形成损伤区域相比,离体牛肝组织形成的损伤区域最小,牛肌肉组织形成的损伤区域最大。结论1.仿组织体模和组织内损伤焦域长、短轴均输入功率和辐照时间的增加而增大；随着辐照深度的增加,仿组织体模焦域长、短轴均逐渐减小,且长轴变化幅度大于短轴。2.仿组织体模焦域随输入功率的增大向换能器方向移动；只有辐照时间高于某一个时间阈值,才会出现可视焦域。3.当辐照深度较浅,输入功率和辐照时间较长时,体模和组织内损伤焦域为不规则的椭圆形；牛肝组织相比牛肌肉和猪肌肉组织不易形成损伤,牛肌肉组织最易形成损伤。
熊树华[2]2002年在《高强度聚焦超声治疗剂量学实验研究》文中研究说明为探索高强度聚焦超声（high intensity focused ultrasound, HIFU）在活体组织内生物学焦域(biological focal region,BFR)的形成及其B超监控，各种组织的HIFU治疗剂量，肝动脉碘油栓塞对肝脏HIFU治疗剂量的影响以及栓塞组织HIFU损伤后的病理转归、功能变化，采用山羊为实验动物进行研究。一、山羊活体肝脏HIFU生物学焦域的研究以频率为1MHz、平均声强为5500W/cm2的HIFU对18头山羊肝脏组织进行不同时间、不同深度的辐照，并测量所形成的HIFU生物学焦域的体积和最大截面面积，HIFU辐照后靶区灰度及面积的变化，靶区B超强回声面积与实际面积的比率。结论：1.HIFU体外治疗能在山羊肝脏组织内形成生物学焦域。2.在相同辐照声强和辐照时间时，所形成的HIFU生物学焦域体积随辐照深度的加深而变小；在辐照声强和辐照深度相同时，生物学焦域体积随辐照时间增加而增加。3.山羊肝脏组织经HIFU辐照后即刻，靶区出现回声增强，其灰度值随辐照后时间的延长而逐渐降低。4.山羊肝脏组织经HIFU辐照后，靶区出现回声增强，强回声区的面积随辐照时间的增大而增大。5.在相同辐照时间情况下，辐照深度为3cm和4cm时所产生的强回声区面积无明显差异。在相同辐照深度和时间情况下，HIFU辐照后即刻、2min、5min所测得的强回声区面积也无明显差异。6.靶区B超测量面积与实际面积比约为1.8-3.5。二、不同组织HIFU治疗剂量的实验研究以频率为1MHz、平均声强为5500W/ cm2的HIFU对20头山羊的肝脏、肾脏和肌肉组织进行直线扫描方式损伤。损伤深度为肝脏3-5cm,肾脏3-4cm，肌肉3-4cm。损伤范围肝脏和肌肉均为30mm ×10mm×10mm,肾脏为30mm×10mm×5mm, 扫描线间隔和层间隔均为5 mm，每条扫描线依深度不同辐照4-8次，使其回声明显增强。HIFU损伤后3天处死动物，观察损伤灶的组织病理变化，测量损伤体积并计算其治疗剂量。结论：1.HIFU引起肝脏、肾脏、肌肉组织的凝固性坏死有明显的量效关系，其<WP=6>HIFU治疗剂量与治疗深度有明显相关性，深度越大，治疗剂量越高；2.距皮肤30mm深度肝脏HIFU治疗剂量为16.6±2.72 J/mm3，40mm深度为28.3±6.37 J/mm3，50 mm深度为44.7±3.71 J/mm3；3.距皮肤30mm深度肾脏HIFU治疗剂量为20.4±5.50J/mm3，40mm深度为32.0±9.10 J/mm3；4.距皮肤30mm深度为3.0±0.90J/mm3，40mm深度为5.8±0.71J/mm3；5.在相同治疗深度、声强情况下，肌肉组织的HIFU治疗剂量低于肾脏和肝脏的治疗剂量；肾脏治疗剂量略高于肝脏治疗剂量，但无统计学意义；6. HIFU损伤后，肝脏和肾脏治疗区的组织病理变化主要表现为细胞的完全性坏死，细胞结构完全破坏，胞浆均质状，细胞核变形、碎裂、固缩、溶解。肌肉组织则主要表现为肌纤维的破坏，肌纤维染色淡，肌膜破裂，横纹排列紊乱、聚集，肌原纤维排列紊乱。叁、山羊肝脏碘油栓塞动物模型的建立山羊10头，随机分为两组：单纯肝左动脉碘油栓塞组和肝左动脉碘油栓塞/结扎组，各5头。两组动物均剖腹经肝左动脉注射超液化碘油1ml/20Kg体重。于碘油栓塞后3、7、14、21、28天各取1头山羊处死取肝脏栓塞区组织进行组织病理观察和超微结构观察。结论：1.碘油栓塞肝脏组织后肝脏的栓塞组织其组织学病理变化主要表现为肝细胞可逆的气球样变性过程；2.肝动脉碘油栓塞结扎后，引起的肝脏组织的组织病理变化与单纯碘油栓塞引起的病理变化相似，但较单纯碘油栓塞严重，可发生局灶性坏死。3.肝动脉碘油栓塞后引起的超微结构变化主要是肝细胞胞浆内大量的空泡形成，滑面内质网增生，储脂细胞和成纤维细胞增多。4.肝动脉碘油栓塞、结扎后，肝组织的超微结构变化主要表现为局灶性肝细胞坏死，肝细胞胞浆内大量的空泡形成，Disse间隙胶原原纤维沉积。四、碘油肝动脉栓塞对肝脏HIFU治疗剂量的影响33头山羊，分为3组：正常对照组13头，肝左动脉单纯碘油栓塞组8头，肝左动脉碘油栓塞结扎组12头。以频率为1MHz、平均声强为5500W/cm2的HIFU对上述3组动物肝脏左叶进行直线扫描方式损伤。