基于MRI图像的机器学习模型预测子宫肌瘤HIFU消融术后疗效的价值

目的:探讨基于MRI图像的机器学习模型预测子宫肌瘤高强度聚焦超声(HIFU)消融术后疗效的价值。方法:回顾性分析本院接受HIFU消融治疗前、后的108例子宫肌瘤患者MRI图像及临床资料,以术后子宫肌瘤体积消融率(NPVR)65%为界进行分组,进行肌瘤全瘤MRI定量纹理机器学习,使用ITK-SNAP软件勾画每个肌瘤术前MRI的容积感兴趣区(VOI),使用Python对每个VOI提取1834个组学特征,将特征与标注数据拼接,形成数据集,并将数据正则化,通过相关系数Spearman筛选特征,使用随机数字表法随机构建训练集76例(70%)和测试集32例(30%),通过Lasso筛选非零特征构建LR、SVM、KNN、RandomForest、ExtraTrees、XGBoost、LightGBM、MLP机器学习消融疗效预测模型;绘制ROC、DCA曲线分析、混淆矩阵图并计算各模型的AUC、敏感度、特异度、阳性预测值(PPV)、阴性预测值(NPV)、精确率、召回率、F1分数用于评价预测模型诊断性能及临床应用价值。结果:根据消融效果划分消融显著组69例,消融非显著组39例,随机构建训练集76例(70%)和测试集32例(30%),ROC曲线分析中,MRI组学预测模型预测消融显著组在验证集中最高的四个模型分别为LR 0.875(95%CI 0.731~1.000)、MLP 0.875(95%CI 0.714~1.000)、LightGBM 0.853(95%CI 0.689~1.000)、RandomForest 0.848(95%CI 0.676~1.000),且差异有统计学意义(P<0.05)。结论:基于MRI图像纹理构建的机器学习模型在术前子宫肌瘤超声引导下HIFU消融疗效预测效果好,可为子宫肌瘤HIFU术前选择及术后疗效评估提供个性化及量化参考依据。

基于HIFU回波信号和多尺度模糊熵的生物组织变性识别研究

为了解决高强度聚焦超声(HIFU)治疗中的监测问题,在无需引入其他监测源的情况下,通过研究HIFU回波基波与二次谐波的多尺度模糊熵(MFE),提出了一种生物组织变性辨析新方法。HIFU回波信号通过谱减法去噪后,利用信息散度优化的变分模态分解(KLD-VMD)提取其基波与二次谐波分量,然后结合基波与二次谐波的MFE对组织进行变性识别,并使用等错误概率(EER)评价了该方法的有效性。最后,研究还比较了KLD-VMD与VMD、经验模态分解(EMD)和固有时间尺度分解(ITD)等其他分解方法,结合MFE分析了其辨析变性组织的能力。试验结果表明:基于KLD-VMD和MFE的组织变性识别其EER达到5.1%,相较于其他方法表现出了更好的识别效果;结合基波和二次谐波的识别结果比使用单一特征参数更好。该研究为HIFU治疗提供了一种新的监测方法,具有潜在的实际应用价值。

基于振动声发射信号频移的HIFU靶组织损伤监测

高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)消融技术具有无辐射、无创等优点,已被用于多种实体肿瘤的治疗。但在治疗中,基于传统的诊断超声回声变化难以精准监测靶组织的损伤,主要原因是超声回声增强更多与组织损伤、空化气泡及温度相关,解耦存在困难。基于此,利用超声激发声发射(Ultrasound Stimulated Acoustic Emission,USAE)技术,通过在HIFU治疗前后检测与靶组织弹性变化相关的振动声信号,构建了一种基于USAE信号频移的靶组织损伤监测方案。为了考察该方案的正确性和有效性,首先研究了不同仿体中的USAE信号及其频谱变化规律,进一步探究了HIFU辐照离体组织前、后USAE信号频谱特征与靶组织损伤之间的变化关系及规律。研究结果表明:靶组织损伤引起的组织弹性变化会导致USAE信号频谱的峰值偏移,基于该频移能够较好地实现靶组织损伤的检测,可望为HIFU治疗中靶组织损伤监控提供一种新的解决方案。

