高强度聚焦超声的生物学焦域研究

研究高强度聚焦超声(HIFU)在组织内能量的存积规律及表达方式.用JC型聚焦超声肿瘤治疗系统将超声波聚焦,辐照离体的牛肝、肾、肌肉组织和活体的猪肝、肾、肌肉组织,观察单点凝固性坏死的形成和体积变化规律.无论离体、活体组织的凝固性坏死点的形态和体积均不同于声学焦域;如果声强为7×10 3 ～25.4×10 3 W/cm 2 ,辐照时间为0～20s,则凝固性坏死点的体积为0～2000mm 3 ;同一剂量辐照下,不同组织结构、不同功能状态、不同组织深度所形成的单点凝固性坏死的体积不同.整块肿瘤的凝固是由一个一个小点状的凝固性坏死组合而成.把这个点状的凝固性坏死范围叫做HIFU的生物学焦域.生物学焦域是HIFU切除肿瘤的基本单元.它是声学焦域、声强、辐照时间、治疗深度、组织结构及功能状态的函数.     

高强聚焦超声辐照剂量与组织热坏死体元之间的关系

利用Pennes方程和Rayleigh方程,对一种环状高强聚焦超声(HIFU)换能器在发射声强为7000～25400W·cm-2和辐照时间为0～20s辐照剂量范围内,对于辐照剂量和它在离体牛肝2 cm深处引起的热坏死体元(即"生物学焦域")体积之间的关系进行了数值模拟计算,计算获得的系列理论曲线与在相应条件下实验测量曲线符合较好.表明,在现有的超声生物物理学理论框架内,对于HIFU辐照引起的热坏死体元的体积是可以进行理论预测的.对于在较高辐照剂量下理论与实验之间存在的分歧也进行了讨论.     

高强度聚焦超声治疗中基于电阻抗相对变化的组织温度监测技术

高强度聚焦超声(HIFU)通过聚焦超声的声热效应对肿瘤组织进行局部快速的热疗,是一种非侵入性的无创肿瘤治疗新技术,而其治疗过程中温度监测是HIFU治疗中剂量精准控制的关键.本文基于HIFU的声传播基本原理,建立了HIFU治疗和组织电阻抗测量的模型,数值模拟了治疗过程中焦域的声场、温度场和电导率分布,并通过电势和电流密度分布的变化,计算了模型的电阻抗的整体变化,结果表明在一个规定的HIFU声功率作用下,组织模型的电阻抗相对变化和治疗时间呈线性关系,其电阻抗相对变化率和HIFU声功率也呈线性关系.按照仿真条件,建立了HIFU治疗和电阻抗实时测量的联合实验系统,在不同声功率和治疗时间条件下,对组织模型的电阻抗相对变化进行了测量,实验结果和理论仿真结果基本一致.研究结果证明用电阻抗相对变化进行HIFU治疗中焦域温度监控的可行性,为其疗效检测和剂量控制提供了新方法.     

超声对皮肤作用的初步研究

1 材料和方法本实验采用健康的中国本兔15只(雌雄兼有).脊柱两侧剃毛后,暴露皮肤.辐照强度I_(SATA)(空间平均,时间平均值强度)取四种不同剂量:10,20,25和30W/cm~2.幅照时间2min实验采用1MHz的聚焦换能器,由高频讯号发生器经功率放大器放大后接到换能器上产生超声波.每次实验前先用声功率计校准一次声功率.然后计算出超声强度.幅照后喂养     

超声热疗的现状与应用

 超声热疗是利用生物组织吸收超声波能量使自身温度升高的特性,通过高温致死病变组织或低温促使病变组织康复的热疗技术.该热疗具有微创、安全、高效等特点.利用高温致死病变组织的高强度聚焦超声已应用于子宫肌瘤、乳腺肿瘤、前列腺肿瘤、肝肿瘤等的临床治疗,在脑肿瘤及神经系统疾病方面尚处于临床应用研究阶段.低强度超声的低温升热疗对于产后出血治疗和神经组织愈合等有较好疗效.本文综述高强度聚焦超声和低强度超声热疗技术的发展、现状及应用.     

