高强度聚焦超声照射正常离体心肌组织的实验研究——局部心肌的凝固损伤范围与声辐照剂量的关系

目的　探讨高强度聚焦超声 (HIFU)非侵入性凝固局部心肌组织的能量 -效应关系。方法　采用不同强度 (110 0 0W /cm2 、15 80 0W /cm2 和 2 2 2 0 0W /cm2 )的HIFU ,在不同辐照时间 (1s、3s、5s和 8s)的作用下 ,对 2 0只正常猪离体心脏进行定位损伤 ,观察并测定损伤区的形态及体积 ,损伤区及其与周围正常组织交界处的组织同时送病理学检查。结果　不同剂量下HIFU所致的损伤体积范围分布在 (11.2± 1.9)mm3 ～(2 83 .2± 4.5 )mm3 之间 ,不同处理因素间的损伤体积差异具有显著性意义 (P <0 .0 5 )。损伤形态随剂量增大趋向不规则。组织学观察可见损伤区与周围正常组织分界明显。结论　HIFU可有效地使心肌组织发生凝固性坏死 ,但不侵及周围组织     

高强度聚焦超声辐照离体及在体心肌组织的比较研究

目的　探讨并比较高强度聚焦超声(HIFU)定位损伤离体心肌及活体心肌的量效关系。方法　采用不同功率(3W ,4W ,5W)的HIFU ,在不同辐照时间(5S ,8S ,10S ,15S ,2 0S ,60S ,180S)的作用下,对5只正常猪离体心脏及8只活体兔心脏进行定位损伤,观察并测定损伤区形态及体积,并对损伤区进行病理学检查。结果　不同剂量下HIFU所致的生物学焦域范围为1～3 0 0mm3 ,不同处理因素间损伤体积具有显著性差异(P <0 .0 5 ) ,相同剂量下离体心肌受损体积大于在体心肌的受损体积。损伤形态随剂量增大由椭球形向锥体形、不规则形发展。组织学观察可见凝固性坏死及损伤区与正常心肌组织的明显分界。结论　HIFU可定点使离体心肌及活体心肌发生坏死而不伤及周围组织。     

高强度聚焦超声定位损伤离体牛肝的量效学研究

目的 探讨不同频率、不同治疗剂量的高强度聚焦超声(HIFU)定位损伤新鲜离体牛肝的量效关系。方法 采用治疗头频率分别为5．4MHz和7．4MHz的高强度聚焦超声治疗系统在不同的治疗功率40W和50W时，分5s、8s、10s、15s、20s的治疗时间定位损伤新鲜离体牛肝，记录并测量靶区的温度和生物学焦域体积。结果 HIFU辐照5～8s可迅速提高靶区温度至64～75℃，随着治疗时间增加，温度最高可达85℃；在治疗头频率和输出功率相同时，随着辐照时间的延长，HIFU辐照部位的生物学焦域体积增大，同一部位辐照时间越长(15～20s)，生物学焦域中心越易产生炭化和空洞现象；在治疗头频率和辐照时间相同时，输出功率增大，生物学焦域体积增大；在输出功率和辐照时间相同时，频率为7．4MHz的治疗头较频率为5．4MHz的治疗头所产生的生物学焦域体积大。结论 HIFU生物学焦域的形成与治疗头的工作频率、输出功率和治疗时间密切相关，在一定的参数条件下，生物学焦域可控制，这将有助于HIFU在肿瘤治疗领域的临床应用。     

高强度聚焦超声应用于兔眼角膜矫正老视的初步研究

目的 初步研究不同剂量高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)对离体兔眼角膜组织形态及角膜曲率的影响,为HIFU矫正老视提供实验基础.方法 HIFU在相同治疗时间(6 s)下以不同功率4、3、2、1W定位辐照离体兔眼角膜基质,分别制作直径8、9、10 mm的圆环状焦域,辐照完后行角膜组织学观察及角膜曲率变化的检测.结果 光镜下见角膜基质焦域内纤维排列规则、发生融合,边界纤维收缩,焦域长、短径随HIFU辐照功率和焦域环直径的不同而发生变化,各实验组比较差异有统计学意义(P＜0.05).电镜观察3 W/9 mm组基质焦域内细胞及纤维改变显著,而1 W/9 mm组仅纤维轻度改变.自动验光仪检测HIFU辐照后角膜曲率半径减小、曲率增加(P＜0.05).结论 HIFU定位辐照离体兔眼角膜基质,能使角膜曲率增加,产生角膜前凸效应.     

