生物学焦域的概念及在高强度聚焦超声切除组织中的应用

本实验研究和比较了高强度聚集超声所致体内深部组织凝固性坏死灶的形状和大小。结果显示参照同样的治疗参数，ＨＩＦＵ所致凝固性坏死灶的大小和形状在体内和体外有较大的差异。     

高强度聚焦超声治疗子宫肌瘤的剂量学研究

目的 探讨高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)在不同投射方式下治疗子宫肌瘤的剂量与效应关系。方法 在声换能器聚焦参数和工作声强、频率不变的前提下,观察在不同投射时间HIFU定点损伤和扫描损伤致离体人子宫肌瘤组织凝固性坏死灶的大小,并对两种投射方式下的能效因子、形态学改变等进行比较。结果 HIFU所致的凝固性坏死灶的大小、形态与投射方式及投射时间密切相关,在同样的声强下,两组最佳能效因子差异有显著性意义(P<0.05)。结论 HIFU 治疗子宫肌瘤时采用扫描损伤优于定点损伤。     

高强度聚焦超声联合微泡损伤山羊肝的增效性研究

目的 探讨超声造影剂SonoVue用于增强高强度聚焦超声(HIFU)损伤山羊肝组织的可行性.方法 南江黄羊15只,采用自身对照,分为HIFU治疗组(对照组)和HIFU联合造影剂治疗组(实验组).治疗深度30 mm,分别在声功率为150 W、250 W、350 W条件下对肝定点辐照15 S.辐照后24 h处死动物,解剖观察凝固性坏死情况,并作病理切片分析.结果 在相同声辐照参数下,实验组凝固性坏死发生率及凝固性坏死区域长、宽、厚、体积均明显大于对照组(P＜0.05),随功率增加实验组凝固性坏死体积增加幅度较对照组更明显,实验组能效因子(EEF)明显小于对照组.凝固性坏死区与正常肝组织分界清楚,且病理切片显示损伤为不可逆性,分界处可见大量空泡.结论 HIFU联合微泡造影剂能在山羊肝中形成完全的凝固性坏死,同时提高凝固性坏死的损伤率,增大凝固性坏死体积,提高HIFU治疗效率.     

肝脏HIFU治疗剂量学初步研究

目的探讨在直线扫描方式时,高强度聚焦超声(HIFU)损伤不同深度的正常羊肝组织的治疗剂量,即产生单位体积凝固性坏死所需要的超声输出能量.方法应用频率1.0MHz,焦域平均声强为5500W/cm2,对15头南疆黄羊距皮肤30mm、40mm、50mm的肝组织内行HIFU损伤,损伤范围30mm×10mm×10mm,扫描线间距和面间距均为5mm.术后3～7天内处死动物,测量凝固性坏死体积,观察治疗剂量与治疗深度的关系.结果距皮30mm深度肝脏HIFU治疗剂量为(16.6±2.72)J/mm3,40mm为(28.3±6.37)J/mm3,50mm为(44.7±3.71)J/mm3.结论HIFU致肝组织的凝固性坏死有明显的量效关系,其值随辐照深度的增加而增加.     

高强度聚焦超声联用超声造影剂对治疗兔肝焦域效应的影响

目的探讨超声造影剂改变动物体内生物组织对入射超声的反应,以增强高强度聚焦超声(HIFU)治疗实体肿瘤的生物学效应.方法采用前瞻性配对方法,把32只新西兰纯种大白兔按体质量配对分为两组,每组16只,两组兔肝分别接受①单纯HIFU治疗;②增强HIFU治疗,即先静脉注射超声造影剂(白蛋白包裹的含全氟丙烷的气体微泡,全氟显),再接受HIFU治疗.两组治疗参数包括辐照时间、功率、频率、焦距相同.记录并比较两组肝在辐照前与辐照后20 s、2 min、5 min靶区的超声灰度值改变并在术后2 h、第2 d、第3 d和第7 d各解剖4只兔,对比两组肝脏的焦域体积大小及显微镜下肝组织的病理学改变.结果单纯HIFU组辐照前后的超声灰度改变值分别为 20.2± 12.4(20 s), 16.8± 9.3(2 min)和 15.1± 11.9(5 min);增强HIFU治疗组为 63.9± 29.4(20 s), 60.0± 25.9(2 min), 59.3± 28.7(5 min),两组差异有显著性意义(P< 0.05).两组肝的焦域体积分别为( 130.5± 200.2)mm3(单纯HIFU组)和( 1613.6± 2620.7)mm3(增强HIFU组,P< 0.05).两组在治疗当天光镜下靶区肝细胞即出现不可逆的变性坏死,1 d后出现明显的大片凝固性坏死,与周围组织分界清楚.结论超声造影剂可改变动物体内的声学环境,从而增强HIFU对兔肝的作用效应,可作为HIFU增效剂用于临床治疗实体肿瘤.     