基于ICEEMDAN结合MMSVC和WT的HIFU回波信号联合去噪算法

高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound,HIFU)已广泛应用于生物医学领域,其回波信号中的噪声处理是一个非常关键的问题。为了获得更纯净、更清晰的HIFU回波信号,提出了一种基于改进的完全自适应噪声集成经验模态分解(Improved complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,ICEEMDAN)、最小均方方差准则(Minimum mean square variance criterion,MMSVC)和小波阈值(Wavelet threshold,WT)的联合去噪方法。ICEEMDAN将信号分解为有限个本征模态函数(Intrinsic mode functions,IMF),从而避免杂散模态,减少模态中所含的噪声。MMSVC用于识别被ICEEMDAN分解得到的所有IMF,并将这些IMF分为两部分,高频IMF部分通过WT进行去噪,之后与低频IMF分量重构得到最终去噪信号。在仿真信号的实验中,与其他方法相比,本文所描述的基于ICEEMDAN-MMSVC-WT的降噪方法最大限度地保留了有用信号,大量去除了噪声成分,因而具有更好的去噪效果和应用价值。

多普勒超声预测HIFU治疗子宫肌瘤早期疗效

目的:通过多普勒超声观察高强度聚焦超声(HIFU)治疗子宫肌瘤滋养血管血流动力学变化,探讨其在疗效评价方面的应用价值。方法:HIFU治疗子宫单发肌壁间肌瘤30例,分别于HIFU术前、术后即刻、1个月及3个月行超声检查,比较肌瘤周边滋养血管和子宫动脉PI及RI变化,并将术后3个月体积变化与其进行相关分析。结果:术后1月及3个月肌瘤体积分别由术前的(40.92±28.58)cm^3降至(27.48±16.92)cm^3(P<0.001)和(15.57±17.72)cm^3(P<0.000 1),肌瘤HIFU术后即刻周边滋养血管RI增高(P<0.05),术后3个月滋养血管RI较1个月增高(P<0.01),术后1个月周边滋养血管PI增高(P<0.05),HIFU术后即刻较术前,术后3个月较1个月子宫动脉RI增高(P<0.001),PI增高不明显(P>0.05)。子宫肌瘤HIFU术后1个月周边滋养血管RI增加率与术后3个月体积缩小率呈正相关(r=0.42),术后3个月周边滋养血管RI增加率与之呈正相关(r=0.33)。结论:多普勒超声检测HIFU术后1月肌瘤周边滋养血管RI是预测早期疗效的有效手段。

HIFU逆转人肝癌细胞HepG2/Adm多药耐药的实验研究

背景与目的:超声波能够改变细胞膜通透性,增强化疗药物对肿瘤细胞的杀伤作用。本研究评价高强度聚焦超声及其联合阿霉素(Adriamycin,ADM)对人肝癌多药耐药细胞株HepG2/Adm的效应,并探讨其作用机制。方法:取对数生长期的HepG2、HepG2/Adm细胞进行实验,分为HepG2、HepG2(超声波照射5s)、HepG2/Adm、HepG2/Adm(超声波照射5s)4组。用MTT法检测处理前后耐药细胞对抗癌药物的敏感性;用流式细胞仪检测肿瘤细胞表面mdr1基因表达产物P170的表达及细胞内阿霉素浓度;利用SP免疫组化法观察细胞膜及核膜上P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)的表达。结果:频率0.8MHz、焦域声强460W/cm2连续照射5s,能够部分逆转HepG2/Adm细胞的耐药性,HepG2/Adm细胞P-gp的表达活性下降83.1%,耐药细胞内ADM浓度增加88%,对ADM、cDDP、MMC、5-FU和MTX相对逆转效率分别为66.4%、63.4%、89.4%、72.4%和75.0%。结论:高强度聚焦超声可提高人肝癌细胞HepG2/Adm内药物浓度,降低细胞膜及核膜表面P-gp表达,从而部分逆转肿瘤细胞多药耐药。

高强度聚焦超声(HIFU)的声场检测

针对高强度聚焦超声(HIFU)声场的特点,对高强度聚焦超声(HIFU)声场检测的方法如,辐射压力法、水听器测量法、光纤检测和光学检测进行了综述,并对上述检测方法进行了比较。

