本文關(guān)鍵詞：基于MRI測(cè)溫的HIFU致離體生物組織凝固性壞死的熱劑量研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《重慶醫(yī)科大學(xué)》 2009年

基于磁共振溫度成像的HIFU治療熱劑量研究

劉莉莉  

【摘要】： 研究背景 高強(qiáng)度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU)治療是一種正在興起的無(wú)創(chuàng)性治療良惡性實(shí)體腫瘤的新方法。其機(jī)制是將體外低能量的超聲波束聚焦在體內(nèi)靶區(qū),通過(guò)焦域處高能量超聲波產(chǎn)生的熱效應(yīng)、空化效應(yīng)及機(jī)械效應(yīng)等,使焦域內(nèi)溫度瞬時(shí)升高到60℃以上,導(dǎo)致焦區(qū)細(xì)胞不可逆損傷、組織凝固性壞死和蛋白質(zhì)變性,而位于聲通道上的組織及焦域周圍的組織不受損傷。目前,臨床上普遍采用二維超聲成像和磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)進(jìn)行HIFU術(shù)中監(jiān)控和實(shí)時(shí)療效評(píng)價(jià)。其中,二維超聲成像依據(jù)靶區(qū)治療前后灰度的變化來(lái)判斷療效,但超聲圖像中監(jiān)控到的靶區(qū)灰度變化與空化效應(yīng)或汽化產(chǎn)生的氣泡有關(guān),而不伴隨氣泡產(chǎn)生的組織凝固性壞死引起的灰度變化很小,不易觀察,所以通過(guò)二維超聲成像進(jìn)行療效評(píng)價(jià)存在一定的局限性;MRI溫度監(jiān)控僅僅通過(guò)溫度來(lái)判斷組織的壞死情況,而未考慮到時(shí)間的積累效應(yīng),不能真實(shí)反映由熱量沉積產(chǎn)生的壞死范圍。HIFU技術(shù)已成為國(guó)際超聲治療學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn),但目前HIFU技術(shù)還面臨許多挑戰(zhàn),其中HIFU治療的劑量學(xué)是一個(gè)重要的問(wèn)題。 反應(yīng)熱生物學(xué)效應(yīng)的基本物理量是溫度和時(shí)間。磁共振成像測(cè)溫是一種無(wú)創(chuàng)無(wú)電離輻射的測(cè)溫方法,利用人體組織內(nèi)與溫度相關(guān)的一些參數(shù),MRI能提供HIFU治療時(shí)的組織溫度圖。本研究使用磁共振導(dǎo)航高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)(MR Imaging guided HIFU,MRIgHIFU)進(jìn)行離體和活體實(shí)驗(yàn),基于磁共振溫度圖(Temperature-Map, T-Map)通過(guò)等效熱劑量積分法探討HIFU損傷離體牛肝標(biāo)本組織和活體兔大腿肌肉組織的熱劑量,并篩選出組織發(fā)生凝固性壞死的熱劑量閾值。 目的 1.在單一輻照聲功率和時(shí)間下,以實(shí)際凝固性壞死面積為參考,尋找離體牛肝組織/兔大腿肌肉組織發(fā)生凝固性壞死的熱劑量值,取該值為參考熱劑量閾值,計(jì)算出各輻照聲功率和時(shí)間下每個(gè)輻照點(diǎn)熱劑量壞死區(qū)域的邊界和面積,并與實(shí)際凝固性壞死面積進(jìn)行比較,探討HIFU輻照過(guò)程中的熱劑量與組織凝固性壞死之間的關(guān)系。 2.選取不同的溫度閾值,計(jì)算出各輻照聲功率和時(shí)間下離體牛肝組織/兔大腿肌肉組織每個(gè)輻照點(diǎn)的溫度閾值損傷面積,并與實(shí)際凝固性壞死面積進(jìn)行比較,探討HIFU輻照過(guò)程中的溫度與實(shí)際凝固性壞死之間的關(guān)系。 方法 1.離體實(shí)驗(yàn) 1.1實(shí)驗(yàn)儀器:重慶海扶(HIFU)技術(shù)有限公司和西門子聯(lián)合開發(fā)制造的MRIgHIFU治療系統(tǒng),治療頭頻率1.0MHz,焦距150mm。 1.2實(shí)驗(yàn)對(duì)象:新鮮離體牛肝組織。 1.3實(shí)驗(yàn)方法:采用定點(diǎn)輻照方式。輻照參數(shù)設(shè)置為:輻照深度20mm,聲功率分別為150W、200W、250W,輻照時(shí)間分別為5s、10s、15s ,每組輻照12個(gè)樣本點(diǎn); HIFU輻照過(guò)程中用磁共振的GRE_TMap_sag_phasediff測(cè)溫序列采集各體素隨時(shí)間變化的溫度值并計(jì)算各體素的等效熱劑量值,比較計(jì)算結(jié)果與發(fā)生凝固性壞死的熱劑量參考閾值的大小,判斷該體素是否發(fā)生壞死;其中磁共振T-Map采樣間隔為1s,圖中溫度值以不同的顏色編碼來(lái)表示(藍(lán)色30℃～37℃,綠色37℃～45℃,黃色45℃～55℃,紅色55℃～100℃)。輻照結(jié)束后觀察T1、T2和質(zhì)子加權(quán)(PD)圖像中靶區(qū)信號(hào)變化。然后選取不同的溫度閾值,分析溫度圖中各體素的溫度數(shù)據(jù),計(jì)算各輻照點(diǎn)的溫度閾值壞死面積。