损伤深度：正常对照组和碘油栓塞结扎组均为3-4cm,单纯碘油栓塞组为4 cm。损伤范围均为30mm×10mm×10mm，扫描线间隔和层间隔均为5 mm，每条扫描线依深度不同辐照4-8次，使其回声明显增强。结论：1.HIFU<WP=7>引起正常或碘油栓塞后肝脏组织的凝固性坏死有明显的量效关系;2.损伤深度30mm时，对照组治疗剂量为16.6±2.72J/mm3，碘油栓塞结扎组为3.8±0.96 J/mm3，两组之间差异明显（P<0.001）。损伤深度为40mm时，对照组治疗剂量为28.3±6.37 J/mm3，碘油栓塞组为11.2±3.46 J/mm3，而碘油栓塞结扎组则为7.8±1.74J/mm3，单纯碘油栓塞组和栓塞结扎组HIFU治疗剂量明显低于正常对照组（P<0.001）,碘油栓塞结扎组治疗剂量又明显低于单纯碘油栓塞组（P<0.05）。表明碘油栓塞肝动脉可显着降低肝组织HIFU治疗剂量。3.碘油降低山羊肝脏组织的HIFU治疗剂量的机理可能与碘油引起肝组织超声吸收系数增加和碘油阻断肝脏组织血流，减少能量散失等因素有关。五、HIFU定位损伤碘油栓塞后肝脏组织的病理转归及肝、肾功能变化10头山羊，分为二组，每组各5头。其中一组观察肝脏碘油栓塞区HIFU损伤后损
杨竹[3]2004年在《高强度聚焦超声治疗人子宫平滑肌瘤的研究》文中指出?高强度聚焦超声（high intensity focused ultrasound，HIFU）兴起于20世纪的80年代，目前在美国、英国、日本和我国广泛而迅速地开展了起来。它是利用超声波在组织内良好的穿透性、方向性和可聚焦性，使高强度的超声能在体内聚集，并在焦域内产生瞬态高温达65℃以上，而一旦远离焦域组织温度就急骤下降，从而能准确杀灭靶区内细胞。目前HIFU在恶性肿瘤的治疗方面研究较多，临床广泛应用于良性前列腺肥大、肝癌、骨肿瘤、乳腺癌、软组织肉瘤等的治疗，而在良性肿瘤如子宫肌瘤等的研究还较少。HIFU技术已被称为聚焦超声外科技术（Focused Ultrasound Surgery, FUS），该技术的特点在于不仅可以精确“切除”病变组织，而且还无需侵入组织内部，因此，它顺应了有创外科向微创和无创外科发展的方向。本实验在离体子宫平滑肌瘤和动物实验研究基础上，对HIFU治疗人子宫平滑肌瘤进行了进一步的实验研究。初步探讨了高强度聚焦超声（HIFU）照射离体人子宫平滑肌瘤的剂量学规律：将手术切除的全子宫标本进行随机分组，用不同的超声声功率辐照肌瘤，比较每组靶区坏死体积大小、照射前后的B超灰度值变化等。结果发现①当照射时间不变时，随着照射声功率的增加，靶区坏死体积会增加，B超下的灰度值<WP=8>变化也会增加；②当保持声功率不变时，随着照射时间的增加，靶区坏死体积和B超下的灰度值变化同样会增加；但当达到一定的量后，无论是增加辐照时间，还是增加照射的声功率，靶区坏死体积和B超下的灰度值的增加速率减慢，120W×100秒是最佳输出剂量；③照射声功率比照射时间对能效因子的影响更明显。高强度聚焦超声（HIFU）对阻断子宫血流前子宫平滑肌瘤的细胞效应研究：利用重庆海扶（Hi-fu）技术有限公司研制提供的JC型高强度聚焦超声治疗系统，对因子宫平滑肌瘤拟作全子宫切除术的30例患者，经患者知情同意，常规进腹后，立即用HIFU刀对平滑肌瘤进行直线扫描；切除子宫后立即取照射靶区组织行TTC(叁苯基氯化四氮唑)染色、光镜和电镜观察、靶区组织的DNA电泳实验，发现 30例标本照射靶区组织变硬、变白；TTC染色为白色，与边缘组织分界清楚；光镜和电镜显示平滑肌瘤细胞呈凝固性坏死，DNA呈弥漫的片状图形。这些结论说明HIFU对在体人子宫平滑肌瘤细胞具有杀灭作用，为HIFU用于治疗人类子宫平滑肌瘤提供了有力的理论依据。探讨经HIFU照射在体人子宫平滑肌瘤后非靶区组织细胞的安全性：通过比较HIFU照射后紧邻靶区的子宫内膜和肌层与未用HIFU照射的子宫内膜和肌层的形态学表现、细胞的受体表达、NADH-黄递酶染色等指标，了解HIFU照射子宫平滑肌瘤后，靶区边缘子宫内膜和肌层细胞的结构和功能情况。实验结果未<WP=9>发现HIFU照射子宫平滑肌瘤后，靶区边缘的肌层和内膜层的细胞结构和功能有明显改变。提示HIFU治疗是相对安全的。本实验较为系统和深入地探讨了HIFU照射离体人子宫平滑肌瘤的剂量学规律和在体人子宫平滑肌瘤的靶区及靶区边缘细胞的生物学行为，为HIFU用于临床子宫平滑肌瘤的治疗打下了一定的理论基础。
