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声触诊组织量化技术诊断兔轻度放射性肝损伤的实验研究

  2021-12-29    107  上传者:管理员

摘要:目的运用声触诊组织量化(VTQ)技术观察兔肝放射性照射后损伤情况,并与病理学改变进行对照研究,以便更真实地反映轻度放射性肝损伤及深入探讨VTQ技术对轻度放射性肝损伤的诊断价值。方法将28只新西兰雌性兔随机平均分为2组,实验组给予30Gy剂量单次照射肝脏,对照组给予0Gy假照射。2组兔于照射前(T0期)、照射后3周(T1期)、12周(T2期)、24周(T3期)行VTQ技术测量门静脉主干右侧浅部、深部及左侧浅部、深部的肝脏剪切波速度(分别记为SWV右浅、SWV右深、SWV左浅、SWV左深),并从2组兔中取肝组织行病理学观察。结果实验组:SWV右浅、SWV右深、SWV左浅、SWV左深TO~T2期两两比较差异无统计学意义(P>0.05);SWV右浅T3期较T0、T1、T2期增高,差异具有统计学意义(P<0.05),余参数T3期与T0、T1、T2期两两比较差异无统计学意义(P>0.05);对照组:TO~T3期,SWV右浅、SWV右深、SWV左浅、SWV左深各期两两比较差异无统计学意义(P>0.05);实验组与对照组比较:TO~T2期,同一时期实验组SWV右浅、SWV右深、SWV左浅、SWV左深与对照组比较,差异无统计学意义(P>0.05);T3期,实验组SWV右浅较对照组增高,差异具有统计学意义(P<0.05),实验组余参数与对照组比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论30Gy剂量照射兔肝脏会发生轻度放射性损伤改变。VTQ技术可以发现轻度放射性肝损伤肝脏硬度的变化,是评估放射性肝损伤进展的无创检查方法之一。

  • 关键词:
  • 声触诊组织定量技术
  • 射线照射
  • 放射性
  • 肝损伤
  • 肝脏硬度
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在我国,肝细胞癌、胃癌、结直肠癌、食管癌是各地区常见的恶性肿瘤死亡原因[1],临床上80%的肝转移灶由于多种因素而无法手术切除[2]。近年来,放射治疗技术在进展期和晚期肝癌、不可切除性肝病及胆管癌的治疗中发挥着越来越重要作用。虽然,放疗设备及放疗技术在不断发展及改进,但是放疗对正常肝组织的损伤仍然不可避免。放射性肝损伤(RILD)是肝脏受到射线照射后,肝细胞产生一系列的病理、生理改变的损伤,是胸部及上腹部肿瘤放射治疗过程中的严重并发症[3]。这不仅限制了放疗过程中肿瘤放射剂量的增加[4],更降低了受照者的生活质量,增加了患者精神及经济上的负担。目前,国内外对放射性肝损伤的超声成像方面研究甚少。本研究运用动物实验着重研究单一放疗因素引起的轻度放射性肝损伤在半年内肝脏声触诊组织量化(VTQ)成像变化,并与病理学进行对照研究,以评价VTQ技术对轻度放射性肝损伤的诊断价值,报告如下。


1、材料与方法


1.1 实验动物

健康4月龄以上新西兰雌性大白兔28只,体质量约2.0~3.1kg,由川北医学院动物实验中心提供,给予普通颗粒饲料喂养,可自由饮水。动物生产许可证号:SCXK(川)2018-18,动物使用许可证编号:SYXK(川)2018-076。

1.2 实验材料

1.2.1 主要试剂:

速眠新Ⅱ注射液(2ml/支,吉林敦化市圣大动物药品有限公司),4%甲醛溶液(500ml/瓶,广州维格斯生物科技有限公司),75%消毒酒精(60ml,四川省伊洁士医疗科技有限公司)。

1.2.2 主要仪器:

