肿瘤热疗超声无创监测技术研究进展

 肿瘤热疗是用加热方式杀死癌细胞,已成为肿瘤治疗的一种重要手段.肿瘤热疗分为传统热疗(41～45℃)和热消融治疗(>60℃).在肿瘤热疗中,对治疗区组织温度及热凝固区进行无创测控是保证热疗安全和提高疗效的关键,本文综述肿瘤热疗超声无创测温及热凝固区检测技术的研究进展.超声无创测温主要基于声速和热膨胀、超声衰减系数、背向散射能量、B 超图像纹理等参数的温度相关性.热凝固区超声检测主要基于超声组织定征技术,包括Nakagami 统计模型、超声衰减、超声背向散射积分、超声弹性成像、组织散射子平均间距、次谐波低频声发射等.提出了肿瘤热疗超声无创监测技术的未来发展方向,包括监测精度验证方法的研究、针对组织个体差异自适应调整参数的研究、减少组织运动干扰的方法研究、多维多参数监测方法研究、实时计算技术的研究及肿瘤热疗实验数据共享中心的建立.     

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.     

热疗的发展历程与展望

 热疗是一种历史悠久的疾病治疗方法,在中国和世界各地都有用热疗治愈疾病的历史记载.本文主要从技术、产品和临床3 个方面综合回顾了现代热疗的发展历程,分析了微波、射频、超声等热疗技术的进步和磁感应热疗等新型热疗技术的出现.分析表明,目前热疗已经发展到了一个新的高度,可以实现更高的治疗温度,温度控制更精确,副作用更小,疗效更好;在肿瘤治疗领域,热疗甚至有可能成为一种新的主流治疗手段,在一些常见的良性疾病治疗方面也将得到更广泛的应用.     

基于MCU和CPLD的热疗温度模糊控制系统

针对目前国内外各种热疗机存在的难于对膀胱肿瘤组织热疗温度进行在线监测与高精度控制的难题,本文提出了利用埋置在灌注三腔管头部内的微型温度传感器来实现对肿瘤组织温度的无损检测,采用模糊PID控制算法,设计了基于MCU和CPLD的温度控制装置来实现对膀胱肿瘤组织热疗温度的在线监测与智能控制.实验结果表明:提出的膀胱肿瘤组织热疗温度的实时监测与控制方法是可行的,研制的热疗温度监控系统运行可靠、操作使用方便,取得了较好的控制效果.     

计算机图形学在肿瘤热疗中的应用

热疗中热场（比吸收率和温度）分布形态是检验其装置优劣和能否获得较好疗效的主要依据,借助于计算机图形学,用模拟计算方法来预测热区的ＳＡＲ和温度分布,以研究并优选加热场形态,对指导热疗装置的研制和临床热疗方案的选择有重要的实际意义。本文仅以腔道肿瘤热疗和射频容性势疗为例,介绍计算机 形学在肿瘤势疗的势场分布研究中的应用。     

电容射频热疗中深部热场分布的仿真研究

深部热场控制是电容射频热和于深部治癌时尚未能有效解决的难点，本文研究了引入内部电极对电容射频热疗深部热场比吸收率（ＳＡＲ）和温度分布温度，模拟计算表明，引入内电极将显著改变深部热场分布，使８０％以上的ＳＡＲ集中于该电极周围，并使内电极附近成为温度最高的热点；调整内电极位置和加电方式可有效地控制深区ＳＡＲ的温度分布形态，可为深部肿瘤热疗析的加热方法。     

基于MCU和FPGA的热疗系统控温仪设计

针对目前国内外肿瘤灌注热疗技术应用中存在的温度的监测在线可控性差的问题,设计了一种用于膀胱肿瘤灌注热疗设备的温度实时监测控制系统,该系统结合FPGA和MCU技术联合开发,增强了系统的实时性和控制性.     

