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.     

高强度聚焦超声的剂量学研究进展

 高强度聚焦超声（HIFU）技术是一种新型的物理治疗方法,它的诞生符合医学治疗从有创到微创甚至无创的发展理念。剂量-生物学效应关系是HIFU技术的重点和难点,也是该技术临床应用推广的关键之一。针对这一事实,本文介绍了HIFU技术的治疗原理,HIFU治疗系统的基本构成、核心技术,以及HIFU技术的特点,特别指出了热效应、机械效应和空化效应等损伤机制。在此背景下,评估了国内外在HIFU剂量学方面的研究态势,重点讨论HIFU量效关系和治疗头频率、声功率、辐照时间、治疗方式、治疗深度及组织生物学特性和声学环境之间的联系。阐述了目前剂量学研究的三大问题：HIFU的监控系统、声通道、HIFU量效关系的“双重标准”,提出推动HIFU剂量学甚至整个技术发展的建议。随着HIFU技术的不断完善和发展,其治疗效率高、安全性强、无创性切除、实时监控等特点将更加突出,必将在未来的医学领域占据越来越重要的地位。     

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.     

HIFU焦域的温度分布模拟及其疗效分析

高强度聚焦超声(HIFU)是一种非侵入性、对正常组织无损伤且不易引起癌细胞转移的肿瘤治疗手段,对其治疗过程中的疗效以及肿瘤周围正常组织破坏情况的监测是实现HIFU治疗剂量精准控制的关键.本文首先从HIFU局部组织加热出发,建立了HIFU治疗系统模型,利用有限元数值模拟了HIFU焦域的声场以及温度场分布,并研究了换能器参数、超声功率、治疗时间对焦域温度分布的影响.结果表明,随着治疗时间的增长,焦点温度上升,逐渐形成椭球状的焦域;在达到治疗疗效时,即焦域径向±0.4 mm椭球范围内的组织温度达到了343 K(70℃)时,随着换能器结构系数(半径/焦距)的减小,所需要的治疗时间增长,所形成的焦域不断扩大,其轴向宽度与径向宽度比值增大,焦域变得细长,焦点处的温度逐渐降低.本研究对已知结构系数的聚焦换能器的焦域温度场仿真,可以为HIFU治疗中的温度估计和监控提供新方法,也可为疗效评估和剂量控制提供新技术.     

高强度聚焦超声治疗晚期胰腺癌近期疗效评价

目的探讨高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)治疗晚期胰腺癌的安全性及有效性.方法19例晚期胰腺癌患者共接受121次(平均6.4次)HIFU治疗.观察患者生命体征、重要器官功能、影像学检查(CT或MRI等)、并发症和肿瘤转归的情况.结果临床受益反应率达71.2%;除1例患者接受HIFU治疗后5个月出现阻塞性黄疸外,未见其他副作用;部分患者的MRI检查显示HIFU治疗区内组织呈凝固性坏死表现.结论HIFU治疗期胰腺癌能取得一定的疗效,治疗安全性相对较高,值得临床进一步观察研究.     

高强度聚焦超声治疗晚期胰腺癌近期疗效评价

目的探讨高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)治疗晚期胰腺癌的安全性及有效性.方法19例晚期胰腺癌患者共接受121次(平均6.4次)HIFU治疗.观察患者生命体征、重要器官功能、影像学检查(CT或MRI等)、并发症和肿瘤转归的情况.结果临床受益反应率达71.2%;除1例患者接受HIFU治疗后5个月出现阻塞性黄疸外,未见其他副作用;部分患者的MRI检查显示HIFU治疗区内组织呈凝固性坏死表现.结论HIFU治疗期胰腺癌能取得一定的疗效,治疗安全性相对较高,值得临床进一步观察研究.     

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.     

高强度聚焦超声技术的作用机理研究

高强度聚焦超声（HIFU）技术起源于二十世纪四十年代,由于其无损、快捷的作用于病灶部位,使病变组织瞬间凝固坏死,因此,相比传统的医学治疗手段,具有深远的医学应用价值。却由于当时缺乏成熟的定位和成像技术而停止不前。直到最近二十年,随着精确定位和成像技术快速发展,HIFU技术潜在的各种优点以及不足之处,不断呈现于世人面前。本文就目前国际上对HIFU技术的研究和医学中的应用作一概述。     

高强度聚焦超声在治疗癌症中的应用

综述了高强度聚焦超声（HIFU）治疗肿瘤技术的研究进展，并分析了该技术近年来在临床上的应用。资料表明，高强度聚焦超声治疗肿瘤在临床上是可行的，因而是一项有应用前景的肿瘤治疗新技术。     

放射治疗联合高能超声聚焦治疗颈淋巴结转移癌初步研究

目的探讨放疗联合高能超声聚焦[high intensity focused ultrasound(HIFU)]治疗颈部淋巴结转移癌的近期疗效及副反应.方法46例颈部淋巴结转移癌随机分为热放组和单放组,两组均给予常规根治剂量放疗,DT50 Gy后开始热疗,同时观察副反应,治疗结束后3个月,观察淋巴结消退情况.结果热放组淋巴结CR率为78.26%(18/23),明显高于单放组47.82%(11/23),统计分析差异有显著性(p＜0.05).两组副反应发生率热放组较低,但组间分析无差异(p＞0.05).结论放疗联合HIFU治疗颈部淋巴结转移癌能提高局部控制率,且安全、无创.     