不同剂量微泡造影剂在高强度聚焦超声消融活体羊肝组织中的增效效应

目的 探讨不同剂量超声造影剂对高强度聚焦超声(HIFU)消融活体羊肝组织的增效效应.方法 南疆黄羊20只,随机分为4组.第1组为HIFU联合0.01 ml/kg SonoVue.第2组为HIFU联合0.03 ml/kg SonoVue,第3组为HIFU联合0.05 ml/kg SonoVue,第4组为单纯HIFU组.麻醉状态下,微泡造影剂于HIFU辐照前静脉团注,20 s后开始HIFU辐照.每组采用定点辐照,所用辐照参数为频率0.8 MHz、声强19 100 W/cm2、辐照深度30 mm、辐照时间15 s.HIFU辐照结束后1周处死动物.观察并测量凝同性坏死大小,对凝固性坏死作组织病理分析.结果 在相同声辐照参数下,1、2、3组凝同性坏死区域均大于第4组,差异有统计学意义(P<0.05),且凝固性坏死体积随SonoVue剂量的增加而逐渐增大,差异有统计学意义(P<0.05).组织病理学检查发现凝同性坏死区内无正常组织残留.除实验3组出现消融灶邻近组织和皮肤损伤外,其余各组均未出现明显并发症.结论 微泡造影剂在HIFU消融过程中的增效效应与微泡造影剂的剂量有关,微泡造影剂的剂量越大,所形成的凝固性坏死的体积越大,增效越明显.     

超声对高强度聚焦超声治疗的实时监控研究

目的　探讨在高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中,实时监控超声的图像变化与HIFU辐照产生的凝固性坏死灶大小之间的相关性。方法　观测在相同声强和辐照时间、治疗深度等指标情况下,HIFU定点辐照家兔肝脏,靶区辐照前及治疗结束后即刻、2min、5min、10min后的超声声像图变化和灰度值变化,进而观测超声声像图面积与生物学焦域面积的关系。结果　HIFU辐照后靶区超声回声强度明显增强,灰度值增高,但随着时间延长,灰度则逐渐减弱,声像图面积也随时间逐渐减小,但在 2min时趋于稳定。而损伤的凝固性坏死灶最大切面面积与不同时间的声像图面积比较,介于 2min和 5min的声像图面积之间,与两者比较,差异均无显著性意义(P>0. 05)。结论　通过观察HIFU活体治疗时的灰度值和声像图变化,可间接指导HFIU治疗剂量的选择和判断治疗的效果,为临床HIFU实时监控治疗提供理论和实验基础。     

辐照深度对高强度聚焦超声生物学焦域的影响

目的：探讨HIFU生物学焦域在不同深度的牛肝组织中与治疗剂量的定量关系。方法：探头频率为1.0MHz在相同治疗剂量时，定位损伤不同深度的新鲜离体牛肝，测量并比较损伤灶的体积。结果：生物学焦域的体积随治疗深度的增加而减小，结论：HIFU生物学焦域体积随治疗深度的增加呈指数规律递减，VBFR=1738.2e^-0.3948D。     

基于二维超声图像纹理分析判断HIFU凝固性坏死

目的 探讨在高强度聚焦超声(HIFU)治疗中,利用二维超声监控图像在多分辨率下的纹理参数,对HIFU所致凝固性坏死组织进行评价,提高对凝固性坏死判断的敏感度.方法 在相同声强、功率和深度条件下,选用点打的方式辐照新鲜离体牛肝,采集辐照前以及辐照后即刻、1 min、2 min和3 min的二维声像图和灰度图像,利用小波变换提取二维超声图像在多分辨率下的纹理参数,建立支撑矢量机(SVM),对样本进行分析判断.结果 多分辨率下的纹理参数比灰度对HIFU凝固性坏死的判断敏感度要高,且差异有统计学意义(P<0.05).结论 利用多分辨率下的纹理参数来评价HIFU凝固性坏死的方法是可行的,且敏感度高于灰度对凝固性坏死的评价.     

