超声的防护(预防).ppt

超声对人体的影响李晓愚讲师 本章重点 超声生物效应超声的空化机制 一概述 超声波是目前广泛应用于临床诊断和治疗的手段之一 无创可视 1 电磁波和机械波 电磁波 电磁能量 以其频率可分为无线电波 红外线 可见光 紫外光 X射线 射线和高能宇宙射线 机械波 由于机械力 弹性力 产生的机械振动在介质中的传播 它传播的是机械能量 并且仅能在介质中的传播 声波以频率可分为三大类 次声波 声波 和超声波 超声波 Ultrasound 是指频率超过2万赫兹即超过人耳听阈高限的声波 一般诊断用超声波频率为1 10MHz 而最常用的是2 5 5MHz 2 超声在医学中的应用发展1915年法国科学家在研究超声水压探测时 就发现了强超声对鱼类等水中小动物可以产生致死效应 40年代末 A型 AmplitudeMode 超声诊断仪开始应用于临床 脑中线的探测 眼轴的测量 浆膜腔积液的诊断 肝脓肿的诊断以及穿刺引流定位不久B型 BrightnessMode M型 MotionMode 和D型 DopplerMode 超声诊断仪相继问世 70年代迅速向二维灰度显示的B型超声诊断仪D型超声诊断仪也开始出现 80年代出现彩色多普勒血流显像 90年代 出现高强度聚焦超声 二超声生物效应 1 概念是指当作用人体的超声波达到一定剂量时 可以使人体组织或器官产生某些生化的 免疫的 功能结构上的可逆或不可逆的变化 2 超声生物效应产生的机制 热机制 机械机制 空化机制 热机制 超声波在生物体内传播的过程中 其振动能量不断地被组织吸收 导致物体分子快速摩擦产生热能而使组织自身温度升高 机械机制 超声波是一种机械振动能量的传播形式 在作用于人体时 可以引起生物体系中的生物大分子 细胞及组织结构处在激烈振动的机械运动场中 其功能 生理过程甚至结构都可能会受到影响 空化机制 空化效应是指在超声作用下 人体内的微气泡 气核 表现出的各种形式的活性 这些微小气泡或作非线性运动或在高压作用下迅速增大 急剧压缩 快速破裂或塌陷 根据气泡不同的动力学行为 可以分为稳态空化和瞬态空化两种 稳态空化是气泡在声压的作用下可能进入体共振 即体脉动 状态 当声波频率接近气泡共振的特征频率时 体脉动的幅度达到最大 瞬态空化是指在强度较高的声场中 气泡在声场负压相迅速膨胀 随即又在正压相突然收缩以至崩溃 三超声对人体的影响 超声在临床上按照应用不同分为诊断性超声和治疗性超声 诊断性超声包括常见的B超 彩色超声多普勒等 是临床上常用的检查方法 治疗性超声即高强度聚焦超声 HIFU 一 诊断性超声对人体的影响 1 胚胎和胎儿 妊娠期的诊断性超声照射可以导致老鼠胎儿的生长发育迟缓 出生体重降低 对于人类还有待于进一步研究 2 神经组织 在孕早期以诊断性超声照射可能影响胚胎脑功能的发育 3 细胞 孕8 12周接受3 5MHz超声照射5分钟 可以引起胎儿角膜上皮的肿胀 但呈可逆性改变 照射20分钟则出现不可逆的角膜表层细胞坏死 超声照射中期妊娠妇女30分钟 可出现胎儿睾丸精原细胞肿胀 4 染色体 DNA 孕早期接受诊断性超声照射 新生儿脐血的姐妹染色单体交换率增加 中晚期的累积超声照射使染色单体的交换频率下降 超声照射离体细胞 观察到DNA断裂 嘌呤 嘧啶醇堆积 且自由基水平增高 二 高强度聚焦超声 高强度聚焦超声 highintensityfocusedultrasound HIFU 是19世纪40年代首先由Lynn等提出的一种技术 