论文部分内容阅读
研究背景:经皮酒精消融（Percutaneous ethanol ablation,PEA）作为一种局部介入治疗方法,在临床应用于小肝癌治疗已30多年,具有安全有效、并发症发生率低等特点。而肝细胞癌内血供丰富,肿瘤滋养血管易冲刷注入的无水酒精,降低局部酒精浓度,缩短酒精滞留时间;且国内肝细胞癌多合并肝硬化,瘤内存在丰富纤维分隔,限制了酒精弥散,从而限制了无水酒精消融的体积和完全坏死率。随着新技术的发展,具有更大消融范围的射频消融及微波消融技术成为主流,逐渐取代了酒精消融术成为小肝癌的首选介入治疗方式。尽管如此,经皮酒精消融对于热消融困难部位,例如临近肝门、胆道、膈肌及靠近腹腔脏器等重要组织器官的肝癌消融仍有着一定的优势,所以经皮酒精消融依然在肝癌治疗中发挥一定作用。因此如何提高局部酒精浓度,使其获得足够大的消融体积,已成为目前酒精消融技术所需要解决的首要问题。大量研究表明对于直径<2cm的小肝癌,酒精消融治疗与手术切除在长期生存率上并没有显著差异,而对于3-5cm的较大肝癌或多结节性肝癌,酒精消融的肿瘤完全坏死率下降至50%。为了扩大酒精消融范围,临床大量研究采用将经导管动脉化疗栓塞、射频消融、微波消融等介入治疗与酒精消融联合的方式,以获得更好的肿瘤坏死率和远期生存率。其原理多为在治疗栓塞或损毁肿瘤血管的基础上,再进行酒精消融,通过这种方式减少了肿瘤血供对酒精的冲刷,从而增强其消融效果,但上述联合治疗仅仅是两种介入治疗方式的前后叠加应用,不仅增加了创伤、治疗时长及治疗费用,且并未改善酒精消融治疗的适应症。高强度聚焦超声（High-intensity focused ultrasound,HIFU）是一种在临床已应用多年的相对无创的治疗方法。近年来随着技术的发展,已有多项实验研究表明HIFU可以实现对部分肝内肿瘤的精准消融治疗。然而由于治疗声窗狭小,传递到胸廓内的超声能量被肋骨大量吸收反射,加上肝脏生理性运动影响,限制了其在肝癌治疗中的应用。为了增强靶区组织对超声能量吸收,扩大消融效果,减少治疗剂量与治疗时间,与肝癌治疗相关的HIFU增效剂也成为目前聚焦超声的研究热点。离体猪肝实验中发现在HIFU辐照前经无水酒精注射处理可显著增大消融灶。临床研究发现肝癌内或肿瘤行PEA治疗数天后,再行HIFU治疗患者较单纯HIFU治疗时间明显缩短,治疗效率提高。既往研究还发现当HIFU对组织造成损伤时,可通过汽化和空化效应产生微泡云。超声空化效应和热效应是HIFU的两个主要物理效应,并且这两种效应都可以使无水酒精发生汽化。另外无水酒精的空化阈值较人体组织及体液更低,实验发现离体肝组织注入无水酒精后,可明显降低HIFU靶区的空化阈值,增强HIFU辐照时的空化活动,使得焦点处温度升高突然加快,进而缩短HIFU的治疗时间。有鉴于此,我们设想将非侵入性的HIFU治疗直接作用于PEA注入的无水酒精,激励其汽化形成大量微气泡云,促使膨胀的酒精气泡聚集在注入区域的组织或微血管中,延缓血流的冲刷,从而增加局部酒精浓度以及滞留时间;而酒精气泡又可作为空化核,在超声诱导下产生空化效应,产生的微射流、冲击波可在细胞膜及毛细血管壁形成声孔,增强局部组织的通透性,进而促进酒精在组织和瘤体内的弥散,从而扩大酒精消融的体积以及提高消融完全坏死率。考虑到酒精的空化阈值较低,激励酒精汽化所需要的条件可能远低于目前HIFU所具有的精确焦域以及高声强,而且辐照时间相比HIFU治疗时间也大为缩短,因此我们选择更为简便的平均声强较低的小型HIFU聚焦超声设备（Focused ultrasound,FUS）,来初步验证聚焦超声对酒精消融治疗的影响。研究目的:1.通过聚焦超声联合酒精消融兔肝实验,证实聚焦超声实时激励注入的酒精汽化形成酒精微气泡,可以有效扩大酒精消融体积;并验证聚焦超声治疗的安全性及其与酒精联合作用对肝功能的影响。