陈晓瑞[4]2012年在《HIFU肝肿瘤治疗剂量的数值仿真研究》文中认为高强度聚焦超声(High Intensity focused Ultrasound,HIFU)是一种无创或微创的肿瘤治疗技术,现已应用于临床治疗各种实体肿瘤。但由于无创实时监控、治疗剂量等问题尚未解决,在临床治疗过程中可能发生肿瘤组织残存或过度治疗等临床问题,使其安全性和可靠性无法保障。研究目的:通过数值仿真方法研究HIFU肝肿瘤的治疗剂量,讨论分析不同输入剂量时温度场分布以及组织声学特性、聚焦深度对治疗焦域位置、大小、形状的影响,为临床HIFU治疗剂量的制定和个性化HIFU治疗计划制定提供理论参考数据和理论依据。研究方法:采用森田长吉等人根据Westervelt方程式提出的高强度超声波非线性传播近似式和Pennes生物热传导方程,以离体猪肝组织为例,通过时域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)数值计算不同时间和空间超声波非线性传播声压、质子传播速度和温升。同时在对比分析温度阈值法和等效热剂量阈值法之间差异的基础上,确立本研究采用的HIFU治疗焦域仿真量化方法;利用该方法,分析讨论组织声学特性对HIFU温度场的影响,以及不同HIFU治疗剂量下形成治疗焦域的特性,并将仿真结果和实验结果进行对比分析。研究结果:1.等效热剂量在声轴上的分布曲线比温升曲线相对更集中于焦点附近;焦点处等效热剂量的上升率高于温升率;采用不同温度阈值和不同等效热剂量阈值得到的治疗焦域大小不同,不同等效热剂量阈值间的差异比不同温度阈值间的差异小。2.当输入声强为1.OW/cm2,照射时间5s时,考虑声学特性比未考虑声学特性时的焦点温升高4.81℃,治疗焦域长轴却比未考虑声学特性时小0.3mm;照射时间越长,组织声学特性的影响越明显。3.照射时间一定时,随着平均输入声强的增加,治疗焦域的长轴和短轴均非线性增加,且长轴变化幅度比短轴的大。4.输入声强一定时,焦域长、短轴长度随着照射时间的增加也均非线性增加。5.聚焦深度越深,实际形成焦点位置离几何焦点越远,焦点处最高温升越低,形成的治疗焦域长、短轴长度越短,长轴的变化大于短轴的变化。6.在某一聚焦深度和相同长轴长度条件下,声强越高,所需的时间越短,声强越低,所需照射时间越长,声强和照射时间呈负相关,同时短轴长度变化较小。7.相同输入条件下,实验所得的损伤焦域长、短轴和仿真结果相比差异较小,仿真的焦域面积均比实验的焦域面积略大,仿真和单次实验结果吻合较好。结论:1.等效热剂量在声轴上的分布曲线比温升曲线相对更集中于焦点附近;焦点处等效热剂量的上升率高于温升率;采用不同温度阈值和不同等效热剂量阈值得到的治疗焦域大小有差异。2.长时间照射时,组织声学特性的影响不可忽略。3.当照射时间一定时,焦域长、短轴长度均随着输入声强的增加而非线性增加;4.当输入声强一定时,焦域长、短轴长度也均随着照射时间的增加非线性增加。5.随着聚焦深度的增加,治疗焦域的长、短轴长度均变短。6.等焦域长轴长度时,照射时间与输入声强呈负相关。
肖雁冰[5]2005年在《乳剂靶向改变组织声学环境及增强超声能量沉积的实验研究》文中提出探索在使用聚焦超声对肝脏组织进行辐照损伤时,是否可以通过某些方法改变肝脏组织的超声性质,即改变肝脏组织固有的声学环境(acoustic environment in tissue,AET),以期增强超声能量在靶组织的沉积、扩大损伤效果、提高治疗效率,为最终实现在不切肋骨条件下用 HIFU(High intensity focused ultrasound,HIFU)损伤大型动物的肝组织积累经验。本题课以兔和山羊为实验对象,研究 HL-1(HIFU liposome 1,HL-1,一种脂肪乳剂)和 HL-2(HIFU liposome 2,HL-2,一种碘化乳剂)经静脉途径给药,以改变肝脏组织 AET 及增强超声能量沉积的效果、机制及对肝肾功能、肝组织病理的影响。一.HL-1 改变兔肝脏组织声学环境的实验研究1.协同组织的升温作用18 只兔随机分成两组:实验组和对照组各 9 只。实验组经兔耳缘静脉输入 HL-1(50 滴/min×20 min),对照组输入生理盐水(normal saline,NS)。约 2h 后解剖取出肝脏,以功率 5 W、频率 6.5 MHz、焦深≤8 mm 脉冲 1000 Hz 的聚焦超声(focused ultrasound,FU)对18 兔肝脏进行同参数、不同辐照时间的辐照,并行靶组织温度测量。辐照时间为 3s、6s、9s、12s、15s。测量两组未辐照肝脏组织的密度并行组织病理检查。结论:1. HL-1 急性输入可通过其天然靶向作用在肝脏大量聚积,并导致肝组织结构发生相应的改变。2.HL-1 所导致的肝组织结构改变可增加肝组织的平均密度。3.HL-1 所导致的肝组织结构和质地的变化有协同 FU 升温的作用,表现为各辐照时段实验组靶区