HIFU在牛肝组织中的传播衰减研究

运用辐射压力法研究高强度聚焦超声在牛肝组织中的传播衰减。在室温 2 0℃下 ,利用 4种治疗超声换能器 ,在不同的换能器表面输出声功率下 ,分别测量 2 0、4 0、6 0、80 m m不同厚度新鲜离体牛肝在放入脱气水前后的声辐射力 F、F′,然后计算出声衰减。使用治疗超声换能器 4 ,对于不同辐照深度 ,以声强 ISATA=2 2 .0× 10 3W/cm2、辐照时间 5 s的超声剂量定点辐照新鲜离体牛肝 ,以断层方式剖开后测量凝固性坏死组织体积。研究结果表明 ,对于一个具体的治疗超声换能器 ,在牛肝厚度一定时 ,辐射力穿透率 F′/F法与换能器表面声强及样品近治疗超声换能器表面声窗面积无关。采用最小 F′/F法拟合得出辐射力穿透率随牛肝厚度增加呈指数规律递减 ,且与凝固性坏死组织体积随牛肝厚度 (辐照深度 )增加呈指数规律递减趋势一致。采用最小二乘法拟合得出高度聚集超声在牛肝组织中传播的声衰随频率近似线性增加且呈幂函数关系。

调强放疗联合卡培他滨同步化疗及HIFU治疗非手术老年胰腺癌患者疗效观察

目的探讨调强放疗(intensity modulated radiotherapy,IMRT)联合口服卡培他滨同步化疗及高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)治疗非手术老年胰腺癌患者的疗效及不良反应。方法患者60例随机分为对照组和观察组,各30例。对照组行IMRT联合口服卡培他滨同步化疗,于放疗第1天开始给予卡培他滨800~1 000 mg/m^2早晚饭后各口服一次,连续用药14天,休息7天行下一周期化疗,放疗结束后巩固化疗2~4周期。观察组行IMRT联合口服卡培他滨同步化疗及HIFU治疗,化疗方案同对照组,HIFU于放疗第1天开始,5次/周,连用4~6周。结果对照组和观察组治疗前后疼痛评分比较差异有统计学意义(P=0.001,P<0.0001);两组间治疗前后疼痛减轻程度比较,差异有统计学意义(P=0.0162)。对照组和观察组的近期疗效组间比较,差异有统计学意义(Z=-2.159,P=0.031)。对照组和观察组在总生存率、无进展生存率、骨髓抑制、急性放射性肝损伤、急性放射性胃肠道损伤及急性放射性肾脏损伤不良反应发生率以及两组失败模式等方面比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论 IMRT联合卡培他滨同步化疗及HIFU治疗老年非手术胰腺癌可缓解患者疼痛,提高生活质量,近期疗效确切,但未延长患者长期生存。

MRI在HIFU治疗后随访中的作用

目的:探讨MRI技术在高强度聚焦超声(highintensityfocusedultrasound,HIFU)治疗后随访中的作用。方法:采用HIFU治疗猴子宫瘤样增生模型,利用磁共振(magneticresonanceimaging,MRI)术后定期随访,观察靶区声像图的变化情况。结果:HIFU后,MRI示靶区无血流信号,动态观察发现靶区体积逐渐缩小。这与病理学及B超观察结果一致。结论:MRI是临床上HIFU治疗后随访监测病灶变化有效可行的手段,能准确反应其组织学变化。

HIFU联合吉西他滨+顺铂对晚期胰腺癌疗效观察

目的观察高强度聚焦超声(HIFU)联合吉西他滨+顺铂方案治疗晚期胰腺癌的疗效。方法56例晚期胰腺癌患者随机分为两组:A组为HIFU联合吉西他滨+顺铂方案化疗组;B组为单纯吉西他滨+顺铂方案化疗组。结果A组有效率36.7%,B组34.6%,两组比较无显著性差异(P>0.05);A组临床受益率66.7%,B组38.5%,两组比较差异有显著性(P<0.05)。结论HIFU联合吉西他滨+顺铂方案治疗晚期胰腺癌有更好的疗效。

