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超聲對人體的影響
李曉愚講師超聲的防護-預(yù)防本章重點:超聲生物效應(yīng)超聲的空化機制超聲的防護-預(yù)防一概述超聲波是目前廣泛應(yīng)用于臨床診斷和治療的手段之一。無創(chuàng)可視超聲的防護-預(yù)防1、電磁波和機械波。電磁波:電磁能量,以其頻率可分為無線電波、紅外線、可見光、紫外光、X射線,γ射線和高能宇宙射線。超聲的防護-預(yù)防機械波:由于機械力(彈性力)產(chǎn)生的機械振動在介質(zhì)中的傳播,它傳播的是機械能量,并且僅能在介質(zhì)中的傳播。聲波以頻率可分為三大類:次聲波、聲波、和超聲波。超聲的防護-預(yù)防超聲波(Ultrasound)是指頻率超過2萬赫茲即超過人耳聽閾高限的聲波。一般診斷用超聲波頻率為1~10MHz,而最常用的是2.5~5MHz。超聲的防護-預(yù)防2、超聲在醫(yī)學中的應(yīng)用發(fā)展1915年法國科學家在研究超聲水壓探測時,就發(fā)現(xiàn)了強超聲對魚類等水中小動物可以產(chǎn)生致死效應(yīng)。
40年代末,A型(AmplitudeMode)超聲診斷儀開始應(yīng)用于臨床。腦中線的探測、眼軸的測量、漿膜腔積液的診斷、肝膿腫的診斷以及穿刺引流定位
不久B型(BrightnessMode)、M型(MotionMode)和D型(DopplerMode)超聲診斷儀相繼問世。
超聲的防護-預(yù)防70年代迅速向二維灰度顯示的B型超聲診斷儀D型超聲診斷儀也開始出現(xiàn)。80年代出現(xiàn)彩色多普勒血流顯像。
90年代,出現(xiàn)高強度聚焦超聲。超聲的防護-預(yù)防二超聲生物效應(yīng)1、概念是指當作用人體的超聲波達到一定劑量時,可以使人體組織或器官產(chǎn)生某些生化的、免疫的、功能結(jié)構(gòu)上的可逆或不可逆的變化。
超聲的防護-預(yù)防2、超聲生物效應(yīng)產(chǎn)生的機制
①熱機制
②機械機制
③空化機制超聲的防護-預(yù)防熱機制超聲波在生物體內(nèi)傳播的過程中,其振動能量不斷地被組織吸收,導(dǎo)致物體分子快速摩擦產(chǎn)生熱能而使組織自身溫度升高。超聲的防護-預(yù)防機械機制超聲波是一種機械振動能量的傳播形式,在作用于人體時,可以引起生物體系中的生物大分子、細胞及組織結(jié)構(gòu)處在激烈振動的機械運動場中,其功能、生理過程甚至結(jié)構(gòu)都可能會受到影響。
超聲的防護-預(yù)防空化機制空化效應(yīng)是指在超聲作用下,人體內(nèi)的微氣泡(氣核)表現(xiàn)出的各種形式的活性.這些微小氣泡或作非線性運動或在高壓作用下迅速增大、急劇壓縮、快速破裂或塌陷。
超聲的防護-預(yù)防根據(jù)氣泡不同的動力學行為,可以分為穩(wěn)態(tài)空化和瞬態(tài)空化兩種。穩(wěn)態(tài)空化是氣泡在聲壓的作用下可能進入體共振(即體脈動)狀態(tài),當聲波頻率接近氣泡共振的特征頻率時,體脈動的幅度達到最大。瞬態(tài)空化是指在強度較高的聲場中,氣泡在聲場負壓相迅速膨脹,隨即又在正壓相突然收縮以至崩潰。超聲的防護-預(yù)防三超聲對人體的影響超聲在臨床上按照應(yīng)用不同分為診斷性超聲和治療性超聲。診斷性超聲包括常見的B超、彩色超聲多普勒等,是臨床上常用的檢查方法。治療性超聲即高強度聚焦超聲(HIFU)。超聲的防護-預(yù)防(一)診斷性超聲對人體的影響1、胚胎和胎兒:妊娠期的診斷性超聲照射可以導(dǎo)致老鼠胎兒的生長發(fā)育遲緩,出生體重降低。對于人類還有待于進一步研究。超聲的防護-預(yù)防2、神經(jīng)組織:在孕早期以診斷性超聲照射可能影響胚胎腦功能的發(fā)育。超聲的防護-預(yù)防3、細胞:孕8—12周接受3.5MHz超聲照射5分鐘,可以引起胎兒角膜上皮的腫脹,但呈可逆性改變。照射20分鐘則出現(xiàn)不可逆的角膜表層細胞壞死。超聲照射中期妊娠婦女30分鐘,可出現(xiàn)胎兒睪丸精原細胞腫脹。超聲的防護-預(yù)防4、染色體、DNA:孕早期接受診斷性超聲照射,新生兒臍血的姐妹染色單體交換率增加,中晚期的累積超聲照射使染色單體的交換頻率下降。超聲照射離體細胞,觀察到DNA斷裂、嘌呤、嘧啶醇堆積,且自由基水平增高。超聲的防護-預(yù)防(二)高強度聚焦超聲高強度聚焦超聲(highintensityfocusedultrasound,HIFU)是19世紀40年代首先由Lynn等提出的一種技術(shù),早期主要應(yīng)用于神經(jīng)外科選擇性破壞腦內(nèi)的特定區(qū)域,以幫助神經(jīng)性行為異常疾病的治療。