卜锐[6]2013年在《高强度聚焦超声周边叁维消融模式的实验研究》文中研究表明背景与目的恶性肿瘤已成为严重威胁人民生命健康的疾病，发展具有靶向性、特异性杀灭肿瘤，而对正常组织和机体影响小、甚至无创性治疗肿瘤的方法是医学发展的重要方向。大量的基础研究及临床试验表明，高强度聚焦超声（high-intensity focused ultrasound, HIFU）技术可将低能量的超声波在靶区内聚焦，通过焦点处的高能量对组织细胞迅速产生不可逆的凝固性坏死，从而达到无创消融肿瘤的目的。近年来， HIFU对肝癌、前列腺癌、乳腺癌、胰腺癌、恶性骨肿瘤及肾癌等实体肿瘤的热消融取得了较好的疗效。HIFU技术由于无创、定位精确、适形消融、穿透力较深、无电离辐射、不增加恶性肿瘤转移的风险及能增强宿主的抗肿瘤免疫反应等特点，临床应用价值较高。聚焦超声辐照形成的焦域（focal region）较小，通常为毫米级。目前临床治疗的传统模式以“点-线-面-体”的组合方式直至完全覆盖整个肿瘤。当HIFU消融大体积肿瘤、深部肿瘤、中晚期肿瘤时，所带来的治疗时间过长、辐照剂量大、治疗效率低、医疗成本增加及临床风险增高等问题不容忽视。另一方面，就恶性肿瘤的生物学行为特性而言，肿瘤的边缘部分呈浸润性生长、血供丰富、耗氧量高、传热快，是整个肿瘤生长最快、最活跃、恶性行为最突出的部分；而肿瘤内部由于灌注不足、低代谢、缺血缺氧，常常造成不同程度的坏死。因此，针对大体积肿瘤，我们课题组提出这样的假设：拟在靶组织的周边形成一个完整的凝固性坏死隔离带，以期造成肿瘤内部继发性缺血、缺氧性坏死，达到有效抑制肿瘤生长、缩小肿瘤，最终实现整个靶组织的完全性坏死。基于上述研究背景，本课题针对大体积和深部肿瘤，探讨HIFU在肝脏靶组织的整个周边进行“削苹果皮式”的叁维消融模式，以期形成包裹整个靶区的完整凝固性坏死隔离带；初步探讨这种新型消融模式下HIFU扫描路径、最优化剂量学组合、能量投放策略及其消融效果；探讨建立适用于HIFU基础实验研究的离体猪肝机械灌注模型；并初步探讨离体猪肝机械灌注模型下的肝脏大血管流量变化对HIFU周边消融模式的影响，以期达到减少所需消融体积、缩短治疗时间、提高治疗效率和安全性的目的，为临床上“更高效、更安全的高强度聚焦超声治疗”模式提供理论基础、实验依据和参考。本课题的研究主要包括以下叁部分：第一部分HIFU周边叁维消融模式在离体牛肝的研究目的：在离体牛肝实验中探讨HIFU周边叁维消融模式的扫描路径、可行性及能量投放的策略，并与传统的完全性消融模式对比，阐述这种新型消融模式在治疗时间、能量消耗等方面与传统的完全性消融模式之间的差异，为下一步研究奠定基础。材料与方法：新鲜牛肝组织（屠宰6h以内）选择血管、胆管较少的部分切成120mm×80mm×60mm大小的组织块，真空泵脱气30min后备用。采用JC-200型聚焦超声肿瘤治疗系统（双凹球面聚焦、频率0.9MHz、焦距140mm、超声实时监控，PVDF针式水听器在脱气水中测定声焦斑呈椭球形，纵轴最大值为8mm、横轴最大值为3mm），采用连续波、连续点打法首先依次从深度40mm、32mm、24mm、16mm处，以辐照后即刻声图像出现点状强回声为辐照有效的标志，辐照结束后沿声束长轴以每层2mm的厚度逐层切开牛肝，依次找到损伤的最大剖面直视下观察并测量形成单点凝固性坏死的大小、形态，从而确定不同深度处的辐照参数及组合；随后，根据单点坏死的结果，依次从深度40mm、32mm、24mm、16mm处，扫描线长为40mm、确定形成边界清晰、内部无正常组织残留的线状凝固性坏死的各个剂量学参数及其组合方式；再根据设定的坐标、以周边式消融组为实验组、完全性消融组为对照组，按照由深至浅的扫描顺序，靶区顶面完全覆盖超声能量、中间层面沿靶区周边扫描、底面完全覆盖超声能量的辐照方式；对照组则由深至浅逐层完全扫描。TTC染色后测量坏死范围，组织切片HE染色光镜观察。辐照剂量为声功率与辐照时间的乘积，数据统计后分析。结果：深度分别为40mm、32mm、24mm、16mm处，声功率输出范围180W～330W、单点辐照时间2s时形成了界限清晰、灰白色、椭球形的点状凝固性坏死；采用上述单点坏死的辐照参数，以相邻两点间隔时间10s、相邻两点间隔距离3mm，由深至浅地依次形成了形态较规整的完全性线状凝固性坏死。周边式消融组靶区的六个表面坏死完全、边界清晰，内部未扫描区域无明显损伤；对照组靶组织完全坏死；两组靶区周边坏死范围无明显差异（P值＞0.05），周边式消融组的总辐照时间和总能量消耗均明显低于完全性消融组（P值＜0.05）。结论：在离体牛肝组织，采用HIFU连续波、连续点打法，以不同辐照深度处形成的生物学焦域（BFR）为核心，选用较高声功率和短时间辐照的组合方式，动态地调整声功率、单点辐照时间、相邻两点间隔距离、相邻两点间隔时间、不同层面间隔时间等参数，由深至浅地扫描、靶组织顶面及底面完全扫描而中间层面仅扫描靶区周边的方法，能够形成边界清晰、形态较规整、完整的周边凝固性坏死带。周边消融模式较完全性消融模式可降低总能量消耗、缩短总辐照时间。第二部分离体猪肝机械灌注模型的建立及评价目的：由于HIFU周边消融模式中治疗头扫描范围较大，声通道上的腹壁组织、肋骨、胃肠道气体、机体呼吸运动、体表声耦合条件等因素可影响超声能量地有效积聚，为减小这些因素对声场的干扰，本部分实验旨在探讨建立适用于HIFU基础研究的离体猪肝机械灌注模型，并探讨相关的监测、评价方法。