超声图像评价脉冲高强度聚焦超声损伤的实验研究

发布时间：2020-10-26 22:23

　　研究背景：高强度聚焦超声（high intensity focused ultrasound，HIFU）作为一种新兴的非侵入性肿瘤治疗方式，近年来已广泛应用于多种良恶性实体肿瘤的临床治疗，并取得了良好的效果。正因为HIFU治疗的无创性，如何准确的监控治疗过程、评价治疗效果就成为了HIFU治疗中的关键问题。临床上可用于HIFU治疗监控方式主要有：US(ultra-sonography，超声波检查)、MRI（Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像）和CT（computed tomography，计算机断层扫描）。CT具有较强的图像对比度和组织分辨率，但是因电离辐射对人体伤害大，故临床很少采用。MRI图像对比度鲜明、空间分辨力高、无电离辐射，且不影响HIFU治疗声场，但其同时具有断面固定不够灵活，成像速度慢不易实现实时监控成像等不易克服的缺点，使临床应用受到一定限制。相较之下，US成像灵活、实时性强、价格低廉、无电离辐射且易与消融设备机械兼容，故成为目前临床应用最为广泛且极具潜力的监控评价手段。 US引导HIFU治疗也有一定的局限性，目前治疗中普遍采用声像图灰度变化评价组织的凝固性坏死，即看到超声图像上出现强回声即刻停止辐照。以往的连续波HIFU辐照过程中常发生有凝固性坏死而看不到灰度变化的情况，因此造成辐照时间延长，投放剂量过大，增加并发症发生率，降低了HIFU治疗的安全性。用脉冲波HIFU辐照时，艾慧坚等的研究显示，在高功率（500w）、低占空比（1%—4%）的PHIFU辐照下，声像图灰度不仅不会增加，反而出现灰度值降低的情况。那么超声监控方法是否能够准确反映组织损伤、可否用于PHIFU治疗的监控与评价？本实验拟通过对照声像图灰度改变和相关函数分析这两种超声监控方法，探讨PHIFU治疗的有效监控方式，为PHIFU的研究和应用于临床提供依据。目的：（1）探讨PHIFU辐照后，声像图灰度和相关函数分析这两种方法判断靶区凝固性坏死的准确性，提高PHIFU治疗中超声判断组织坏死的灵敏度。（2）探讨离体灌注猪肝组织存在流体影响下，PHIFU辐照后声像图灰度和相关函数分析这两种方法判断靶区凝固性坏死的准确性和稳定性。材料和方法: （1）新鲜离体牛肝，浸泡于0.9%NS中，脱气后待用。采用定点辐照的方式，按治疗剂量设定为A组（2000J）和B组（1440J），A、B两组再根据占空比不同分为A1组：100w连续波辐照20s；A2组：输出功率100w占空比50%的脉冲波辐照40s；A3组：输出功率100w占空比40%的脉冲波辐照50s；B1组：120w连续波辐照12s；B2组：输出功率120w占空比50%的脉冲波辐照24s；B3组：输出功率120w占空比40%的脉冲波辐照20s。统计各组辐照后声像图灰度变化情况，并对辐照前后图像进行相关函数分析，以病理检查结果作为金标准，比较声像图灰度与相关函数二者判断凝固性坏死的灵敏度。（2）建立离体灌注猪肝模型，在离体灌注猪肝组织中进行定点辐照。投放剂量均为640J，系统设定功率80w，脉冲周期/重复频率10ms/100Hz，设A、B两个辐照组，A组为持续灌注条件下辐照，B组为停止灌注5min后辐照，其余辐照条件与A组相同。每组再分出3个小组，每小组30个辐照点：A1、 B1组：连续波辐照8s；A2、B2组：占空比50%的脉冲波辐照16s；A3、B3组：占空比40%的脉冲波辐照20s。统计各组辐照后声像图灰度变化情况，并对辐照前后图像进行相关函数分析，以病理检查结果作为金标准，比较声像图灰度与相关函数二者判断凝固性坏死的准确性及稳定性。结果第一部分各组治疗参数下每组25个点，共150个辐照点，牛肝组织均发生了明确的凝固性坏死。连续波辐照后超声图像灰度出现明显变化的概率分别为A1组76%，B1组92%，灰度差值不服从正态分布，A1组灰度差值中位数47（89-25），B1组灰度差值中位数66（87-41）；A2、A3、B2、B3各组PHIFU辐照后超声图像灰度明显增强的概率都仅为50%左右，灰度差值中位数22.5（46-9），其中6例灰度值增加值为负值。脉冲波组与连续波组灰度差值相比，其差异有显著性（Z=-5.361，p=0.000）。可见利用声像图灰度来判断PHIFU造成的凝固性坏死灵敏度较低，且灰度值增加不明显，肉眼识别有一定困难，容易造成判断错误。相关函数法判断连续波造成组织损伤的概率分别为A1组92%和B1组88%；而判断各组PHIFU造成组织损伤的概率也均可达80%以上。综合以上数据，对连续波组，相关函数法的判对率（90%）略高于灰度变化法（84%）。而对脉冲波组，在不同能量、不同占空比条件下，依靠声像图灰度判断组织损伤判对率均较低（51%），相关函数法判对率（85%）明显高于灰度变化法，其差异有统计学意义（χ~2=26.422，P=0.000）。表明在判断PHIFU造成的损伤时相关函数法判对率明显高于灰度变化，即相关函数法判断PHIFU损伤的灵敏度相对较高。第二部分每小组30个点，共180个辐照点。其中A1组发生坏死数为21，未发生坏死数为9；A2组发生坏死数为25，未发生坏死数为5；A3组发生坏死数为26，未发生坏死数为4；B1组发生坏死数为23，未发生坏死数为7，B2组发生坏死数为26，未发生坏死数为4；B3组发生坏死数为28，未发生坏死数为2。在持续灌注情况下，无论是连续波还是脉冲波辐照后，声像图灰度增强的概率都不足60%，无法准确判定组织损伤情况，而相关函数分析判对率均可达到80%左右，说明相关函数分析的准确性高于声像图灰度判断（p0.05）。且对比灌注条件下和非灌注条件下，相关函数分析的判对率和相关函数最大值都不存在明显统计学差异（p0.05），没有因灌注流体而影响图像纹理分析的准确性。说明相关函数分析判断组织损伤不仅准确率和敏感性较高，且不易受流体影响，具有较强的稳定性。结论声像图灰度变化判定PHIFU辐照损伤准确率较低，应用较为困难，相关函数分析能够更为准确、灵敏的判断PHIFU所致的组织损伤。在持续灌注条件下，相关函数法判断PHIFU损伤的准确性仍旧高于声像图灰度变化，且其准确性没有明显受到流体影响，能够较为稳定且准确的反映组织损伤情况。
【学位单位】：重庆医科大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：R445.1
【部分图文】：

肿瘤治疗,聚焦超声