2.在上述实验基础上,进一步验证该联合方法应用于兔肝脏VX2肿瘤消融的治疗效果。材料与方法:1.主要实验仪器（1）“华西”牌CZ180A型超声治疗仪（绵阳索尼克电子有限公司）,换能器的工作频率为1.0 MHz,实测测值与标称值偏差不大于±15%。超声输出功率:12.5W±20%,占空比为50%,采用导声罩方式聚焦。由南京大学声学所采用HNA-0400针式水听器（Onda Corporation）测得峰值负压为1.4 MPa±15%,对应空间峰值时间平均声强(ISPTA)为33.0W/cm2±20%。（2）VINNO 70型彩色多普勒超声诊断仪（苏州飞依诺科技有限公司）,配备X4-12L高频线阵探头（频率范围4-12 MHz）,具备超声造影功能。（3）AZ8856型双通道数显温度表（台湾衡欣科技股份有限公司）,温度测量范围为-200～1760℃。（4）WRT-MI型微型针式温度传感器（广州市圣高测控科技有限公司）,温度测量范围为-50～125℃,直径0.6 mm,长度100 mm。2.主要实验试剂（1）无水酒精,分析纯（CH3CH2OH）含量≥99.7%,由重庆川东化工有限公司提供。（2）Sonazoid?注射用全氟丁烷微球（挪威GE医疗）,微球平均直径为2.1μm;4ml生理盐水复溶16μl微球,微球溶液浓度约6×108/ml。3.实验动物59只健康新西兰大白兔,雌雄不限,3-6月龄,体重1.8-2.5 kg,由陆军军医大学实验动物中心提供并完成检疫。其中39只用于聚焦超声激励无水酒精消融正常兔肝脏的有效性及安全性实验,另外20只用于建立兔肝脏VX2肿瘤模型后入组聚焦超声激励无水酒精在兔肝肿瘤消融中的实验研究。4.实验方法实验一:聚焦超声激励无水酒精在正常兔肝消融中的有效性及安全性实验研究（1）实验分组及处理:健康新西兰大白兔39只随机分为4组,分别是单纯聚焦超声辐照组（FUS,n=12）,单纯酒精消融组（EA,n=12）,聚焦超声激励酒精消融组（EA+FUS,n=12）,对照组（Control,n=3）。麻醉后各组实验兔接受处理分别为:FUS组兔肝右叶及中叶连接处给予聚焦超声辐照20 s;EA组超声引导下将经皮无水酒精注射治疗（Percutaneous ethanol injection therapy,PEIT）针（21 G×180 mm,日本八光公司）插入同一区域肝包膜下约10mm处,随后缓慢（约20s）注射0.2ml无水酒精;EA+FUS组,将聚焦区对准PEIT针的针尖区,缓慢注入酒精的同时给予聚焦超声辐照20s;Control组仅接受开腹手术,暴露兔肝后关腹。（2）肝功能检测:FUS、EA、EA+FUS组各取3只实验兔与对照组实验兔于处理前、处理后即刻、24h、48h、72h及7d抽取动脉血检测ALT、AST含量。（3）聚焦区温度变化检测:48小时后,FUS组除去1只行组织病理学检查外,剩余8只实验兔再次接受聚焦超声辐照20 s,并对聚焦区进行测温,测量时间为60s,并根据结果绘制温度时间曲线。（4）消融体积测量:EA、EA+FUS组处理后48h获取各组肝脏组织,仔细沿消融灶与肝组织交界处进行切除取材,利用量筒排液法测量肝脏消融坏死灶的体积。（5）组织病理学检测:在处理后48h,各组取1只实验兔肝脏组织,进行HE染色,于光镜下观察消融灶的组织学改变。实验二:聚焦超声激励无水酒精在兔肝肿瘤消融中的实验研究（1）兔肝VX2肿瘤模型建立:麻醉后从荷瘤兔肝脏中取出肿瘤,选取肿瘤边缘生长旺盛的鱼肉状活性组织切割成约1mm3的组织块,然后在超声引导下通过18G同轴针将瘤块植入兔肝右叶及中叶连接区域下方距肝包膜约10mm处。术后连续3天,每天肌注800,000IU剂量青霉素预防感染。