高强度聚焦超声肝脏生物学焦域及超声监控

目的探讨在相同声强作用下,高强度聚焦超声经体外辐照肝脏形成的生物学焦域体积大小与辐照深度和辐照时间的关系.同时探讨超声显像法实时监控生物学焦域的图像变化规律.方法采用重庆医科大学医学超声工程研究所自主研制的JC-A型HIFU肿瘤治疗系统(1MHz,5500W*cm-2),对18只山羊的肝脏组织进行体外定点脉冲辐照,辐照深度为距皮肤3cm和4cm,辐照时间为5s、10s、15s和20s.辐照过程中系列测量靶区超声灰度和强回声区面积的变化.辐照后3～5天处死动物,剖腹观察并测量所形成的肝脏HIFU生物学焦域的体积.结果肝脏经体外HIFU辐照后即刻,靶区内出现明显的回声增强并随观测时间延长而逐渐降低.强回声区面积随辐照时间增加而增大.辐照时间为5s、10s、15s和20s,辐照深度为3cm时,形成的生物学焦域体积分别为(85±28.0)mm3、(274±55.0)mm3、(410±90.0)mm3和(694±131.0)mm3;而辐照深度为4cm时,肝脏HIFU生物学焦域体积则分别为(63±7.0)mm3、(167±25.0)mm3、(273±56.0)mm3和(472±104.0)mm3.结论在相同辐照声强作用下,肝脏HIFU生物学焦域体积随辐照时间的增加而增加,随辐照深度的增加而减小.     

高强度聚焦超声焦域的实验研究

目的通过含液晶感温膜的仿组织体模和离体牛肝组织实验,研究高强度聚焦超声(HIFU)焦域大小随不同参数的变化。方法设定不同输入功率、辐照时间和辐照深度进行实验,用相机分别记录不同参数下仿组织体模和牛肝组织内形成的焦域,并进行数据统计分析。结果仿组织体模焦域内液晶感温膜显示65.7℃以上区域呈椭圆形;HIFU焦域长、短轴随输入功率、辐照时间的增加而增大,随辐照深度的增加而减小,且长轴变化较短轴明显,同时存在辐照时间阈值。结论含有液晶感温膜的仿组织体模可用于研究HIFU焦域随不同影响因素的变化情况,结合离体牛肝组织实验对比,为HIFU剂量研究提供参考依据。     

高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人对活体不同组织损伤效应的比较

目的比较高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人在相同参数下定位辐照活体不同组织所产生损伤效应。方法采用自主研制的高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人,对活体犬肝脏、肾脏和肌肉组织在辐照声强为2 000 W/cm2、辐照时间为6 m in和辐照深度为皮下3 cm时分别进行H IFU定点脉冲辐照,测量和比较辐照后3种组织超声声像图中强回声区面积及生物学焦域体积的大小。结果在辐照声强为2 000 W/cm2、辐照时间为6 min和辐照深度为皮下3 cm时,活体犬肝脏,肾脏以及肌肉组织超声声像图中强回声区面积分别为(471.40±56.20)cm2、(117.16±16.89)cm2、(881.82±32.54)cm2,生物学焦域体积分别为(3 243.49±243.79)cm3、(608.28±73.55)cm3、(7 886.82±165.64)cm3;3种组织间强回声面积及生物学焦域大小的差异均有显著性意义(P<0.05),由大到小依次为肌肉、肝脏和肾脏。结论相同的辐照参数下,高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人辐照活体不同组织所形成的损伤效应不同。     

肝脏HIFU治疗剂量学初步研究

目的探讨在直线扫描方式时,高强度聚焦超声(HIFU)损伤不同深度的正常羊肝组织的治疗剂量,即产生单位体积凝固性坏死所需要的超声输出能量.方法应用频率1.0MHz,焦域平均声强为5500W/cm2,对15头南疆黄羊距皮肤30mm、40mm、50mm的肝组织内行HIFU损伤,损伤范围30mm×10mm×10mm,扫描线间距和面间距均为5mm.术后3～7天内处死动物,测量凝固性坏死体积,观察治疗剂量与治疗深度的关系.结果距皮30mm深度肝脏HIFU治疗剂量为(16.6±2.72)J/mm3,40mm为(28.3±6.37)J/mm3,50mm为(44.7±3.71)J/mm3.结论HIFU致肝组织的凝固性坏死有明显的量效关系,其值随辐照深度的增加而增加.     

