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。     

基于模拟退火算法的磁感应治疗热籽分布

肿瘤区域内的热籽适形分布算法是肿瘤磁感应治疗计划系统中的一个关键技术,其核心问题是使用最小数量的热籽达到预期的温度场分布。为解决热籽适形分布问题,该文提出了结合热籽产热传热学的模拟退火算法。分析了应用模拟退火算法解决热籽分布问题的计算方法,包括热籽分布模型的设计、产热传热模型的建立以及退火计划的设计。考虑到热籽分布问题的特殊性,重新定义了初始温度与停止条件、评价函数与接受概率、退火策略以及具体计算步骤。通过计算机仿真对肿瘤区域建模与网格化、热籽植入模型、温度场分布以及算法迭代进行了模拟,验证了应用模拟退火算法解决热籽分布问题的可行性。     

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。     

磁感应热疗联合125I籽源近距离放疗研究

 磁感应热疗植入合金热籽与放射籽源在尺度上处于同一水平,当热籽和放射籽源同时植入肿瘤组织,热场和辐射将共同作用于肿瘤细胞,提高肿瘤细胞的杀灭作用.本文应用电磁学理论计算射频磁场中热籽和放射籽源的产热功率.并将不同分布的热籽和放射籽源置于磁感应设备射频磁场中,调节磁场参数,观察不同条件下的温升曲线.同时研究了放射籽源在磁感应射频磁场下的升温情况以验证放射籽源的安全性,以及合金热籽与放射籽源混合排布情况下的升温情况以验证联合治疗的有效性.理论计算和实验结果表明,放射籽源在磁感应治疗射频磁场下(50~500kHz)磁热效应不显著,其用于热放疗的安全性得到验证.将放射籽源与热籽混合植入琼脂体模和离体肌肉组织,在介质植入区域内温度均远超过43℃,可实现植入区域内热疗对放疗的增敏作用.     

磁感应治疗研究和临床试验

 肿瘤磁感应加温治疗是近年来兴起的一项新型肿瘤治疗技术。该技术利用定位导入肿瘤靶区的磁性介质在交变磁场下的磁化损耗产热,对恶性肿瘤实施磁介导加温治疗。研究表明,肿瘤组织在交变磁场诱导的磁热效应下升温至40～70℃时,靶区沉积的热能作用可特异性杀死癌细胞,抑制癌症复发和转移,并可激发机体的抗癌免疫效应,进一步增强治疗效果,是一种简便易行、安全有效的肿瘤治疗方法。磁感应加温治疗在肿瘤治疗的特异性、靶向性等方面显现出其独特优势,已引起了国内外肿瘤临床治疗界的极大兴趣。本文对实验室近年来开展的基于多种磁性介质的肿瘤磁感应热疗研究进行了综述,主要包括磁感应治疗设备研制、热疗用磁性介质研发和磁热疗生物医学实验研究3个方面。在这些研究的基础上,肿瘤磁感应热疗的临床前实验已经完成,目前已经开展一期临床试验研究。     

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.     

射频电容热疗温度场的参数优化研究

根据高温治癌中对肿瘤组织靶区加热温度和避免正常组织过热的要求,引入加热治疗目标函数和有关权重系数,应用有限元法求解电磁场方程和生物传热方程,通过遗传算法迭代修正加热物理参数,使目标函数达到极小值,获得达到热疗理想热场分布的优化解.以两电容射频热疗装置为例,使用基于人体X光断层扫描的非均质组织模型,经仿真计算获得了较满意的优化结果.这种人体内温度场优化控制方法将对肿瘤热疗学研究有重要的科学意义和应用价值.     