随后经腹超声监测肿瘤大小,当长径生长到约10-15mm,即可纳入实验组。（2）实验分组及处理:20只兔肝VX2荷瘤新西兰大白兔随机分为单纯无水酒精消融组（EA,n=10）,聚焦超声激励无水酒精消融组（EA+FUS,n=10）。麻醉后各组实验兔接受处理分别为:治疗前,所有瘤兔均接受示卓安（Sonazoid）CEUS。在Kupffer期,肿瘤灌注呈充盈缺损,在其最大切面测量互相垂直的三个径线,记录为长度（L）,高度（H）和宽度（W）,然后根据椭圆公式V=πLWH/6,估算两组肿瘤体积并进行统计学分析。治疗时,EA组在CEUS引导下将PEIT针插入肿瘤中心区域,缓慢（约20s）注射0.3ml无水酒精;EA+FUS组,将聚焦区对准PEIT针尖,在注入无水酒精的同时给予聚焦超声辐照20s。（3）肿瘤坏死率及组织病理学检测:处理后48h,收集所有实验兔肝叶,每组随机选择一取材肝叶,沿肿瘤长轴切开,行大体观察。随后将剩余肝叶中肿瘤仔细分离,沿短轴等距将瘤体切为四块后,固定、包埋、切取标本中间层面切片、HE染色,光镜下观察各组肿瘤的组织学改变。使用Image-Pro Plus 6.0软件勾画出各组坏死区面积并计算肿瘤坏死率。结果实验1.聚焦超声激励无水酒精在正常兔肝消融中的有效性及安全性实验研究（1）治疗后即刻,EA+FUS组超声显示目标区域见一呈团状强回声的微气泡云,后方伴声影,而EA组仅可见注射点局部回声稍增强。48小时后,超声造影显示EA组消融灶多呈形态不规则的充盈缺损区,周边可见散在小片状缺损,部分充盈缺损区内部仍可见残存增强血管影;而EA+FUS组消融灶多呈更大更规则的类球形完全充盈缺损。FUS组CEUS未见充盈缺损。（2）FUS、EA、EA+FUS各组ALT水平在治疗后24小时达到峰值,然后测值逐渐回落,于治疗后7天左右基本恢复至治疗前水平。各组AST水平在治疗后即刻达到峰值,然后测值逐渐回落,于治疗后48小时左右基本恢复至治疗前水平。FUS组与对照组之间,以及EA组与EA+FUS组之间的ALT和AST随时间变化测值差异无统计学意义（p>0.05）。（3）FUS辐照前实验兔肝内目标区域的平均温度测值为35.96±0.96℃。辐照20s时温度上升到平均峰值水平为44.93±1.67℃（热剂量<240 CEM43℃）,然后随着FUS辐照停止,温度开始逐渐下降。（4）EA+FUS组消融体积（1.46±0.30 cm3）约为EA组（0.51±0.17 cm3）的3倍,二者差异具有统计学意义（p<0.001）。（5）大体观察显示,EA组消融灶多呈片状灰白色凝固坏死,形态不规则,且主灶周边可见弥散坏死灶。而EA+FUS消融灶面积则更大更规则,周边少见弥散病灶。FUS组肝脏靶区未见坏死区域。实验2.聚焦超声激励无水酒精在兔肝肿瘤消融中的实验研究（1）治疗后即刻,EA+FUS组二维超声可见与肿瘤形态相似的强回声酒精微气泡云团,48小时后,CEUS所示消融灶多呈类椭球型、边缘规则的充盈缺损,且范围明显超过原肿瘤边界,而EA组CEUS充盈缺损区域形态不规则,周边可见弥散灶,且多可在肿瘤边缘区域见到血流灌注。（2）VX2肝肿瘤消融前,EA和EA+FUS组通过CEUS测量的肿瘤体积差异无统计学意义。治疗后EA+FUS组的肿瘤坏死率为90.27±4.59%,明显高于EA组（63.55±8.06%）,二者差异具有统计学意义（p<0.001）。结论:1.聚焦超声激励无水酒精消融可显著增加酒精消融兔肝脏的效果,增大消融体积同时使消融灶形态更规则,且不会造成额外肝损伤,证明了该方法的安全性和有效性。2.聚焦超声激励无水酒精消融可显著增加酒精消融兔VX2肝肿瘤坏死率。这项研究证实了此方法可有效增强酒精消融肝肿瘤,且这种新颖的联合方法具有非入侵条件下直接增强传统经皮酒精消融术的潜力。