低频率高强度聚焦超声(HIFU)致兔VX2肌肉肿瘤血管栓塞的实验研究

目的:探讨低频率(0.4MHZ)高强度聚焦超声(high-intensity focused ultrasound,HIFU)辐照对兔VX2肌肉肿瘤血管的作用效应及其对实验性肿瘤局部生长的影响。方法:将VX2瘤块接种于56只新西兰大白兔股外侧肌内制成动物肿瘤模型,采用随机数字表法将其分为对照组(A组)、实验组(B、C、D组)4组,分别给予HIFU假照和声强为1194、1592、1990W/cm2的HIFU辐照,随之于HIFU辐照后3、7天行二维超声测量肿瘤大小,并计算肿瘤增长率;彩色多普勒血流显像(color Doppler flow imaging,CDFI)及病理学检查,以观察肿瘤血供及肿瘤组织病理学改变。结果:HIFU辐照后3天,D组增长率为13.4%±6%,明显低于A、B、C3组(P<0.05),而A、B、C组间增长率无差异(P>0.05),CDFI见D组肿瘤组织内血流信号较辐照前减少,A、B、C组无变化,病理学检查见肿瘤间质部分血管内血栓形成;HIFU辐照后7天,C、D组增长率分别为41.9%±15%和25.8%±6%,明显低于A、B组(P<0.05),CDFI见C、D组肿瘤组织内血流信号较辐照前明显减少,病理学检查可见C组部分血管肿胀、淤血;D组大部分血管栓塞和周围肿瘤组织坏死。结论:频率为0.4MHZ的HIFU,焦域声强为1990W/cm2时,可于HIFU辐照后早期(3天内)诱导兔VX2肌肉肿瘤血管内血栓形成,使肿瘤营养血供减少,从而促进肿瘤组织坏死,延缓肿瘤增长。

双频HIFU及其对组织焦斑的影响

引入具有双频工作模式和单频工作模式的新型HIFU,并用两种模式对不同状态的离体猪肝组织进行照射。实验结果表明:在相同的照射条件下,双频模式HIFU产生的焦斑明显大于单频模式时的焦斑;组织中的气体有扩大焦斑作用;双频模式下选择适当的差频对焦斑有明显影响。说明双频HIFU可以有效地提高大体积肿瘤的治疗效率和效果。同时对实验现象的机理进行了初步分析。

肋骨切除术在HIFU联合TACE治疗中晚期肝癌中的临床价值

目的:探讨肋骨切除术在高强度聚焦超声(Hihg intensity focused ultrasound,HIFU)联合经导管动脉栓塞化疗(Tran-scatheter arterial chemoembolization,TACE)治疗中晚期肝癌中的临床价值。方法:68例右叶中晚期肝癌分为肋骨切除组(36例,43病灶)和非肋骨切除组(32例,40病灶),随访两组患者HIFU联合TACE后的疗效,并进行比较。结果:总平均随访(11.9±11.4)月,两组中位生存期及1、2年生存率分别依次为13月、52.3%、21.8%与12月、46.8%、17.6%,两组比较无统计学意义(P=0.8155);其病灶完整消融率和消融体积>80%比例分别依次为46.5%、79.1%与37.5%、67.5%,两组比较无统计学意义(P>0.05)。结论:肋骨切除术不能有效提高HIFU联合TACE治疗中晚期肝癌的疗效。

HIFU辐照离体牛眼晶状体致凝固性坏死出现时间与空化关系的定性研究

目的:研究高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)辐照离体牛眼睛所致热凝固性坏死出现的时间与空化的关系。方法:使用自制支架固定牛眼晶状体,使用不同辐照参数(100w-6s、200w-3s、300w-2s、600w-1s)的HIFU辐照离体牛眼晶状体,辐照过程中使用高速摄影系统摄录晶状体中凝固性坏死的形成过程,并用被动空化检测(passive cavitation detection,PCD)系统对辐照中牛眼晶状体中发出的声散射信号(acoustic emissions)进行检测后在LabVIEW开发平台上编程对其量化分析。辐照结束后,观察HIFU致牛眼晶状体中的损伤形态。结果:HIFU辐照牛眼晶状体,都产生了凝固性坏死,且出现的时间不同。100、200、300和600W功率的HIFU辐照中凝固性坏死出现的平均时间分别为1.921、1.109、0.627和0.240 s。辐照结束后,肉眼观察可见牛眼晶状体中形成的凝固性坏死大小和形态类似。除100W外,其余功率的HIFU辐照过程中均观察到了空化的发生,且辐照功率越大,空化越剧烈。结论:HIFU辐照中空化的发生影响凝固性坏死的产生,且空化越剧烈,凝固性坏死形成时间越短。

