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.     

生物组织冻结相变过程的数值模拟

建立了生物组织(含正常生物组织和肿瘤)冻结过程的传热模型.生物组织作为一种多孔介质,其相变发生在一个温度范围内,且存在一个固相与液相共存的糊状过渡区.采用显热容法模拟了生物组织冻结过程中的传热和冰晶增长过程.模拟结果显示,在冻结过程中,冷刀的初始温度越低,冷刀的降温速率越快,生物组织内温度下降和冰晶增长的速率越快.结果还表明组织中液相流动会增加生物组织内传热和冰晶生长的速度.计算结果为冷刀设计和冷冻外科手术提供了理论依据.     

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.     

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。     

AM ultrasound-modulated optical tomography with realtime FFT

We report on a novel ultrasound-modulated optical tomographic technique applied in dense tissue-simulating turbid media. A 1 MHz ultrasound beam is focused into the media to modulate and tag the scattering laser light passing through the ultrasonic focused zone. A 10 kHz sinusoidal wave, as a detection wave, is carried by the ultrasound beam through amplitude-modulation (AM). The scattering photons that come from the focused zone carry the modulated information, received by detector and demodulated by real-time fast Fourier transform (FFT). The optical tomographic images of the tissue simulating media and buried object are reconstructed with AM spectral intensity. This method can be applied to imaging three-dimensional tissue structures with different optical parameters. For the first time, we obtained the tomography of buried objects in biological tissue phantoms with a detecting depth of 30 mm.     

基于时频分析的反射超声无损测温新方法

为适应超声加热治癌中控温的需求,提出了一种无损测温法．基于维格纳分布函数（ＷＤＦ）的时频图分析,导出分层介质目标中相邻层上回波脉冲频谱幅度之比与相邻层声速差之间的关系．设以正态函数描述肿瘤升温后的声速分布,解得声聚焦点邻区内沿层面法线方向上的温度分布．计算结果与实测结果吻合良好．     

弥散加权磁共振成像技术在恶性肿瘤早期疗效评价及N分期的应用

 近10 年来,功能磁共振成像被广泛应用于研究恶性肿瘤治疗疗效早期评价以及良恶性淋巴结的鉴别.弥散加权磁共振成像(diffusion weighted imaging,DWI)技术是功能磁共振成像的一种,是目前唯一应用于临床的可测量人体内水分子扩散运动的方法.它通过测量活体组织内的水分子弥散运动,从而为早期评价患者对治疗的反应、良恶性淋巴结的鉴别提供重要信息.本文综述了功能磁共振尤其是弥散加权磁共振成像在恶性肿瘤早期疗效评价及淋巴结良恶性鉴别的研究进展,认为弥散加权磁共振成像技术作为一种无创性的功能成像检查方法,通过其高分辨率以及功能成像的特点在以上两方面已经显示出较PET/CT 更大的优势,具有相当大的发展前景.     

生物组织光传播的理论研究

从光的传输理论出发,利用漫射近似方程,推导出当无限细脉冲光及连续光束垂直入射到生物组织表面时,生物组织表面漫反射光随空间及时间变化的解析表达式。详细分析了组织光学特性参数与组织表面漫反射挑分布之间的关系,为生物组织光学特性参数的无损测量提供了理论根据。     

导管超声辐照犬心肌组织的生物效应

探索导管超声在活体犬心腔内辐照心肌的可行性,及辐照后对心肌组织、细胞的生物效应.研制超声辐照导管在X线影像引导下经介入法进入活体犬左心室腔,在心腔内以频率4.3 MHz、声能1w/cm2的超声照射心肌1 min;即刻观察超声照射后血流动力学、心肌组织和细胞病理形态、超微结构的变化.导管超声辐照后光镜见心肌轻微充血,电镜发现线粒体普遍轻微肿胀,毛细血管内皮细胞间隙增宽,肌浆网扩张;血流动力学检测则显示有心肌收缩增强的趋势.超声辐照导管在心腔内辐照活体心肌安全可行,具有增加细胞膜及毛细血管通透性等生物效应、并且未产生毒副效应.     

