超声监控HIFU所致BFR实验研究

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【目的】本研究通过超声实时监控HIFU处理离体牛肝组织,实时采集处理过程中不同时间点的声像图,并用热电偶探针监测焦域中心温度,旨在探讨以下问题:①HIFU致凝固性坏死阈辐照剂量的探讨;②生物学焦域面积与HIFU辐照能量间的关系分析;③焦域中心温度与HIFU辐照剂量之间的关系;④靶区声像图特点,灰度值随观察时间变化规律,随辐照辐照剂量变化的关系,与焦域中心温度的关系。⑤声像图上靶区面积与生物学焦域面积之间的关系,找出对声像图的最佳观察时间;⑥ HIFU辐照后即刻声像图上靶区面积与BFR面积回归分析。【材料和方法】新鲜离体牛肝组织,浸泡于0.9%NS中,脱气。JC型高强度聚焦超声肿瘤治疗系统,治疗头频率1.6MHz,辐照深度为20mm。以不同声功率(分别为65.44W、81.8 W、98.16 W、114.52 W、130.88 W、147.24 W、163.6 W、179.96 W、196.32 W),辐照不同时间(每种声功率下分别从1~20秒对牛肝组织进行定点辐照),采集辐照前及HIFU辐照后不同时间(0、5、10、15、30、45、60、90、120、180、240、300秒)靶区二维声像图,然后作图像后处理。热电<WP=6>偶探针测焦域中心温度。辐照结束后,切开组织块,显示最大截面,测量最大损伤径线,数码照相后软件测生物学焦域面积,取正常组织与坏死组织交界区域组织送病理检查。【结果】⑴ 当声功率等于或大于179.96W(9768W/cm2)时,辐照一秒即可产生凝固性坏死;随着声功率每增大16.36W,HIFU致凝固性坏死所需的辐照时间下降1~2秒;而当声功率减小到65.44W时,HIFU致凝固性坏死所需的辐照时间约7秒。⑵ 声功率低于130.88W时,BFR长短径比值均在在3左右,BFR形态变化不明显;声功率等于和高于130.88W时,BFR形态变化在辐照时间1~5秒时变化大,随辐照时间延长渐渐变小,至相对稳定。⑶ 相同输出功率时,BFR的面积随着辐照时间延长而呈增大趋势;相同辐照时间并且辐照时间小于6秒时,BFR随声功率增高无明显的增高,超过6秒后, BFR随着声功率增加呈明显增加趋势。⑷ BFR与HIFU剂量间的曲线拟合方程为:y=0.0164X1.0591 ,(R2=0.9238,P<0.05)。当HIFU辐照剂量增加到2000J后,BFR面积点值渐渐与曲线分离。⑸ 在一定声功率下,随着辐照时间延长,焦域中心温度升高,但是当辐照时间达到阈值后,即使继续辐照,温度继续升高不明显。声功率小于和等于98.16W时,辐照时间阈值为15~18秒;声功率高于98.16W时,辐照时间阈值为10~12秒;声功率高于196.32W时,时<WP=7>间阈值为8~10秒。随着声功率增加,达到最高温升所需辐照时间阈值缩短。声功率小于等于81.8W时,辐照1~20秒,焦域中心温度值均低于65℃;声功率等于98.16W时,焦域中心温度绝对温升达20℃;声功率大于或等于114.52W后,当辐照时间超过阈值,继续辐照,焦域中心温度随声功率增加变化不明显,而是在80~100℃范围内波动。⑹ 当声功率低于98.16W时,辐照前后灰度差值几乎全为负值,焦域中心温度均低于65℃。当声功率达到98.16W后,灰度值从负值变为正值,致凝固性坏死所需的最小时间和使焦域中心温度值升高到65℃所需时间基本一致,与声像图上出现灰度变化为正值时所对应的时间一致。灰度差值的正负与焦域中心温度有关。以65℃为分界线,低于65℃时,即使发生凝固性坏死,灰度差值为负值;灰度差值为正值时,焦域中心温度高于65℃。⑺ 辐照时间相同,灰度值随HIFU辐照声功率的增高而上升;声功率相同,灰度值随HIFU辐照时间延长而增高。⑻ HIFU辐照后即刻,靶区表现为强回声、稍强回声或回声变化不明显。形态多为爆米花状、喷发状,或团状;中间回声高,周围常见云雾状稍强回声。辐照后随观察时间延长,靶区回声强度渐渐减低,尤其是强回声周边的雾状稍强回声,往往转瞬即逝。此刻的靶区声像图常表现为团块状稍强回声,近似椭圆形或三角形。不论是以不同声功率辐照相同时间还是以相同声功率辐照不同时间,灰度随观察时间变化趋势的走行一致。在HIFU辐照结束后的20秒内,灰度值迅速下降,在40~60秒内呈缓慢下降并且在一分钟左右稳定下来,此刻的灰<WP=8>度值变化主要由凝固性坏死引起。⑼ 二维超声监控HIFU辐照靶区,观察声像图的最佳时间为HIFU辐照后15秒。此刻声像图上靶区面积与生物学焦域面积具有一致性。⑽ 即刻声像图上靶区面积与实测生物学焦域面积回归方程如下:SBFR =12.201+0.379S0 (单位:平方毫米)(R=0.645,P<0.05)。【结论】⑴ 当声功率等于或大于179.96W(9768W/cm2)时,辐照一秒即可产生凝固性坏死;随着声功率增大,HIFU致凝固性坏死所需的辐照时间呈梯度下降;而随着声功率减小,HIFU致凝固性坏死所需的辐照时间呈梯度延长。⑵ 在一定剂量范围内,焦域中心温度与HIFU辐照剂量正相关。以相同声功率辐照不同时间,焦域中心温度随辐照时间延长呈现增高趋势,但辐照时间超过阈值后,温升缓慢,甚至开始下降。随着声功率增加,达到最高温升所需辐照时间阈值缩短。以不同声功率辐照相同时间,焦域中心温度随声功率增高而阶段性升高。⑶ 生物学焦域面积与辐照剂量间呈正相关,在一定剂量范围内,?
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