比較熱劑量壞死面積、溫度閾值壞死面積與實(shí)際凝固性壞死面積之間的關(guān)系,結(jié)果應(yīng)用SPSS12.0統(tǒng)計(jì)軟件包和Microsoft Excel軟件進(jìn)行分析。 2.活體實(shí)驗(yàn) 2.1實(shí)驗(yàn)儀器:同離體實(shí)驗(yàn)部分。 2.2實(shí)驗(yàn)對(duì)象:新西蘭大白兔。 2.3實(shí)驗(yàn)方法:選擇兔大腿肌肉組織為靶區(qū)進(jìn)行定點(diǎn)輻照。輻照聲功率200W,輻照時(shí)間10s;HIFU輻照過(guò)程中用磁共振的測(cè)溫序列采集各體素隨時(shí)間變化的溫度值并計(jì)算各體素的等效熱劑量值,比較計(jì)算結(jié)果與發(fā)生凝固性壞死的熱劑量參考閾值,判斷該體素是否發(fā)生壞死;其中磁共振T-map采樣間隔為1s,圖中溫度值的顏色編碼為:藍(lán)色45℃～50℃,綠色50℃～55℃,黃色55℃～60℃,紅色60℃～100℃。選取不同的溫度閾值,分析溫度圖中的各體素的溫度數(shù)據(jù),計(jì)算各輻照點(diǎn)的溫度閾值壞死面積。比較熱劑量壞死面積、溫度閾值壞死面積與實(shí)際凝固性壞死面積之間的關(guān)系,結(jié)果應(yīng)用SPSS12.0統(tǒng)計(jì)軟件包和Microsoft Excel軟件進(jìn)行分析。 結(jié)果 1. HIFU輻照離體牛肝組織過(guò)程中,焦點(diǎn)溫度隨著輻照時(shí)間的增加而升高,輻照結(jié)束后溫度快速下降;熱劑量則在溫度上升到一定值后急速上升,并在溫度下降前期保持上升趨勢(shì)。 2. HIFU輻照離體牛肝組織過(guò)程中,靶區(qū)溫度高于55℃的范圍隨著輻照時(shí)間的增加而變大,輻照結(jié)束后開始減小;熱劑量壞死區(qū)域范圍亦隨輻照時(shí)間的增加而變大,并在輻照結(jié)束后一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)變大。 3.采用9組不同輻照參數(shù)對(duì)離體牛肝組織進(jìn)行定點(diǎn)HIFU輻照,共108個(gè)樣本點(diǎn),均出現(xiàn)類橢圓形灰白色凝固性壞死灶,邊界清晰,且壞死的面積隨著輻照功率和輻照時(shí)間的增加而變大;通過(guò)計(jì)算得到的熱劑量壞死面積亦隨著輻照功率和輻照時(shí)間的增加變大。 4. HIFU輻照離體牛肝組織實(shí)驗(yàn)中,單一輻照參數(shù)下計(jì)算得到的熱劑量損傷閾值為59.6min,以此作為熱劑量參考閾值計(jì)算得到的9組熱劑量壞死面積與實(shí)際凝固性壞死面積均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異;溫度閾值法中當(dāng)溫度閾值選為52℃時(shí),9組輻照點(diǎn)中有7組的溫度閾值壞死面積和組織實(shí)際凝固性壞死面積無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,當(dāng)溫度閾值選為56℃時(shí),9組輻照點(diǎn)中只有1組統(tǒng)計(jì)結(jié)果無(wú)差異,且56℃時(shí)計(jì)算得到的溫度閾值壞死面積均值均小于實(shí)際凝固性壞死面積。 5. HIFU輻照活體兔大腿肌肉組織實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)熱劑量參考閾值取133.8min、溫度參考閾值取56℃時(shí),所得的熱劑量壞死面積和溫度閾值參考面積與組織的解剖圖壞死面積無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異;而當(dāng)熱劑量參考閾值從59.6min變化到240min時(shí),計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的熱劑量壞死面積從29.9±5.8mm2變化到20.7±4.4mm2;當(dāng)溫度參考閾值從52℃變化到60℃時(shí),對(duì)應(yīng)的溫度閾值壞死面積則從33.7±10.2mm2變化到12.3±7.4mm2。 結(jié)論 1. MRI引導(dǎo)HIFU輻照過(guò)程中采集的溫度圖能清楚的反映靶區(qū)溫度的變化情況,HIFU輻照結(jié)束后的溫度下降過(guò)程仍對(duì)熱劑量的積累有貢獻(xiàn)作用。 2.基于磁共振T-Map,采用等效熱劑量積分法計(jì)算得到的熱劑量壞死面積能很好的反應(yīng)組織實(shí)際的壞死情況,離體牛肝組織和活體兔肌肉組織熱劑量損傷閾值有差異,前者為59.6min,后者為133.8min,這種差異與活體實(shí)驗(yàn)時(shí)動(dòng)物的體液循環(huán)帶走靶區(qū)部分熱量,影響熱劑量的積累有關(guān)。 3.溫度可以作為判斷凝固性壞死是否發(fā)生的一個(gè)重要參數(shù),但是要準(zhǔn)確的判斷組織發(fā)生凝固性壞死的范圍,需要同時(shí)考慮溫度的時(shí)間積累效應(yīng)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：重慶醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：R730.5
【目錄】：

