稅 蓮 何 敏 劉映江 龔春梅 張 煉

高強(qiáng)度聚焦超聲消融兔腹主動脈旁肝腫瘤的安全性和有效性*

稅 蓮 何 敏 劉映江 龔春梅 張 煉

目的：觀察高強(qiáng)度聚焦超聲消融兔腹主動脈旁肝腫瘤后肝腫瘤劑量學(xué)、磁共振圖像、病理學(xué)及生存期影響，評價HIFU消融兔腹主動脈旁肝腫瘤安全性和有效性。方法：分別于HIFU組（32只）和對照組（20只）實驗兔建立腹主動脈旁的VX2肝腫瘤模型，HIFU組瘤兔于MR引導(dǎo)的高強(qiáng)度聚焦超聲消融腫瘤，分析腹主動脈旁腫瘤消融劑量學(xué)，MR觀察消融前后腫瘤影像學(xué)變化，病理學(xué)觀察腫瘤消融后壞死情況，對比觀察HIFU組與對照組瘤兔生存期。結(jié)果：MRI和病理學(xué)均表明MR引導(dǎo)下HIFU能完全消融兔腹主動脈旁VX2肝腫瘤，EEF為25.72±11.40 J/mm3HIFU組的生存期明顯高于對照組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。結(jié)論：HIFU能安全有效消融兔腹主動脈旁VX2肝腫瘤并且能明顯提高存活期。

高強(qiáng)度聚焦超聲 兔 腹主動脈 肝臟腫瘤 磁共振

高強(qiáng)度聚焦超聲（high intensity focused ultrasound，HIFU）作為一種新的非侵入性腫瘤治療技術(shù)，能有效破壞靶組織而對靶區(qū)周圍正常組織無損傷［1-4］。已有研究表明，在單點(diǎn)輻照羊門靜脈周圍正常肝組織發(fā)現(xiàn)距血管距離越近所需能量越高［5］。基于該結(jié)果，本文進(jìn)一步研究大血管的“冷卻效應(yīng)”對HIFU消融的影響。該文通過HIFU完全消融距兔腹主動脈間距＜1 cm的肝腫瘤，探討消融血管旁腫瘤的消融劑量；對比HIFU消融組與對照組瘤兔的生存期，明確HIFU對大血管旁腫瘤消融的生存期影響。

1 材料與方法

1.1 實驗動物分組

對照組：新西蘭大白兔20只，建立距兔腹主動脈間距＜1 cm的肝腫瘤模型后納入對照組，體重2.0～2.5 kg，雌雄不限，由重慶醫(yī)科大學(xué)動物實驗中心提供。實驗組：32只瘤兔成功建立距兔腹主動脈間距＜1 cm的肝腫瘤模型并完成HIFU消融。

1.2 主要設(shè)備和儀器

本研究采用由重慶海扶醫(yī)療科技股份有限公司研發(fā)的磁共振導(dǎo)航的高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，與Siemens Magnetom Symphony A Tim 1.5T MR系統(tǒng)相匹配。彩色多普勒診斷儀（型號：7300），探頭頻率為3.5 MHz（意大利百盛公司），重慶海扶醫(yī)療科技有限公司提供。眼科鑷、止血鉗、手術(shù)刀等手術(shù)器械由重慶醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院提供。

1.3 實驗方法

1.3.1 建立腹主動脈旁肝癌模型瘤塊制備 將帶有VX2腫瘤的瘤兔常規(guī)麻醉固定后沿腹中線逐層進(jìn)入腹腔，剝離肝臟上的腫瘤，取腫瘤邊緣魚肉樣組織制成1 mm×2 mm×2 mm大小的瘤塊備用。建立模型：將實驗兔劍突區(qū)域脫毛、麻醉、固定、消毒后，沿劍突下做一縱行切口，逐層進(jìn)入腹腔，牽拉出肝左中葉，在臟面肝門處植入VX2腫瘤塊，壓迫止血后將肝臟送回腹腔，逐層縫合。接種后，MRI篩選腫瘤距腹主動脈間距小于1 cm的瘤兔作為實驗對象［6］。

1.3.2 HIFU消融 HIFU組成功建模的瘤兔于MR引導(dǎo)下行HIFU消融，實驗前12h禁食、禁飲、脫毛，沿兔耳緣靜脈予3%戊巴比妥鈉溶液1 mL/kg后酒精脫脂、脫氣泵脫氣、俯臥位固定于HIFU治療床板上。MR掃描肝臟，定位靶區(qū)（圖1A），選擇腫瘤所在層面，從腫瘤深面到淺面的順序依次單點(diǎn)輻照。通過MR溫度監(jiān)測靶區(qū)溫度變化（圖1B），當(dāng)焦點(diǎn)溫度＞60℃時移動焦點(diǎn)，逐層覆蓋腫瘤至完整消融整個腫瘤。