16排CT模拟定位机(上海西门子医疗器械有限公司),Elekta医用直线加速器(Elektacompact),ACUSONS2000彩色多普勒超声诊断仪配高频探头9L4(美国西门子医疗系统公司),光学显微镜[奥林巴斯(株式)会社]。

1.3 实验方法

1.3.1 放疗处理:

28只大白兔随机均分为2组,对照组14只,实验组14只。2组兔给予0.2ml/kg速眠新Ⅱ肌肉注射麻醉后,仰卧位固定,在16排模拟定位机下行定位扫描,将定位扫描图像传输至Monaco5.11版本放疗计划系统中,勾画整个肝脏,设定照射范围,投影到体表则以剑突右侧1cm为中心,照射面积定为5cm×2.5cm,照射深度为2cm。使用Elekta医用直线加速器,实验组给予30Gy剂量单次照射肝脏,对照组给予0Gy剂量假照射。

1.3.2 超声检查:

照射前(T0期)、照射后3周(T1期)、12周(T2期)、24周(T3期)使用SimensACU-SONS2000彩色多普勒超声诊断仪对2组大白兔肝脏进行检查,9L4线阵探头。所有大白兔于检查前禁食1d,经速眠新Ⅱ麻醉后脱毛取仰卧位固定在固定板上,选取剑突区勾画范围内肝叶为检查对象。将声束垂直于肝脏,以门静脉主干及肝静脉分支为标志,分别选择门静脉主干右、左侧约1cm距离体表0.9~1.0cm(浅部)、1.8~2.0cm(深部)处为感兴趣区,尽量避开肝内血管及胆道系统,启动弹性成像声触诊组织定量技术(VTQ)模式,测量上述位置的肝组织横向剪切波速度(shearwavevelocity,SWV),分别记为SWV右浅、SWV左浅、SWV右深、SWV左深,每只大白兔同一感兴趣区测量6~10次。将VTQ模式下所得数据的平均值作为实验数据存储至计算机内进行统计分析。

1.3.3 病理学检测:

T0期、T1期、T2期超声及生化检测结束后,分别从2组实验兔中随机选择2只兔行心脏空气栓塞处死,T3期则行空气栓塞处死所有实验兔,并取各期处死兔照射区域相应肝组织,用4%甲醛溶液固定、石蜡包埋切片、苏木精-伊红(HE)染色及天狼星红染色后,在显微镜下行病理组织学观察。

1.4 病理学观察

重点观察肝细胞变性,炎性细胞浸润,纤维间隔形成,假小叶形成,汇管区及肝窦改变等情况。并根据下列标准对肝纤维化进行分期:S0期无纤维化;S1期汇管区纤维化扩大,局部肝窦周及小叶内纤维化,无纤维间隔形成;S2期汇管区周围纤维化,纤维间隔形成,肝小叶结构保留;S3期纤维间隔伴肝小叶结构紊乱,无肝硬化;S4早期肝硬化。

1.5 统计学分析

采用SPSS22.0统计分析软件进行分析。计量资料采用表示,组内及组间比较采用重复测量方差分析方法,以P<0.05为差异有统计学意义。


2、结果


2.1 实验用兔存活率及一般情况

最终15只动物完成实验,其中对照组8只,实验组7只。实验组及对照组分别于T0、T1、T2期各处死2只兔,实验组T1期死亡1只。

对照组:T0~T3期,一般状况良好,食量及大小便正常,随时间延长体质量稍增加,取材前全部存活。实验组:T0期,一般状况良好;T1期,观察到3只兔子精神状态差,其中1只背部出现脓疮,并对其进行清创、包扎;T2期,4只兔子双耳出现真菌感染,其中2只兔子鼻部出现脱毛现象,2只兔子背部出现脓疮,同样对其进行清创、包扎处理;T3期,仅1只兔子耳朵感染,余感染兔逐渐恢复至正常。