英漢縮略語(yǔ)名詞對(duì)照5-6

中文摘要6-11

英文摘要11-17

基于磁共振溫度成像的HIFU 治療熱劑量研究17-50

前言17-20

第一部分 基于磁共振溫度成像的HIFU 治療熱劑量研究：離體實(shí)驗(yàn)20-34

1 材料與方法21-24

2 結(jié)果24-30

3 討論30-33

4 小結(jié)33-34

第二部分 基于磁共振溫度成像的HIFU 治療熱劑量研究：活體實(shí)驗(yàn)34-41

1 材料與方法34-36

2 結(jié)果36-39

3 討論39-40

4 小結(jié)40-41

全文總結(jié)41-42

附圖42-46

參考文獻(xiàn)46-50

文獻(xiàn)綜述50-58

致謝58-59

攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文59

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【引證文獻(xiàn)】

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7 陳曉瑞;王韶林;張曉靜;李智華;菅喜岐;;高強(qiáng)度聚焦超聲可治療區(qū)域的仿真研究[J];生物物理學(xué)報(bào);2012年01期

8 劉丹;許哲宇;夏榮民;壽文德;錢德初;;離體肝臟組織聲學(xué)參量的溫度特征研究[J];聲學(xué)技術(shù);2007年01期

9 龔秀芬,章東;非線性聲參量層析成像與生物組織定征[J];聲學(xué)學(xué)報(bào);1998年03期

10 姬艷紅;李全祿;楊瑛;張晴;楊林枝;;高強(qiáng)度聚焦超聲在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的新進(jìn)展[J];中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志;2008年04期

【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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6 伍烽,陳文直,白晉,劉長(zhǎng)安,羅億治,鄒建中,徐昆,朱輝,王芷龍,王智彪;高強(qiáng)度聚焦超聲治療原發(fā)性肝癌的初步臨床研究[J];中華超聲影像學(xué)雜志;1999年04期

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8 張檣,李發(fā)琪,馮若,許堅(jiān)毅,白晉,王智彪,王耀俊;高強(qiáng)聚焦超聲無(wú)創(chuàng)外科“切除”腫瘤的劑量學(xué)研究[J];自然科學(xué)進(jìn)展;2004年05期

9 肖子文,李發(fā)琪,王智彪;腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)治療[J];腫瘤防治研究;2004年07期

10 夏宇,姜玉新;高強(qiáng)度聚焦超聲治療胰腺腫瘤[J];中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù);2003年03期

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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4 王建華!450003鄭州,張楚敏!450003鄭州,張景偉!450003鄭州,李鼎九!450003鄭州;腔內(nèi)熱療合并體外放射治療食管癌的療效[J];中華放射腫瘤學(xué)雜志;2001年02期

5 趙洪,蔡端,張延齡,張群華,陳亞珠;不同熱劑量的超聲熱療對(duì)肝癌動(dòng)物模型的作用[J];肝膽外科雜志;2000年03期

6 雷鋒林;趙凌云;歐陽(yáng)偉煒;夏啟勝;鄭雙波;馬建強(qiáng);蔡?hào)|陽(yáng);謝小雪;樂(lè)愷;王曉文;張曉冬;高福平;唐勁天;;人宮頸癌HeLa細(xì)胞熱療中的量效與劑量[J];科技導(dǎo)報(bào);2010年13期

