一种用于肿瘤热疗的温度监测和功率选择方法

采用Green函数法,获得了对具有任意空间热源项的Pennes生物传热方程的解析解,并给出基于肿瘤杀伤温度及皮表烧伤极限要求而优化热疗参数的措施.从临床实用性出发,给出利用体表温度信息监测体内温度场的关系式.对各种参数的影响研究表明了实现优化加热的可行性.该方法有助于建立无损的肿瘤热疗系统.     

肿瘤热疗中探针加热下组织温度场演化规律的研究

研究了肿瘤热疗中实施组织温度场预示、优化加热及功率调节一体化的问题。基于新近建立的生物传热热波方程,采用双倒易边界元方法,对在一定加热方式下生物组织内的热量传递规律进行了考察。对传统Ｐｅｎｎｅｓ方程和生物传热热波方程的对比研究发现,在针对真实热疗过程中由于调节加热功率而导致的温度场演化进行模拟时,两类方程的预示结果存在明显差别,这提示了在预测和控制生物体内微小温度时所采用的精细模型应是理论基础更为严密的生物传热热波方程,且在瞬变加热作用下尤为关键。文章还研究了血液灌注率在组织温度场发生改变中的作用及其生理学意义。这些研究为建立实用的肿瘤热疗仪器打下了一定的基础。     

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.     

基于电磁加热效应的恶性肿瘤治疗

介绍了常规恶性肿瘤的治疗方法及其特点,重点阐述了肿瘤热疗的原理和现有的热疗方法。肿瘤热疗的核心问题是在有机体内定点、定域和可控地造成温度场(即只在恶性肿瘤范围内加热,不损伤周边正常组织),温度场对肿瘤组织的作用是宏观的,热力学的,在温度场内的所有细胞均受到作用。现有的肿瘤热疗方法难以做到定点定域加热。借鉴工业电磁加热技术,重点探讨了通过电磁加热效应实现定点定域,从而用于恶性肿瘤治疗的可行性和治疗技术路线。     

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。     

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.     

肿瘤磁感应治疗计划系统适形热疗方法

磁感应热疗在临床实施时,需要达到适形杀灭肿瘤和保护正常组织的治疗目标,因此要求在术前治疗计划系统中对靶区的温度分布情况进行数值模拟,以指导医生制定合适的治疗计划,确保治疗的安全性和有效性。该文基于VTK/ITK等医学影像开源算法工具包,采用医学CT影像3维重建数据场信息,对磁感应热疗过程中治疗区域内的肿瘤及其周围组织进行可视化和适形分割,以确立治疗靶区和植入热籽;基于电磁学和生物传热学的理论方法,以及肿瘤内的适形热籽排布方案,对治疗时热籽磁热效应产生的能量场分布和热量扩散形成的温度场分布进行理论建模和仿真;并将适形热疗方法实际应用于肿瘤磁感应热疗计划系统中。结果表明:磁感应治疗计划系统的适形热疗方法可以辅助医生直观地分割肿瘤和组织器官,进而准确计算靶区的温度场分布,制定合理的适形热疗计划。     

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.     

细胞内磁热疗研究概述

热疗即加热疗法,是指通过升高肿瘤温度,利用热能杀灭癌细胞和肿瘤组织的一种物理疗法．通过在磁性纳米粒子表面进行各种修饰,提高磁性纳米粒子进入肿瘤细胞的效率及选择性,在体外交变磁场的作用下促使进入细胞内的纳米磁性粒子产热而杀伤肿瘤细胞,这种方法称为细胞内磁热疗．作者就肿瘤细胞内磁热疗的研究进展作一综述．     

室内沙疗室沙体热场均匀化分布的加热设计

室内沙疗室沙体温度分布不均会不利于沙疗进行.为找出使沙体较均匀热场分布的加热设计,依据吐鲁番实地情况设计了"仿太阳光"的单面加热和"仿太阳光及地温"的双面加热两种方法,运用CFD技术建立了室内沙疗室加热过程的三维热物理模型,数值模拟并实验验证了其热场分布.结果表明:测点处的温度模拟值与实验值吻合良好,能很好地反映空气和沙体的热场分布规律;相比单面加热,双面加热达到沙疗温度的时间降低了一半,沙体各层的温差更小,热场分布更均匀;加热后可治疗沙层区间的长度关系为:双面约为15cm吐鲁番实地为10cm单面约为5cm.可见双面加热设计更利于室内人工维医沙疗进行,为进一步完善室内沙疗系统及深入研究室内沙疗的最佳热疗效应奠定基础.     

肿瘤主动靶向磁性纳米粒子研究现状及其在肿瘤热疗中的应用

 磁性纳米粒子已广泛应用于肿瘤的成像和治疗,但限制其临床应用的重大障碍是纳米粒子在肿瘤部位不能达到足够的浓度。主动靶向磁性纳米粒子是磁性纳米粒子表面偶联特定的靶向配体,靶向性结合特定的肿瘤细胞。靶向配体的选择是提高主动靶向性的关键。主动靶向性提高了磁性纳米粒子在肿瘤组织内的浓度,减少对正常组织的毒性,从而使其在肿瘤成像与治疗成为可能。磁感应热疗利用磁介质在外加交变磁场的作用下感应发热,是一种新型的具有前景的肿瘤治疗手段。依靠磁性纳米粒子主动靶向性,磁感应热疗将更好地实现细胞内热疗,提高肿瘤治疗的疗效。     