高强度聚焦超声辐照离体及在体心肌组织的比较研究

目的　探讨并比较高强度聚焦超声(HIFU)定位损伤离体心肌及活体心肌的量效关系。方法　采用不同功率(3W ,4W ,5W)的HIFU ,在不同辐照时间(5S ,8S ,10S ,15S ,2 0S ,60S ,180S)的作用下,对5只正常猪离体心脏及8只活体兔心脏进行定位损伤,观察并测定损伤区形态及体积,并对损伤区进行病理学检查。结果　不同剂量下HIFU所致的生物学焦域范围为1～3 0 0mm3 ,不同处理因素间损伤体积具有显著性差异(P <0 .0 5 ) ,相同剂量下离体心肌受损体积大于在体心肌的受损体积。损伤形态随剂量增大由椭球形向锥体形、不规则形发展。组织学观察可见凝固性坏死及损伤区与正常心肌组织的明显分界。结论　HIFU可定点使离体心肌及活体心肌发生坏死而不伤及周围组织。     

高强度聚焦超声破坏深部组织超声图像变化

为阐明高强度聚焦超声(HIFU)对体内肝组织的生物学效应,本研究用超声图像定量分析方法观察小型香猪肝脏受损组织的形态学变化.用超声定位的HIFU体外断层切除肝脏靶区.并用定量分析系统检测靶区,发现HIFU治疗前后超声图像有明显差异.结果提示:超声图像定量分析可用于监测HIFU治疗后受损组织的形态学变化.     

高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人对离体猪肝脏组织的损伤效应

目的探讨自主研制的高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人在换能器摆动模式下对离体猪肝脏组织的损伤效应。方法离体猪肝脏组织分为换能器摆动组和换能器固定组,采用该装置在不同辐照时间和辐照深度下分别进行定点脉冲辐照,测量生物学焦域体积及其中心距组织表面距离,并取靶区组织进行病理学检查。比较两组间生物学焦域体积测值以及换能器摆动组生物学焦域中心距组织表面的距离与预设辐照深度间的差异,并分析辐照深度及辐照时间对生物学焦域的影响。结果辐照靶区形成凝固性坏死区,与周围组织分界清楚。在相同辐照剂量下,两组所产生的生物学焦域体积测值间差异无统计学意义(P>0.05)。生物学焦域中心距组织表面的距离与预设辐照深度间差异无统计学意义(P>0.05)。在相同辐照参数下,生物学焦域体积随辐照时间增加而增大,随辐照深度增加而减小。结论高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人在换能器摆动模式下对离体猪肝脏组织可产生有效、精确的损伤,生物学焦域与辐照时间和辐照深度有关。     

聚焦超声换能器的频率和曲率半径对生物学焦域的影响

目的探讨聚焦超声换能器的物理参数——频率(f)、曲率半径(R)对生物学焦域的影响．为优化设计适合临床应用的聚焦超声换能器提供实验依据。方法运用JC-A型Haifu聚焦超声肿瘤治疗系统，使用3种聚焦超声换能器，以一定的超声剂量定点辐照新鲜离体牛肝脏．辐照结束后沿凝固性坏死最大面剖开，测量生物学焦域的长、短轴和体积。结果对于任一种聚焦超声换能器，辐照深度一定时。生物学焦域的体积随换能器辐射声功率、辐照时间的增大而增大。在一定的换能器辐射声功率和辐照时间下．辐照深度一定时，当聚焦超声换能器其他物理参数固定时．生物学焦域的体积随换能器频率的增大而增大，而生物学焦域的形态指数随频率的增大而减小；而当聚焦超声换能器的其他物理参数固定时．生物学焦域的体积和形态指数随透镜曲率半径的增大而增大。结论生物学焦域除了与声功率、辐照时间、辐照深度以及组织结构、功能状态有关外，还与聚焦超声换能器的物理参数如频率(f)、曲率半径(R)有关。在临床运用中，应根据临床方案优化设计适合临床应用的一定频率(f)和曲率半径(R)的聚焦超声换能器。     