高强度聚焦超声辐照靶区回声强度与温度的相关性实验研究

目的 观察高强度聚焦超声(HIFU)辐照靶区的回声增强与(生物学焦域中心)温度之间的关系.方法 采用定点点打方式辐照牛肝组织,辐照声功率为65.44～196.32W,分为9级,每级相差16.36w,对应每级声功率辐照时间分别为1～20s;同一声功率和辐照时间下重复实验三次.辐照过程中,测温系统自动记录靶区中心温度;在辐照结束后采集靶区声像图,灰度定量软件自动读取感兴趣区灰度值.取靶区灰白色区域与正常组织交界处组织送病理检查(HE染色).结果 靶区温度低于65℃时,即使发生凝固性坏死,回声也不增强;而回声增强时对应焦域中心温度高于65℃.结论 超声监控靶区回声增强与HIFU辐照靶区温度密切相关.     

高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人对离体猪肝脏组织的损伤效应

目的探讨自主研制的高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人在换能器摆动模式下对离体猪肝脏组织的损伤效应。方法离体猪肝脏组织分为换能器摆动组和换能器固定组,采用该装置在不同辐照时间和辐照深度下分别进行定点脉冲辐照,测量生物学焦域体积及其中心距组织表面距离,并取靶区组织进行病理学检查。比较两组间生物学焦域体积测值以及换能器摆动组生物学焦域中心距组织表面的距离与预设辐照深度间的差异,并分析辐照深度及辐照时间对生物学焦域的影响。结果辐照靶区形成凝固性坏死区,与周围组织分界清楚。在相同辐照剂量下,两组所产生的生物学焦域体积测值间差异无统计学意义(P>0.05)。生物学焦域中心距组织表面的距离与预设辐照深度间差异无统计学意义(P>0.05)。在相同辐照参数下,生物学焦域体积随辐照时间增加而增大,随辐照深度增加而减小。结论高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人在换能器摆动模式下对离体猪肝脏组织可产生有效、精确的损伤,生物学焦域与辐照时间和辐照深度有关。     

Biomaterials in myocardial tissue engineering

Cardiovascular disease is the leading cause of death in the developed world, and as such there is a pressing need for treatment options. Cardiac tissue engineering emerged from the need to develop alternative sources and methods of replacing tissue damaged by cardiovascular diseases, as the ultimate treatment option for many who suffer from end‐stage heart failure is a heart transplant. In this review we focus on biomaterial approaches to augmenting injured or impaired myocardium, with specific emphasis on: the design criteria for these biomaterials; the types of scaffolds – composed of natural or synthetic biomaterials or decellularized extracellular matrix – that have been used to develop cardiac patches and tissue models; methods to vascularize scaffolds and engineered tissue; and finally, injectable biomaterials (hydrogels) designed for endogenous repair, exogenous repair or as bulking agents to maintain ventricular geometry post‐infarct. The challenges facing the field and obstacles that must be overcome to develop truly clinically viable cardiac therapies are also discussed. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

组织多普勒心肌速度梯度评价胎儿心室动力学

目的 应用组织多普勒(tissue Doppler imaging,TDI)心肌运动速度梯度(myocardial velocity gradient,MVG)评价胎儿左、右心室心肌动力学.方法 对孕龄22～40周的30例正常胎儿取横位四腔心切面进行组织多普勒成像,采集3个心动周期的动态图像,获得心肌速度分布图.测量左、右心室游离壁基底段心内膜和心外膜收缩期及舒张期峰值速度及心肌厚度,计算MVG.分析左、右心室心肌收缩期及舒张期心内膜、心外膜速度及MVG与孕周的关系.结果 剔除图像质量较差的3例后,共有27例胎儿纳入分析.收缩期及舒张期左、右心室心内膜运动峰值速度均高于心外膜运动峰值速度(P<0.01).收缩期及舒张期左室游离壁、右室游离壁心肌运动速度与孕周呈正相关,而左室游离壁、右室游离壁MVG与孕周呈负相关.结论 TDI技术测量MVG能够用于评价胎儿心室心肌动力学,可以了解胎儿心室壁运动速度在中、晚孕期的生理变化特点及规律,有助于更加准确可靠地评估胎儿心功能的相应变化.     