材料与方法：从屠宰场获取36例猪肝（肝脏热缺血时间小于30min）经门静脉和肝动脉双血管插管，以等渗性灌注液、体外循环机离体灌注3h，监测灌注期间肝脏的颜色、质地、质量变化率，采用生物血压传感器、多通道生理信号采集处理系统监测门静脉及肝动脉的流量和压力，彩色多普勒超声检测肝脏大血管流体动力学变化，经胆总管持续吸引监测胆汁分泌量，肝组织随机活检、HE染色光镜观察组织学改变等方法评价肝脏的灌注效果。结果：33例猪肝经门静脉和肝动脉插管成功，同时经胆总管穿刺胆汁引流通畅；3例猪肝经肝动脉插管失败未灌注。持续灌注3h期间，31例肝脏质地柔软、呈土黄色、包膜光滑、边缘锐利，2例肝脏呈红黄相间的花斑样改变；灌注3h后肝脏较灌注前增重率为（18.3±3.5）%；调节门静脉和肝动脉压力范围分别为7～10mmHg、70～80mmHg时，门静脉和肝动脉的平均流量分别为（37.1±1.3）ml/min/100g、（17.5±0.8）ml/min/100g；彩色多普勒超声显示灌注后肝脏实质呈均匀的低回声、肝内管道走行正常，门静脉和肝动脉充盈好，门静脉平均流速为（13.6±2.0）cm/s、肝动脉平均流速为（37.4±2.8）cm/s；3h内胆汁分泌总量为（19.6±0.8）ml，胆汁呈淡黄色；灌注后3h组织学检查见肝组织结构完整、肝窦扩张、少许肝细胞水样变性，肝窦内淋巴细胞及Kupffer细胞增多。结论：该离体肝脏机械灌注模型稳定、可重复、干扰因素较少、操作可控，既能定量评估灌注效果，又可减少实验所用大动物的数量，能够较好地满足HIFU基础研发中的实验需求。第叁部分肝脏流量对HIFU周边叁维消融模式的影响目的：基于已建立的离体猪肝机械灌注模型，探讨HIFU周边消融模式在灌注猪肝的可行性及剂量学组合方式、能量投放策略，初步探讨肝脏流量变化对HIFU周边消融模式剂量投放、能量消耗的影响，以期阐明肝脏流量在HIFU周边消融模式中所起的作用。材料与方法：采用HIFU连续波、直线扫描法，基于离体猪肝灌注模型，44例猪肝随机分为：实验组1（同时灌注门静脉和肝动脉，平均总流量53ml/min/100g）12例，实验组2（仅灌注门静脉,平均流量38ml/min/100g）11例，实验组3（仅灌注肝动脉，平均流量15ml/min/100g）10例，对照组（肝脏无灌注）11例。每例样本靶区均定位于肝脏同一叶，计划消融范围均为30×20×18mm3。以HIFU辐照即刻出现线状强回声为治疗有效标准，通过动态地调整辐照深度、声功率、扫描速度、相邻两条直线的间隔距离等辐照参数沿整个靶组织的周边扫描。扫描结束后，依次沿声束长轴切开肝脏，测量并计算消融范围；各组取辐照区、辐照区与内部未辐照区的交界处肝组织做组织学检查；计算各组的能量消耗，收集数据并统计分析。结果：根据辐照即刻出现的完整、连续的线状强回声确定HIFU剂量输出，声功率随辐照深度降低而逐层减低，扫描速度随辐照深度降低而逐渐增快，相邻两条线的间隔距离为4mm、层面间距为6mm的组合方式，能够沿靶组织周边形成完整的坏死带，组织学结果显示凝固性坏死完全、与未扫描区域分界清楚；4个组的消融范围无显着性差异（P＞0.05）；实验组1～3的总能量消耗均明显高于无灌注组，随肝脏流量降低，各组间的总能量消耗依次明显减少（P＜0.01）。结论：采用HIFU连续波、直线扫描法能够在离体猪肝灌注模型沿靶组织周边形成完整的凝固性坏死带。通过动态调节辐照深度、声功率输出、扫描速度、直线间距、层间距等参数，在靶组织坏死范围一致的前提下，减少肝脏流量能够相应地明显降低HIFU的总辐照剂量；反之，增加肝脏流量则显着增加HIFU周边消融的能量消耗，提示肝脏流量是影响周边消融模式总能量消耗的重要因素。这可为HIFU周边叁维消融模式的临床应用在制定治疗计划、优化剂量学参数等方面提供实验依据和参考。
丁亚军[7]2013年在《高强度聚焦超声治疗剂量控制关键问题研究》文中研究表明高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU)治疗被视为最有应用潜力的非侵入式肿瘤治疗新方法之一。其基本原理是：利用声聚焦作用,将体外低能量的超声聚集到生物媒质中的病灶区域,使治疗区域温度在短时间内升至65℃以上,从而使病变组织凝固性坏死,且最大限度地不损伤肿瘤周围的其他正常组织,从而达到微创、甚至是无创的治疗目的。聚焦超声剂量控制是确保HIFU治疗高效和安全的前提,也是当前HIFU治疗领域亟待解决和深入研究的关键问题。声聚焦和温度控制是剂量控制的基础,疗效评价是剂量优化的重要依据。本文针对HIFU剂量控制关键问题进行研究,建立了多层生物组织模型,并进行了大量的仿真,分析了各种因素对声场及温度场的影响,并建立了声聚焦及温度控制方法。