什么样的图书馆能满足科研工作的信息需求

本期第72—76页刊登的“长期热环境中肿瘤生长与熵的关系研究”一文从能量角度,结合长期热疗动物实验研究结果,对肿瘤在加热条件下．组织内热量、熵的变化与肿瘤生长规律之间的对应关系进行理论分析。进一步的动物实验将有助于建立肿瘤和熵相互关系的模型,对研究肿瘤生长与环境的相互关系和新型能量治疗方案有着重要作用。     

激光诱导间质热疗中血流冷却效应的模拟

为研究激光诱导间质热疗过程中血管冷却对于生物组织内温度场和损伤度的影响,建立了包含单根血管的双层模型。由M on te C arlo模拟方法得到组织内的激光能量分布,采用有限差分法求解Pennes生物传热方程和血流换热能量方程得到组织内温度场,通过A rrhen ius速率过程方程得到组织损伤度。利用此模型,比较研究了不同血管情况下组织的温度场和损伤度。模拟结果表明,血管直径及血流速度是影响热疗中血管附近组织温度场和损伤度的重要因素。在模拟的5W功率条件下,当血管直径大于1mm时,如果仍采用与无血管情况下相同的治疗方案将可能导致无法完全杀死肿瘤而使热疗失去疗效。     

磁感应热疗联合内放疗的新型肿瘤治疗技术

 磁感应热疗是一种融合了生物技术、新材料的新型热疗方法,它利用铁磁性物质可在交变磁场下感应升温的物理特性,将毫米级(合金热籽)、微纳米级(磁流体)的铁磁性物质植入到肿瘤组织内进行热疗.磁感应热疗具有靶向性强、升温可控、诊断和治疗同步化等诸多优点,给人类治疗肿瘤带来了新的希望和契机.     

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。     

磁感应热疗恶性肿瘤技术研究进展

 磁感应热疗恶性肿瘤是一种基于交变磁场辐照磁介质并通过磁感应产热杀死肿瘤病变组织的新兴技术。20世纪60年代,磁感应热疗技术兴起,围绕提高热疗效果、开发兼具多重疗效的磁性介质和优化温度场分布,开展了大量研究工作,取得了显著效果。本文总结了铁磁热籽、磁流体、磁性脂质体、磁性微晶玻璃、磁性骨水泥等的实验研究与临床应用近期进展,指出进一步提高疗效、优化治疗区热场分布中存在的问题。     

认知无线网络频谱协作感知能耗与吞吐量的凸优化研究

针对认知无线电(cognitive radio,CR)双门限频谱协作感知能量效率与吞吐量优化的问题,提出了利用凸优化理论使能量效率与网络吞吐量达到最优平衡.在能耗一定条件下推导吞吐量关于虚警率与检测率等参数的目标方程;然后,对虚警率和检测率作合理约束,利用凸优化理论对吞吐量方程分析,推导出最优化目标函数的服从条件在一定范围内,关于感知时间与较大门限值满足联合凸或分别凸,吞吐量目标函数的变形在一定范围内,关于感知时间与较大门限值满足联合凸或分别凸;最后,利用凸优化工具获得感知时间与感知门限的最优值.理论分析和仿真结果表明,在能耗一定条件下,对于较为广泛的信噪比区间,该优化方案均可明显提高网络吞吐量及双门限认知无线电频谱协作感知的能量效率.     

基于神经网络和遗传算法优化室内热舒适控制参数

为了改善室内办公场所的热舒适环境和减少能源消耗,应用计算流体力学(CFD)软件建立实验室研究模型,通过CFD实验模型数据训练人工神经网络,并用神经网络模型代替CFD模型.建立遗传算法目标函数,通过调整权重得到不同的优化结果.在保证精度的情况下减少遗传算法的计算量,最终得到室内控制参数的最优解.与直接在CFD模型上应用遗传算法相比,明显减少了计算量.通过修改室内空调送风口的布局和空调控制参数,使室内大部分工作人员获得满意的舒适度.实验结果表明,所选择的目标函数以及优化方法可以使室内工作环境的舒适度得到较大改善,并达到了节能的目的.     

磁流体靶向热疗对小鼠胰腺癌的作用

 为探讨磁流体靶向热疗对小鼠胰腺癌的体外和动物治疗作用,利用前期建株的小鼠胰腺腺泡细胞癌株(MPC-83)分别进行体外热疗和动物实验.对MPC-83 进行水浴热疗,分别调热疗温度为37、42、46、50℃,作用30 min,显微镜观察细胞形态变化,流式细胞仪检测凋亡和坏死细胞百分比.选择4 周龄雌性昆明种小鼠,建立MPC-83 胰腺癌皮下肿瘤模型,观察磁流体热疗(46℃和50℃)对荷瘤小鼠的作用及其病理学变化.流式细胞仪检测46℃和50℃热疗细胞凋亡和坏死百分比分别为46.13%、89.33%,与对照组比较,差异具有统计学意义(P<0.05).热疗后第14 天,46℃和50℃热疗组肿瘤生长率分别为-0.64±0.73和-0.72±0.79,与3 个对照组比较,肿瘤生长受到明显抑制(P<0.05).病理学检查示磁流体对照组,在注射磁流体24 h 可见散在的磁性纳米微粒在一定范围内分布于肿瘤细胞之间,部分肿瘤细胞和吞噬细胞吞噬了磁性纳米微粒.热疗14 d 肿瘤完全消失的小鼠皮下组织未见肿瘤细胞,可见皮下残存磁性纳米微粒,被吞噬细胞吞噬.各对照组小鼠瘤体生长旺盛,细胞核浓染分裂,可见病理性核分裂像.磁流体靶向热疗可以达到杀伤胰腺癌细胞的理想温度,能有效抑制MPC-83 胰腺癌生长,延长小鼠生存期.