MRI of myocardial infarction with tissue tagging

Myocardial tagging with MRI has been available for three decades as a method for direct noninvasive quantification of regional myocardial motion for assessing the impact of ischemia, electrical asynchrony, and heart failure, among other conditions. In recent years, new developments in imaging sequences, hybrid techniques, and automated postprocessing have brought tagging closer to clinical application. Improvements in acquisition strategies have increased tag-tissue contrast and persistence, making automated tag detection easier and more robust. Imaging techniques such as harmonic phase MRI and displacement encoding with stimulated echoes that quantify pixel-by-pixel myocardial motion have simplified postprocessing. Parallel imaging and the increased signal-to-noise ratio available at the higher field strengths of new clinical scanners have moved the assessment of cardiac function into the real-time imaging domain. All of these developments have made myocardial motion mapping with tagged MRI a gold standard for the quantification of regional function within the research world, with potential to become an extremely valuable clinical technique.     

心肌组织工程可降解支架材料的最新研究

健康细胞移植到心肌损伤部位是当前关注的热点.组织工程的三维支架材料可替代丢失和损伤的细胞外基质,对自我或移植细胞提供支持,避免或减少梗死区移植细胞被冲洗掉或死亡,并通过微环境线索获得组织的再生和修复,从而预防和改善心功能.就生物活性可降解材料的设计、修饰及目前常用的类型的研究现状做一综述,为可降解材料的应用研究提供理论依据.     

心肌细胞与胶原材料复合再造组织工程心肌移植心肌梗死大鼠的心肌电生理变化

背景：组织工程化心肌组织移植可修复大鼠心肌梗死。目的：心用微电极阵标测技术分析心肌细胞与胶原材料复合组织工程再造心肌移植心肌梗死大鼠的心肌电生理特性。方法：将成年SD大鼠随机分组：假手术组、模型组、移植组。后2组制作心肌梗死动物模型,假手术组仪开胸不结扎冠状动脉,移植组造模后移植心肌细胞与胶原材料复合组织。应用微电极阵标测技术记录心室肌场电位振幅,激活-恢复时间及激动传导时间。结果与结论：①心室肌场主波振幅：与模型组相比,移植组梗死区、对立区及周围区部位增高（P〈0．05）。②激活-恢复时间：模型组与移植组梗死区与梗死周边区均明显延长,且梗死周边区小于梗死区（P〈0．05）。与模型组相比,移植组梗死区、对立区及周围区部位激活-恢复时间缩短（P〈0．05）。③心窒前壁激动传导时问：移植组高于假手术组,但低于模型组（P〈0．05）。表明移植的心肌细胞,胶原复合体能改善心肌梗死人鼠心室肌收缩功能及电传导时间,部分修复心脏功能。     

病变心肌组织多普勒频谱分析

目的探讨病变心肌组织多普勒(DTI)频谱各速度波及其变化.方法开胸犬13只,于冠状动脉左旋支的分支结扎前、后分别记录乳头肌水平左心室后壁短轴方向的DTI运动频谱,结合同步记录的心电图、左心室压力(P)曲线及其一阶导数(dP/dt)曲线、心音图辨认DTI频谱各速度波,并对照比较冠状动脉结扎前、后DTI频谱的变化.临床连续观察19例心肌梗死患者,6例接受原位心脏移植患者,记录左心室壁及二尖瓣环DTI频谱和组织速度图(TVI),结合心电图辨认各速度波.结果正常开胸犬左心室后壁短轴方向运动等容收缩期以正向为主(IVC1),急性缺血时出现明显的反向运动波(IVC2)并可延至射血期,冠状动脉结扎前、后IVC1和IVC2峰值均发生显著变化[(16.60±4.11)cm/s对(4.60±5.38)cm/s 和(5.97±6.25)cm/s对(19.57±3.58)cm/s,P<0.01];冠脉结扎后射血期S波峰值显著降低[(11.30±1.58)cm/s对(7.16±1.80)cm/s,P<0.01],舒张早期E波反向或双向变化[(10.86±3.32)cm/s对-(10.72±6.36)cm/s,P<0.01],左心房收缩期A波峰值速度降低[(11.08±3.35)cm/s对(6.71±4.81)cm/s,P<0.05].临床定性观察心肌梗死和接受心脏移植的患者亦发现类似犬急性缺血心肌DTI频谱的变化.结论在心肌病变较严重的情况下,等容收缩期出现反向DTI频谱,S波峰值降低,E波反向或双向,如不结合心电图等确定心动时相,频谱分析结果可能会出现分歧或误差.     

