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研究背景高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU)i乍为一种非侵入性方法已应用于临床治疗。HIFU根据超声波的发射方式可分为连续波高强度聚焦超声(Continuous-wave High Intensity Focused Ultrasound, CHIFU)和脉冲波高强度聚焦超声(Pulsed-wave High Intensity Focused Ultrasound, PHIFU)。 CHIFU主要是利用热效应消融靶组织,导致局部出现凝固性坏死而达到治疗效果。但长时间的连续波辐照不可避免地会造成声通道能量的沉积,导致声通道组织损伤,甚至出现严重皮肤烧伤。PHIFU辐照中的辐照间歇时间长,可以降低声通道能量的累积,从而减少声通道组织的损伤和HIFU副作用。本课题应用临床HIFU肿瘤治疗设备,利用高速摄像系统、被动空化监测系统(Passive Cavitation Detection, PCD)、热电偶测温和超声影像监控等研究方法,主要探讨空化效应在PHIFU消融治疗中的作用和血流对PHIFU消融的影响,为PHIFU的临床应用提供可靠的实验室数据。目的1.探讨空化效应在PHIFFU消融牛眼晶状体中的作用；2.探讨血流对PHIFU消融离体灌注肝脏的影响。方法1.空化效应在脉冲HIFU消融牛眼晶状体中的作用实验材料：由屠宰场提供的新鲜牛眼,实验时剥离晶状体后待用。实验方法：(1)将牛眼晶状体随机分为PHIFU组(实验组)和CHIFU组(对照组),分别接受总辐照剂量完全相同的脉冲和连续HIFU定点辐照,脉冲重复频率为4Hz。根据辐照参数不同,本部分研究有以下两个方面：①对照组和实验组总辐照剂量和声功率相同,实验组的辐照时间是根据占空比的变化设置的,具体分组和辐照参数(声功率/占空比/辐照时间)如下：对照组(500W/100%/1s),实验组1(500W/50%/2s),实验组2(500W/20%/5s),实验组3(500W/10%/10s)。②对照组和实验组总辐照剂量和辐照时间相同,实验组的声功率是根据占空比的变化设置的,具体分组和辐照参数(声功率/占空比/辐照时间)如下：对照组(60W/100%/8s),实验组1(120W/50%/8s),实验组2(240W/25%/8s),实验组3(500W/12%/8s)。(2) HIFU辐照各组牛眼晶状体时,使用高速摄像系统记录辐照过程中凝固性坏死的形成过程,被动空化检测系统采集空化信号。每个参数重复实验20次。根据高速摄像记录的图像,对凝固性坏死的区域进行测量并计算体积,分析各组致凝固性坏死所需时间、体积增长趋势及其与空化效应的关系。2.血流对PHIFU辐照离体灌注肝脏的影响实验材料：使用屠宰场提供的新鲜猪肝,建立离体猪肝再灌注模型,达到灌注要求后待用。实验方法：(1)将再灌注猪肝随机分为灌流组(实验组)和非灌流组(对照组),分别接受CHIFU和PHIFU定点辐照,脉冲重复频率为100Hz,辐照深度25mm,每一种辐照参数重复实验10次。根据辐照参数不同,本部分研究有以下两个方面：①实验A：CHIFU和PHIFU总辐照剂量和声功率相同,PHIFU的辐照时间是根据占空比的变化设置的,具体参数(声功率/占空比/辐照时间)如下：CHIFU辐照(200W/100%/1Os),PHIFU辐照1(200W/50%/20s),PHIFU辐照2(200W/20%/50s),PHIFU辐照3(200W/10%/100s)。②CHIFU和PHIFU总辐照剂量和辐照时间相同,PHIFU的声功率是根据占空比的变化设置的,具体辐照参数(声功率/占空比/辐照时间)如下：CHIFU辐照(60W/100%/30s),PHIFU辐照1(120W/50%/30s),PHIFU辐照2(240W/25%/30s),PHIFU辐照3(500W/12%/30s)。(2) HIFU辐照中采集各组的空化信号,热电偶测量靶区温度,辐照后即刻采集B超声像图,与辐照前的声像图进行比较,测量灰度增强值。辐照结束后,立即切开肝组织,找到靶区凝固性坏死的最大纵截面,测量损伤情况,计算凝固性坏死体积,取坏死与正常组织交界处组织块送病理学检查。结果1、在相同辐照剂量和声功率下,HOFU消融离体牛眼晶状体,CHIFU组凝固性坏死出现最快。PHIFU辐照时,占空比的大小可影响凝固性坏死的出现时间,占空比越小,坏死出现越慢,当占空比为10%时,PHIFU所致凝固性坏死出现所需时间明显延长(P<0.01),坏死体积明显减小(P<0.01)。HIFU辐照过程中,CHIFU组和PHIFU组均检测到宽带噪声,占空比越大,其RMS幅值越大。2、在相同辐照剂量和辐照时间下,HIFU消融离体牛眼晶状体,声功率的高低可影响凝固性坏死的出现时间,声功率越大,坏死出现越快,当声功率为500W时,PHIFU所致凝固性坏死出现所需时间明显缩短(P<0.01),坏死体积明显增大(P<0.01)。HIFU辐照过程中,CHIFU组未检测到宽带噪声,PHIFU各组均检测到宽带噪声,声功率越大,其RMS幅值越大。3、在相同辐照参数下,灌流组CHIFU和PHIFU辐照后所致靶区B超灰度增加、强回声区域面积、靶区温度和损伤体积均明显小于非灌流组,两组差异有明显的统计学意义(P<0.05)。4、在相同总辐照剂量下,PHIFU辐照所致凝固性坏死体积明显大于CHIFU辐照。当总辐照剂量和声功率相同时,占空比的大小能明显影响肝脏凝固性坏死的体积和空化效应强度；当总辐照剂量和辐照时间相同时,声功率的高低可影响凝固性坏死的体积和空化效应强度。结论1、在相同总辐照剂量下,PHIFU辐照所致凝固性坏死体积明显大于CHIFU辐照。2、血流能明显影响CHIFU和PHIFU消融肝脏的效果。在相同HIFU参数下,灌流组靶区凝固性坏死体积、升温和空化程度均弱于非灌流组。3、当总辐照剂量和声功率相同时,占空比的变化能明显影响凝固性坏死的体积和空化强度；当总辐照剂量和辐照时间相同时,声功率的变化可影响凝固性坏死的体积和空化效应强度。4、通过调节HIFU占空比和声功率,改变靶区空化效应强度,从而影响组织损伤体积。