7 劉莉莉;李發(fā)琪;龔曉波;劉映江;胡曉;;MRIgHIFU治療的熱損傷閾值研究[J];科技導(dǎo)報(bào);2009年04期

8 劉莉莉;李發(fā)琪;龔曉波;劉映江;胡曉;;基于磁共振溫度圖的高強(qiáng)度聚焦超聲治療熱劑量研究[J];生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志;2010年02期

9 李鼎九;食管癌的腔內(nèi)熱療研究1984～1994[J];河南醫(yī)學(xué)研究;1995年04期

10 趙洪,蔡端,張延齡,張群華,陳亞珠;實(shí)驗(yàn)性肝癌超聲波熱療中熱劑量和療效關(guān)系的研究[J];肝膽胰外科雜志;2000年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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4 周兆淮;吳春安;施超;高峰;陳強(qiáng);馬皖;桑文才;;球囊導(dǎo)管阻斷肝血流熱灌注動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及治療肝癌的臨床應(yīng)用[A];安徽省抗癌協(xié)會(huì)第四次代表大會(huì)暨乳腺癌、肺癌專業(yè)委員會(huì)成立會(huì)議、安徽省腫瘤防治進(jìn)展學(xué)術(shù)研討會(huì)論文匯編[C];2001年

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6 王建華;張楚敏;張景偉;李鼎九;;食管腔內(nèi)微波熱療合并體外放療食管癌長(zhǎng)期生存臨床研究[A];2000全國(guó)腫瘤學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2000年

7 明東;萬(wàn)柏坤;胡勇;;應(yīng)用三維成像技術(shù)預(yù)測(cè)高強(qiáng)度聚焦超聲的焦域模型[A];立體圖象技術(shù)及其應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2005年

8 劉靜;鄧中山;;腫瘤冷凍治療與高溫?zé)岑熤械募t外熱圖引導(dǎo)技術(shù)[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)醫(yī)療儀器分會(huì)第四次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

9 鄧中山;劉靜;;腫瘤冷熱療設(shè)備中治療計(jì)劃軟件的數(shù)值算法研究進(jìn)展[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)醫(yī)療儀器分會(huì)第四次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

10 牛鳳岐;朱承綱;程洋;;十年回首話HIFU(高強(qiáng)度聚焦超聲)[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)醫(yī)療儀器分會(huì)第四次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 趙洪;腫瘤超聲熱療的實(shí)驗(yàn)研究和臨床應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2003年

2 陳超;腫瘤熱物理治療損傷區(qū)域精確控制的理論研究[D];上海交通大學(xué);2011年

3 張瑩瑩;熱處理腫瘤疫苗聯(lián)合佐劑CpG-ODN誘導(dǎo)抗腫瘤免疫應(yīng)答的實(shí)驗(yàn)研究[D];中南大學(xué);2009年

4 章琛曦;多元陣列相控聚焦超聲多模式熱場(chǎng)研究[D];上海交通大學(xué);2007年

5 范庭波;高強(qiáng)度聚焦超聲非線性聲場(chǎng)和組織損傷形成的掃描模式比較研究[D];南京大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李雅芬;基于MRI測(cè)溫的HIFU致離體生物組織凝固性壞死的熱劑量研究[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2013年

2 劉莉莉;基于磁共振溫度成像的HIFU治療熱劑量研究[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2009年

3 楊雄偉;腫瘤磁感應(yīng)加溫治療計(jì)劃系統(tǒng)相關(guān)研究與實(shí)現(xiàn)[D];廣東工業(yè)大學(xué);2007年

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5 劉玉鳳;惡性黑色素瘤熱療中熱休克蛋白70表達(dá)變化及與免疫相關(guān)作用[D];佳木斯大學(xué);2007年

6 張維克;爆炸場(chǎng)溫度的多譜線測(cè)試方法研究[D];南京理工大學(xué);2009年

7 曹鳳霞;爆炸綜合毀傷效應(yīng)研究[D];南京理工大學(xué);2008年

8 徐曉菲;無(wú)創(chuàng)和微創(chuàng)熱療過(guò)程中的熱場(chǎng)分布研究[D];上海交通大學(xué);2008年

9 李驍驊;火災(zāi)環(huán)境下LPG儲(chǔ)罐的失效機(jī)理研究及其數(shù)值模擬[D];中北大學(xué);2007年

10 戴雪松;重大事故多米諾效應(yīng)研究[D];東北大學(xué);2006年

  本文關(guān)鍵詞：基于MRI測(cè)溫的HIFU致離體生物組織凝固性壞死的熱劑量研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：214991