超声应用于临床治疗已有较长历史,出现时间早于超声影像技术。一些超声治疗方法已经成为常规治疗手段,而高能聚焦超声对于肝脏恶性肿瘤的治疗在动物模型和人体研究上也都展现了良好的前景。但实际临床使用的超声治疗设备还是主要集中在比较少的几类设备上。很多新研发的超声设备达不到临床使用有效性和安全性的要求,不能满足临床实际需要。这种情况的出现,既是与超声作用机制的复杂性有关,也与缺少多学科间协作研究有关。在超声生物效应的研究方法上,也存在着一些共性的问题。我们对上海世强医疗器械有限公司新研制的SJ-1型超声发生仪在肝胆外科领域进行了应用研究。希望通过将超声设备的物理参数、声场分布特征以及生物学效应整合性研究,并通过对交界区的形态学和分子病理学的观察,深化我们对于高能超声照射对肝脏急性损伤效应的认识,改善相关设备的性能,继而能够推动超声治疗研究的发展。研究目的:(1)测量SJ-1型超声发生仪超声换能器声场相关参数在一定空间范围内的分布,了解其声场衰减模式;(2)研究高能发散性声场分布(非聚焦)的超声设备照射活体猪肝后产生的急性损伤效应,探讨交界区病理改变的机制和意义。(3)研究肝血流阻断和六氟化硫微泡对超声消融效果的影响,探讨在不增加超声输出功率及照射时间的前提下获得更大消融灶的方法,观察六氟化硫微泡对交界区损伤改变的影响。研究方法:(1)以标准声源作对照,在消声水槽中采用8101型压电水听器机械逐点扫描测量测量SJ-1型超声发生仪换能器声场分布。(2)采用超声换能器和活体猪肝直接接触照射方式,分别以大体测量和术中超声检查测量不同照射模式下消融灶最大深度,以光镜和电镜检查消融灶和交界区的病理形态学的改变,检测交界区内细胞凋亡、增殖、HSP70及其mRNA的表达情况。(3)分别在肝血流正常、肝血流阻断和肝血流阻断联合六氟化硫微泡三种条件下对活体猪肝进行高能超声照射,大体测量不同照射条件下消融灶最大深度,以光镜和电镜检查消融灶和交界区的病理形态学的改变,检测交界区内细胞凋亡、增殖、HSP70及其mRNA、VEGF及CD34的表达情况。结果:(1)SJ-1型超声发生仪换能器声场以连续波呈发散性传播,为非聚焦分布;超声声场实际声轴基本与超声换能器几何中心轴线相吻合;以超声换能器中心线为轴线,声压分布大体上成轴对称形状;换能器头部声场随着输出功率增加呈线性动态改变,灵敏性和准确度较高。(2)消融灶的最大深度与超声发生仪输出功率正相关,并在一定范围内与照射时间正相关;高能非聚焦超声照射后,各组消融灶和交界区在光镜和电镜下表现相类似,与超声发生仪输出功率和照射时间无明显相关性;交界区内的凋亡指数和增殖指数与输出功率正相关,与照射时间相关性不明显;交界区HSP70及其mRNA表达增强并呈现不均匀分布;血管周围相对表达较强;HSP70及其mRNA表达水平与输出功率正相关,与照射时间相关性不明显。(3)肝血流阻断后行高能非聚焦超声照射,可增加消融灶最大深度;增加交界区凋亡指数、增殖指数、HSP70的表达水平;六氟化硫微泡在高能非聚焦超声照射下,可增加消融灶最大深度;加重交界区肝细胞的损伤,对声场中血管内皮细胞产生损伤作用;增加交界区凋亡指数、增殖指数、HSP70和HSP70 mRNA的表达水平;六氟化硫微泡在超声照射过程中可进入细胞浆内;高能非聚焦超声照射可增加交界区VEGF表达水平和MVD计数;肝血流阻断可增加超声照射后交界区VEGF表达水平和MVD计数;六氟化硫微泡在超声照射下可减少交界区VEGF表达水平和MVD计数。结论:(1)SJ-1型超声发生仪的声场分布特点适合用于后续超声照射对于肝脏损伤效应的研究;实验所采用的测量系统基本上能满足超声换能器声场分布检测工作的需求。(2)在恰当的照射模式(输出功率和照射时间)下,高能非聚焦超声照射可造成活体猪肝组织热凝固性坏死;术中超声检查是监控消融灶大小的一种简单准确的方法;交界区呈凋亡与增殖同时增强改变,这是急性期交界区内组织细胞活性的一个明显特征;HSP70在交界区受损组织细胞恢复、存活方面扮演着重要角色。(3)血液灌注和血管因素都可影响超声照射的能量在组织中的沉积;六氟化硫微泡不仅能够增强超声照射的消融效果,也能够对消融灶周围交界区内继发性改变产生影响;六氟化硫微泡在高能超声声场中可能具有破坏血管内皮细胞和抗新生血管形成作用。