高强度聚焦超声二次辐照致兔肝VX2移植瘤致内在声环境改变及增效的实验研究

论文摘要

高强度聚焦超声（high intensity focused ultrasound, HIFU）利用超声波在组织内良好的穿透性、方向性和可聚焦性,将体外低能量的超声波聚焦于生物体内,形成高能量的生物学焦域（biological focal region, BFR）,在焦域处达到65-100℃的瞬态高温,导致组织瞬间凝固性坏死,而周围组织并无显著损伤。HIFU作为一种非侵入性局部治疗实体肿瘤的新技术,现已广泛应用于多种肿瘤的临床治疗。但由于超声波本身的特性,随着传播距离的增加,超声能量衰减越大,到达靶区的能量越低；若靶组织较均匀,其声阻抗（acoustic impedance,AI）差异小,超声能量更不易沉积,因此,HIFU治疗多采用大剂量、长时间的方法以达到消融目的。这虽然有效,但由于长时间使操作人员易疲劳,大剂量则易造成皮肤、声通道及周围组织损伤,不安全因素大大增加。所谓组织声环境（acoustic environment in tissue, AET）,是指HIFU治疗时,治疗靶区组织的声学特性状况,或者组织特有的密度、结构、功能状态及血液供应等所表现出来的超声性质,即影响超声能量沉积的媒质（组织）因素。本研究通过改变组织声学环境（changing acoustic environment in tissue, CAET）,改变组织的固有声学特性,从而增加组织超声能量沉积,达到提高HIFU治疗效率的目的。目的①探讨采用瘤块种植建立兔肝VX2肿瘤模型的可行性,并研究该模型的特点及生物学特性,为该模型的应用提供实验依据；②研究兔肝VX2移植瘤经低剂量聚焦超声辐照后的病理学转归,探讨低剂量聚焦超声辐照改变兔肝VX2移植瘤内在声环境的作用及机制；③探讨高强度聚焦超声二次辐照对兔肝VX2移植瘤的疗效及影响,为肝癌的HIFU治疗提供一种新思路或新方法。材料与方法纯种新西兰大白兔70只,雌雄不限,体重1.5-2.0kg,兔龄2-3个月。采用瘤块种植建立兔肝VX2肿瘤模型。随机选取30只荷瘤兔,分别于建模后第1、2、3、4、5周各处死5只荷瘤兔,观察肿瘤生长情况及转移情况,同时取部分肿瘤组织行光镜（light microscope, LM）与电镜（electron microscope, EM）检查。剩余5只荷瘤兔观察自然生存时间。另随机选取10只荷瘤兔作为A组（一次辐照组）,于肿瘤建模后第16天进行高强度聚焦超声（HIFU）辐照消融,功率250W。余下30荷瘤兔,于建模后第15天进行一遍低剂量聚焦超声辐照,功率100W。分别于辐照后第1（即刻）、2、3、5、7天各处死2只荷瘤兔,取辐照组织进行光镜与电镜观察。剩余20只荷瘤兔随机平均分为两组：B组（连续两日二次辐照组）,于低剂量辐照后第2天再次辐照消融；C组（间日二次辐照组）,于低剂量辐照后第3天再次辐照消融。消融处理同A组。HIFU辐照按照“线-面-体”的方式,由深至浅逐层进行扫描,每层间距3mm,两线间距8mm,治疗头移动速度3 mm/s。比较A、B、C三组的治疗时间、皮肤改变、能效因子（energy efficiency factor, EEF）、肿瘤复发转移以及生存时间等情况。计量资料以均数±标准差表示,计数资料以构成比表示；计量资料采用t检验进行统计学分析,计数资料采用x2检验进行统计学分析。检验水准a=0.05。统计过程由SAS8.1统计软件包处理。结果兔肝VX2肿瘤接种后第2周均可见到肿瘤生长,肿瘤移植成功率为100%。肿瘤接种后第4周肝内开始出现转移灶,第5周所有荷瘤兔均出现肺部转移。肉眼观,肿瘤呈灰白色,扪之质地较硬,无明显包膜,切面呈鱼肉状,直径超过2cm的肿瘤中心可出现灶性坏死；光镜下,肿瘤细胞体积较大,胞浆丰富,核肥大,核浆比例大,细胞排列紊乱；电镜下,肿瘤细胞呈不规则形,胞浆内细胞器少,核大畸形,核内常染色质丰富。荷瘤兔的自然生存时间为39-57d,死亡原因多为肿瘤生长过大,以及广泛转移所导致的多器官功能衰竭。兔肝VX2移植瘤经低剂量聚集超声辐照后,光镜下组织学变化：辐照后即刻,可见肿瘤细胞水肿；第2、3天水肿加重,并可见淤血；随后肿瘤细胞逐渐恢复至辐照前表现。电镜下超微结构变化：辐照后即刻,可见肝血窦内皮细胞脱落,肿瘤细胞胞浆内细胞器肿胀；第2、3天可见肝血窦内红细胞聚集,肿瘤细胞胞浆内出现空泡；随后细胞器肿胀逐渐减轻,直至恢复至辐照前表现。二次辐照组的首次低剂量辐照功率仅为消融功率的2/5,并且二次辐照组分两次进行辐照,故每次辐照的时间缩短,剂量降低,而总的治疗时间（首次低剂量辐照与再次辐照消融的时间之和）并不比一次辐照组延长。消融后,三组的肿瘤组织均发生了典型的凝固性坏死,并有效控制了复发与转移,但二次辐照组的皮肤红斑发生率明显比一次辐照组降低（P<0.05）,且EEF大大减小（P<0.05）。其中,连续两日二次辐照的总治疗时间、皮肤红斑发生率、消融时间、EEF最小,最为安全有效。结论兔肝VX2移植瘤的病理改变、生长过程、转移情况以及病理转归等都与临床人体肝癌相似,并且生长周期短,成瘤率高,是一种较理想的肝肿瘤动物模型。低剂量聚焦超声辐照可使兔肝VX2移植瘤发生一系列病理生理改变,从而改变组织声环境,提高再次HIFU消融的损伤效率,并且其表现出来的声学特性与组织发生病理生理变化的程度有关。二次辐照在达到一次性消融相同的疗效时,每次辐照的时间与剂量减少,并发症减少,且再次辐照消融的损伤效率提高,但总的治疗时间并不延长。其中,以连续两日二次辐照的方式最为安全有效,有可能成为一种新的HIFU治疗方法。

论文目录

• 符号说明
• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 2肿瘤模型的建立'>第一部分 兔肝VX₂肿瘤模型的建立
• 1 材料与方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 附图及说明
• 2移植瘤的病理转归'>第二部分 低剂量聚集超声辐照兔肝VX₂移植瘤的病理转归
• 1 材料与方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 附图及说明
• 2移植瘤的实验研究'>第三部分 高强度聚焦超声二次辐照兔肝VX₂移植瘤的实验研究
• 1 材料与方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 附图及说明
• 全文总结
• 参考文献
• 综述
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文