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作者：刘春梅重庆医科大学

学位级别：硕士

背景和目的高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)是一种新兴的非侵入性局部治疗技术。HIFU治疗肿瘤的机制除了热机制外,还有机械机制和空化机制。非热机制(机械机制和空化机制)在HIFU治疗中的作用一方面认为应尽量... 详细信息

背景和目的高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)是一种新兴的非侵入性局部治疗技术。HIFU治疗肿瘤的机制除了热机制外,还有机械机制和空化机制。非热机制(机械机制和空化机制)在HIFU治疗中的作用一方面认为应尽量对空化现象进行抑制,另一方面认为空化有助于热损伤和监控。目前对HIFU形成损伤的机制中仍很难确切描述热机制、空化机制和机械机制在组织损伤中相对独立作用。单纯的非热损伤(机械机制和空化机制)在HIFU治疗中的研究和应用较少。实验首先进行脉冲高强度聚焦超声(pulsed high intensity focused ultrasound,PHIFU)辐照离体牛肝组织,探讨形成非热损伤的辐照参数。然后在此辐照参数下进一步研究PHIFU联合超声微泡造影剂(ultrasound contrast agent ,UCA)非热损伤活体肿瘤组织的可行性及非热损伤的生物学行为,为HIFU治疗肿瘤提供新方法和基础理论支持,进一步推进HIFU技术在肿瘤治疗中的应用。材料和方法参数设置时维持总能量恒定,按不同工作周期1%、5%、15%、25%、50%、75%和100%分成7组,在B超图像监控下将热电偶测温探针插入牛肝,并使针尖位于PHIFU焦点,然后进行定点辐照。观察各辐照参数下焦域温度、灰度和组织学改变。采用肿瘤组织块开腹包埋接种方法,建立兔肝VX2移植瘤动物模型。将36只荷瘤兔随机分为假照组、PHIFU组和PHIFU+UCA组。用第一部分实验筛选出的辐照参数(超声频率0.87 MHz、焦距150 mm、声功率150 W、脉冲重复频率100 Hz、工作周期15%)对兔肝VX2移植瘤进行PHIFU辐照。治疗后1天取材观察肿瘤组织学改变、超微结构改变,应用末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)介导脱氧核苷酸(dUTP)缺口末端标记技术(in situ deoxynucleotityl transferase-mediated dUTP nick end labeling,TUNEL)检测细胞凋亡和用免疫组化法检测细胞增殖核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA),并用凋亡指数(apoptosis index, PI)和增殖指数(proliferating index, AI)比较细胞凋亡和增殖情况。结果PHIFU辐照离体牛肝时,工作周期25%、50%、75%和100%组平均温升分别为63.4±9.2℃、65.0±11.5℃、66.6±9.9℃、79.6±10.6℃,最高温度大于85℃且有明显的凝固性坏死。1%、5%和15%组平均温升分别29.2±1.9℃、30.0±2.8℃、31.0±2.4℃,最高温度不高于56℃且无肉眼可见的凝固性坏死形成。在25%、50%、75%、100%组,PHIFU损伤后形成的凝固性坏死区光镜下主要表现为胞浆颜色变淡,部分核仁消失、细胞核固缩、染色质边集且随工作周期延长而增加。15%组光镜下细胞间裂隙增宽,肝细胞胞浆内见大量大小不等空泡,而1%组、5%组无明显改变,核仁清晰。PHIFU辐照兔肝VX2移植瘤后,假照组、PHIFU组和PHIFU+UCA组经2,3,5-氯化三苯基四氮唑(2,3,5-triphenyl tetrazolium chloride ,TTC)染色后,肉眼可见肿瘤组织被均匀红染,表明各组均无肉眼可见的凝固性坏死形成。光镜下PHIFU组见肿瘤细胞胞浆嗜伊红染色浅,细胞肿胀,胞浆疏松,胞浆内大量空泡,少量细胞核固缩、染色质边集;PHIFU+UCA组见胞浆内大量大小不等空泡,可见染色质边集和细胞核固缩。电镜下见PHIFU组瘤细胞胞浆内大量线粒体肿胀和内质网扩张,PHIFU+UCA组部分细胞核固缩和染色质边集,两组肿瘤组织内均见凋亡小体及细胞胞浆内大小不等空泡。TUNEL法检测发现,假照组发现少量阳性染色的肿瘤细胞,PHIFU组和PHIFU+UCA组见较多细胞核棕褐色染色的阳性细胞。PCNA检测结果表明,假照组靶区组织见大量着色部位在肿瘤细胞核的阳性细胞,而PHIFU组和PHIFU+UCA组阳性染色细胞少。PHIFU组和PHIFU+UCA组肿瘤组织的AI比假照组高,而PI阳性表达率比假照组低。PHIFU+UCA组AI比PHIFU组高,但PHIFU+UCA组PI比PHIFU组低。结论1.脉冲工作周期长在PHIFU辐照时可形成热凝固性坏死,而脉冲工作周期短可通过非热效应损伤组织。2.一定工作周期的PHIFU(超声频率0.87 MHz、焦距150 mm、声功率150 W、脉冲重复频率100 Hz、工作周期15%)可通过非热效应损伤肿瘤,表现为胞浆内大小不等空泡和促进肿瘤细胞凋亡及抑制其增殖。3.微泡造影剂可增强

关键词：脉冲高强度聚焦超声微泡造影剂非热损伤增殖凋亡

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飞秒激光与硅的相互作用过程理论研究

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红外与激光工程 2014年第8期43卷 2419-2424页