Robustness of integrated backscatter for myocardial tissue characterization

Integrated backscatter (IB) has been used for ultrasonic tissue characterization. To assess the potential variables in IB measurements, we performed both theoretical simulations and in vitro phantom measurements. First, we simulated data in which the scatterer position randomly was varied. IB values for the resulting images were calculated. Second, RF data from a tissue-mimicking phantom were acquired. Third, an adapted imaging approach, based on phase insensitivity, was evaluated. For both the simulations and phantom measurements, IB showed a standard deviation of +/-20%. These large deviations can be explained by variations in interference of signals and are not related to the state of the tissue. Small deviations in position of the scatterers resulted in important variations in IB. They must be taken into account and may limit the use of IB in cardiological applications. An improvement potentially can be obtained using phase insensitivity in new ultrasound processing schemes.     

急性心肌梗死患者组织因子及组织因子途径激活抑制物水平的变化

目的探讨急性心肌梗死(AMI)患者组织因子(TF)及组织因子途径激活抑制物(TF-PI)的变化及临床意义。方法用ELISA法分别检测50例AMI患者及20例健康对照的外周血TF及TFPI的抗原水平。比较15例支架手术患者冠状窦内及外周血的TFPI水平。比较并发糖尿病和/或高脂血症AMI患者与无并发症者的TFAg及TFPIAg水平。结果AMI患者的TFAg及TFPIAg较正常人均明显升高(P<0.01);支架患者冠状窦内的TFPI水平明显低于其外周血(P<0.01);有并发症患者的TF及TFPI水平均明显高于无并发症患者(分别为P<0.01和P<0.05)。结论AMI患者外周血凝血活性增高,并发糖尿病和/或高脂血症AMI患者的凝血活性较无并发症患者高,血栓形成使冠状动脉腔内的TFPI消耗而降低。     

短暂缺血阈强度运动促进心肌侧支循环生成的机制

目的在小型猪可控性心肌缺血动物模型上,观察短暂缺血阈强度运动促进缺血区冠状动脉侧支循环生成的机制。 方法选择健康广西巴马小型猪32头,钝缘支装上水囊缩窄器制作可控性心肌缺血动物模型,4周后行冠状动脉造影证实模型建立成功。实验动物随机分为假手术组、单纯缺血组和运动组。单纯缺血组通过缩窄器注水加压制造心肌缺血,每日2次,每次2 min,每周5 d,共8周;运动组除制造静息状态心肌缺血外,每天还进行平板训练30 min,其中包括2次缺血阈强度运动,每次2 min,每周训练5 d,共8周。假手术组不作任何干预。采用微球测定训练前、后缺血区相对心肌血流量（RMBF）;采用Western-blot及Real-time RT-PCR法测定缺血心肌局部血管内皮细胞生长因子（VEGF）及其受体胎肝激酶-1（Flk-1）的蛋白及mRNA表达量;采用ELISA法测定血清肌钙蛋白含量以确定训练的安全性;应用电镜观察心肌细胞损伤情况。 结果运动组RMBF显著高于单纯缺血组及假手术组（均P<0.01）;单纯缺血组RMBF亦显著高于假手术组（P<0.01）。运动组VEGF及Flk-1的蛋白及mRNA表达量均显著高于单纯缺血组及假手术组（P<0.05,P<0.01）。单纯缺血组的VEGF及Flk-1的蛋白及mRNA表达量均显著高于假手术组（P<0.05）。单纯缺血组及运动组训练后,血清肌钙蛋白与训练前相比无显著增加（均P&rt;0.05）。光镜及电镜检查无明显异常。 结论小型猪可控性心肌缺血动物模型给予适宜短暂缺血阈强度运动,可通过缺血心肌局部VEGF及其受体Flk-1的上调安全有效地促进冠状动脉侧支循环生成。