肝脏肿瘤纳米低温手术实验研究及冷刀系统研制

发布时间：2020-07-13 05:48

【摘要】：肿瘤是现阶段世界上一个主要的卫生健康问题,根据数据统计,在所有恶性肿瘤中,肝癌是65岁以下男性中最常见的恶性肿瘤。目前,化疗、放疗、手术切除以及这些方法的结合是临床上癌症治疗的常用疗法,然而每种方法都有一定的局限性,都不能完全满足恶性肿瘤治疗的需要。低温手术是一种利用低温来破坏异常组织的绿色物理治疗方式。低温手术的临床监测方法几乎全部基于监测手术过程中的冷冻区域。然而,对于通常的冷冻过程,有效的杀伤区域总是小于冷冻区域的尺寸。因此,低温手术过程的结束只能由外科医生根据他们的经验来判断。这种主观性很强的判断方法是低温手术治疗效果差的主要原因之一。通常会造成恶性肿瘤的复发和转移,影响最终的治疗效果。与以往的优化研究不同,本研究利用纳米颗粒开发了一种新的方法,扩大了低温手术有效杀伤范围到几乎整个冰球,从而大大降低了使用常规临床成像方法精确判断低温手术杀伤范围的难度。为了验证这种方法的有效性,本研究在不同尺度上进行了验证实验。在组织尺度上,进行了在琼脂糖中嵌入活性肝癌细胞的模型的实验;在细胞尺度上,利用低温显微镜探索低温手术过程中的杀伤机理。结果表明,本文中四氧化三铁纳米颗粒的引入显著改善了低温手术中的细胞杀伤效果,且杀伤范围延伸至几乎整个冰球。低温显微镜平台上的细胞尺度的实验进一步揭示了这种现象潜在的作用机制,实验结果表明四氧化三铁纳米颗粒的存在可以显著地促进细胞内冰晶的形成和冷冻过程中的细胞脱水,提高了低温手术对肝癌细胞的杀伤能力。另外,针对现阶段低温手术仪器设备研究的不足,本研究研制了一种兼容核磁共振成像的相变制冷低温手术设备。该设备结合纳米低温手术,可以在保证杀伤效果的同时减少对正常组织的杀伤,实现核磁共振成像引导下的精准治疗。对系统的测试实验表明,该系统可以在核磁共振下成像而不带来干扰判断的伪影。此外,对肿瘤体模和离体猪肝的低温手术实验的结果表明,该系统可以正常运作并且提供稳定高效的制冷性能。本文的研究从手术治疗方案以及手术设备上为现阶段低温手术的部分问题提出了解决方案,有助于纳米低温手术结合核磁共振成像构建诊疗一体化系统,解决传统低温手术面临的难题,促进现代低温手术的广泛临床应用。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R735.7;R318.52
【图文】：

示意图,低温手术,液氮冷冻,探针

而过低的温度同样可以对恶性肿瘤细胞造成损伤，基于此原理的恶性肿瘤治逡逑疗方式被称为低温手术或低温消融。低温手术是一种微创的物理治疗方式，通过逡逑直接喷射冷冻剂或通过循环冷冻剂的低温探针来冷冻杀伤肿瘤组织［２２－２４］。图１．１逡逑展示了液氮冷冻探针示意图以及低温手术临床实验中的实验记录图片。逡逑液氮逡逑Ｉ邋｜１逡逑W桞逡逑｜｜邋ＩＱ逡逑图１．１液氮冷冻探针示意图以及一次典型的低温手术［２５］逡逑２逡逑

低温,低温手术

ｍ和Ｃｈｅｎ进一步地研宄了血管网络和血管树对低温手术过用，探索了血管对于低温手术效率的影响［５７－５９］。Ｙｕ等人在上探索了纳米颗粒对于低温消融效果的影响［６Ｇ］。Ｓｈｉｔｚｅｒ通拟得到的关于组织相变问题的结果［６１］。随着影像技术的发也逐渐趋向真实化，Ｊｉｎ等人根据ＭＲＩ图像重建了包括甲状静脉等的仿真三维模型，分析了该模型上低温手术的温度场，还有相当一部分研宄人员致力于将数值模拟应用在低温手静等人提出了一种新型的低温手术实施方式一一纳米低温调控冰球形状以及温度场分布，同时结合体模实验进行了于超声图像和ＭＲＩ重建的前列腺的物理模型，对低温手术，提出了低温手术结合微波复温的联合治疗方案［６７，６８］。逡逑看到，在低温手术领域，数值模拟己经成为了一种得到广泛术前规划、效果预测等方方面面发挥了独特的作用。逡逑低温手术过程中低温杀伤机理逡逑低灥伤逡逑

示意图,冷冻过程,冰晶,细胞

低温手术的基本原理就是使用低温来杀伤肿瘤细胞。迄今为止，低温手术过程中逡逑低温造成损伤的机理并不完全清楚，但是有许多学者提出了多种低温损伤理论。逡逑如图１．２所示，低温损伤包括直接细胞损伤和血管损伤等，这些损伤都是直接或逡逑间接的由细胞损伤引起的。针对低温过程中的细胞损伤机理，Ｔｏｎｅｒ和Ｍａｚｕｒ提逡逑出了两因素假说，他们认为细胞损伤是由溶质损伤和细胞内冰晶损伤造成的［７Ｇ］。逡逑在低温手术降温过程中，细胞外的溶液中首先出现冰晶。如果此时降温速率较慢，逡逑冰晶的形成使得细胞外的水分含量减少，造成了细胞外溶液化学势的升高，使细逡逑胞内外形成了化学势差。势差的存在导致水分通过细胞膜由细胞内向外运动。细逡逑胞内部失水使得细胞内部溶液浓度升高，这很容易造成蛋白质损伤和细胞膜的不逡逑稳定，即溶质损伤（图１．３过程Ａ）；如果采用较快的降温速率（图１．３过程Ｂ），逡逑细胞内部的水分便没有足够的时间向外渗透，此时细胞内部的水分会形成冰晶，逡逑称为胞内冰［７１

【参考文献】