研究结果对推动HIFU技术应用及提升HIFU设备性能,具有重要的意义。具体工作如下：第一,详细地探究了生物媒质的相关特性及声源参数对高强度聚焦超声在多层生物媒质中产生的声场的影响,揭示了超声与生物媒质相互作用时产生热效应的规律。第二,建立了多层生物组织模型,通过Pennes方程,利用有限时域差分方法计算了凹球面自聚焦超声换能器在多层生物媒质中所形成的声场和温度场,分析了换能器的相关参数和生物媒质的特性对声场和温度场的影响。第叁,超声在多层生物媒质内传播时会产生折射现象,因此采用相位补偿因子,解决了HIFU治疗时因折射引起的焦点偏移及焦域形变等现象。简化了伪逆算法的位置控制函数,使超声相控阵的控制相对简单,并大大地缩短了计算时间,便于实时处理,同时采用遗传算法对超声相控阵在多层生物媒质中所产生的声场进行优化,声强的增益有明显地提高。第四,利用血管对流传热模型,分析了多层生物组织模型中的血管位置、大小等因素对温度场分布的影响。仿真结果表明,当血管直径加大,血管周围组织的温度会降低,聚焦区域内的有效治疗区域将会减少；当血管直径增加到一定程度时,在一定的辐照时间内,可能会无法在血管周围组织内形成65℃以上的可治疗区域。第五,针对超声图像具有斑纹噪声的特点及目前已有的超声图像去噪的方法存在的问题,提出了改进型小波变换-自适应掩膜滤波去噪方法。采用该方法对HIFU治疗过程中所形成的B超图像去噪,从仿真结果可知：该改进型去噪法能较好地去除B超图像中的噪声,且原图像中的细节也能得到较好地保护。结合水平集方法分割出HIFU的治疗区域,从B超减影图像中提取图像特征并根据特征值将HIFU治疗的损伤等级进行分类,再根据实验解剖的受损伤面积来验证该损伤等级分类的合理性。另外,采用本文提出的改进型伪彩色变换方法对所确定的治疗区域进行变换,能让医务人员更加直观地评判生物组织的损伤程度。第六,HIFU治疗效果与所采用的超声剂量有很大的关系,剂量的大小最终可以通过温度来体现。分析了现有的温度控制器的特点,建立了适合于高强度聚焦超声治疗的自适应温度控制模型,可以通过调节超声换能器的声强及辐照时间来调控治疗区域内的温度。仿真表明,该方法能获得较理想的控温效果,整个治疗过程中温度没有出现超调和振荡现象,能达到预期的温度阈值。
肖子文[8]2005年在《相变氟碳乳剂提高高强度聚焦超声损伤效率的实验研究》文中研究表明高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound, HIFU)已用于多种肿瘤和非肿瘤疾病的治疗。在肿瘤 HIFU 治疗的过程中发现,对于位于机体深部或体积大的肿瘤,HIFU 治疗的时间长,疗效不够理想。目前在临床使用的一些用于提高 HIFU 治疗肿瘤效率的方法多有不易为患者接受的缺点。一些实验证实微气泡可增强 HIFU 损伤,但实验与临床 HIFU 治疗的差距太大。本研究首先制备用于实验的相变氟碳乳剂(phase shift perfluoropentane emulsion,PSPE),并初步观察其理化性质和急性毒物毒性,在此基础上静脉注射 PSPE 后 HIFU 体外辐照实验动物正常肝脏、肾脏和肝脏肿瘤,观察 HIFU 损伤效率的变化、二维超声实时监控、HIFU 辐照区的病理变化及转归、实验动物重要器官的结构和功能变化。一、静脉注射用 PSPE 制备及其急性毒性动物实验 以十二氟戊烷(dodecafluoropentane,DDFP)和乳化剂 Pluronic F68、卵磷脂等为原料,经高速搅拌方法,通过正交实验优化处方,制得平均粒径为 1.69 ±0.85 μm、液滴浓度为(2.85±0.37)×1010个/ml 的PSPE,PH 为7.48±0.13。该乳剂的液滴在常温下为液态,温度高于 29.3°C或在超声波的作用下,液滴内的 DDFP 可发生相转变,液滴变为微气泡。该 PSPE 的液滴浓度随保存时间的延长而下降,平均粒径随保存时间延长而增大,PH 无明显改变。以新西兰杂交兔 34 只为实验对象,按近似 LD50测定法测得 PSPE 的 LD50为 0.37 ml/kg。LD50测定实验中观察到动物的急性毒性主要是呼吸困难,解剖发现肺表现高充气不萎缩肺(hyperinflated non-collapsible lungs,HNCL),组织学检查发现肺泡扩张,部分肺泡壁破裂,肺间质受压。结论:(1)高速搅拌可制备供实验使用的 PSPE;(2)PSPE 液滴浓度随保存时间延长而降低,粒径则随保存时间延长而增大;(3)该 PSPE 的 LD50为 0.37 ml/kg;(4)PSPE的急性毒性主要表现为 HNCL;(5)需要通过配方、工艺进一步改善降低 PSPE 的平均粒径。二、HIFU 联合 PSPE 损伤正常组织的实验研究(一)HIFU 联合 PSPE 体外辐照损伤兔肝脏的实验研究 采用 JC-型高强度聚焦超声肿瘤治疗系统,换能器工作频率0.7MHz,焦距 135mm,声功率为 200W。