在体大鼠肝细胞内酸性磷酸酶和单胺氧化酶的超声生物效应

用频率为1.06MHz,强度为30W/cm~2的连续聚焦超声直接辐照在体大鼠肝脏3min,术后常规饲养,分别于辐照后1d、7d和15d宰杀取材,做石蜡切片和冰冻切片。观察辐照后肝细胞形态结构和酸性磷酸酶、单胺氧化酶活性变化。结果表明:辐照后的肝组织出现坏死区、重损伤区、轻损伤区,各区细胞的形态结构均发生了不同程度的变化。两种酶反应在坏死区为阴性,重损伤区呈弱阳性,轻损伤区呈强阳性,而未损伤区呈中等阳性反应。本文以此为线索,讨论了超声损伤机制和酶在肝细胞的继发性损伤和修复过程中的作用。     

聚焦超声对鼠肝细胞超微结构的影响

超声诊断、超声理疗和超声外科等方面已有广泛的研究.但是,超声对肝细胞的作用除国外有少数报导以外,国内关于这一方面的研究甚少.为了研究超声作用下肝细胞坏死前的超微结构变化,作者进行了聚焦超声辐照在体大白鼠肝的实验. 1 材料和方法实验用健康雄性大白鼠24只,为同一品系,体重200～250克,随机分为四组.组一、三为实验组,组二、四为对照组.四组动物均以乙醚麻醉,常规外科手术切开腹壁,暴露肝脏.实验组以强度5W/cm~2,频率1.06MHz的聚焦超声辐照肝的中叶尖端3分钟.对照组作同样处理,唯独不启动超声源,也称为“假”照射.组一、二和三、四“真”“假”照射分别在宰杀     

血管对HIFU治疗焦域影响的实验研究

通过实验测量高强度聚焦超声辐照下仿组织体模中焦域附近特定点的温度变化以及形成焦域大小分析血管对HIFU治疗焦域的影响.当血管位置和血流速度分别不同时利用热电偶探针测量几何焦点上方2 mm处温度,采用Matlab编程计算焦域体积.在血管前方聚焦时,焦域附近峰值温度较高,形成焦域体积较大;在血管后方聚焦时,焦域体积随远离血管距离的增大而增大;无血流时,焦域附近峰值温度较高,焦域体积较大;加入血流之后,焦域附近峰值温度明显降低,但血流速度差异性对峰值温度和焦域大小影响不明显.血管位置和血流速度影响HIFU治疗焦域温度分布,在临床治疗焦域附近有血管时应当考虑血管的影响.     

基于VTK的磁共振波谱多体素可视化

 医学影像检查可以直观地看到病灶区域,但是却难以判定肿瘤的具体种类和恶化程度。活检是一种有创伤的检查手段,无疑会给病患带来更多的痛苦。磁共振波谱(MRS)是利用波谱的化学位移研究化合物组分和分子结构的一门科学,是医学影像学近年来发展起来的一种新的检查手段。作为一种无创伤研究活体器官组织代谢、生化变化及化合物定量分析方法,磁共振波谱能够反映正常和病理组织的代谢信息和状态,确定组织的性质,被称为“虚拟活检”。本文通过多次实验,不断对解析方案进行修正,最终解析出飞利浦磁共振波谱体素的空间位置信息。根据MR图像的空间位置信息和磁共振波谱体素的空间位置信息,利用可视化工具包VTK,实现了飞利浦磁共振波谱体素与磁共振图像的配准,方便医生精确地了解体素在大脑中的位置,准确地诊断脑肿瘤的类型和级别,为治疗方案的制定和治疗提供参考。     

