發(fā)布時間：2016-12-16 08:43

  本文關(guān)鍵詞：基于MRI測溫的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)》 2013年

基于MRI測溫的HIFU致離體生物組織凝固性壞死的熱劑量研究

李雅芬  

【摘要】：研究背景 在腫瘤治療方面，HIFU(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU)作為非侵入性的腫瘤熱消融技術(shù)近年來發(fā)展迅速，其治療原理是將高強(qiáng)度的超聲能量聚焦在靶區(qū)腫瘤組織，焦點區(qū)域在極短的時間內(nèi)產(chǎn)生高溫，從而使腫瘤組織發(fā)生凝固性壞死，達(dá)到原位滅活或局部根治的目的；并且治療過程中可以不損傷非靶區(qū)的健康組織。目前HIFU已用于治療子宮肌瘤、骨肉瘤、肝癌等多種疾病，有良好的臨床應(yīng)用前景。*HIFU作為一種熱消融療法，需要有良好的監(jiān)控及溫度測量技術(shù)來保證治療安全和治療療效。MRI可用于監(jiān)控HIFU治療過程，優(yōu)點是MRI成像無電離輻射，有多種成像參數(shù)可選擇，對組織分辨率高，尤其是有溫度敏感的參數(shù)來用于實時測溫。為判斷HIFU熱消融形成的凝固性壞死范圍，目前主要采用傳統(tǒng)恒溫?zé)岑煹牡刃釀┝糠椒ǎ獺IFU的加熱及治療方式與恒溫?zé)岑煵煌�，對于HIFU熱效應(yīng)所致組織凝固性壞死的熱劑量閾值，目前仍沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。有部分學(xué)者以240EM(Equivalent Minutes，EM)等效熱劑量作為組織壞死的劑量標(biāo)準(zhǔn)，也有學(xué)者認(rèn)為這個標(biāo)準(zhǔn)相對保守，并認(rèn)為更低的熱劑量就會使組織變性。 如果控制HIFU聲輻照參數(shù)（頻率、脈沖重復(fù)頻率和占空比、聲強(qiáng)、輻照時間）可產(chǎn)生單純的熱效應(yīng)、熱效應(yīng)為主但有空化效應(yīng)參與甚至沸騰、單純的空化損傷。目前HIFU主要利用對生物組織的熱效應(yīng)進(jìn)行治療，但伴有空化效應(yīng)的參與，空化泡會嚴(yán)重?fù)p傷附近的生物組織細(xì)胞；當(dāng)組織液達(dá)到一定溫度，靶區(qū)會發(fā)生沸騰現(xiàn)象，空化和沸騰都會對組織形成不同程度的損傷，改變凝固性壞死的形態(tài)以及組織中超聲能量的沉積效率，此時的HIFU治療劑量更加復(fù)雜，只用熱劑量來計算并不準(zhǔn)確。 基于上述背景，本文利用MRI監(jiān)控的HIFU治療系統(tǒng)，使用盡可能單純熱效應(yīng)（不發(fā)生空化效應(yīng)和沸騰）的HIFU輻照參數(shù)輻照豬肝組織，通過MRI實時監(jiān)測HIFU輻照過程和輻照結(jié)束后焦平面溫度變化情況。應(yīng)用高斯函數(shù)擬合獲得焦平面橫向溫度空間變化情況，以彌補MRI測溫時的空間分辨率問題。然后通過熱劑量公式計算焦平面橫向上等效熱劑量值，獲得降溫結(jié)束時焦平面橫向上等效熱劑量分布，并與輻照結(jié)束后解剖獲得的焦平面上凝固性壞死橫向尺寸進(jìn)行比對，當(dāng)?shù)刃釀┝糠秶扔诮蛊矫嫔夏绦詨乃罊M向尺寸時，最小等效熱劑量值即為HIFU輻照致離體生物組織熱凝固性壞死的熱劑量閾值。 目的 1.利用高斯函數(shù)來擬合焦平面橫向上MRI測溫得到的各體素溫度，獲得焦平面橫向上溫度變化曲線。 2.初步研究基于焦平面橫向上溫度變化曲線的HIFU致離體生物組織熱凝固性壞死的熱劑量閾值。 方法 1．實驗材料：屠宰后6小時以內(nèi)的新鮮離體豬肝組織，用生理鹽水洗凈，置入生物組織脫氣缸脫氣處理40分鐘，取出切塊備用。 2．實驗設(shè)備：磁共振導(dǎo)航高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)（MRIgHIFU），重慶海扶（HIFU）技術(shù)有限公司和西門子聯(lián)合開發(fā)制造。（1）MAGNETOM Symphony, A Tim System1.5T磁共振成像系統(tǒng)（西門子有限公司），用于監(jiān)控及測溫；（2）與MRI系統(tǒng)軟硬件兼容的HIFU治療系統(tǒng)，采用殼式自聚焦HIFU治療換能器，頻率1.1MHz，焦距180mm，開口直徑160mm。 3.實驗方法： （1）采用輻射壓力法測量HIFU換能器的聲功率。 （2）采用50W聲功率輻照生物組織，通過MRI測溫和被動空化監(jiān)測，當(dāng)焦域處溫度達(dá)到55℃，且寬帶噪聲沒有出現(xiàn)時停止輻照，，記錄輻照時間，保證此輻照參數(shù)下HIFU所致生物組織凝固性壞死盡可能僅是熱效應(yīng)參與。 （3）HIFU輻照前，通過MRI掃描序列對離體組織掃描焦平面定位像。采用基于PRF(Proton Resonance Frequency，PRF)的方法進(jìn)行MRI測溫，測溫序列掃描開始后進(jìn)行HIFU輻照，當(dāng)靶區(qū)顯示最高溫度達(dá)到55℃時停止輻照。當(dāng)靶區(qū)降溫至40℃后停止MRI測溫序列的掃描。 （4）同時，在HIFU輻照前以及靶區(qū)降溫至40℃后采用T1、T2和PD序列掃描靶區(qū)。 （5）輻照結(jié)束后，平行于冠狀面（即焦平面）將靶區(qū)組織切成1~2mm的薄片，找到最大面積的凝固性壞死，測量并加標(biāo)尺拍照記錄。 （6）通過grayval軟件對最大面積的凝固性壞死面照片按標(biāo)尺比例測量面積及過壞死中心的最大壞死直徑。 （7）通過RTTSviewer軟件導(dǎo)出輻照過程及降溫過程中靶區(qū)焦域處及其周圍組織各體素的溫度值。對焦平面橫向上每一測溫時刻的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行高斯擬合，得到不同測溫時刻焦平面橫向上的溫度擬合曲線，對離散溫度數(shù)據(jù)與擬合溫度曲線的擬合程度做擬合優(yōu)度檢驗。 （8）根據(jù)熱劑量公式和不同測溫時刻的擬合溫度曲線，計算出焦平面橫向上溫度對時間累積的熱劑量曲線。確定最大壞死面積的直徑對應(yīng)的壞死邊緣點位置，根據(jù)焦平面橫向的熱劑量曲線可以得到壞死邊緣點的熱劑量值。 結(jié)果 1.輻照聲功率為50W，MRI測溫顯示焦域處最高溫度為55℃時停止輻照，平均輻照時間為31.9±5.1s。 2.離體組織上單個輻照點的凝固性壞死形態(tài)為均勻的橢球體，焦平面上凝固性壞死最大面為圓形，平均面積為11.9±3mm~2。 3.焦平面橫向上每一時刻的溫度數(shù)據(jù)變化趨勢均是中心溫度最高，沿著橫向兩側(cè)遠(yuǎn)離中心方向的溫度逐漸降低，且兩側(cè)的溫度變化趨勢相近。 4.對MRI測得焦平面橫向上每個體素的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行高斯擬合，每一時刻焦平面橫向的溫度數(shù)據(jù)與擬合曲線，相關(guān)系數(shù)R2均大于95%，表明通過擬合獲得的溫度數(shù)據(jù)能反映實際溫度。 5.焦平面橫向上的熱劑量曲線，中心位置的熱劑量值非常高，接近焦域邊緣時熱劑量值相比中心點下降非�？�。 6.停止輻照時，焦域處的溫度達(dá)到最高隨后緩慢降低，而停止輻照后熱劑量值仍在增加，逐漸達(dá)到穩(wěn)定值。對應(yīng)壞死邊緣點的平均熱劑量值即為離體豬肝組織的壞死熱劑量閾值，為27.2±4.9EM。熱劑量閾值對應(yīng)的壞死面積與解剖壞死面積無統(tǒng)計學(xué)差異。 7.凝固性壞死區(qū)域在T1圖像中表現(xiàn)為高信號，在T2像和PD像中表現(xiàn)為低信號。PD像中壞死區(qū)域與周圍正常組織對比相對明顯。 結(jié)論 1.被動空化檢測和測溫表明，采用聲功率50W的HIFU輻照生物組織，當(dāng)焦域處最高溫度為55℃時停止輻照，此輻照參數(shù)下形成凝固性壞死與熱效應(yīng)有關(guān)。 2. MRI測溫得到的是每個體素的平均溫度值，體素大小限制了MRI測溫空間上的精度。通過高斯函數(shù)對焦平面橫向上MRI測得的各體素溫度值進(jìn)行擬合，獲得的擬合溫度曲線與離散溫度值的擬合程度良好，因此可以用高斯擬合溫度曲線反映焦平面橫向上的溫度變化情況，以彌補MRI測溫的空間精度。 3.采用聲功率50W的HIFU輻照生物組織，當(dāng)焦域處最高溫度為55℃時停止輻照，此時HIFU在離體豬肝組織中焦平面上形成的凝固性壞死最大面積為11.9±3mm~2，熱劑量閾值為27.2±4.9EM，熱劑量閾值對應(yīng)的壞死面積與解剖壞死面積無統(tǒng)計學(xué)差異，表明熱劑量閾值面積可用于反映實際凝固性壞死的大小。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：重慶醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R730.55
【目錄】：

