第一部分无创双频聚焦超声系统的研发及功能检测目的:合作研发无创双频聚焦超声系统,并且对其相关声学特征进行检测,观察此超声系统分别在同频及差频模式下的工作状态,了解此超声系统的基本性能。此外,使用离体组织测试该系统的工作状态,观察不同声学参数组合下生物学焦域形成情况,为动物实验提供仪器平台。方法:此超声系统主要由聚焦良好的双频聚焦超声换能器、精准控制频率和相位的超声信号发生控制系统、步进三维运动控制系统以及高质量彩超影像系统的整合和集成。使用辐射力法检测换能器的电-声转换比,针式水听器观察换能器的声场分布,采用离体牛肝组织了解换能器的生物学焦域形成情况以及所有组件的协调工作能力。最后通过超声影像的引导和软件系统的控制,验证虚拟焦点和实际焦点的位置,为后续实验中精准确定靶点奠定基础。结果:超声换能器在同频模式下电-声转换可比达50%,使用差频模式后,随着频差的增加,实际电输出功率和电-声转换比稍有下降趋势。水听器检测聚焦点处可获得与频差一致的低频包络,声场分布情况显示声焦域形态呈“纺缍形”,纵轴偏长,大小为15mm×2mm×2mm。作用于离体牛肝组织时,在同频模式下组织凝固性坏死灶最大最明显,随着频差的变化,所形成的生物学焦域形态由“椭圆形”变为“长梭形”,焦域面积有逐渐减小的趋势。通过超声成像系统的引导和控制软件的微调,确定实际焦点与影像系统上的虚拟焦点为同一位置。通过上述检测后,此超声系统能够有效、稳定的工作。结论:从测试结果来看,无创双频聚焦超声系统可实现同频模式和差频模式的无缝切换,并且差频模式下的频率差在一定范围内可调。超声换能器的焦点大小及形态较好,其电-声转换效率高,功率源工作稳定。同时,该系统的三维运动控制系统的精度高,超声影像可提供高质量超声图像及多普勒血流成像,其能够在可视化软件界面下调控焦点的位置,以确保实验操作的精度。此无创双频聚焦超声系统为动物实验研究提供了有力的保障。第二部分无创双频聚焦超声系统介导的犬肾交感神经刺激目的:使用无创双频聚焦超声系统的差频模式刺激犬肾脏交感神经,根据刺激前后血压、心率及血液指标的变化情况,确定阳性刺激点的分布,从而证明差频超声介导肾神经刺激(renal nerve stimulation,RNS)的有效性,为后续RDN治疗明确消融靶点提供新的标测方式。方法:本研究纳入成年健康比格犬共8只,术中进行实时心电图和有创动脉血压监测,使用无创双频聚焦超声系统中的彩色多普勒血流成像,获取沿肾动脉长轴上的彩色多谱勒血流影像(Color Doppler flow imaging,CDFI)。将虚拟焦点移至肾动脉的近、中、远段的两侧,分别以声功率50W,△f=10K,作用时间6s×5次的声学参数组合逐点进行刺激。肾动脉同一切面每个点间隔2mm,直到肾动脉CDFI消失。记录犬在刺激前,刺激时和刺激后10s,20s,30s血压、心率和NE的变化,并行组织学检查。结果:将刺激时收缩压升高大于等于5mm Hg的点视为阳性刺激点,无明显改变则为阴性刺激点。阳性刺激位点在刺激时收缩压和舒张压均高于基线(P<0.05),刺激结束后逐渐下降,30s内可恢复至基线水平。刺激前后心率无明显改变(P>0.05)。总共7只犬发现阳性刺激点,其中主要分布在近段偏腹侧。刺激时NE水平比基线时有所升高,大体标本和组织病理学检测未见肾血管和神经损伤性改变。结论:使用自主研发的无创双频聚焦超声系统的差频模式进行RNS,可实现有效的肾交感神经刺激反应,并且不会导致肾血管及神经损伤。这种采用差频超声的力学效应刺激神经的方式为明确交感神经的具体位置提供新策略,为实施RDN时确定有效消融靶点提供了新方向。第三部分无创双频聚焦超声系统介导的肾去交感化目的:此部分使用无创双频聚焦超声系统,先利用差频模式刺激神经,结合同频产生的高强度消融能量消融神经,再用差频模式再刺激以确定彻底消融。通过这种刺激-消融-再刺激的治疗方式,可确定靶点及消融终点,有助于实现真正有效RDN。方法:成年健康比格犬随机分为刺激+消融组(n=8),随机消融组(n=8)单纯刺激组(n=8)和假手术对照组(n=4)。在CDFI的引导下,对刺激+消融组和单纯刺激组分别以声功率50W,频差10K,作用时间5s×6次,刺激间隔5s的声学参数组合对肾动脉三段的两侧,以及其腹侧和背侧点依次进行刺激。在刺激+消融组中若发现阳性位点,使用声功率350W,时间3s×2次。然后用相同超声刺激参数对阳性位点进行再刺激,若刺激后血压无升高或者升高小于5mm Hg,视为消融完成。若刺激后血压升高再仍然大于5mm Hg,则再次进次消融。重复刺激-消融-再刺激的过程,直至确定此阳性位点在超声刺激下血压不再上升为止。随机消融组随机选择5个点用声功率350W,时间3s进行消融,不实施刺激。单纯刺激组则仅完成超声刺激交感神经,不实施消融。假手术对照组进行上述操作,但不接收超声能量的释放。记录实验前,实验后28天血压、肾功能变化情况,观察术后28天取大体标本,进行各组肾NE水平及组织学检测。结果:与基线相比,术后28天刺激+消融组的收缩压及舒张压分别下降-16±5.4mm Hg和-10±4.4mm Hg(P<0.05)。随机消融组的收缩压及舒张压分别下降-8±3.7mm Hg和-5±3.4mm Hg(P<0.05),而单纯刺激组及假手术组血压下降不明显(P>0.05)。组间对比发现,术后28天刺激+消融组的收缩压下降程度明显高于另外三组,伴有肾组织NE水平最低(P<0.05),手术前后四个组的肾功能均无明显改变(P>0.05)。消融后的大体标本肾动脉周围脂肪组织稍有减少,组织病理检查发现肾动脉周围旁神经均出现不同程度的坏死。结论:使用无创双频聚焦超声系统,采用差频刺激-同频消融-差频再刺激的策略进行RDN,可显著降低血压。同时,此方式与随机消融相比,也可明显降低收缩压,提高治疗效果。这种将超声刺激与消融相合的方式可真正实现安全有效的消融,为RDN治疗顽固性高血压提供新的技术手段。