背景表面消融模式是近年来基于恶性肿瘤的生长特点而提出的新的治疗方法,该法与传统HIFU消融模式不同,仅在靶区边缘局部进行消融,其基本设想是利用HIFU在肿瘤周边形成封闭的“壳样”坏死,以限制肿瘤的生长和转移,同时阻断肿瘤血供,使其内部未辐照区发生继发性的缺血缺氧坏死。目前,表面消融模式的可行性已在离体实验中得到初步证实,其消融效率较传统模式更高。HIFU治疗存在连续和脉冲两种辐照方式,目前临床常规运用的为连续HIFU(Continuous High Intensity Focused Ultrasound,CHIFU)辐照,其疗效肯定,但消融大体积肿瘤时,长时间、大剂量辐照易导致并发症的出现。既往关于表面消融模式的研究,采用的均为CHIFU进行辐照,尚无脉冲HIFU(Pulsed High Intensity Focused Ultrasound,PHIFU)用于表面消融模式的相关报道。而目前关于PHIFU的基础研究较少,其疗效受多个治疗参数影响,但已有研究显示,在活体动物实验中,PHIFU与CHIFU消融相同体积肿瘤时,在达到相同消融效果的前提下,并发症更少。表面消融模式下,PHIFU与CHIFU消融效果如何,何种辐照方式更有利于达到预期消融效果,关系到表面消融模式应用时辐照方式的选择。同时,超声影像技术作为HIFU常用的监控手段之一,在保证治疗安全性和有效性方面至关重要。超声能否准确、有效的评价HIFU表面消融的实际消融效果,关系到这种新的治疗模式的推广和应用。目的本研究对PHIFU与CHIFU表面消融离体牛肝的消融效果、消融效率及超声监控方面进行比较,以探讨PHIFU与CHIFU表面消融模式各自的优势与不足。方法取新鲜离体牛肝(屠宰后5h以内),选择血管较少、肝叶较厚(至少50mm)的区域切成适宜大小的组织块,脱气、复温(室温26℃)后备用。将组织块(n=40)按照辐照方式的不同随机分为A组(n=30)和B组(n=10),A组采用PHIFU辐照,B组采用CHIFU辐照。A组再根据占空比(Duty Cycle,DC)不同,随机均分为三个亚组:A1组(DC=10%,n=10)、A2组(DC=30%,n=10)、A3组(DC=50%,n=10)。A组和B组所有牛肝的预设消融范围相同,均为30mm×30mm×15mm大小的立方体区域,立方体区域顶面位于35mm深度水平,其底面位于20mm深度水平。辐照前将热电偶探针针尖置于靶区内部几何中心位置。表面消融过程中:超声监控下,A组和B组,均采用直线、线扫的方式,由深至浅对靶区边缘进行辐照(即表面消融),辐照全过程连续记录靶区中心温度,每个治疗单元(长度30mm的扫描线)辐照后即刻采集超声声像图。表面消融结束后:A组和B组,均以3mm的层间距,从靶区周边开始,逐层进行声像图采集,并测算每个层面声像图面积。切开牛肝,肉眼观察靶组织辐照区、内外未辐照区的损伤情况。将靶组织的各切面进行TTC染色,测算靶区切面的实际损伤面积,并与对应位置的声像图面积进行比较,同时,测算靶区总坏死体积及能效因子(Energy Efficiency Factor,EEF)。每块牛肝取靶区消融边缘及内部未消融区组织进行HE染色,光镜观察组织损伤情况。结果1.消融效果:1)共同点:A组与B组靶组织周边辐照区均形成完整封闭的坏死带。A组3个亚组中,A2组和A3组坏死带的类型与B组相同,呈凝固性坏死,且A2组、A3组与B组内部未辐照区均见组织细胞损伤;2)差异:A组三个亚组辐照区边缘与B组相比,更规则、清晰。A组和B组周边辐照区的损伤性状不完全相同,A1组呈液性坏死,A2组、A3组及B组辐照区组织呈凝固性坏死。此外,A1组内部未辐照区与其余组不同,未见明显组织损伤。2.消融效率:A组3个亚组EEF分别与B组比较,均小于B组,差异有统计学意义(P<0.05),即PHIFU组比CHIFU组消融效率更高。A1组、A2组及A3组的EEF分别为(0.81±0.05)J/mm3、(1.34±0.02)J/mm3、(1.36±0.05)J/mm3,即PHIFU组EEF随占空比增大而增大。3.温度:1)共同点:整个表面消融过程,A组和B组内部未辐照区中央的温度-时间曲线形态一致。消融靶区顶面(深度35mm)及底面(深度20mm)的整个时段内,靶区中心温度出现明显上升过程,除此之外的其他时段,各组中心温度未见明显变化;2)差异:A组3个亚组的靶区中心最高温度分别与B组比较,均小于B组,差异有统计学意义(P<0.05)。A组三个亚组靶区中心最高温度随占空比增大而增大。A1组与其余组比较,靶区中心最高温度低于60℃,而A2组、A3组和B组靶区中心最高温度均在60℃以上。4.消融中声像图:1)共同点:A组与B组比较,扫描线辐照后即刻声像图均见组织回声改变,回声变化区域组织坏死;2)差异:A1组、A2组及A3组辐照后即刻组织回声强度、形态、分布范围与B组有明显差异。A1组辐照后扫描线处组织回声下降,声像图上表现为边缘清晰的条带状低回声,大体切面上见对应位置呈边缘光滑的液性坏死带(或低回声条带区远离换能器一侧出现细线状强回声,强回声对应位置为液性坏死带边缘,呈锯齿状)。A2组、A3组辐照后扫描线处呈条带状强回声,其边缘靠近换能器一侧较远离换能器侧清晰,大体图像表现为边缘稍模糊的凝固性坏死带。B组辐照后扫描线区域呈条带状或不规则片状强回声,大体图像上见边缘模糊的凝固性坏死。A组3个亚组扫描线辐照后即刻回声变化的区域均在预设扫描范围以内,而B组扫描线回声变化的区域超出预设扫描范围,超出部分在大体标本上表现为肉眼可见的热损伤。5.消融后声像图:1)共同点:A组与B组靶区声像图与大体切面图像形态一致,声像图上可见各组靶区周边的回声变化区域连续、完整。2)差异:A组三个亚组与B组比较,靶组织周边辐照区、内部未辐照区组织回声强度不完全相同,A1组周边辐照区呈低回声,内部未辐照区与靶区外部组织回声相近,A2组、A3组与B组周边辐照区呈中高回声,内部未辐照区回声稍高于靶区外正常组织回声。A组3个亚组各自的靶区声像图与大体图像面积比较,差异无显著统计学意义(P>0.05),而B组靶区大体图像面积大于声像图面积,差异有显著统计学意义(P<0.05),即PHIFU表面消融模式下,靶区声像图面积与实际损伤面积更接近。结论1.表面消融模式下,采用PHIFU与CHIFU辐照均能使靶区周边形成完整封闭的坏死带,但PHIFU表面消融模式的消融效率更高;2.采用较高占空比PHIFU及CHIFU表面消融离体牛肝,均可使靶区内部未辐照组织坏死,而采用占空比10%PHIFU辐照,不利于靶区内部组织坏死;3.不同占空比PHIFU与CHIFU表面消融过程中,辐照区组织即刻回声变化特点不同,与组织实际损伤情况相关。与CHIFU表面消融模式相比,PHIFU表面消融模式下,超声对消融后组织实际损伤情况的预测更可靠。