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中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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

2 吳奇;高強(qiáng)度聚焦超聲（HIFU）無創(chuàng)消融活體犬房室交界區(qū)的實驗研究[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2012年

3 劉寶琴;HIFU生物學(xué)焦域與治療劑量學(xué)的體外研究[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2002年

4 宋曉陽;醫(yī)學(xué)超聲圖像的輪廓波方法研究及其在相控HIFU治療系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2009年

5 袁友紅;大鼠肝癌模型磁共振功能成像及HIFU術(shù)后差異蛋白組學(xué)[D];中南大學(xué);2013年

6 孫陽;載Fe_3O_4高分子造影劑多模態(tài)顯像及增效HIFU治療實驗研究[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2013年

7 范良志;串并聯(lián)HIFU腫瘤治療原型機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計、運動控制和運動學(xué)參數(shù)標(biāo)定[D];華中科技大學(xué);2005年

8 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

9 寧瑞鵬;用于引導(dǎo)HIFU治療的永磁開放式MRI系統(tǒng)研究[D];華東師范大學(xué);2011年

10 夏紀(jì)筑;HIFU治療后活化的淋巴細(xì)胞在腫瘤局部的特異性表達(dá)及其抗腫瘤效應(yīng)[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李雅芬;基于MRI測溫的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 陳杰;HIFU治療中溫度、回聲變化與凝固性壞死的關(guān)系[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2010年

3 鐘明松;HIFU熱消融過程中空化與溫升、凝固性壞死的關(guān)系[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2012年

4 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

5 易華容;HIFU輻照過程中溫升、空化與強(qiáng)回聲的相關(guān)性研究[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2011年

6 張潔;HIFU聲場光纖水聽器的研究及呼吸門控在HIFU治療中的應(yīng)用探討[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2011年

7 向軍;HIFU多焦點聲焦域形態(tài)研究[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2010年

8 楊群;碘化油聯(lián)合高強(qiáng)度聚焦超聲（HIFU）治療子宮肌瘤的臨床研究[D];遵義醫(yī)學(xué)院;2012年

9 魯培;乳腺癌HIFU后免疫效應(yīng)細(xì)胞及活化分子表達(dá)[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2002年

10 宋奎;呼吸門控技術(shù)在HIFU腫瘤治療設(shè)備同步圖像采集中的應(yīng)用[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：基于MRI測溫的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：214992