作者：邵俊峰郭劲王挺峰中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室长春吉林130033 中国科学院大学北京100049

理解超短激光与材料的相互作用过程与机理是开展超短激光加工等工程应用的基础。首先引入电子激发项、双光子吸收、俄歇复合项等改进双温,使其较准确地适应于飞秒激光与半导体硅材料的相互作用过程。然后,分析了热损伤效应和"非热"损伤... 详细信息

理解超短激光与材料的相互作用过程与机理是开展超短激光加工等工程应用的基础。首先引入电子激发项、双光子吸收、俄歇复合项等改进双温,使其较准确地适应于飞秒激光与半导体硅材料的相互作用过程。然后,分析了热损伤效应和"非热"损伤效应的影响。最后,开展了双脉冲飞秒激光与硅的相互过程研究,并分析了电子密度、晶格温度对于损伤积累效应的影响。理论模型得到单脉冲激光损伤阈值为0.25 J/cm2,此时主要表现为热损伤;当入射能量密度大于0.53 J/cm2时,主要表现为"非热"损伤。双脉冲激光作用表明,脉冲间隔不大于100 ns(激光重频10 MHz)表现出明显的热积累效应,并显著降低损伤阈值。此时,第一个脉冲造成的电子密度升高(≤1026/m3)对损伤的贡献较小;而第一个脉冲引起的晶格温升将导致极高的电子激发以及晶格温升(≥800 K),对损伤起主要贡献作用。该研究对于激光微加工、激光防护等领域具有参考意义。

关键词：双温模型非热损伤损伤积累飞秒激光单晶硅

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B超监控脉冲高强度聚焦超声的可行性

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中国介入影像与治疗学 2012年第10期9卷 752-756页

作者：焦娇伍烽李发琪邹建中艾慧坚重庆医科大学生物医学工程学院省部共建超声医学工程国家重点实验室超声医学工程重庆市市级重点实验室重庆400016

目的探讨B超监控脉冲高强度聚焦超声(PHIFU)辐照的可行性。方法将高强度聚集超声(HIFU)治疗系统设置为脉冲工作状态,调整脉冲重复频率为4Hz,辐照剂量分别为180、240、300J,每个剂量又分为4个占空比时间组(1%～4%)。PHIFU定点辐照离体牛... 详细信息

目的探讨B超监控脉冲高强度聚焦超声(PHIFU)辐照的可行性。方法将高强度聚集超声(HIFU)治疗系统设置为脉冲工作状态,调整脉冲重复频率为4Hz,辐照剂量分别为180、240、300J,每个剂量又分为4个占空比时间组(1%～4%)。PHIFU定点辐照离体牛肝组织,辐照结束后比较靶区辐照前后的声像图变化和灰度值变化,切开牛肝组织肉眼观察靶区的形态变化,重复实验10次。取靶区与正常组织交界处组织行HE染色。结果 PHIFU辐照离体牛肝组织后,靶区B超图像出现低回声区,靶区灰度差值为负值,且各剂量下所有占空比时间组灰度差的负值比较差异无统计学意义(P均>0.05)。各剂量下,占空比为1%～3%的PHIFU辐照后切开靶区组织有清亮液体流出,靶区仅见空洞,其内未见凝固性坏死;占空比为4%的PHIFU辐照后可见泥浆样液体流出。结论通过观察PHIFU辐照后的灰度值和声像图变化,可以间接指导制定治疗剂量和判断治疗效果。

关键词：脉冲高强度聚焦超声非热损伤靶区低回声区灰度

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脉冲高强度聚焦超声辐照离体组织所致组织摧毁术的实验研究

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中国超声医学杂志 2012年第11期28卷 964-966页

作者：艾慧坚钟明松李发琪王彬李雅芬王琦王智彪重庆医科大学生物医学工程学院省部共建超声医学工程国家重点实验室超声医学工程重庆市市级重点实验室

目的研究高声功率,低占空比的脉冲高强度聚焦超声(pulsed high intensity focused ultrasound,pHIFU)辐照离体牛肝组织所致组织摧毁术的可行性及机制。方法使用500 W声功率、4 Hz脉冲重复频率、1%～4%占空比的pHIFU以20 mm深度辐照离体... 详细信息

目的研究高声功率,低占空比的脉冲高强度聚焦超声(pulsed high intensity focused ultrasound,pHIFU)辐照离体牛肝组织所致组织摧毁术的可行性及机制。方法使用500 W声功率、4 Hz脉冲重复频率、1%～4%占空比的pHIFU以20 mm深度辐照离体牛肝组织60、30、20 s和15 s。辐照中,使用热电偶和被动空化检测(passive cavitation detection,PCD)系统分别对焦域处的温度和空化信号进行检测。辐照结束后,切开牛肝,观察损伤形态,进行HE染色。结果 pHIFU辐照离体牛肝组织后均有损伤形成,占空比为1%～3%的pHIFU辐照后损伤为洞状;占空比为4%的pHIFU辐照后损伤为凝固性坏死。镜下观察,洞状损伤边缘处呈絮状结构,细胞结构完全破坏,胞浆均质状,细胞核消失。占空比为1%～4%的pHIFU辐照中焦域处的最高温度分别为(41.19±1.42)℃、(45.73±1.92)℃、(53.07±2.09)℃和(64.13±2.56)℃。PCD系统所测信号的频谱中均可见明显的宽带噪声。结论高声功率,低占空比的pHIFU辐照离体牛肝组织可致组织摧毁术,且空化参与了组织摧毁术的实施。

关键词：高强度聚焦超声组织摧毁术空化温度非热损伤

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