高强度聚焦超声二次辐照法治疗VX2兔肝移植瘤的剂量学及增效对比实验研究

摘要

研究背景:
　　 高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)是以超声波为治疗源,从体外适形治疗良恶性肿瘤的无创新技术。HIFU损伤组织的剂量和疗效判断以及两者之间的关系是HIFU治疗技术的关键。目前HIFU主要采用一次性辐照消融,多存在效率低、耗时长、安全隐患等缺点。前期实验初步证明了二次辐照法能提高HIFU治疗效率,缩短治疗时间,减少并发症的发生。本研究从HIFU消融的剂量学上进行探讨,观察在两次辐照的情况下靶组织的生物学效应、所需能量以及两者间的关系,探索最小有效剂量和最大安全剂量,达到筛选最优治疗剂量,为HIFU临床治疗提供参考的目的。
　　 目的:
　　 (1)研究不同剂量聚焦超辐照VX2兔肝肿瘤模型后声环境的改变及短期的病理转归;(2)不同剂量HIFU辐照后,靶区及交界组织细胞增殖活性的变化趋势;(3)探讨高强度聚焦超声二次辐照法的剂量效应关系及最佳剂量组合;(4)对比高强度聚焦超声二次辐照法与一次辐照联合微泡作用于VX2兔肝肿瘤的疗效、安全性。
　　 材料与方法:
　　 健康纯种新西兰大白兔150只(重庆医科大学动物实验中心提供),体重1.5～2.0kg/～,月龄2～3月,雌雄不限。采用包埋法种植瘤块建立VX2兔肝肿瘤模型。
　　 1.50只肿瘤模型,随机均分为60 W、100 W、140 W、180 W和220 W组。建模后第20d行HIFU单遍辐照,以“线-面-体”的方式,由深至浅均匀覆盖整个肿瘤组织,扫描速度3 mm/s,两线间距4 mm,两层间距3 mm。每组分别于辐照后即刻、72 h各解剖6只和4只肿瘤模型,取部分辐照中心组织行光镜(light microscope,LM)、电镜(electronmicroscope,EM)观察。
　　 2.40只肿瘤模型,按剂量不同随机分为0 W、60 W、80 W、100 W、120 W、140 W,160 W、180 W、200 W、220 W共10个组,每组4只。以同样的辐照方法仍于建模后第20 d实验。辐照后24 h处死肿瘤模型,取辐照组织中心及交界组织行增殖细胞核抗原(proliferating cellnuclear antigen,PCNA)检查,并观察靶组织中心的细胞学改变。确定二次辐照法的最佳再次辐照功率a。
　　 3.另30只肿瘤模型,按首次辐照剂量不同分为“60 W-a”、“80W-a”、“100 W-a”,、“120 W-a”、“140 W-a”和“160 W-a”组,每组5只。首次辐照方法同前,24 h后再次辐照,均予功率“a”行单条线形扫描,线长10 mm,两层间距大于6 mm,两线间距至少8 mm。比较二次辐照组各组靶区情况,组间的能效关系及变化趋势,得到二次辐照法最佳首次辐照剂量b。
　　 4.余下30只肿瘤模型均分为3组:A组(一次辐照组),于建模后第20 d行HIFU辐照消融,功率为a;B组(二次辐照组),建模后第20 d予功率b行预辐照,24 h后再次辐照消融;C组(一次辐照联合微泡组),经肿瘤兔耳缘静脉快速推注超声微泡造影剂(ultrasoundcontrast agent,UCA)SonoVue0.05 ml/kg,尾随推注1ml生理盐水,注药后15 s采用HIFU辐照消融。消融处理同A组。比较A、B、C各组间的治疗时间、能效因子(energy efficiency factor,EEF)、皮肤及靶组织周围脏器损伤、生存时间等情况。
　　 使用SPSS13.0统计软件处理数据结果。采用独立样本t检验、卡方检验、Kruskal-Wallis检验及变量相关分析。检验水准t=0.05。
　　 结果:
　　 1.不同剂量HIFU辐照后即刻,靶组织大致可见6种表现形式:细胞生长旺盛、可逆性损伤、不可逆性损伤改变、变性坏死、凝固性坏死和裂解坏死。剂量小于100 W时,靶区细胞主要表现为可逆性损伤及生长旺盛,100 W～140 W之间时,见不可逆性损伤且变性坏死突出。剂量至180 W,出现凝固性坏死伴变性坏死;再进一步加大剂量,瘤细胞主要变化为裂解坏死增多。辐照后72h,病理转归表现为:细胞趋于正常或进一步溶解、吸收。转归界限主要集中在140 W～180 W之间,但剂量在180 W左右时,治疗效果较易判断,且安全性相对较高,最利于HIFU治疗。
　　 2.辐照后24h,PCNA在VX2肿瘤靶区的阳性表达率和弱表达细胞比例随辐照剂量的增加分别逐渐下降和上升;交界组织PCNA阳性率先上升后下降(P＜0.05),峰值出现在功率为100 W时,阳性细胞包绕于肿瘤四周,基本为弱表达,强表达细胞比例在80 W时达峰值。当功率至180W,靶区及交界组织PCNA几乎已无阳性表达(P＜0.05)。
　　 3.各组靶区均于HIFU单条直线扫描后出现消融,消融组织的形态随首次辐照功率的增加而不规则;首次辐照功率小于120 W时,靶区主要为典型的凝固性坏死,功率进一步加大,裂解坏死逐渐明显。消融后的:EEF和首次预辐照功率存在负相关关系(r=-0.941,P＜0.05)。
　　 4.二次辐照组和一次辐照联合微泡增效组比一次辐照组的治疗时间和EEF小(P＜0.05),前两种方法的EEF相近(P＞0.05)。消融后,三组发生了不同程度的凝固性坏死,一次辐照联合微泡增效组出现了明显的裂解坏死。二次辐照组的总治疗时间最短、皮肤和靶区周围脏器损伤最轻、辐照后存活时间最长,因此最为有效、安全。
　　 结论:
　　 不同剂量HIFU辐照可使VX2兔肝移植瘤发生不同程度病理生理变化,组织声学环境(acoustic environment in tissue,AET)的改变与这些变化密切相关;随时间改变,声环境的变化结果可趋一致。
　　 研究HIFU的辐照剂量和靶组织细胞PCNA的表达以及消融效率间的关系能为HIFU治疗提供新思路和剂量参考。100 W-180 W为该实验中HIFU二次辐照法的最佳剂量组合。
　　 最佳剂量组合下的二次辐照组不仅能达到相同的治疗目的(消融),且总治疗时间降低、效率提高,安全性尤为突出,肯定了该方法的可行性,用于临床治疗肿瘤应长期观察及进一步研究。