2.2 实验组与对照组在VTQ成像上不同部位SWV指标比较

实验组:SWV右浅、SWV右深、SWV左浅、SWV左深TO~T2期两两比较差异无统计学意义(P>0.05);SWV右浅T3期较T0、T1、T2期增高,差异具有统计学意义(P<0.05),余参数T3期与T0、T1、T2期比较差异无统计学意义(P>0.05);

对照组:T0~T3期,SWV右浅、SWV右深、SWV左浅、SWV左深各期两两比较差异无统计学意义(P>0.05);

实验组与对照组比较:T0~T2期,同一时期实验组SWV右浅、SWV右深、SWV左浅、SWV左深与对照组比较,差异均无统计学意义(P>0.05);T3期,实验组SWV右浅较对照组增高,差异具有统计学意义(P<0.05),实验组余参数与对照组比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表1、图1。

2.3 病理组织学结果:

2.3.1 肝脏外观:

对照组:T0~T3期,肝脏表面光滑,无结节感,色泽红润,质地均匀。

实验组:T0~T1期,肝脏未见明显异常变化;T2期,肝脏色泽略灰暗,以肝缘为著,表面欠光滑,质地尚均匀,但是无结节感,触摸无明显硬结;T3期,肝脏色泽灰暗,纹理欠光滑,表面可见细颗粒状突起,质地欠均匀,触之有轻微结节感,硬度稍高。

2.3.2 HE染色:

对照组:T0~T3期,肝小叶结构完整,肝细胞形态大小正常,中央静脉形态正常、分布均匀,汇管区无炎性细胞浸润及纤维组织增生。

实验组:T0期,肝脏未见明显异常变化;T1~T3期,肝细胞轻中度水肿、点状坏死,中央静脉及肝血窦淤血;T2期,汇管区出现炎性细胞浸润;T3期,肝细胞出现嗜酸性变,脂肪变性,肝小叶结构稍紊乱,中央静脉轻度扩张,部分汇管区炎性细胞浸润。

2.3.3 天狼星红染色:

对照组:T0~T3期,肝小叶结构完整,汇管区、中央静脉、肝窦周均未见纤维组织增生,无纤维间隔形成。

实验组:T0期,肝脏未见明显异常变化;T1期,汇管区周围出现少量胶原纤维增生,无明显放射感;T2期,汇管区周围胶原纤维增多,向周围延伸,无明显间隔形成;T3期,汇管区及肝窦周胶原纤维增多、增粗,并向周围呈放射状分布,形成少量不完全间隔、但无完全间隔形成,其中S1期2例,S2期5例。


3、讨论


临床上,当全肝照射剂量超过30~35Gy时,容易发展为致命性的放射性肝损伤。Yannam等[5]使用30~36Gy辐射剂量作用于猴肝脏,仅发现中央静脉轻度纤维化。有研究发现,30Gy放射剂量作用于大鼠肝区,1年内逐渐发生了放射性肝纤维化改变[6]。故本实验选择30Gy照射剂量建立放射性轻度肝损伤模型。

放射性肝损伤的组织病理学改变主要为静脉闭塞性病变,组织学特征是窦性纤维化、中心肝细胞坏死及中心静脉狭窄,最终导致循环障碍及纤维化[7]。辐射还可引起脂肪性肝炎[8],影响脂肪转运、导致肝脏脂肪积累[9]。尽管肝脏具有强大的再生能力[10],但是有研究发现辐射后肝脏再生能力并没有显著增强、无法促进再生[11]。本实验中兔肝于照射后发生肝细胞变性、坏死,肝窦及中央静脉淤血,汇管区炎细胞浸润、胶原纤维增多增粗,不同时期病理改变均轻微,且未观察到肝脏明显再生重建变化,病理改变仍随时间延长而缓慢进展,24周时发生轻度纤维化改变,这说明放射性肝损伤模型成功建立。

