研究背景和目的高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)利用超声波在组织内良好的穿透性和可聚焦性,使体外低能量的超声聚焦于靶区焦点处,以达到局部、无创消融病灶的目的。目前HIFU技术已广泛用于肝癌等实体肿瘤的治疗。但是,HIFU作为无创外科治疗的应用仍然处于初级阶段,仍存在不少问题。肿瘤体积较大、位置较深或肿瘤血供较丰富等情况时,HIFU能量在靶区的沉积就明显减少,其治疗效率就显著降低。提高声强度或延长HIFU治疗时间,虽可增加HIFU能量在靶区的沉积,但同时也增加了患者的安全隐患。超声能量的有效沉积很大部分决定于组织的声环境(acoustic environment in tissue, AET),即组织的组织结构及声学特征。因此,改变组织声环境(changing of the acoustic environment in tissue, CAET)提高HIFU效率成了目前的研究热点。用低剂量超声预辐照改变靶区组织的声环境来提高HIFU疗效是一种新的增效HIFU的方式,但尚缺少其协同HIFU治疗肝肿瘤的增效性及对其残留肿瘤细胞与机体的影响与并发症的系统研究。本课题在选择了较佳的低剂量超声预辐照的基础上,旨在对低剂量超声预辐照协同HIFU治疗兔肝VX2瘤在有效性、副反应发生及残留肿瘤预后等安全性方面,与单纯HIFU治疗进行了系统深入的对比研究,为其临床应用提供理论依据和实验依据。材料和方法1建立兔肝VX2移植瘤模型,观察不同低剂量超声预辐照对HIFU消融兔肝VX2瘤效率的影响。48只荷瘤兔随机平均分为4组,均在低剂量超声预辐照后进行HIFU辐照,但每组使用的低剂量超声声功率不同:A组0W,B组60W,C组80W,D组100W。观察不同低剂量超声预辐照对HIFU生物学焦域(Biologic Focal Region,BFR)大小的影响,并计算其EEF值,以兔肝VX2瘤内形成的BFR体积最大,HIFU的EEF值最小为最佳,选出最合适的低剂量预辐照功率。低剂量超声预辐照后24h(即HIFU辐照前)每组处死两只荷瘤兔,光镜、电镜观察靶区肿瘤细胞组织学结构改变。HIFU辐照后即刻处死余下的荷瘤兔,TTC染色并测量,计算BFR体积及HIFU的EEF值,光镜、电镜观察靶区肿瘤细胞组织学结构。2观察两种方式治疗兔肝VX2瘤的有效性67只荷瘤兔随机分为3组。A组27只,即协同组,有低剂量超声预辐照;B组25只,即单纯HIFU组,无低剂量超声预辐照;C组15只,即对比组,HIFU假辐照治疗。①A组低剂量超声预辐照后24h(即HIFU辐照前)处死2只荷瘤兔,光镜、电镜观察靶区肿瘤细胞组织学结构改变。②HIFU辐照后即刻每组处死10只荷瘤兔,TTC染色并测量。比较有低剂量超声预辐照组和无低剂量超声预辐照组产生凝固性坏死需要的HIFU辐照时间、凝固性坏死的体积大小及计算其EEF值。③同时用MRI检测HIFU辐照前1d和HIFU辐照后7d的肿瘤体积大小,并计算肿瘤的生长率。④HIFU辐照后7d MRI检测完后即刻每组处死5只荷瘤兔观察肿瘤情况并计算肺转移结节数。⑤余下的荷瘤兔记录其自然生存期。3观察比较两种方式治疗兔肝VX2瘤的安全性。45只荷瘤兔随机平均分为3组。A组即协同组,有低剂量超声预辐照;B组即单纯HIFU组,无低剂量超声预辐照;C组即对比组,HIFU假辐照治疗。①比较分析协同治疗组与单纯治疗组在HIFU治疗后声通道上组织(皮肤、腹壁组织、肝包膜等)损伤、肝脏周围脏器损伤及出血与腹水等副反应的发生情况。②协同治疗组低剂量超声辐照前,协同治疗组与单纯HIFU治疗组HIFU术前、术后1d、术后4d、术后7d,经股静脉分别抽取5只荷瘤兔静脉血5 ml,用以比较分析其肝功、肾功等血生化变化情况。③比较分析术后1d、4d、7d残留肿瘤血管内皮生长因子(Vascular Endothelial Growth Factor,VEGF)的表达情况。结果1比较声功率为0W、60W、80W、100W的低剂量超声预辐照后的结果发现,100W的低剂量超声辐照时,HIFU的EEF值最低(P<0.05),治疗效率最好。2两种方式治疗兔肝VX2瘤的有效性比较结果:①与单纯HIFU治疗相比较,用低剂量超声预辐照改变声环境,可以使HIFU辐照时间缩短(P<0.05),凝固性坏死体积增大(P<0.05),EEF值降低(P<0.05)。②MRI检测治疗后7d肿瘤体的生长情况,假照组肿瘤体积与生长率明显大于协同治疗组和单纯HIFU治疗组(P<0.001),其中,协同治疗组的肿瘤体积和生长率最低(P<0.05)。③HIFU辐照后7d肿瘤转移结果:每组5只荷瘤兔均见肝内、腹腔腹膜及肺等其他部位的转移。假照治疗组肺转移肿瘤结节数均数是72.1个,显著多于其余两个治疗组(P<0.001),但协同组与单纯组肺转移结节数绵羊显著统计学差异(P>0.05)。④荷瘤兔的自然生存时间上,假治疗组的荷瘤兔的中位生存时间为35天,时间最短(P<0.001);协同组的中位生存时间为52天,稍长于单纯HIFU治疗组(中位生存时间为49天)(P<0.05)。3两种方式治疗兔肝VX2瘤的安全性比较结果:HIFU治疗结束后,协同治疗组的皮肤损伤等副反应少于单纯HIFU组(P<0.05),两组由治疗引起的血生化异常在7d内均基本恢复正常。VEGF表达率方面协同治疗组比单纯HIFU组稍低(P<0.05),假照治疗组最高(P<0.001)。结论1低剂量超声预辐照,在声强度达到一定阈值范围,就可能改变组织声环境而影响EEF值。低剂量超声辐照的声功率大小会影响BFR的大小和HIFU的治疗效率。2使用低剂量超声预辐照导致靶组织变性等,可以有效地增加能量沉积,减少HIFU辐照时间,增大损伤体积,降低EEF值,推测达到这种效果的原因可能与声环境改变有关。在远期随访中还发现低剂量超声预辐照联合HIFU消融还可以有效抑制肿瘤的生长速度,延缓病程的进展,减轻机体的肿瘤负荷。3低剂量超声联合HIFU治疗可以有效减少皮肤损伤等副反应。协同治疗所导致的血生化改变是一过性的,同单纯HIFU治疗一样,肝肾功能改变均在7d内均恢复正常。同时,低剂量超声预辐照协同HIFU治疗能减少残留肿瘤细胞的VEGF表达,抑制了肿瘤生长。其机制尚待进一步研究。