早期主要应用于神经外科选择性破坏脑内的特定区域 以帮助神经性行为异常疾病的治疗 1 定义 高强度聚焦超声是利用一定的聚焦方式 将超声源发出的声能量聚焦于体内某一靶区 组织内超声聚焦形成的强度相对较高的区域成为生物学焦域 biologicalfocalfield BFF 2 HIFU在肿瘤治疗中的应用 对聚焦超声生物学效应的研究和应用在上世纪80 90年代成为研究热点 一系列体外 体内实验开始进行 如肝 前列腺 乳腺肿瘤等 真正将HIFU技术用于临床则是由重庆医科大学完成的 自1997年首次应用于人体疾病治疗以来 迄今已治疗了上千例病例 适应症已由肝癌 骨肉瘤等扩展到了乳腺癌 胰腺癌 肾癌 软组织肿瘤和盆腔肿瘤 优点 可通过实时监控超声来观察肿瘤的大小 部位 形态以及与邻近组织器官的关系 保护周围的正常组织 适形治疗 不受肿瘤大小和形状的限制 可切除任意大小 任意形状的肿瘤包块 无创 无伤口 避免患者术后感染 治疗剂量均匀一致 确保灭活肿瘤靶区 焦域 内所有肿瘤细胞 绿色治疗 没有放射线 没有放疗副作用 对患者 医生和环境均无辐射污染 勿须辐射防护措施等 3 HIFU引起的病理变化 巨体表现 照射前 肉眼下兔乳腺移植性肿瘤与周围组织分界明显 切面呈粉红色鱼肉状 照射后呈白色凝固性损伤灶 椭球性 边界清 损伤区完全覆盖肿瘤 另外可见凝固性损伤区周围组织呈一黑色充血出血带 镜下表现 光镜下 照射前肿瘤细胞排列紧密呈实体巢状 细胞大 胞浆丰富 淡红染色 核大而淡染 核膜清楚 染色质颗粒较粗 核分裂相多见 细胞间纤维结缔组织较少 照射后细胞明显固缩变小 胞浆减少 核固缩深染 细胞间隙明显增大 排列稀疏 但细胞轮廓完整 形态可辨 24小时后部分肿瘤细胞开始溶解 可见核碎裂 可见少许中性粒细胞和淋巴细胞浸润 靶区周围组织充血出血 3天后肿瘤细胞大片破裂 坏死溶解 细胞轮廓消失 伴大量中性粒细胞浸润 周围出现成纤维细胞和新生毛细血管 7 14天 肿瘤细胞完全坏死溶解 见不到完整的肿瘤细胞 靶区充满大量的中性粒细胞 单核细胞和少许淋巴细胞 周围纤维结缔组织增生明显 出现纤维化 3周后 靶区组织逐渐坏死脱落 由纤维结缔组织增生修复 照射前 照射后 电镜表现 肿瘤细胞明显水肿 细胞器肿胀 结构不清 部分细胞质膜及核膜失去连续性 染色质固缩 碎裂呈团块状 24小时后见细胞内大量水分积聚 形成空白区 细胞膜 核膜破裂 胞浆内可见大量散在深染的染色质团块 细胞器结构消失 第三天肿瘤细胞大片溶解 结构破坏消失 结论 大多数实验结果显示 高强度聚焦超声能够有效的破坏肿瘤组织 抑制肿瘤的生长和减少肿瘤复发 只要辐照剂量足够 高强度聚焦超声能完全覆盖肿瘤组织 彻底杀灭肿瘤细胞 4 超声治疗治疗肿瘤的机制 热效应 热效应是高强度聚焦超声治疗肿瘤的主要机制 将高强度的超声波聚焦在0 5 1 0cm范围内 在10秒内即可产生很高的能量 使靶区温度瞬间达到65 使靶区组织发生不可逆坏死 空化效应 空化作用可以促使生物组织产生自由基从而损伤生物组织 空化机制参与作用 可以使细胞的急性损伤程度增加 细胞外环境中的某些物质可以增强超声空化效应对细胞的损伤作用 如卟啉 光敏素2 photofrinII 等 超声对化疗的增强作用 超声波在局部组织产生的声压力使细胞膜的通透性增加 化疗药物在肿瘤组织中浓度升高 超声空化效应引起的细胞膜损伤也是通透性增加的原因之一 超声对DNA的修复合成没有明显的影响 不诱使肿瘤产生对