Temperature monitoring and heating optimization in cancer hyperthermia

A closed form analytical solution to the Pennes' equation with random heating was obtained using the Green s function method. To meet the requirements for the tumor killing temperature and the skin bum threshold, an approach to optimize the cancer hyperthermia parameters was proposed. For clinical practices, a solution to reveal the relationship between skin surface temperature and the transient temperature inside the tissue was obtained. Parametric study shows the feasibility of the heating optimization. The present approach can be incorporated in the apparatus to es¬tablish a noninvasive hyperthermia system.     

肌氧含量的光电无损检测及其在运动训练中的应用

介绍了动脉血氧和肌氧饱和度的概念。从光与组织之间相互作用的内在机理出发，给出了无损光电监测组织中氧含量的基本原理和方法，并推导了计算公式。对运动员在训练过程中肌肉氧代谢能力进行了实时连续无损检测和评估，随着运动状态的改变，明显看到了肌氧含量的变化。测试结果表明，运动员在运动训练过程中及训练后恢复期的氧消耗和恢复与运动强度明显相关。这对于进一步评定训练效果，掌握训练强度，判断疲劳以及运动员选材的深入研究提供了重要的参考价值。     

苹果片超声波预干燥传质过程试验研究

对超声波作用下苹果片预干燥过程进行了试验研究,分析了超声声强对样品预干燥速率的影响.建立了超声波预干燥过程的数学模型,模型中引入修正系数γ来反映超声波对样品内部水分扩散系数的影响.结合试验中所得样品含水率数据,计算出不同超声强度对应的修正系数,并拟合出修正系数与超声强度的关系曲线.研究结果表明,超声波有效强化了苹果片的...     

化学混凝法处理采油废水的研究

采用化学混凝法对陕北某原油处理厂采油废水进行处理。选用三氯化铁作为混凝剂,研究了FeCl3投加量、温度、pH等因素对废水COD去除率的影响,采用正交实验方法确定了最佳处理条件为:常温条件,废水的pH为8,FeCl3浓度为25 mg/L,PAM浓度为0.75 mg/L,250 r/min的搅拌速度下,快速搅拌2 min,30 r/min的搅拌速度下,慢速搅拌5 min,静置30 min。此时,废水COD由3815 mg/L降到1034 mg/L,去除率为72.9%。     

聚焦超声消融肝癌时大血管位置对热场分布的影响

采用有限元方法研究了聚焦超声消融肝脏肿瘤时，大血管存在于肿瘤附近不同位置对温度分布以及热剂量分布的影响．建立基于大血管对流效应的生物传热模型，基于不同的加热方案进行3-D温度瞬态仿真．仿真针对四种情况进行计算：模型中无血管，血管分别距离肿瘤1mm、2mm、3mm．仿真结果表明使用聚焦超声进行快速加热可以使能量集中在目标治疗区域．但是当肿瘤组织的近距离内（1mm）存在大血管且加热时间较长时（〉2s），肿瘤组织靠近血管的边界部分仍然会受到大血管冷却效应的影响，这种影响会导致肿瘤治疗不彻底．当肿瘤距离大血管3ram以上时，大血管在聚焦超声治疗中的冷却效应不再明显．     

Computed tomography of the acoustic nonlinearity parameter B／A for biological tissues via difference frequency wave from a parametric array in reflection mode

Based on the finite amplitude insert-substitution method, a novel technique to reconstruct the acoustic nonlinear parameter B/A tomography for biological tissues in reflection mode via the difference frequency wave generated by a parametric array is developed in this paper. An experimental system is established, and the beam pattern of the difference frequency wave is measured and compared with that excited directly from a transmitter at the same frequency. B/A tomography for several biological tissues including normal and pathological tissues, is experimentally obtained with satisfying quality. Results indicate that B/A imaging using this mode may become a novel modality in ultrasonic diagnosis.     