实验中应用VTQ技术,这是一种可以有效评估组织硬度的声脉冲辐射力成像(acousticradiationforceimpulse,ARFI)技术,原理为使用超声探头向目标组织区域发射声脉冲波,使目标组织产生细微形[12]。这种脉冲波是由组织内连接的结构基质传递的,这种基质的完整性以及施加在其上的张力对脉冲波的传播发挥着重要作用[13]。最后,测量目标组织产生的横向剪切波速度。大量研究证明VTQ技术对肝硬度的测量可靠性比较高[14],SWV值与病理检查的纤维化程度存在显著相关性[15],常常被用于评估慢性肝病患者肝纤维化程度。有研究表明,VTQ技术在区分高级别和低级别纤维化时具有较高的价值[16],可以提高重型纤维化的诊断准确性[17]。本实验应用VTQ技术检测肝脏不同区域的硬度变化,发现门静脉主干右侧浅部的肝实质SWV值于照射后3周、12周均未见明显变化(P>0.05),但是照射后24周SWV值升高(P<0.05),说明照射后随着时间延长,肝实质内胶原纤维不断生成与沉积,对肝脏硬度的影响越来越明显。照射后24周,门静脉主干右侧浅部肝实质SWV值升高,为(1.54±0.35)m/s,病理学提示该期汇管区周围形成少量不完全间隔,呈轻度纤维化改变。然而,余处肝组织未见明显变化,这说明该期肝内发生了不均匀性纤维化改变。肝脏受到辐射后12周内,早期VTQ成像不同深度及不同部位的肝实质均未发现异常,尽管病理学提示早期肝细胞变性、坏死、汇管区周围可见少量胶原纤维,推测可能是因为肝组织内少量的胶原纤维及肝细胞的变性、坏死都不足以引起肝脏硬度改变。尽管,目前有研究发现肝细胞膨胀、炎性变、脂肪变性都可能影响肝脏硬度测量[18],肝脏脂肪变性似乎可以降低ARFI弹性成像的SWV值、肝脏炎性变似乎可以增加SWV值[19]。但是,本实验中难以发现肝脏脂肪变性及炎性变对超声弹性成像的影响,故脂肪变性和肝脏炎症对ARFI弹性成像的影响有待进一步探讨。

实验兔在照射后3周死亡1只,考虑可能与放射性肠炎及放射性肺炎的发生密切相关。有研究发现动物肝脏受高剂量射线照射后,出现了厌食、活动减少、腹腔积液等症状[20]。本实验同样观察到实验兔在24周内出现上述症状,这可能与射线致免疫功能降低密切相关。

30Gy剂量照射兔肝脏后会发生轻度放射性肝损伤,随时间进展肝脏逐步发生不均匀性纤维化改变,以Ⅰ~Ⅱ级纤维化为主,这个过程中不会发生急性重型放射性肝炎。VTQ技术可以发现照射后24周肝脏硬度的变化,这说明弹性超声VTQ成像对放射性肝损伤具有较高的诊断价值,可以作为评估放射性肝损伤进展的无创检查方法之一。


参考文献:

[1]孙可欣,郑荣寿,张思维,等.2015年中国分地区恶性肿瘤发病和死亡分析[J].中国肿瘤,2019,28(1):1-11.

[3]江林宫,孟鸿宇,张火俊.放射性肝损伤的研究进展[J].世界华人消化杂志,2017,25(20):1811-1818.

[6]彭瑞云,王德文,徐在海,等,大鼠肝区照射后肝纤维化过程的动态观察[J].中华放射医学与防护杂志,1996(1).39-41.

[12]刘芳,魏琳,汤晓飞,等.声触诊组织星化技术和PGA指数对评价酒精性肝纤维化的临床价值[J].中南大学学报(医学版),2015,40(11)1246-1252.


文章来源:甘媛琳,吴静,唐茂玲,唐慧,顾鹏.声触诊组织量化技术诊断兔轻度放射性肝损伤的实验研究[J].实用医学影像杂志,2021,22(06):548-552.

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