HIFU治疗原发性肝癌的CT表现及价值

目的 探讨HIFU治疗原发性肝癌的CT表现及价值。方法 18例原发性肝癌患者HIFU治疗后行CT检查 ,对比治疗前后CT改变。 5例治疗后行病灶切除 ,观察其病理组织学改变 ,并与CT表现对照。结果 治疗后 12例 (12 / 18,6 6 .7% )病灶体积缩小。 16例 (16 / 18,88.9% )病灶密度降低 ,强化程度减弱 ,2例病灶内及周边有小片轻度增强。组织病理学检查发现HIFU治疗区内肿瘤组织出现凝固性坏死 ,病理结果与CT表现一致。结论 CT可以反映HIFU术后瘤体的组织学及血供变化 。

HIFU联合超声微泡增效剂SonoVue治疗盆腔手术史子宫肌瘤患者研究

目的探讨实时超声监控下HIFU联合超声微泡增效剂(SonoVue)治疗子宫肌瘤伴盆腔手术史患者的安全性与有效性.方法分析2010年10月至2012年12月宁市中心医院50例子宫肌瘤伴盆腔手术史患者行HIFU联合SonoVue治疗情况,与同期50例无盆腔手术史子宫肌瘤患者进行比较,观察患者治疗中肌瘤非灌注区体积、体积消融率、消融强度、消融剂量、在室时间、治疗时间及治疗后即刻不良反应与远期并发症等.结果手术史组非灌注区体积、体积消融率、消融剂量与非手术史组比较,差异无统计学意义(P>0.05);手术史组消融强度明显低于非手术史组(P<0.05);手术史组在室时间、治疗时间明显长于非手术史组(P<0.05);手术史组治疗中重度及以上疼痛率为46%,明显高于非手术史组20%(P<0.05),2组均无因难以忍受疼痛而终止治疗者.手术史组治疗后下腹部疼痛、皮肤烫伤、骶尾部疼痛明显高于非手术史组(P<0.05),后期随访两组患者均无严重不良反应.结论盆腔手术史增加了HIFU治疗子宫肌瘤操作难度;初步研究提示严格掌握适应症与禁忌症,HIFU联合SonoVue治疗盆腔手术史子宫肌瘤患者也可得到安全有效的治疗.

HIFU治疗系统焦域温度的检测方法

高强度聚焦超声(HIFU)是近年来迅速发展的肿瘤治疗技术,随着技术的不断成熟,临床应用也越来越广泛,其治疗原理是将高强度的超声能量聚焦在靶区肿瘤组织,焦点区域在极短的时间内产生高温,从而使肿瘤组织发生凝固性坏死,达到治疗目的。HIFU作为一种热消融疗法,需要有良好的温度测量技术来保证治疗的安全和疗效。该文针对目前国内外已有的焦域温度检测方法做简单阐述。

基于PCA-LDA的HIFU治疗中组织损伤无损检测方法

组织损伤的无损检测是HIFU治疗过程中非常重要的辅助过程。提出了一种通过B超图像无损地检测组织损伤的方法。HIFU辐射后,组织损伤必然会引起B超图像的变化,只对HIFU焦域附近的数字减影图像进行处理和分析。利用新鲜离体猪肉组织和猪肝组织实验,利用主分量分析(PCA)和线性判别分析(LDA)相结合的方法,对减影图像进行特征提取,利用最近邻方法进行分类识别。对于离体猪肉组织中损伤的识别率达94.5%,对于离体猪肝组织中组织损伤的识别率达87.5%。PCA-LDA方法的识别率要优于平均灰度作为识别特征等利用单一特征的识别方法。

肝动脉置管栓塞在高强度聚焦超声(HIFU)治疗肝癌中的作用

目的 探讨肝动脉置管栓塞在高强度聚焦超声治疗肝癌中的作用。方法 利用高强度聚焦超声 (HI FU)治疗 44例肝癌患者。对 12例HIFU治疗前需肋骨开窗的病人 ,在开窗的同时给予肝动脉置管栓塞 ,观察其在此方治疗中的利弊。结果 此法为肝癌HIFU治疗中需开窗的病人争取了时间 ,节约了费用 ,为进一步追加治疗提供了方便。