一种测量组织光学特性的新方法：超快时间分辨漫反射法

从时域中的漫射理论出发，推导获得光在组织中传输的特性参数方程，应用超快时间分辨漫反射法测量的漫反射率曲线Ｒ（ρ，ｔ）可以得到μｓ＇和μａ该方法可望在临床上无损、快速、实时地测量活体组织光学特性，具有广泛的应用前景。     

Investigating different bio-responses of the upper ocean to Typhoon Haitang using Argo and satellite data

The responses of the upper ocean to Typhoon Haitang in July 2005 are investigated using Argo float and multiplatform satellite data. The results show decreasing sea surface temperature （SST）, a deepening of the mixed layer depth （MLD）, and enhanced Chloro- phyll-a （Chl-a） concentration. Two extreme cool regions are identified. While the magnitude of SST cooling in the two regions is similar, the biological response （Chl- a enhancement） differs. To facilitate comparisons, the region to the northeast of Taiwan is defined as region A and the region east of Taiwan as region B. Ekman pumping and the intrusion of the Kuroshio play an important role in the enhancement of Chl-a in region A. Cold eddies provide the material source for the forma- tion of the cold center in region B, where mixing is dominant. Because of the relatively high translation speed （5 m/s） in region B, Ekman pumping has little influence on the cooling and Chl-a enhancement pro- cesses. Moreover, the MLD is shallower than the nutri- cline, which means that mixing does not result in a marked increase in nutrients in the euphotic layer （where the nutrient concentration is uniformly depleted）. Sea temperatures, in contrast, gradually decrease with depth below the bottom of the mixed layer. In contrast toregion A, region B showed no significant enhancement of Chl-a but strong SST cooling.     

用相干光场相位检测法确定生物组织模型的非均匀性

研究光在混浊介质或生物组织内传播的光场分布的变化,可以间接地获得介质的散射和吸收特性以及介质内部结构变化的有用信息。文章给出了一种描述光在均匀散射介质中传播的光场分布的理论和计算机仿真。在此基础上,通过结合组织近红外光谱学技术（ＮＩＲＳ）与现代激光技术,研究了一种用近红外光学相干相位阵列调制法探测生物组织非均匀性（肿瘤）的新方法。设计了组织光学特性模型,并进行了各种不同条件下实验。探索了生物组织中光场分布与组织特性之间的相互关系。实验表明,给出的检测如大脑和乳腺中存在小吸收体的方法是简单、可行和有效的。     

低强度脉冲超声波防止废用性骨质疏松症

 肢体长期制动导致的骨质疏松症在临床中较为常见。本实验应用低强度脉冲超声波（LIPU）治疗大鼠废用性骨质疏松,试图探讨LIPU在防止废用性骨质丢失方面的作用及其作用机理。将40只Sprague-Dawley大鼠随机分为4组,每组10只。髌腱切除组（2组）：切除左侧髌骨和5mm髌韧带,其中一组接受LIPU治疗,一组无治疗;神经切除组（2组）：切除左侧坐骨神经1cm,其中一组接受LIPU治疗,另一组无治疗。超声波治疗组于左侧胫骨近端接受低强度脉冲超声波治疗。所有动物于4周后安乐死,取材。对双侧大鼠胫骨进行骨定量CT（pQCT）检查,测量平均骨密度（aBMD）,以及骨小梁面积、周长,计算骨小梁体积（BV/TV,%）、宽度（Tb. Wi,μm）、数量（Tb. N,mm）和分布（Tb. Sp,μm）。对结果数据进行统计学分析发现,所有动物的aBMD均有减少。在髌腱切除组,经过LIPU治疗的胫骨aBMD没有显著降低（P<0.05）,于神经切除组有减低（0.01相似文献   

紫外照度的定义及量值统一

紫外照度测量中量值混乱的主要原因是其定义不统一.比较了几种常用的紫外照度定义方法的优劣.在此基础上提出了以紫外辐射产生的辐射效应为基础的统一的紫外照度定义方法.对 A,B,C 3个波段的紫外测量仪器推荐了标准响应函数,其中 A 波段为模拟光化学、光生物学效应等几种典型紫外效应的2个二次函数,B 波段为健康效应的效能函数,C 波段为杀菌效应的效能函数.