改变组织声环境增强H IFU能量沉积的研究现状

张奕 综述 邹建中 审校

10余年来,作为一种非侵入性局部治疗实体肿瘤的新技术,高强度聚焦超声(HIFU)已广泛应用于临床肿瘤的治疗中[1～4]。但由于超声波本身的特性,如在组织传播过程中,随着传播距离的增加,超声能量衰减越大,到达靶组织的能量就越低[5];若靶组织较均匀,声阻差小,超声能量更不易沉积等,导致H IFU治疗效率降低。目前H IFU治疗常常采用大剂量、长时间的方法才能达到消融肿瘤的目的,这虽然有效,但也引起了一系列并发症,如皮肤灼伤、声通道及周围组织损伤等[6]。为此研究者们采取了一系列措施以改变组织声环境,即改变组织的结构、密度、血液供应和功能状态等,从而改变组织固有的声学性质,以达到加速超声能量沉积的目的[7],进而提高 H IFU治疗效率,减少并发症的发生。

1 运用高声阻抗物质,增加超声波的界面反射

碘油具有较高的声阻抗特性,较早被用作增强H IFU超声能量沉积的研究。2004年肖雁冰等[8]对碘油乳剂联合HIFU损伤正常兔肝的效果进行了研究。实验输入自制乳化碘油(high intensity focused ultrasound liposome 2,H L-2)后1h以一定参数行肝组织H IFU损伤,对照组以生理盐水(saline)代替 H L-2。结果实验组能效因子(energy efficiency factor,EEF)明显小于对照组(P＜0.001),证实了H L-2有增强兔肝组织 HIFU能量沉积的作用。2006年,他们在研究H IFU损伤不切肋骨山羊肝组织的可行性时,发现碘油联合H IFU组的损伤率、靶区灰度阳性率均高于saline对照组,再次证实了乳化碘油可增强超声能量沉积,提高H IFU损伤效率[9]。增效原因之一,在于碘油的高声阻抗性。由于超声波在两种不同媒质的界面上会发生反射和透射,而其反射和透射的能量分配决定于两种媒质的声阻抗差异,因此,生物组织的声阻抗越不匹配,两者间越易激发高温[10]。

2 改变组织生理结构,增加吸声性能

肖雁冰等[11]对脂质体改变声环境进行了研究。实验通过兔耳缘静脉输入HL-l(high intensity focused ultrasound liposome 1,H L-1)后1h解剖病理检查,并行肝H IFU定点损伤及靶区组织温度测量。对照组以Saline代替 HL-l。结果显示,实验组各个辐照时间温度上升值均大于对照组;病理组织学检查可见大量脂质体在肝聚集,肝血窦腔隙及中央静脉缩小,切面有“实变”感;肝组织密度测量实验组大于对照组。提示H L-l静脉输入可以导致肝组织生理结构发生相应的改变、加速超声能量在靶区组织处的沉积、提高组织的温升效果。刘丽萍等[12]用纳米羟基磷灰石材料(HA)制成的混悬液经静脉注射,结果发现:不同纳米 HA剂量组焦域处的瞬时温升和所形成的凝固性坏死灶体积均较相应的生理盐水组明显增大(P＜0.01);随着纳米H A的用量增加,焦域处的瞬时温升和所形成的凝固性坏死体积亦随之明显增加(P＜0.01),提示纳米羟基磷灰石也能起到改变组织声环境,增强兔肝组织靶区超声能量沉积的作用。以上两种方法均在于外来物质改变了肝组织生理结构,使其发生病理生理变化,破坏了组织的均一性,从而改变了肝固有的声学环境,增加H IFU能量沉积。

3 改变组织血液供应或功能状态,增强能量沉积

熊树华等[13]将碘油经山羊肠系膜动脉插管行肝左动脉栓塞,于术后5～7 d行 H IFU治疗,并与对照组比较。结果发现,碘油组形成单位体积凝固性坏死灶所需要的超声能量明显比对照组降低,说明碘油肝左动脉栓塞有增强肝脏 HIFU能量沉积的作用。其后,他们又进一步进行了研究,结果显示在不同的损伤深度,碘油组所需的 H IFU治疗剂量均明显小于对照组,再次证明肝碘油栓塞或栓塞结扎后.其H IFU治疗剂量明显降低[14]。H acker A等[15]在研究多个和单个探头H IFU消融肾组织时发现:相同的声功率和辐照时间,灌注肾脏产生的损伤体积明显小于未灌注肾脏。Wu F等[16]在治疗晚期肝癌的研究中发现,经transcatheter arterial chemoembo lization(TACE)术后行HIFU治疗,所需的辐照能量和范围均明显减少,这有利于缩短治疗时间,减少并发症。其增效的原因之一,在于血管栓塞阻断了末梢血供,肿瘤组织因缺血而发生变性,声环境发生变化;同时由于靶区组织灌注减少,随血流带走的热量减少,从而使形成单位体积凝固性坏死的H IFU剂量降低。

4 提高空化损伤的利用率,增强空化效应

Yu T等[17]通过对 H IFU损伤新西兰大白兔肾的研究发现,微泡造影剂联合HIFU组治疗效果明显比saline对照组增强,其左肾与右肾的组织坏死率均较对照组增高,他认为微泡经血液循环进入肾脏后能迅速改变组织的声学环境,由于微泡在超声作用下产生的热效应和空化效应,从而有增强H IFU能量沉积的作用。Kaneko T等[18]于家兔静脉注射微泡造影剂或saline后,进行H IFU辐照,造影剂组的凝固性坏死体积较saline组明显增大,推测与H IFU辐照使微泡振动、爆破及产生空化泡产热有关。

综上所述,目前改变组织声环境主要采取增加声阻抗反射界面、改变组织生理结构、减少血流灌注、增强空化效应等方法(通过从体外向体内注入某种物质,人为干预靶区声环境,从而增强H IFU的能量沉积)。这些方法存在一定的局限性,如:微泡不稳定、不可控、不能持续给药;羟基磷灰石容易沉淀,给药途径受到限制,不能均匀分布于靶组织等,限制了它们的应用和发展。

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