Relationship between the exposure dose of high intensity focused ultrasound and the heated necrosis element

Heated necrosis element of tissues is the basis for treating tumor by high intensity focused ultrasound (HIFU), so study on the relationship between the HIFU exposure dose and the heated necrosis element of tissues is of great significance for both HIFU clinical applications and basic research. Using Pennes and Rayleigh formulae the relationship between the exposure dose of an annular focused transducer and the heated necrosis element (I.e. Biological focused region) in a bovine liver in vitro at a depth of 2 cm is simulated in an exposure dose range with radiation sound intensity of 7000～25400 W/cm2 and exposure time of 0～20 s. The theoretical results appear to be in quite good agreement with the experimental ones. It is shown that on the basis of existing theories the heated necrosis element produced by HIFU exposure can be predicted. The deviation of the theory from the experiments under higher exposure dose has also been discussed.     

高强度聚焦超声治疗子宫腺肌瘤30例临床分析

目的：评价高强度聚焦超声（HIFU）治疗子宫腺肌瘤的疗效及安全性。方法：选择不愿意手术的已生育且有临床症状的患者作为治疗对象,在超声实时监控下,应用高强度聚焦超声肿瘤治疗机治疗30例,定期随访观察患者临床症状、体征及瘤体的超声影像变化。结果：经HIFU治疗后的30例子宫腺肌瘤患者有效率达93．3％以上,无效率6．7％。结论：高强度聚焦超声治疗子宫腺肌瘤安全有效,可作为一种无创伤治疗子宫腺肌瘤的新方法。     

腹腔镜肝癌切除术16例临床分析

目的介绍采用HIFU及Endo-GIA成功行16例肝癌切除手术的经验与体会.方法选择左半肝及右肝浅表癌肿患者,肝功能Child分级A级15例,B级1例,采用超声刀(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)及腹腔镜切割吻合器Endo-GIA行16例肝恶性肿瘤切除手术.结果 15例患者顺利完成行腹腔镜肝癌切除,1例因出血改为开腹手术.左肝局部切除4例,左半肝切除1例,左外叶切除8例,肝右叶局部切除3例.手术时间80~220 min,平均105 min.术中出血量90~1 000 m L,平均300 m L.病灶直径2~6.5 cm,平均4.5 cm,术后无并发症发生.结论对肝脏浅表肿瘤或左半肝的恶性肿瘤患者行HIFU及Endo-GIA腹腔镜肝癌切除术是可行和安全的.     

多焦点超声相控阵控制模式的优化及仿真

研究高强度聚焦超声热疗场的声场模式,采用了基于伪逆矩阵的声场合成算法直接形成了多焦点的控制模式,为焦域控制提供了新思路。利用声场快速算法对13×13二维面阵的多焦点直接合成声场模式进行计算机仿真,结果表明了多焦点虽然拓展了焦域大大降低了焦点处的声强;基于此模式采用遗传算法工具箱优化了多焦点模式的声场增益,使得声强最大限度的集中在目标体积内;用遗传算法对声场的模式控制的仿真研究表明,能达到声场控制模式优化的目标。     

21世纪癌症治疗新方法——阳子线治疗法

阳子线治疗是一种在不损害正常细胞的情况下能有效杀死癌细胞的放射线治疗新技术,它可以治疗多种常规疗法难以控制的癌症,治愈率极高,并可大大提高患者的生活及生命质量.阐述了阳子线在癌症治疗中的优势,说明了应用阳子线治疗各种对应癌症的方法,最后介绍了阳子线技术及设备.     

包埋固定化间歇式生物工艺处理生活污水

将包埋固定化技术应用到间歇式生物处理工艺中，形成包埋固定化SBR反应器（间歇式反应器），通过与普通活性污泥法SBR反应器处理生活污水效果的对比试验，研究了该工艺实际应用的优越性。试验结果表明，前者达到最大COD去除率的反应时间比后者缩短了2h，抗进水COD冲击负荷能力提高约50％，稳定运行时对LAS的去除效果高出约30％，并有很强的抗LAS毒害的能力。     

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。     

光纤水听器测量聚焦换能器声压和温度分布

为了解决人体中高强度聚焦超声(HIFU)焦点处的温度场分布检测的难题，给出了从声压分布入手探测温度场分布问题的新方法。通过搭建光纤水听器自动扫描系统，利用光纤水听器同时测量仿组织材料（TMM）样本中焦斑区域的声场和温度的分布，探究声压和温度在人体组织中的分布关系。通过实验得出，声压最大处和温度场最高处坐标同为(0 mm,0 mm)；-3 dB和-6 dB声束宽度：声压为2.4 mm、3.22 mm，温度为2.44 mm、2.98 mm。实验结果表明，声压和温度的最大值高度重合；仿组织材料样本中超声焦点处的横切面温度分布要比声压分布陡峭，即相比声压分布，温度场的能量分布更加集中，焦点半径更小。     

B超图像边缘检测的算法分析及其C++Builder实现

分析了边缘检测的原理,对几种常见的边缘检测算法进行了分析比较。结果表明:Sobel、Prewitt和拉普拉斯算子对噪声敏感,Hough变换适合全局检测,而高斯-拉普拉斯算子(LoG)的平均值是零,它与图像的卷积不会改变图像的整体动态范围,从而选出最优算子LoG算子。基于C Builder6．0实现了一个边缘检测处理软件,本软件主要是针对B超图像进行边缘检测,在HIFU治疗中为肿瘤的精确定位提供了依据。