磁感应热疗治疗肿瘤研究进展和临床试验

 靶向磁感应治疗癌症在肿瘤治疗方面是一项突破性的技术,该技术基于磁感应热疗（MIH）应用于癌症的治疗,具有广阔的发展前景。德国、美国及日本在该领域的研究已有显著成果,并进入临床试验。中国在该领域经过十多年的探索,一些研究所已进入国际前沿。其中,清华大学在磁感应热疗方面得到了许多成果,尤其是将磁感应热疗系统应用于临床试验。本文概述磁感应热疗用于癌症治疗方面的研究进展。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

Monte Carlo方法在放射治疗计划剂量计算中的应用

为了在放射治疗计划系统中的临床应用,探讨Monte Carlo剂量计算方法。应用已经建立Monte Carlo虚拟源模型,针对一例食道肿瘤病例,完成该食道癌患者放射治疗计划各个射野的剂量计算,并进行了计划设计。研究发现,高剂量区与计划靶区(PTV)保持了很好的适形,关键器官的照射量很小,得到了很好的保护。结果表明,用Monte Carlo虚拟源剂量计算模型生成的剂量分布符合临床放射治疗的实施原则,治疗计划靶区得到了高剂量照射,危险器官受照剂量远低于耐受剂量。由于该模型的精确性,完全可以替代现有的解析型剂量计算模型。     

热籽磁感应加温在肌肉体模中的升温效果

 为了探讨不同数量和不同排布方式下,热籽在等效肌肉的琼脂体模中磁感应升温效果,制作琼脂等效肌肉模型,利用模板植入不同数量热籽：1颗、2颗、3×3阵列排布、4×4阵列排布、双层4×4不同层间距排布。在选择的测温点植入热电偶,将植入完成的琼脂体模置于磁极下,进行磁场辐照,测定并记录升温情况。结果表明,1颗和2颗热籽植入体模在磁场中加热后温度可达25～32℃,热籽在体模中的发热功能稳定。9颗热籽植入体模在磁场中加热后,两颗热籽间温度达到37.5℃,热籽阵外1.0cm处温度为30.1℃。16颗热籽植入体模在磁场中加热后,热籽阵列中心温度达到52.9℃。不同层间距热籽植入体模在磁场中加热后,中心点位置温度均达到65℃以上。随着逐渐远离中心点,温度呈下降趋势,在热籽阵外1.0cm处降至42～45℃。层间距1.0cm与0.8cm的结果比较,各测温点间温度相差约1.0℃;层间距1.0cm与层间距0.5cm的结果比较,各测温点间温度相差约3.0℃。因此,本研究成功模拟了等效肌肉的琼脂体模,一定数量的热籽在既定靶区磁感应升温,可以达到肿瘤治疗所需温度。     

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。     

基于极限学习机的医学图像分割方法

为了辅助放射科医生制定合理的放疗计划,避免放疗损害人体正常的组织器官,减轻医生简单重复的工作负担,亟需一种自动/半自动算法对CT图像进行分割,描画病变组织边界轮廓。传统的分割算法主要考虑经验风险最小化(ERM)问题,较少关注算法问题的复杂度和运行效率等问题。针对已有算法的不足,提出了基于ELM的医学图像的分割技术,结合滤波去噪、形态学提取和边缘检测等图像处理方法,设计了一种应用于CT图像的轮廓描绘方法。广西肿瘤医院提供的CT图像分割结果表明:相比于SVM、OTSU及区域生长法,本文所提方法能够显著的降低分割所需时间,提高分割效率,而将分割结果与医生手工描绘轮廓相比,能够满足医学上放疗图像引导治疗要求。     

三维适形放射治疗计划中的三维可视化系统

在进行三维适形放射治疗之前，需要运用三维医学可视化技术，获取有关病灶区的三维视觉信息（病灶的体积、空间定位、病灶与重要器官间的相对位置等），并确定靶区，以供治疗与方案评估，从而实现精确地计划。本文根据三维适形放射治疗计划的需要，开发了用于三维适形放射治疗计划的三维可视化系统。实验证明，运用该三维可视化系统，可以达到预期目标。     

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.     

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.