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研究背景高强度聚焦超声(High-intensity Focused Ultrasound, HIFU)是上世纪九十年代发展起来的无创实体肿瘤治疗技术。其机制是利用超声波的组织穿透性和聚焦性等特点,将体外低能量的超声波聚焦到体内靶区处,通过在焦域处产生瞬态高温(60-100℃)、空化效应和机械效应等,使靶区内的组织发生凝固性坏死。在HIFU治疗过程中,影像监控是关键环节。磁共振(Magnetic resonance imaging,MRI)具有软组织分辨率高,可多参数,多功能成像,可无创测温,无电力辐射等优点,已作为一种新的HIFU治疗监控手段被众多学者重视。目前,国外已出现MRI引导HIFU肿瘤治疗的扫描定位系统,且Hynynen、Peter、Tempany等人已使用该系统对乳腺纤维瘤、乳腺癌、子宫肌瘤等患者进行了治疗,取得了一定的成果。但目前的研究和临床运用仅限于受呼吸影响不大的组织和脏器,对于受呼吸影响较大的脏器(如肝脏)的研究还属少见。因此本课题采用由重庆海扶技术有限公司自行研制的MRI导航高强度聚焦超声肿瘤治疗系统(MR Imaging guided HIFU,MRIgHIFU)对活体兔肝组织及兔肝VX2瘤进行研究。目的验证MRI监控HIFU损伤活体肝组织的可行性和准确性,初步探索MRI术中评价HIFU治疗的参数和条件。并以此为基础观察HIFU损伤兔肝VX2瘤的MRI图像改变,以期为今后MRI监控HIFU治疗人肝脏恶性肿瘤奠定影像学基础。方法1活体正常兔肝实验采用MRIgHIFU系统(治疗头频率1.0MHz,焦距150mm),以新西兰大白兔正常活体肝组织为实验对象进行HIFU辐照.辐照前扫描快速自旋回波(TSE)序列T1WI、T2WI、PDWI采集肝组织失状面MRI图像,并以T1WI图像作为定位图,选择预辐照层面进行HIFU辐照。辐照参数设置:声功率分别为300w、250w、200w,辐照时间30s,每一声功率辐照10只兔,每只兔肝脏选择1个靶点。辐照后即刻重复术前扫描方式采集靶区肝组织MRI图像,并扫描TSE序列增强T1WI。观察图像变化并测量损伤区范围,分别与实际组织损伤作比较。同时测量靶区和正常肝组织的平均MRI信号值,根据公式计算两者的信号差和对比度。然后取损伤组织作HE染色,光镜下观察形态学变化。所有结果应用SPSS11.5统计软件包进行分析。2兔肝VX2瘤实验采用开腹包埋接种法建立兔肝VX2移植瘤模型。建模三周后,用于HIFU治疗。术前行TSE序列T1WI、T2WI及增强T1WI失状面扫描,观察肿瘤的形态,边界,信号特点,血供情况等。并以T1WI图像作为定位图,选择肿瘤所在层面进行HIFU治疗。治疗计划:选用点打方式,功率:250w,时间:10s,每个点辐照2遍,每次辐照均间隔10s,点与点间无间隔(根据HIFU治疗软件中显示焦域大小移动治疗头),采用深-浅、点-线-面-体的组合方式完全覆盖肿瘤。术后即刻重复术前扫描方式采集肿瘤MRI图像。观察肿瘤形态,边界,信号特点及血供情况等。随后处死实验兔,取肿瘤组织TTC染色,病理切片,HE染色光镜下观察组织形态学变化。结果1 HIFU辐照活体正常兔肝组织30个点,术后即刻MRI平扫显示所有点于T1WI中显示为边界清晰的高信号,类椭圆形或类三角形,其大小与实际损伤灶比较无统计学差异(P>0.05)。18/30个点于T2WI中显示为稍低信号,边界欠清,12/30个无信号改变。在PDWI中仅3个点可在PDWI中显示,其余各点未见明显信号改变。对各加权图像中损伤区平均MRI信号值与正常肝组织MRI信号值进行比较显示:随着辐照功率的增加,T1WI和T2WI中损伤灶与正常肝组织的MRI信号差值是逐渐增加的,即辐照能量越大损伤灶越明显。对比T1WI、T2WI图像,T1WI中信号差值及对比度分别高于T2WI中信号差值和对比度,即T1WI显示损伤灶较T2WI更明显。增强T1WI扫描,30个点均无强化。其中17个点无强化区范围明显大于实际灰白色坏死区,差异有统计学意义。当功率为300w时, 8/30个点于增强TIWI无强化区内见稍高信号区,其位置、形态、范围与平扫T1WI中高信号区范围一致,提示可能与平扫T1WI中高信号覆盖增强T1WI中相应无强化区有关。取灰白色损伤组织作病检结果显示组织为完全凝固性坏死。2 HIFU治疗兔肝VX2瘤20例。术后即刻平扫MRI显示肿瘤边界清晰.T1WI上,肿瘤信号均有不同程度的增加.其中有14/20个肿瘤中央可见片状不规则高信号区.T2WI上肿瘤信号稍降低者有5/20个,信号稍增高者有3/20个,其余信号改变不明显.增强T1WI:术后有17/20个肿瘤未见强化。与周围肝组织分界清晰.有3/20个肿瘤周边有部分强化.术后皮肤损伤者有3例。平扫T2WI显示皮肤增厚,信号增高,呈分层状,其间夹杂低信号带。平扫T1WI见皮肤增厚,信号改变不明显。剖腹见肿瘤呈黄白色圆形或类圆形结节,部分肿瘤中央可见红褐色出血。TTC染色有17/20个肿瘤无着色,与周围组织分界清楚,边界锐利。另外3/20个肿瘤周边部分红染。取黄白色肿瘤组织病检显示为完全凝固性坏死。结论1利用MRIgHIFU系统辐照活体兔肝组织及兔肝VX2瘤能实现准确定位,并形成肉眼所见的组织损伤。2运用TSE序列可有效避免呼吸伪影对图象质量的影响,因此可用于监控HIFU治疗。3通过MRI平扫及增强扫描,靶区的信号变化可以评价辐照后即刻组织的损伤情况,其中增强扫描更能准确反应组织损伤的程度及范围。4初步验证MRI监控肝肿瘤治疗具有一定的可行性。