1.3.3 磁共振觀察 HIFU組瘤兔于消融前結(jié)合MRI圖像測量腫瘤-腹主動脈間距及瘤體各徑線計算腫瘤的體積，公式為：

V=0.5233×a×b×c［7］（a：橫徑，b：前后徑，c：上下徑）

分別于HIFU消融前后予增強(qiáng)劑馬根維顯1 mL/kg，耳緣靜脈注射行肝臟MRI動態(tài)增強(qiáng)掃描，掃描參數(shù)為：FOV：300×300 mm，層厚：3.0 mm，TR：502.0 ms，TE：12.0 ms，對比消融前后腫瘤的壞死情況。

1.3.4 消融后病理學(xué)檢測 隨機(jī)抽取HIFU組中瘤兔6只，于HIFU消融后2日處死，取腫瘤置于甲醛溶液中，常規(guī)石蠟包埋后HE染色，光鏡下觀察腫瘤消融情況。

1.3.5 生存期觀察 將HIFU消融后的瘤兔與對照組瘤兔在相同條件下飼養(yǎng)至自然死亡，觀察兩組間瘤兔的生存期，比較HIFU對生存期的影響。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 17.0軟件統(tǒng)計分析，計量資料以x±s表示。采用獨(dú)立樣本t檢驗進(jìn)行組間的比較。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 血管旁腫瘤消融劑量學(xué)

實驗組瘤兔腫瘤均完全消融，消融參數(shù)見表1。

2.2 腫瘤影像學(xué)觀察

對比觀察消融前后MRI腫瘤圖像發(fā)現(xiàn)：如圖1A、1B所示HIFU消融前腫瘤在T2WI呈高信號，T1WI增強(qiáng)腫瘤呈輕度不均勻強(qiáng)化。HIFU消融后腫瘤T1WI增強(qiáng)呈低信號，無強(qiáng)化（圖1C）。

表1 HIFU組腫瘤消融參數(shù)Table 1 Ablation results of rabbits with VX2 tumors in the HIFU group

圖1 腹主動脈旁兔VX2腫瘤HIFU消融前后MRI對比(白色箭頭：腫瘤)Figure 1 MRI contrast of a rabbit VX2 tumor near the abdominal aorta tumor before and after HIFU ablation(white arrow：tumor)

2.3 病理學(xué)觀察

HIFU消融后腫瘤成乳白色，質(zhì)地變硬（圖2A），與消融前腫瘤差異較大（圖2B）。消融后腫瘤細(xì)胞胞質(zhì)紅染，細(xì)胞核溶解消失、偶爾可見核碎片（圖2C）。對比消融前后腫瘤細(xì)胞HE染色變化：消融前，腫瘤細(xì)胞核大，深染，胞質(zhì)比例失調(diào)（圖2D）。消融后腹主動脈無明顯損傷，光鏡下，血管壁完整，彈力纖維排列整齊，內(nèi)膜連續(xù)性好，血管內(nèi)皮無壞死、細(xì)胞脫落，血管內(nèi)未見血栓形成，周圍組織未見細(xì)胞腫脹、脫落（圖3）。

圖2 消融前后腫瘤病理學(xué)對比Figure 2 Pathological comparison of the tumor before and after HIFU ablation

圖3 HIFU組消融后腹主動脈(H&E×400)Figure 3 Abdominal aortic pathology after tumor ablation(H&E×400)

2.4 生存期比較

對照組20只實驗兔其中2只在建模后急性期死亡，余下瘤兔均成功建立模型。建模成功率為90.0%。HIFU組中余26只，急性期死亡3只，余23只，與對照組18只均繼續(xù)飼養(yǎng)，觀察生存期（表2）。

表2 HIFU組與對照組生存期對比Table 2 Comparison of survival between the HIFU and control groups

3 討論

目前高強(qiáng)度聚焦超聲因其無創(chuàng)性，可重復(fù)性，在實體腫瘤的治療應(yīng)用逐漸廣泛。由于肝臟部分肝葉位置的特殊性，如肋骨遮擋、靠近大血管等，使得各種局部治療方法都有一定局限性［8］。早期高強(qiáng)度聚焦超聲治療肝癌，需切除肋骨開放聲通道［9］。隨著HIFU基礎(chǔ)研究和臨床研究的發(fā)展，通過調(diào)整治療參數(shù)，優(yōu)化治療劑量，如今HIFU治療肝癌是無需切除肋骨，解除了患者手術(shù)痛苦，縮短治療時間。