以新西兰杂交兔 62 只为实验对象,静脉注射自制的 PSPE 后 HIFU 体外辐照肝脏。采用实验动物自身对照,实验组静脉注射 PSPE 后行 HIFU 辐照,对照组则注射等量的生理盐水后 HIFU 辐照,每次实验均先辐照对照组,后辐照实验组。辐照方式为定点辐照,辐照深度 20mm。观察 HIFU 辐照后靶区的回声改变,测定靶区回声增强区范围大小和灰度值变化,3 d 后解剖测量 HIFU辐 照 靶 区 凝 固 性 坏 死 体 积 并 计 算 能 效 因 子 ( energy efficiency factor,EEF),取坏死灶标本行组织学检查和超微结构检查,采集静脉血测量实验动物的肝肾功能,解剖时观察重要脏器的大体和组织学改变。结果:(1)对照组和实验组的 EEF 中位数分别为 5.15J/mm3 和1.35J/mm3,PSPE 使得 HIFU 辐照兔肝脏的 EEF 降低近 4 倍;(2)与辐照前相比,实验组的靶区灰度升高值高于对照组;(3)实验组二维超声测量的 HIFU 辐照靶区回声增强范围大于对照组;(4)回归分析提示,HIFU 辐照靶区的回声增强区的大小与凝固性坏死灶大小之间存在直线关系;(5)HIFU 辐照后坏死灶中心细胞结构消失,仅残存组织轮
刘宝琴[9]2002年在《HIFU生物学焦域与治疗剂量学的体外研究》文中研究说明高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU)最大的特点是将高能量聚焦于焦点处，破坏靶组织而不损伤周围及超声波所经过的组织，大量的实验和临床研究证明，该技术对动物或人体的肝、肾、前列腺、脑、眼、脊髓、睾丸和血管等都能产生精确的组织损伤，在临床治疗上已成功应用于治疗前列腺增生、神经痛、眼科疾病以及乳腺癌、骨肿瘤、软组织肉瘤、肝癌、泌尿系肿瘤、子宫肌瘤等。但HIFU与生物组织的相互作用及剂量效应关系仍不清楚，Wang等提出的生物学焦域概念从生物组织的结构功能状态、血流灌注、靶组织的运动等方面研究HIFU在组织中所形成的凝固性坏死点（生物学焦域）的大小和形态，把生物学焦域作为HIFU 治疗肿瘤的剂量学研究对象，指导HIFU临床治疗肿瘤具有重要的意义和巨大的应用价值。目的 从离体的HIFU生物学焦域的形成规律，研究高强度聚焦超声生物学焦域的B超实时监控；高强度聚焦超声生物学焦域的焦点温度；高强度聚焦超声的剂量-效应关系；MRI 对高强度聚焦超声效应的评价。方法 分别以频率为1.6MHz、1.0 MHz的治疗头以定点和组合的方式分别辐照屠宰后6小时内的新鲜离体牛肝脏组织、肌肉组织和肾脏组织，辐照时利用热电偶检测焦点的温度，采集辐照前后B超图像及检测B超图像及灰度值变化，辐照结束后，采用MRI对辐照结果进行评价，最后切开组织块，显示最大损伤径线和长度进行测量。结果 ⑴ HIFU辐照区组织呈灰白色凝固性坏死，与正常组织分界清楚；⑵ 不同频率、不同组织、不同辐照时间、不同声强、不同辐照深度形成的生物学焦域形态和大小不同；⑶ 治疗剂量不同，HIFU生物学焦域的长短轴之比亦不同;⑷ BFR的大小随辐照深度的增加而减小；⑸ 当治疗剂量一定、治疗深度一定时，肌肉组织的HIFU生物学<WP=6>焦域体积明显大于肝脏组织和肾脏组织的HIFU生物学焦域体积，肝脏组织的HIFU生物学焦域体积大于肾脏组织的HIFU生物学焦域体积；⑹ 凝固性坏死区的病理改变：肝小叶破坏，细胞体积缩小，变圆，胞浆深染，细胞核深染、固缩，核仁消失；⑺ HIFU定点辐照离体牛肝脏组织形成生物学焦域的即刻，靶区B超回声强度明显增强，与正常组织低回声区差别显着，灰度值增加。辐照结束即刻B超声像图面积明显大于牛肝组织生物学焦域沿着声束的轴向剖面大小,1分钟的SUSI约等于SBFR,2分钟以后的SUSI较SBFR小；⑻ 靶区组织的焦点最高绝对温度86.3℃,平均可达到80.5±3.09℃；⑼ 有限点迭加和无限点迭加的EEF随辐照深度的增加呈增加的趋势，同一深度下，有限点迭加的EEF大于无限点迭加的EEF；⑽ 片的EEF=2.71±0.85 (J/mm3).块的EEF=1.73±0.39 (J/mm3)；⑾ HIFU损伤后MRI 的T1、T2相图像的信号均减弱。MRI图像的T1相和T2相所显示的体积与实际切开显示的体积相关。结论 ⑴ HIFU达到一定域值后可在生物组织中形成凝固性坏死，即生物学焦域。⑵ 生物学焦域的形态和大小可控。⑶ 损伤区肉眼与病理检查一致。⑷ HIFU治疗可以通过B超适时监控。⑸ 在较浅组织内，1.6MHz的治疗头切除组织块优于1.0MHz治疗头。但切除较深部组织时，应选择较低频率的超声治疗头。⑹ HIFU生物学焦域体积随治疗深度的增加呈指数规律递减：1.0MHz拟合为VBFR=1738.2e-0.3948D，1.6MHz为VBFR=3489.6e-0.4341D。⑺ 治疗参数一定时，不同组织的HIFU生物学焦域大小不同。⑻ HIFU焦点温度平均可达到80.5±3.09℃，可以完全的杀死组织细胞。⑼ 生物学焦域可通过组合的方式达到完全切除肿瘤的目的。⑽ 相同条件下，点-束-面-块的EEF依次减小。⑾ MRI可以准确的反映高强度聚焦超声在离体生物组织中形成的损伤。
