高强度聚焦超声辐照正常猪胰腺的实验研究*

李建哲 王 军 叶 欣 侯 刚 费兴波

(1.泰山医学院附属泰山医院肿瘤中心，山东 泰安 271000；2.山东省立医院肿瘤中心，山东 济南 250021 ； 3.北京源德生物医学工程有限公司，北京 100176)

高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound，HIFU)是利用超声波可以穿透软组织并可以聚焦的物理特性，将体外电声换能器产生的多束超声波，借助水介质耦合进入人体并聚焦于靶组织内，通过瞬态高温效应(50℃以上)、空化效应、机械效应等机制，造成超声聚焦损伤区域(ultrasonic focal damage region，UFDR)内的靶组织可逆性损伤和(或)坏死[1-3]，达到无创治疗肿瘤的目的。在临床上已成功用于乳腺癌、前列腺癌、肝癌等实体瘤的治疗[3-5]，本研究通过对HIFU辐照猪胰腺后的病理学和生化指标的观察，探讨HIFU治疗胰腺癌的安全性和可行性，为临床应用提供相关证据。

1 资料与方法

1.1 材料

市售杂种猪6只，体重35～40 kg，雌雄不限，猪龄5～6月。混合饲料喂养。随机分为A、B 2组，每组3只。治疗设备：FEP-BY02型高强度超声聚焦热疗肿瘤治疗机[(北京源德生物医药有限责任公司生产，国药管械(准)字2003第3230044号(更)，许可证号20000272,CMDC质量认证编号C1420016，设备编号D1206047)]。设备及主要参数：上下双波源，其超声频率1 MHz±10%，输入电功率0.5～2 kW，中国科学院声学研究所实测焦点声强为50～4000 W/cm2，有效治疗深度1～15 cm，治疗介质为脱气自来水，单元发射时间(t1 )一般在0.1～0.2 s ，占空时间(t2 ) t2︰t1 ≈1︰1～2︰1，每点次数(N)30～80次。定位B超机：GE logiq 5型(设备编号38946SVO)，探头3S。

1.2 治疗过程

治疗时将动物仰卧位固定于治疗床上，辐射区域备皮，皮肤酒精脱脂。3%戊巴比妥(2 ml/kg) 静脉麻醉成功后，通过喉镜，插入带有水囊的胃管，冲洗胃腔，然后向水囊内注人1200 ml脱气水，制造人工声窗，建立有效的超声通道。应用FEP-BY02型高强度超声聚焦热疗肿瘤治疗机进行治疗。通过人工声窗用超声检查，确定胰腺的位置、大小、形态、与邻近器官的关系，选择胰体或胰体胰尾交界处为治疗点，初步制定治疗方案。用上波源机载B超定位探头再次确定治疗部位的位置、大小、形态、与邻近器官的关系。确定治疗部位后将B超定位探头从0°旋转到90°，三维立体扫描治疗部位，使用计划系统分别在0°面和90°面制定治疗靶区计划。计划包括：治疗深度、治疗范围、治疗层面数、每个层面面积和治疗点数。最后在计算机自动控制下HIFU的焦点按照“点点成线，线线成面，面面成体”的累积方式作X、Y、Z轴方向的运动，由深到浅治疗靶区内的各个层面，直至覆盖整个预定的治疗靶区，治疗深度9～11cm。每例胰腺治疗1点靶区，范围3 cm×3 cm，t2︰t1 ≈1︰1(150 ms︰150 ms)，每点治疗次数60次，焦点声强为800 W/cm2，步距4 mm，行距4 mm，层距5 mm。

1.3 HIFU治疗后的处理

A组动物胰腺经HIFU治疗后，在麻醉下处死后立即剖腹，取出胰腺，用游标卡尺测量治疗区域，取标本体积分数为0.05的甲醛固定，常规送检病理苏木精-伊红染色。B组动物辐照后禁食24 h后开始经口进流质饮食，第5天动物在麻醉下剖腹，取胰腺送检(方法同A组)。辐照前、辐照后当天及辐照后第1、2、3、4、5天分别抽静脉血及留尿标本查生化指标。

1.4 主要观察指标

A组：用游标卡尺测量治疗区域，然后常规行苏木精-伊红染色，在普通显微镜下观察治疗区域的胰腺组织。B组动物观察辐照前、辐照后当天及辐照后第1、2、3、4、5天的血淀粉酶、尿淀粉酶、血糖、血WBC、ASP、BUN等。第5天处死后处理方法同A组