光纤光栅医疗多点温度监测系统的研究

热疗是一种新型治癌方法,其关键是组织内温度的测量。本文针对医疗行业的需要和热疗特点,采用先进的光纤传感技术研制开发了新型光纤光栅医疗多点温度监测系统,该传感系统包括光纤光栅医用温度传感器和光纤光栅多点温度监测仪,可对热疗过程中人体组织温度进行实时监测。测试结果表明该系统具有精度高、分辨率高、可靠性高、抗电磁干扰、传感器体积小等优点。     

室内沙疗室实验阶段气固耦合热环境的数值模拟

研究室内沙疗室实验阶段空气和沙体间热量传递规律。运用计算机流体力学(CFD)技术建立了室内沙疗室实验阶段三维热物理模型及数学模型,应用Fluent软件计算了沙疗室内气固耦合传热问题,数值模拟与实验验证了空气和沙体温度场的变化。结果表明模拟与实验中空气和沙体的温度场变化规律吻合良好;与吐鲁番沙疗场相对照,模拟得到了适宜室内进行沙疗的温度稳态层及其埋沙深度;通过单口热压自然通风使室内沙疗室的空气热环境具有一定的热舒适度。因而,室内沙疗室可提供沙疗所需温度且相对舒适的热环境,为进一步完善室内沙疗系统的设计提供理论和实践依据。     

热籽介导磁感应热疗稳态温度场仿真

热籽介导肿瘤磁感应热疗前,为确定有效治疗区域及防止正常组织热损伤,需要建立三维治疗模型,进行温度分布的数值计算。该文采用毫米级的铁磁热籽作为植入材料,对其升温和传热过程进行空间数学模型建立,使用有限体积法对生物传热方程进行求解,研究不同热籽排布状态下的三维温度稳态分布情况,且在此基础上针对不同血液灌注率下磁感应热疗的组织温度分布和有效热疗区域进行了分析。研究表明:不同热籽排布对治疗温度分布影响较大,选用合适的热籽排布方案可以保证磁感应热疗良好的适形性;此外,血液灌注率较大的生物组织会显著降低治疗温度分布,在术前计划制定时应当综合考虑。该文结果对于制定合理的磁感应热疗术前计划、预测靶区热籽空间排布和有效治疗区域具有一定参考意义。     

高TC超导体的涡旋相结构与超声衰减关系研究

根据Fisher的超导涡旋玻璃相理论,提出了高温超导体混合态超声衰减的涡旋形态模型．论述了高温超导体混合态复杂的相结构,给出了各向异性高温超导体的混合态相图．概括出超声衰减两种类型：钟型(衰减较缓慢)与λ型(衰减较迅速),并且揭示相应的相结构及其特点．同时指出：在温度比超导临界温度低的情况下Pankert超声波与涡旋线相互钉扎机制较为适用,在温度较超导临界温度高的情况,涡旋线相变模型较为适用．     

空化及其在杀菌中的应用

空化是一种非常复杂的现象,空化能够产生极高的瞬时压强与温度,从而能够带来众多的应用,但超声空化用于杀菌却仅仅停留在实验室研究阶段,超声杀菌的处理量是比较少的。描述了超声及水力空化杀菌机理,进行了不同条件下超声和水力空化杀菌实验。结果表明,超声空化与水力空化都有很好的杀菌效果,水力空化的处理量要比超声空化处理量大。     

超声波热量表的系统原理与系统结构

超声波热量表是通过超声波的方法测量流量及显示水流经热交换系统所释放或吸收热能量的仪表。通过对两个物理量——流经表的水流量和进出口的温度差异进行的计算,表明超声波热量表与过去通用的水表、电表相比具有更高的技术性能和更精确的测量结果。如今超声波热量表在许多工厂和住房供暖系统中得到了成功的应用。介绍了超声波热量表的系统原理和系统结构。     