通过测量组织体模瞬时温升描述HIFU声场特征

 针对高声压下高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrsound,HIFU）声场测量难题,提出通过测量组织体模中瞬时温升来描述HIFU声场特征的方法。采用水听器测量声功率为5W的HIFU声场分布;采用热电偶测量声功率为40、70、100、150、200W,辐照时间1s下HIFU作用于组织体模时的焦域温场分布,由瞬时温升■与■αi p2i 成正相关关系,得到在考虑声吸收系数改变和非线性条件下HIFU声场分布特征。结果显示,水听器测量得到的HIFU焦域径向-6dB宽度和轴向-6dB宽度,远小于通过热电偶检测得到的不同高功率下HIFU焦域径向和轴向大小;高功率下,随声功率增加,焦域径向-6dB宽度、轴向-6dB宽度逐渐增大,且温场分布图的峰值部分较尖,反映出能量比较集中。用热电偶测量组织体模焦域瞬时温升,能反映在考虑声吸收系数改变和非线性条件下HIFU声场分布特征。     

小鼠肝肿瘤激光间质热疗损伤区域MRI研究

为了更好地选择用于治疗肝肿瘤的激光间质热疗剂量,通过体外培养肝肿瘤细胞H22,建立小鼠皮下移植肝肿瘤模型,采用4组功率（1.2/1.4/1.9/2.1 W）激光在相同加热时间（600 s）下进行肿瘤激光热疗,并于术前、术后进行磁共振扫描,观察小鼠肝肿瘤经热疗后的损伤区域磁共振成像（MRI）的变化情况.结果表明：激光热疗过程中肿瘤组织加热中心的温度随加热时间的延长而上升,且激光功率越大,温度上升幅度越大;4组功率热疗后,肿瘤内部均呈现明显的凝固坏死区域,肿瘤内部损伤区域大小和位置在MRI图中清晰可辨,与周围未发生损伤的组织边界明显;1.2/1.4/1.9 W组损伤区域较小,2.1 W组损伤区域明显较其他3组大.研究发现：不同激光功率下激光间质热疗对小鼠肝肿瘤均有治疗效果,2.1 W组效果明显;MRI对热疗损伤区域的变化情况有理想的评估价值.     

MR和DWI对腰椎间盘感染诊断价值的实验研究

目的利用新西兰白兔制作椎间盘感染模型,分析MR不同序列对椎间盘感染的诊断价值.方法新西兰白兔10只,通过穿刺针将0.3 m L金黄色葡萄球菌液注入到椎间盘内,制作椎间隙感染模型.实验动物分别在细菌种植前及后5,10,15,20,30 d进行磁共振T1WI,T2WI,T2脂肪抑制及DWI成像.实验动物分别在30 d扫描后取椎间盘病理并进行观察,分析磁共振成像各病例检出时间的差异.结果术后5 d,MR各序列并未发现感染灶,10 d T2脂肪抑制序列、DWI序列观察到感染灶,表明T2脂肪抑制、DWI序列对观察腰椎感染敏感,术后15 d各序列都能观察到感染灶,但各序列观察率比较有显著差异.结论 MR可以在椎间隙感染10~15 d观察到感染灶,尤其是T2脂肪抑制序列、DWI序列更敏感.     

Imaging mechanical shear waves induced by piezoelectric ceramics in magnetic resonance elastography

MRI is a noninvasive medical imaging modality for stimulating the development of medical diagnosis tech-nology. Scientists and engineers are now trying to extend the use of traditional MRI scanner to a wider field. The magnetic resonance elastography (MRE…     

基于奇异谱分析的校正磁共振图像非均匀场的新方法

提出一种基于奇异函数分析数学模型的校正磁共振图像非均匀场的新方法.首先将受非均匀场污染的图像低频分量移去,然后由较高频率的不受非均匀场污染的频率分量重构被移去的低频分量,进而重构无非均匀场的磁共振图像,最后估计非均匀场.该方法不需要组织密度参数模型,不用事先对图像进行预处理,完全不需要用户的参与.     