1.5 统计学方法

用SPSS13.0统计分析软件。两组比较采用t检验；多组间比较采用方差分析。

2 结 果

2.1 可行性和安全性

A、B两组动物在HIFU治疗过程中均生命体征平稳，耐受性良好。B组动物HIFU辐照后恢复好，全部存活至5天。A、B两组动物剖腹探查后均未见胃肠道及其他脏器损伤，无腹水、胰腺脓肿、胰腺假囊肿及胰漏等。血尿淀粉酶水平治疗后增高，4～5天恢复正常，未发生胰腺炎等并发症，其余生化指标治疗前后变化不明显(表1)。

表1 两组治疗前后生化指标比较

2.2 有效性

肉眼观察胰腺标本，所有预定靶区内均可见UFDR[2-3]，呈类圆形灰白色凝固性坏死病灶，且与周围组织界限清楚。A、B两组靶皮距及UFDR面积无差异(表2)。UFDR面积：最大者为3.4 cm×3.3 cm ，最小者为2.8 cm×2.7 cm ，平均(9.8±1.1)cm2。典型标本见图1。

表2 HIFU破坏猪胰腺治疗参数与UFDR面积

注：A、B两组坏死区面积比较，P>0.05 。

A组胰腺标本HIFU辐射后光镜下：靶区大部分组织细胞凝固性坏死，部分细胞核固缩，破碎、溶解，细胞胞质肿胀，保留细胞轮廓，并可见空化现象，靶区组织与正常组织分界明显，血管增生及炎性反应不明显(图2)。B组胰腺标本HIFU辐射后光镜下：靶区组织坏死彻底，呈无定形、不规则颗粒状，靶区组织与正常组织分界明显，并见纤维结缔组织增生(图3)。坏死灶边缘见较多核碎片，与正常组织交界处可见以淋巴、单核样细胞为主的炎性细胞浸润，呈坏死区-炎症带-正常区演化(图4)。

图1 箭头示治疗后可见周围组织分界明显的治疗区(即坏死区)

图2 A组组织呈凝固性坏死，部分细胞核固缩，细胞胞质肿胀，内见空化效应(箭头所示)

图3 B组靶区组织坏死彻底，呈无定形、不规则颗粒状，并见纤维结缔组织增生(箭头所示)

图4 B组坏死区与正常组织交界处有炎性细胞浸润(箭头所示)

3 讨 论

目前，临床已有HIFU治疗胰腺癌的报道，并收到了一定的治疗效果，但疗效的评价多依靠对影像学表现及临床症状的观察[4-8]。本研究通过对HIFU辐照正常猪胰腺后的组织病理学观察，从更深的层次上证明了HIFU治疗胰腺癌的有效性，探讨了HIFU治疗胰腺癌的机理。本研究发现，HIFU治疗后两组动物的胰腺大体标本均可见特征性的UFDR。肉眼观察UFDR呈类圆形，中央为凝固性坏死区，周边与正常组织分界较清晰。镜下观察A组UFDR中央区细胞失去正常形态和结构，细胞核染色质固缩或破碎，胞质混浊肿胀，为凝固性坏死，与正常组织分界清楚，中间可见过渡带，并出现典型的空泡，病理学表现证实了HIFU治疗胰腺癌的有效性，同时也提示高温效应和空化效应[9]在胰腺癌治疗中发挥了重要作用。有研究[10-14]表明，HIFU治疗可以激活机体免疫反应，我们观察到， B组动物胰腺组织UFDR不仅具有A组的病理变化特点，还发现坏死区与正常组织交界处有炎性细胞浸润，以淋巴、单核样细胞为主，呈现较清晰的坏死区-炎症带-正常区演化，在交界区亦可见到条索状纤维结缔组织增生,这提示HIFU的免疫激活机制在胰腺癌治疗中也发挥了重要作用。

肉眼观察胰腺损伤区与超声定位区吻合良好，实验证明超声是一种有效安全的定位手段，在水囊的帮助下可以准确对胰腺靶区进行定位。治疗过程中两组动物生命体征均保持稳定，耐受性良好。HIFU治疗后B组动物恢复良好，观察期间精神、食欲好，进食正常，未出现严重的并发症和治疗相关的死亡。血尿淀粉酶仍然是热疗后临床观察的重要指标，并对判断是否出现并发症有重要意义[14]，本研究血尿淀粉酶在治疗后短期内升高(1～2天)，但很快恢复正常(4～5天)，治疗前后的血糖、肝肾功能等生化指标无明显变化。解剖A、B两组动物均未发现胰漏、腹腔脓肿、胰腺炎的证据，这说明HIFU辐照胰腺组织是安全的。

本实验证明，在水囊的帮助下超声可以对胰腺组织准确定位，接受HIFU的辐照后胰腺组织会出现不可逆的凝固性坏死，热效应、空化效应是其主要作用机制，亦能激活机体免疫功能。 HIFU治疗胰腺疾病是安全和可行的，为HIFU临床治疗胰腺癌提供了实验依据。

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