高强度聚焦超声体外治疗肝肿瘤的剂量学研究

目的 探讨高强度聚焦超声（ＨＦＵ）破坏肝肿瘤剂量与效应的关系。为ＨＩＦＵ体外治疗肝肿瘤的临床剂量学提供参考数据,方法 在换能器聚焦参数和工作为的前提下,观察并测定不同的输出功率、单次脉冲时间和治疗总时间致离体牛肝组织和活体猪肝脏靶区内组织凝固性坏死灶的大小。结果 肝组织内凝固性坏死灶的大小是可变的,且可能与ＨＩＦＵ治疗剂量和活体组织的生物学特性有关系。结论 肝脏靶区出现凝固性坏死是聚焦超声束作用于     

Study of a "biological focal region" of high-intensity focused ultrasound

The aim of this study was to explore a law of energy deposition of high-intensity focused ultrasound (HIFU) in various tissues and the expression of such a law. A focused ultrasound (US) tumor therapeutic system was used to apply a focused US beam to tissues both in vivo and in vitro. The formation of individual ellipsoid-shaped regions of coagulative necrosis has been observed. Results showed that the volume of the ellipsoid-shaped coagulative necrosis region was different from that of the acoustic focal region (AFR), both in vitro and in vivo. Acoustic intensities ranging from 7 x 10(3) W/cm(2) to 27.7 x 10(3) W/cm(2) and exposure times from 1 to 20 s gave volumes of ellipsoid-shaped coagulative necrosis of 0.2 to 2000 mm(3). Although the HIFU doses applied were identical, the volumes of individual ellipsoid-shaped coagulative necrotic regions varied with the structures of tissues, their functional status and the irradiation depths. Individual ellipsoid-shaped regions of coagulative necrosis induced by HIFU can be added to produce coagulative necrosis of an entire tumor. We define the individual ellipsoid-shaped coagulative necrosis produced by the US energy deposition of a single exposure as the "biological focal region" (BFR) of HIFU. This serves as the basic unit for HIFU ablation of tumors, and is plotted as a function of AFR, acoustic intensity, exposure time, irradiation depth, the tissue structure and its functional status.     

Effects of ultrasonic exposure parameters on myocardial lesions induced by high-intensity focused ultrasound.

OBJECTIVE: This study evaluated variables relevant to creating myocardial lesions using high-intensity focused ultrasound (HIFU). Without an effective means of tracking heart motion, lesion formation in the moving ventricle can be accomplished by intermittent delivery of HIFU energy synchronized by electrocardiographic triggering. In anticipation of future clinical applications, multiple lesions were created by brief HIFU pulses in calf myocardial tissue ex vivo. METHODS: Experiments used f-number 1.1 spherical cap HIFU transducers operating near 5 MHz with in situ spatial average intensities of 13 and 7.4 kW/cm2 at corresponding depths of 10 and 25 mm in the tissue. The distance from the HIFU transducer to the tissue surface was measured with a 7.5-MHz A-mode transducer coaxial and confocal with the HIFU transducer. After exposures, fresh, unstained tissue was dissected to measure visible lesion length and width. Lesion dimensions were plotted as functions of pulse parameters, cardiac structure, tissue temperature, and focal depth. RESULTS: Lesion size in ex vivo tissue depended strongly on the total exposure time but did not depend strongly on pulse duration. Lesion width depended strongly on the pulse-to-pulse interval, and lesion width and length depended strongly on the initial tissue temperature. CONCLUSIONS: High-intensity focused ultrasound creates well-demarcated lesions in ex vivo cardiac muscle without damaging intervening or distal tissue. These initial studies suggest that HIFU offers an effective, noninvasive method for ablating myocardial tissues to treat several important cardiac diseases.     