林强[10]2011年在《聚焦超声穴位照射的安全剂量学研究》文中研究说明背景目前,世界疼痛大会已经将疼痛确认为继呼吸、脉搏、体温和血压之后的“人类第5大生命指征”。随着现代生活节奏的加快以及社会老龄化的到来,疼痛的发病率不断上升。慢性疼痛已经成为继心脑血管疾病、肿瘤之后的第叁大健康问题,成为全世界关注的主要健康问题之一,严重影响患者的生活质量,加重患者的功能障碍。疼痛一直是让民众头疼的问题,骨关节痛、组织疼痛等慢性疼痛更是使民众备受折磨,虽然其治疗方法多种多样,但大多难以治愈,因此有人把它比喻成“不死的癌症”。因而了解疼痛产生的机制,寻找一种能安全有效解除疼痛的方法,是医学研究人员迫切需要解决的重大问题。目的⑴通过不同的剂量照射兔“足叁里”穴和坐骨神经,检测是否对穴位区的皮肤、肌肉和坐骨神经造成损伤;⑵证实聚焦超声穴位照射安全性的基础上,用不同剂量的低频脉冲聚焦超声照射膝骨关节炎病人的“膝眼”,通过VAS评分和Lequesne评分,评价其临床疗效,为今后聚焦超声穴位照射安全、有效的应用于临床疼痛治疗提供理论依据。方法⑴用功率4 W(其他参数不变)的连续聚焦超声分别照射“足叁里”穴和坐骨神经各5 min、10 min、15 min和20 min。通过光镜观察穴位区的皮肤、肌肉是否有组织形态学变化,以及通过光镜、电镜、神经干动作电位和神经传导速度来评价坐骨神经是否受损。⑵聚焦超声穴位照射应用于膝骨关节炎治疗,通过观察有无烫伤、副作用、VAS评分和Lequesne评分以及与塞来昔布胶囊治疗膝骨关节炎的疗效进行对比,来说明其安全性和有效性。结果⑴光学显微镜下观察:照射5 min胶原纤维束粗细不一,排列紊乱,交织成网。照射10 min皮下致密结缔组织变得疏松,胶原纤维粗细不一,部分胶原纤维其中可见少量淋巴细胞。照射15 min皮下致密结缔组织变得疏松,胶原纤维粗细不一,部分胶原纤维有断裂、缺失。照射20 min皮下致密结缔组织变得疏松,胶原纤维出现碎裂、缺失改变,胶原束断裂呈点片状。深层肌肉组织均未见损伤性改变,细胞膜完整、光滑,胞浆红染,细胞核清晰。⑵光镜观察:照射5 min坐骨神经神经纤维排列紧密,轴突连续,雪旺细胞形态正常。照射10 min坐骨神经呈鲱鱼骨样病变,轴突连续。照射15 min坐骨神经疏松,鲱鱼骨样病变更明显。照射20 min坐骨神经有轻微脱髓鞘病变。⑶电镜观察:照射5 min无变化;照射10 min髓鞘轻微变形,轴突轻微萎缩,施万细胞肿胀;照射15 min髓鞘变形,分层,轴突受压;照射20 min可见轻微脱髓鞘病变。⑷神经干动作电位与神经传导速度与正常组相比无显着性差异(P >0.05)。⑸治疗中、治疗后均未见烫伤或者其它不良反应出现。治疗8周后,A组的VAS疗效和Lequesne疗效的总有效率分别为90.2%和82.4%,而B组的VAS疗效和Lequesne疗效的总有效率分别为74.5%和66.7%; A组的各项指标与B组相比均有统计学意义(P <0.05)。结论⑴用功率4 W的聚焦超声分别照射5 min、10 min、15 min和20 min,对皮肤造成轻微的烫伤,肌肉均未见损伤,坐骨神经轻微损伤,均未见凝固性坏死,说明在本剂量范围内聚焦超声穴位照射是安全的。⑵低频脉冲聚焦超声照射“膝眼”治疗膝骨性关节炎可明显减轻疼痛,增加关节的活动度,缓解关节肿胀,疗效优于口服塞来昔布胶囊,是一种安全、有效、操作简单的方法。
参考文献：
[1]. 高强度聚焦超声焦域的实验研究[D]. 王韶林. 天津医科大学. 2012
[2]. 高强度聚焦超声治疗剂量学实验研究[D]. 熊树华. 重庆医科大学. 2002
[3]. 高强度聚焦超声治疗人子宫平滑肌瘤的研究[D]. 杨竹. 重庆医科大学. 2004
[4]. HIFU肝肿瘤治疗剂量的数值仿真研究[D]. 陈晓瑞. 天津医科大学. 2012
[5]. 乳剂靶向改变组织声学环境及增强超声能量沉积的实验研究[D]. 肖雁冰. 重庆医科大学. 2005
[6]. 高强度聚焦超声周边叁维消融模式的实验研究[D]. 卜锐. 重庆医科大学. 2013
[7]. 高强度聚焦超声治疗剂量控制关键问题研究[D]. 丁亚军. 湖南师范大学. 2013
[8]. 相变氟碳乳剂提高高强度聚焦超声损伤效率的实验研究[D]. 肖子文. 重庆医科大学. 2005
[9]. HIFU生物学焦域与治疗剂量学的体外研究[D]. 刘宝琴. 重庆医科大学. 2002
[10]. 聚焦超声穴位照射的安全剂量学研究[D]. 林强. 重庆医科大学. 2011