中场强磁共振机弥散加权成像诊断超急性期脑梗塞（附8例分析）

目的：评价中场强机MRI弥散加权像（DWI）用于诊断超急性期脑硬塞的价值。方法：8例发病时间在4-6h内的超急性期脑梗塞者接受了DWI检查,分析其图像特征及病灶检出率,所有患者同时进行了CT平扫与MR常规序列检查,并此后3d-1周内完成复查,作为影像学对比。结果：8例中通过DWI检出发病4-6h超急性期大脑中动脉梗塞4例,右背侧后丘脑伴同侧枕叶梗塞1例,双枕顶叶深部梗塞1例,脑干梗塞1例,左侧小脑半球梗塞1例,并通过随诊检查得以证实,其敏感性和特异性均为100%;同期MRI常规序列检出右侧大脑中动脉梗塞1例,另有1例不能确定诊断;同组中,CT未能检出该病灶。三者间存在显著性差异。结论：DWI在超急性期脑梗塞诊断中具有重要价值,是超急性期脑梗塞的首选检查方法。     

核磁共振技术在生物和医学上的应用

本文介绍了在生物和医学领域内应用核磁共振技术的历史，应用的主要方面，以及三种常用的自旋核，并指出了与传统的技术和ＣＴ成像相比，磁共振技术具有更多的优点．     

改进的同态滤波方法校正磁共振图像中偏差场

为提高磁共振图像的均匀性并减小不同生理组织的灰度交叠，针对磁共振图像中存在的光滑、缓慢变化的乘性偏差场，提出了改进的同态滤波校正方法。该方法将同态滤波和B样条平滑相结合，首先采用高斯同态滤波器对污染图像滤波，得到初步估计的偏差场；然后从中选出感兴趣区域用B样条拟合出平滑的偏差场。该方法能快速、有效地校正偏差场，同时去除了滤波后产生的边缘伪迹。在有偏差场的人头模型图像和计算机仿真的MRI图像的校正中，均取得了满意的结果。     

中场强MR化学位移技术在肾上腺腺瘤诊断中的应用

目的在于探讨中场强MR化学位移技术对肾上腺腺瘤的诊断价值。在材料和方法上回顾性收集肾上腺各类肿瘤13例，均使用化学位移及其它MR序列成像，并比较其成像效果，所有病例均经手术证实。其结果除直径超过5CM的较大病灶由于出血坏死等因素影响外，多数肾上腺腺瘤均表现为去相位信号均匀性减低，而其它病变无类似表现。可见中场强MR化学位移技术对于肾上腺腺瘤的诊断与鉴别诊断具有重要价值。     

联合局部和全局稀疏表示的磁共振图像重建方法

针对在压缩传感中独立使用全局或局部稀疏字典所分别导致的图像细节或整体图像结构信息的丢失,提出了一种联合利用局部和全局稀疏约束来捕捉磁共振图像细节和整体结构信息的磁共振图像重建算法。该算法首先从特定的磁共振图像中训练出稀疏字典,然后利用该字典进行局部稀疏编码。其次,利用预定义的全局字典来加强磁共振图像的全局稀疏性。最后,在局部和全局稀疏的共同约束下,利用非线性共轭梯度算法来对重建模型进行求解。整个重建过程可以重复迭代以逐步改善重建质量。实验结果表明:当下采样因子达到10时,相比于字典学习算法(dictionary learning MRI,DLMRI),提出的算法在重建质量上可以提高1-6dB。     

The design of the robot assisted magnetic resonance imaging guidance for minimally invasive surgery system

assisted Minimally lnvasive Surgery (MIS) is one of the rapidest developing directiorls in the current surgical reahn. Magnetic Resonance Imaging (MRI) is an optimal imaging modality which was applied in MIS in recent years. By combination of precise positioning to the target by intra-operative MRI guided surgery and dexterous motion by the robot, safe and smooth operation is expected to be peffurmed.An overview of the MR I-guided robotic system for MIS is offered. The design of the intra-operative MR scalmer system is described. The MR-compatible robotic system is carefully desigaled for safety and sterilization issues. This system unifies image information from open MRI, an optical endoscope and conventional vital-sign detectors. It helps and guides the surgeon and other medical staffs so they can make the right decisions. The high-performance manipulator can mimic the movement of the surgeon‘ s hand precisely. And the analysis for active and passive interventional surgical instrument tracking is provided.