高强度聚焦超声治疗骨肉瘤的声像图表现

目的 评价超声监控高强度聚焦超声（ＨＩＦＵ）治疗骨肉瘤的可靠性及其治疗后随访的实用价值。方法 采用自制的海扶超声聚焦刀作为治疗设备,应用彩色多谱勒超声仪作为监控及治疗后检查工具。结果 实时监控时,取治疗前后声像图对照,回声增强被视为有效。治疗后随访,治疗有效的指标为：内部回声持续增强数周至数月,增强数周后回声逐渐减低,增强或减低的病灶内出现坏死液化暗区;瘤体缩小或不增大,瘤体血供明显减少或消失。疗     

声通道的条状障碍物对高强度聚焦超声在离体牛肝内形成凝固性坏死的影响

目的 研究相同输出声功率下,声通道的条状障碍物对高强度聚焦超声(HIFU)在离体牛肝内形成凝固性坏死的影响.方法 在离体牛肝组织中进行HIFU辐照,首先在自由场进行HIFU辐照,然后将用条状障碍物模拟的肋骨置于声通道,引导声束轴线沿肋间隙正中、沿肋缘及正对肋骨,在每种情况下将肋骨分别置于距焦平面3 cm、6 cm、9 cm处在离体牛肝中进行HIFU辐照,辐照结束后观测凝固性坏死的形成率、体积、形态、位置与模拟肋骨表面的情况.结果 ①凝固性坏死形成率:自由场情况下,凝固性坏死形成率为100%.当肋骨距焦平面3 cm时,声束轴线沿肋间隙正中,凝固性坏死形成率为100%;声束轴线沿肋缘、正对肋骨时,凝固性坏死形成率急剧降低.分别为25%、8%;当肋骨距焦平面6 cm、9 cm,无论声束轴线与肋骨相对位置如何,形成率均在50%以上.②凝固性坏死体积:当声通道有肋骨存在,凝固性坏死体积比自由场明显降低,差异均具有统计学意义(P<0.05);肋骨与声束轴线的相对位置以及肋骨距焦平面的距离不同,凝固性坏死的体积、长度、宽度、形态、位置不同.③当肋骨置于接近焦平面的位置时,在形成凝固性坏死的同时,观察到肋骨表面被烫伤.当肋骨置于远离焦平面的位置时,在形成凝固性坏死的同时,不会对肋骨表面形成损伤.结论 声通道有肋骨存在时,HIFU在牛肝内形成的凝固性坏死体积明显减小.声通道的肋骨与声束轴线的相对位置以及肋骨距焦平面的距离均对凝固性坏死的形成率、体积、形态、位置有影响,声束透过肋间隙正中时在牛肝中形成的凝固性坏死体积较大,形态规则,易于控制.声通道的肋骨距离焦平面越近,越有可能对肋骨表面造成损伤.     

高强度聚焦超声肝脏生物学焦域及超声监控

目的探讨在相同声强作用下,高强度聚焦超声经体外辐照肝脏形成的生物学焦域体积大小与辐照深度和辐照时间的关系.同时探讨超声显像法实时监控生物学焦域的图像变化规律.方法采用重庆医科大学医学超声工程研究所自主研制的JC-A型HIFU肿瘤治疗系统(1MHz,5500W*cm-2),对18只山羊的肝脏组织进行体外定点脉冲辐照,辐照深度为距皮肤3cm和4cm,辐照时间为5s、10s、15s和20s.辐照过程中系列测量靶区超声灰度和强回声区面积的变化.辐照后3～5天处死动物,剖腹观察并测量所形成的肝脏HIFU生物学焦域的体积.结果肝脏经体外HIFU辐照后即刻,靶区内出现明显的回声增强并随观测时间延长而逐渐降低.强回声区面积随辐照时间增加而增大.辐照时间为5s、10s、15s和20s,辐照深度为3cm时,形成的生物学焦域体积分别为(85±28.0)mm3、(274±55.0)mm3、(410±90.0)mm3和(694±131.0)mm3;而辐照深度为4cm时,肝脏HIFU生物学焦域体积则分别为(63±7.0)mm3、(167±25.0)mm3、(273±56.0)mm3和(472±104.0)mm3.结论在相同辐照声强作用下,肝脏HIFU生物学焦域体积随辐照时间的增加而增加,随辐照深度的增加而减小.