劑量學(xué)研究主要為了避免HIFU治療中過多投放劑量，導(dǎo)致正常組織損傷過度，從而指導(dǎo)HIFU的臨床治療。同時劑量學(xué)的影響因素較多，如聲通道上的組織密度，消融病灶質(zhì)地、血供以及超聲本身發(fā)生的折射、反射等影響因素［10］。因此，劑量學(xué)的研究需結(jié)合其眾多影響因素綜合評估。本研究著重于MR引導(dǎo)下HIFU消融大血管旁肝腫瘤模擬臨床大血管旁肝癌腫瘤的消融。通過MR實時測溫系統(tǒng)，根據(jù)病灶位置溫度變化情況，移動靶點(diǎn)，避免了消融中能量在某些區(qū)域過度沉積、擴(kuò)散損傷周圍正常組織。盡管，本研究模擬臨床肝癌的消融過程但由于本研究中采用的肝腫瘤是兔VX2腫瘤，其本身質(zhì)地、血供等情況與臨床肝腫瘤仍存在一定的差異性。

本研究通過影像學(xué)和病理學(xué)方面評價了HIFU的消融效果。通過病理學(xué)檢測消融前后腫瘤的滅活情況，進(jìn)一步說明HIFU消融大血管旁腫瘤的有效性。比較HIFU組與對照組瘤兔生存期發(fā)現(xiàn)，HIFU組的生存期高于對照組。對照組的瘤兔在接種后第28天開始出現(xiàn)肝內(nèi)轉(zhuǎn)移，第35天出現(xiàn)肝內(nèi)及腸系膜轉(zhuǎn)移，第42天肺轉(zhuǎn)移，其主要死亡原因考慮為腫瘤廣泛轉(zhuǎn)移。HIFU組瘤兔腫瘤完全消融后，使腫瘤滅活，推遲了腫瘤轉(zhuǎn)移，延長了瘤兔的存活期。其中，HIFU組急性期死亡的瘤兔可能由于消融參數(shù)不合適，投放能量過多導(dǎo)致正常肝組織大范圍損傷所致。后期實驗通過調(diào)整消融時間及投放劑量后提高了瘤兔的存活率。高強(qiáng)度聚焦超聲能安全有效的完全消融大血管旁腫瘤并延長生存期。

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（2014-07-14收稿）

（2014-09-21修回）

（本文編輯：周曉穎）

Safety and effectiveness of high-intensity focused ultrasound ablation for liver tumor adjacent to rabbit abdominal aorta

Lian SHUI,Min HE,Yingjiang LIU,Chunmei GONG,Lian ZHANG

This work was supported by the National Key Basic Research and Development Plan(No.2011CB707900),The National Science &Technology Pillar Program during the Twelfth Five-year Plan Period(No.2011BAI14B01）and the Chongqing Natural Science Foundation（No.cstc2013jcyjA10109,cstc2011jjA10033,cstc2012jjA10083)

Lian ZHANG;E-mail:lianwzhang@yahoo.com

Objective:To evaluate the safety and efficacy of high-intensity focused ultrasound(HIFU)ablation for the VX2 liver tumor near the hepatic main blood vessels of rabbits by using dosimetry and magnetic resonance imaging(MRI)and by analyzing pathological changes and survival.Methods:Rabbits with VX2 liver tumor adjacent to the abdominal aorta were divided into the HIFU(n= 32)and control groups(n=20).MRI-guided HIFU was employed for the ablation of the liver tumor in the HIFU group.The ablation volume and the energy efficiency factor(EEF)of the 32 ablated rabbits were further analyzed.MRI and pathology were used to compare the changes in the tumor before and after HIFU.The survival of the animals in the HIFU and control groups was also determined.Results:Both pathology and imaging showed that the rabbit liver VX2 tumor adjacent to the abdominal aorta was completely ablated, with an EEF of(25.72±11.40)J/mm3.The survival rate was significantly higher in the HIFU group than in the control group(P＜0.05).Conclusion:HIFU ablation is safe and effective in rabbit VX2 liver tumor near the abdominal aorta.This approach significantly increases survival.

high-intensity focused ultrasound,rabbit,abdominal aorta,liver neoplasm,magnetic resonance

10.3969/j.issn.1000-8179.20141176

重慶醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，省部共建國家重點(diǎn)實驗室培育基地-重慶市超聲醫(yī)學(xué)工程重點(diǎn)實驗室，重慶市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)重點(diǎn)實驗室（重慶市400016）

*本文課題受國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（編號：2011CB707900）、十二五科技支撐計劃（編號：2011BAI14B01）和重慶市自然科學(xué)基金（編號：cstc2013jcyjA10109、cstc2011jjA10033、cstc2012jjA10083）資助

張煉 lianwzhang@yahoo.com

State Key Laboratory of Ultrasound Engineering in Medicine Co-Founded by Chongqing and the Ministry of Science and Technology, College of Biomedical Engineering,Chongqing Key Laboratory of Biomedical Engineering;Chongqing Medical University

稅蓮 專業(yè)方向為腫瘤無創(chuàng)治療。

E-mail：shuilian815@163.com