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低剂量聚焦超声预辐照与微泡在高强度聚焦超声移植瘤中的增效比较

放大字体 缩小字体 发布日期:2016-11-10 17:51 来源:南方医科大学学报 浏览次数:0
关键词: 低剂量 聚焦超声 微泡 增效
摘要: 目的 对比观察低剂量聚焦超声预辐照与微泡对高强度聚焦超声(HIFU)消融效果的影响,探讨低剂量预辐照的增效作用。 方法 55只荷瘤兔随机分为3组:低剂量预辐照+HIFU消融组、微泡+HIFU消融组、单纯HIFU消融组,观察低剂量预辐照后的病理变化,以及各组HIFU消融的时间、凝固性坏死体积、能效因子(EEF)、病理学变化及对声通道的影响等,并做统计学分析。 结果 低剂量预辐照24 h后肿瘤细胞明显水肿,胞浆内出现大量空泡,肿瘤间质内血管淤血。低剂量预辐照+HIFU消融组与微泡+HIFU消融组所用的消融时间明显短于单纯HIFU消融组,但在靶区产生凝固性坏死的体积增大,EEF值明显降低(P < 0.05),而两组间的差异无统计学意义。低剂量预辐照增效的有效性及稳定性不如微泡,但对声通道的安全性高于微泡。 结论 低剂量预辐照具有与微泡相同的HIFU增效作用,同时具有无创、能集中作用于靶组织、安全性更高等优点,有可能成为一种新的安全有效的HIFU增效方法。

高强度聚焦超声(HIFU)消融已广泛应用于各种肿瘤的治疗中,并取得可观的疗效[1-4]。但HIFU治疗效率低下仍是其发展的瓶颈。研究表明,改变组织声环境可以提高HIFU治疗效率[5-6]。目前最常用的增效方法是向体内注入微泡造影剂[7-10],人为改变组织声环境,从而提高HIFU损伤效率。但是微泡造影剂具有肿瘤血管穿透力弱、分布不均、稳定性差、血液循环时间短等缺点,并且人工注入体内是一种有创方式,因此其应用受到一定的限制。我们在前期的研究中发现,低剂量聚焦超声预辐照可以使靶组织声环境发生自身改变[11],从而提高HIFU损伤效率[12-14],并通过剂量学与方法学等研究,发现采用100 W功率进行一遍低剂量预辐照,24 h后再进行HIFU消融,增效效果最佳[15-18]。但是目前尚无研究对微泡与低剂量预辐照两种增效方法的优劣势进行系统性比较。因此,本研究对比观察低剂量预辐照与微泡对HIFU消融兔肝VX2移植瘤的增效作用,探讨两种方法在增效效果、有效性、稳定性及安全性方面的优劣,以期寻找到一种更为安全、有效的HIFU增效方法,为临床提高HIFU治疗效率提供新思路。

1 材料和方法

1.1 实验动物与设备

纯种新西兰大白兔55只,雌雄不限,体质量1.5~2.0 kg,月龄2~3月(重庆医科大学实验动物中心提供)。荷瘤种兔1只(重庆医科大学超声工程研究所提供)。

JC200型聚焦超声肿瘤治疗系统(重庆海扶技术(HIFU)有限公司);光学显微镜(Olympus-Bx40,日本);电子显微镜(Hitachi-7500,日本)。

1.2 实验方法

1.2.1 建立兔肝VX2移植瘤模型

采用包埋法。经手术开腹剥离荷瘤种兔肝肿瘤,取边缘生长旺盛无坏死的组织,切成1 mm×1 mm×1 mm瘤块。再开腹暴露拟接种兔肝,用眼科镊于肝右中叶膈面穿破形成窦道,将瘤块包埋其中,然后清创缝合,即制成荷瘤兔。

1.2.2 HIFU消融

荷瘤兔随机分为A、B、C 3组:A组25只,低剂量预辐照+HIFU消融;B组15只,微泡+HIFU消融;C组15只,单纯HIFU消融。A组于肿瘤建模后第15天进行低剂量聚焦超声预辐照,选定肿瘤区域,按“线-面-体”方式由深至浅逐层进行辐照,两线间距8 mm,每层间距3 mm,功率100 W,扫描1遍,24 h后随机处死10只实验兔,另15只实验兔进行HIFU消融。B组于肿瘤建模后第16天经耳缘静脉快速团注微泡造影剂声诺维(SonoVue),剂量0.05 mL/kg,随后快速注入1 mL生理盐水冲洗导管,15 s后进行HIFU消融。C组于建模后第16天进行HIFU消融。各组的HFU消融参数保持一致:采用直线扫描,线长10 mm,靶点距体表距离均为15 mm,功率250 W,当靶区出现稳定的回声增强时终止扫描。

1.3 观察指标

1.3.1 能效因子(EEF)

记录各组HIFU消融的时间。HIFU消融后即刻处死所有剩余实验兔,取辐照区域瘤组织放入37 ℃的TTC(氯化三苯基四氮唑)溶液中染色[19-20],被破坏的组织呈苍白色,测量凝固性坏死的长、宽、厚径,以公式:V=(4/3)π×(1/2)长×(1/2)宽×(1/2)厚计算坏死体积。根据公式EEF(J/mm3)=Pt/V计算能效因子,式中:EEF为能效因子[21-22],指损伤单位体积的组织所需的超声能量;P(W)为声功率;t(s)为辐照时间;V(mm3)为坏死体积。