超声红外热像检测中缺陷发热的瞬态温度场的有限元分析

在超声红外热像技术中，高能量的超声波能使各种材料中的缺陷发热，通过红外热像仪监视样品的温度变化，可以观察到缺陷区在超声激发过程中温度异常升高，从而实现对样品的检测．利用有限元数值计算方法，对脉冲超声波在缺陷(裂纹)处激发的热源引起的瞬态温度场进行分析，计算结果与实验结果很好吻合，从而证明了超声波在缺陷处导致发热是一个平稳的物理过程，且超声红外热像技术对样品的检测是一个无损检测过程．还对材料热学参数与超声激发过程中缺陷中心温度的关系进行了数值分析，为利用红外热像研究材料的各种性质提供了参考依据．     

一种新型太阳能电池菁染料光敏剂的合成及其性能研究

设计合成了Cy3菁染料太阳能电池光敏剂,其结构特点是分子中吲哚环氮原子上的取代基为对羧苄基。本文通过自行合成的染料中间体N-对羧苄基-2,3,3-三甲基-3H-吲哚啉-5-磺酸钾在超声波作用下与原甲酸三乙酯缩合制备得到了该染料。结果表明,超声波法具有反应时间短、温度低和收率高等优点;探讨了3种洗脱剂对产品的柱分离效果,其中异丙醇∶水=5∶1效果最佳;分析测试了Cy3菁染料的光谱性能,在水溶液中Cy3的最大紫外-可见吸收波长为551 nm,最大荧光发射波长为565 nm;与其相比,在-环糊精水溶液中,最大吸收和荧光发射波长不变,荧光发射强度有所增加。     

超声红外热像技术及其在无损检测中的应用

在超声技术和红外热像技术的基础上，建立了混合型的超声红外热像系统，并利用超声红外热像技术检测材料(试样)的缺陷(裂纹)和残余应力等不均匀结构．当超声波脉冲发射到样品中时，声能在样品中衰减而转化为热能，样品内部及表面的温度会升高．一般情况下，在缺陷或不均匀的区域声衰减更显，引起的温度变化更大，而温度的差别可以用红外热像仪来观察和记录．因此可以很灵敏和迅速地对缺陷或结构和应力不均匀的区域进行检测．     

利用超声波和温度梯度测量金属内部应力的新方法

在定量无损检测的研究中,K.Salama证明了超声速对温度的导数与金属内部应力之间存在一种线性关系。基于这种关系,通过稳态测量可以确定金属内部的应力值。本文进一步研究了随时间变化的温度梯度及超声速的变化对金属内部应力场的混合效应,并在此基础上提出金属内残余应力分布的动态检测方法。     

超声波在原油中的吸收衰减

从声学的角度,利用旋转粘度仪等设备,采用脉冲透射插入取代法,在一定温度范围内将超声技术用于胜利、辽河两油田所产不同油品中,对其粘度、声速及吸收衰减等参数进行了系统的研究.给出了相应的粘度-温度、声衰减系数-声波频率、声速-温度以及声速方次-温度等拟合曲线、公式和声衰减修正公式.实验表明随着温度升高,以上相关参数均呈下降趋势.     

蓝宝石超声温度传感器初步研究

超声测温比传统的测温方法快速,精确,测温范围广,尤其可以在高温和恶劣的环境中进行测量。本文将蓝宝石作为超声温度传感器的敏感元件,针对超声探头、敏感元件尺寸及区截进行研究,初步设计出蓝宝石超声温度传感器模型,并用钨铼热电偶在高温炉中进行标定,得到蓝宝石超声温度传感器声速随温度的变化曲线。为超声温度传感器在高温环境中的测量奠定了理论基础。     

超声波降解水中有机污染物技术

超声波技术广泛应用于医疗诊断、清洗、探伤、加工、无损检测、污水处理等领域,为了给超声波污水处理试验以及实际应用时选取合适的频率、声强、温度等环境提供理论依据,对超声波空化降解机理做了研究,从理论上分析了声强、频率、温度等因素对降解效果的影响,阐述了超声波技术在废水处理领域的研究现状和进展,并对今后这方面的研究予以展望.