超聲的防護-預(yù)防1、定義:高強度聚焦超聲是利用一定的聚焦方式,將超聲源發(fā)出的聲能量聚焦于體內(nèi)某一靶區(qū)。組織內(nèi)超聲聚焦形成的強度相對較高的區(qū)域成為生物學焦域(biologicalfocalfield,BFF)。
超聲的防護-預(yù)防2、HIFU在腫瘤治療中的應(yīng)用對聚焦超聲生物學效應(yīng)的研究和應(yīng)用在上世紀80-90年代成為研究熱點,一系列體外、體內(nèi)實驗開始進行,如肝、前列腺、乳腺腫瘤等。真正將HIFU技術(shù)用于臨床則是由重慶醫(yī)科大學完成的。自1997年首次應(yīng)用于人體疾病治療以來,迄今已治療了上千例病例,適應(yīng)癥已由肝癌、骨肉瘤等擴展到了乳腺癌、胰腺癌、腎癌、軟組織腫瘤和盆腔腫瘤。
超聲的防護-預(yù)防優(yōu)點:可通過實時監(jiān)控超聲來觀察腫瘤的大小、部位、形態(tài)以及與鄰近組織器官的關(guān)系,保護周圍的正常組織。適形治療,不受腫瘤大小和形狀的限制,可切除任意大小、任意形狀的腫瘤包塊。無創(chuàng),無傷口,避免患者術(shù)后感染。治療劑量均勻一致,確保滅活腫瘤靶區(qū)(焦域)內(nèi)所有腫瘤細胞?!熬G色治療”,沒有放射線,沒有放療副作用,對患者、醫(yī)生和環(huán)境均無輻射污染,勿須輻射防護措施等。
超聲的防護-預(yù)防3、HIFU引起的病理變化①巨體表現(xiàn):照射前,肉眼下兔乳腺移植性腫瘤與周圍組織分界明顯,切面呈粉紅色魚肉狀。照射后呈白色凝固性損傷灶,橢球性,邊界清,損傷區(qū)完全覆蓋腫瘤。另外可見凝固性損傷區(qū)周圍組織呈一黑色充血出血帶。
超聲的防護-預(yù)防②鏡下表現(xiàn):光鏡下,照射前腫瘤細胞排列緊密呈實體巢狀,細胞大,胞漿豐富,淡紅染色,核大而淡染,核膜清楚,染色質(zhì)顆粒較粗,核分裂相多見,細胞間纖維結(jié)締組織較少。
超聲的防護-預(yù)防照射后細胞明顯固縮變小,胞漿減少,核固縮深染。細胞間隙明顯增大,排列稀疏。但細胞輪廓完整,形態(tài)可辨。
24小時后部分腫瘤細胞開始溶解,可見核碎裂,可見少許中性粒細胞和淋巴細胞浸潤,靶區(qū)周圍組織充血出血;3天后腫瘤細胞大片破裂、壞死溶解,細胞輪廓消失,伴大量中性粒細胞浸潤,周圍出現(xiàn)成纖維細胞和新生毛細血管;7—14天,腫瘤細胞完全壞死溶解,見不到完整的腫瘤細胞,靶區(qū)充滿大量的中性粒細胞、單核細胞和少許淋巴細胞,周圍纖維結(jié)締組織增生明顯,出現(xiàn)纖維化。
3周后,靶區(qū)組織逐漸壞死脫落,由纖維結(jié)締組織增生修復(fù)。
超聲的防護-預(yù)防照射前超聲的防護-預(yù)防照射后超聲的防護-預(yù)防電鏡表現(xiàn):腫瘤細胞明顯水腫,細胞器腫脹,結(jié)構(gòu)不清;部分細胞質(zhì)膜及核膜失去連續(xù)性,染色質(zhì)固縮,碎裂呈團塊狀。24小時后見細胞內(nèi)大量水分積聚,形成空白區(qū),細胞膜、核膜破裂,胞漿內(nèi)可見大量散在深染的染色質(zhì)團塊,細胞器結(jié)構(gòu)消失;第三天腫瘤細胞大片溶解,結(jié)構(gòu)破壞消失。
超聲的防護-預(yù)防④結(jié)論:大多數(shù)實驗結(jié)果顯示,高強度聚焦超聲能夠有效的破壞腫瘤組織,抑制腫瘤的生長和減少腫瘤復(fù)發(fā)。只要輻照劑量足夠,高強度聚焦超聲能完全覆蓋腫瘤組織,徹底殺滅腫瘤細胞。超聲的防護-預(yù)防4、超聲治療治療腫瘤的機制①熱效應(yīng):熱效應(yīng)是高強度聚焦超聲治療腫瘤的主要機制。將高強度的超聲波聚焦在0.5~1.0cm范圍內(nèi),在10秒內(nèi)即可產(chǎn)生很高的能量,使靶區(qū)溫度瞬間達到65℃,使靶區(qū)組織發(fā)生不可逆壞死。
超聲的防護-預(yù)防②空化效應(yīng):空化作用可以促使生物組織產(chǎn)生自由基從而損傷生物組織。
空化機制參與作用,可以使細胞的急性損傷程度增加。細胞外環(huán)境中的某些物質(zhì)可以增強超聲空化效應(yīng)對細胞的損傷作用。如卟啉、光敏素2(photofrinII)等。
超聲的防護-預(yù)防③超聲對化療的增強作用:超聲波在局部組織產(chǎn)生的聲壓力使細胞膜的通透性增加,化療藥物在腫瘤組織中濃度升高。超聲空化效應(yīng)引起的細胞膜損傷也是通透性增加的原因之一。超聲對DNA的修復(fù)合成沒有明顯的影響,不誘使腫瘤產(chǎn)生對化療的耐受性。
超聲的防
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