1.3.2 病理变化

HIFU消融前,A组随机处死10只实验兔,取肿瘤组织,以10%福尔马林液固定行光镜检查,2.5%戊二醛固定行电镜检查。HIFU消融后,处死所有实验兔,取辐照区域坏死组织,同样行光镜与电镜检查。

1.3.3 声通道损伤

HIFU消融后,观察实验兔从皮肤到靶区所经过的声通道组织,如皮肤、软组织、肌肉、脏器等,是否出现肉眼可见的损伤性变化。

1.4 统计学处理

采用SPSS13.0统计软件。结果用均数±标准差表示,采用t检验进行统计学分析。P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 低剂量预辐照、微泡对HIFU消融的影响

当HIFU消融靶区出现稳定的回声增强时,A组(低剂量预辐照+HIFU消融)、B组(微泡+HIFU消融)所用的时间明显短于C组(单纯HIFU消融)(P < 0.05),但在靶区产生凝固性坏死的体积增大,EEF值明显降低(P < 0.05),说明低剂量预辐照与微泡均可以有效缩短消融时间,提高HIFU消融效率。而在A、B组之间,消融时间、凝固性坏死体积、EEF差异均无统计学意义(表 1)。

表 1(Table 1)

表 1 低剂量预辐照、微泡对HIFU消融的影响 Table 1 Effect of HIFU ablation combined with low-dose irradiation or microbubble Group Volume (mm3) Ablation time (s) EEF (J/mm3)
Low-dose irradiation+H1FU ablation 655.29土109.15*△ 20.93±15.14*△ 7.01±5.28*△
Microbubble+H1FU ablation 757.64±68.22* 25.69±14.78* 8.42±5.97*
H1FU ablation 184.82±57.35 59.87±21.57 83.73±19.41
*P < 0.05 vs H1FU ablation; △P > 0.05 vs Microbubble+H1FU ablation.
表 1 低剂量预辐照、微泡对HIFU消融的影响

Table 1 Effect of HIFU ablation combined with low-dose irradiation or microbubble

2.2 病理变化

低剂量预辐照24 h后,A组剖腹可见肿瘤边缘出现暗红色的充血带。光镜下,肿瘤细胞明显水肿,呈气球样变,肿瘤间质血管淤血,并可见少量淋巴细胞、中性粒细胞浸润。电镜下,肿瘤细胞浆内出现大量大小不等的空泡,细胞器明显肿胀,肿瘤间质血管腔内可见大量红血球聚集(图 1)。

图 1(Figure 1)
图 1 低剂量预辐照24 h后病理变化

Figure 1 Histopathological changes of the tumor 24 h after low-dose irradiation. A: Tumor cell edema and ballooning changes under light microscope (Original magnification: × 400); B: Vacuoles in the cytoplasm and organelle swelling under electron microscope (×6000).

HIFU消融后,3组的靶区组织经TTC染色后,均可见椭圆形苍白色不着色区,即凝固性坏死区,与周围组织有明显分界。光镜下,肿瘤细胞结构破坏,核固缩、深染,胞浆呈嗜酸性。电镜下,肿瘤细胞均为不可逆变性坏死,细胞膜及核膜断裂,细胞器结构明显破坏,细胞核固缩,核碎裂(图 2)。

图 2(Figure 2)
图 2 HIFU消融后病理变化

Figure 2 Histopathological changes of the tumor after HIFU ablation. A: Tumor cell nucleus pyknosis and dark staining with acidophilic cytoplasm under light microscope (×400); B: Tumor cell membrane and nuclear membrane rupture, nuclear pyknosis and fragmentation under electron microscope (×5000).

2.3 低剂量预辐照、微泡造影剂增效作用的有效性与稳定性

与C组(单纯HIFU消融)对比,A组(低剂量预辐照+HIFU消融)中有8例EEF明显降低,4例无明显变化,3例升高,增效的有效率为53.33%;B组(微泡+HIFU消融)中有12例EEF明显降低,3例无明显变化,0例升高,增效的有效率为80%,说明微泡对HIFU的增效作用更为稳定,有效性更高。

2.4 低剂量预辐照、微泡联合HIFU消融对声通道的影响

C组(单纯HIFU消融)中7例、B组(微泡+HIFU消融)中4例靶区前方软组织出现不同程度的损伤,皮肤可见红斑,A组(低剂量预辐照+HIFU消融)无一例出现肉眼可见变化,说明通过微泡或低剂量预辐照增效后,可以提高对声通道的安全性,其中低剂量预辐照的安全性最高(图 3)。

张奕1,3, 杨超2, 邹建中3, 陈菲3, 欧霞3, 邹海蓉3, 王雁3
1. 重庆医科大学附属第一医院超声科, 重庆 400016 ;
2. 重庆市人民医院放射科, 重庆 400014 ;
3. 重庆医科大学生物医学工程学院//省部共建国家重点实验室培育基地-重庆市超声医学工程重点实验室//重庆市生物医学工程学重点实验室, 重庆 400016
收稿日期:2016-05-08
基金项目:国家自然科学基金重点项目(30830040);国家临床重点专科建设项目(国卫医办函[2013]544号)
作者简介:张奕, 硕士, 医师。
通信作者:邹建中, 教授, 博士生导师
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