一种用于HIFU诊疗的脱气水循环制备及控制系统

为解决HIFU(High Intensity Focused Ultrasound,高强度聚焦超声)诊疗用脱气水制备过程中存在的脱气水无法回收再利用、人工手动充排脱气水导致效率低下等问题,利用西门子S7-200(CPU226)、MCGS(Monitor and Control Generated System,监视与控制通用系统)组态软件和TPS1570Gi触摸屏等研制了一种脱气水循环制备及控制系统,能实现脱气水制备的本地手自动控制及远程监控,控制各个水阀等执行器启停,设定脱气过程的时间参数、液位上下限参数。试制装置已应用到国家重大科研仪器研制项目,循环脱气30 min,脱气负压低于﹣96 kPa,溶氧量小于0.0004%,满足国家标准。密封闭气,0.6 MPa保压测试30 min无明显压力下降。

MRI在子宫肌瘤HIFU疗效评估和预测中的价值

子宫肌瘤是育龄期妇女最常见的良性肿瘤,高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound)作为一种新的非侵入性手术方式在子宫肌瘤的治疗中越来越受欢迎。由于肌瘤内部结构异质性,肌瘤直径,技术局限性等原因不同患者的HIFU疗效有所不同,因此患者HIFU治疗疗效的评估和术前预测非常重要。磁共振成像(MRI)以高软组织分辨率、无创无辐射等特点在子宫肌瘤诊疗中尤为重要。本文综述了MRI在高强度聚焦超声治疗子宫肌瘤疗效评价和预测中的作用。

影像学在子宫肌瘤HIFU治疗中的应用进展

高强度聚焦超声(HIFU)是一种无侵入性治疗技术,影像学在术前评估肌瘤特征、术中监测、术后疗效及周围组织损伤评估方面具有重要应用价值,本文就CT、超声、磁共振及影像组学在HIFU治疗子宫肌瘤中的应用进行综述。

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。

基于遗传算法优化VMD-ESSA的HIFU回波信号降噪研究

由于高强度聚焦超声(HIFU)信号夹杂环境噪声,提出利用遗传算法优化变分模态分解(VMD)并结合能量均值法(EAM)及奇异谱分析(SSA)来对其进行降噪。遗传算法使得VMD具有更强的抗干扰性,奇异谱分析能够弥补能量均值去噪不完善。仿真实验表明,所提方法与GA-VMD-E、GA-VMD-SSA、VMD-ESSA降噪方法相比,重构后的信号的信噪比更高,均方根误差和最大误差更小。在实测信号中从频谱和降噪率两个角度证明了该方法的优越性,为通过HIFU回波信号分析生物组织损伤提供了一种更有效的预处理方法。

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。

HIFU联合宫腔镜电切术治疗育龄期单发巨大Ⅱ型黏膜下子宫肌瘤2例报道并文献复习

目的:探讨高强度聚焦超声(HIFU)联合宫腔镜电切术治疗育龄期女性单发巨大黏膜下子宫肌瘤(SUF)的效果。方法:回顾性分析德阳市人民医院诊治的2例育龄期女性单发巨大黏膜下子宫肌瘤患者临床诊疗信息及随访资料,并结合相关文献进行复习。结果:2例患者均以月经量过多为主要表现,MRI提示为单发国际妇产联盟(FIGO)Ⅱ型黏膜下子宫肌瘤,肌瘤最大径分别为7 cm、6 cm。2例患者均顺利实施HIFU治疗,治疗后4天复查MRI显示肌瘤消融率分别为89.5%和79.52%。治疗后4月彩超复查肌瘤缩小率分别为92.9%和93.0%,均由Ⅱ型黏膜下子宫肌瘤转为Ⅰ型,最终行宫腔镜手术完全切除病灶。随访2年,2例患者均自然受孕,并于孕39周选择剖宫产终止妊娠。结论:HIFU联合宫腔镜手术治疗育龄期单发巨大黏膜下子宫肌瘤,是安全有效的,值得进一步研究。

HIFU肿瘤热疗机的计算机辅助治疗系统

ＨＩＦＵ肿瘤热疗机是运用ＨＩＦＵ技术进行恶性肿瘤治疗的新型医疗仪器。在简介了ＨＩＦＵ肿瘤热疗机系统结构的基础上，着重介绍综合数字图像处理、数据通讯、ＣＡＤ技术、人工智能、数据库等一系列计算机技术的计算机辅助治疗系统及运用计算机辅助治疗系统进行ＨＩＦＵ肿瘤热疗的简要过程。

磁共振成像在HIFU治疗子宫肌瘤的术前与术后评价中的价值研究

目的:评估磁共振成像(MRI)在高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)技术治疗子宫肌瘤患者中的术前和术后短期评价的价值。方法:选取2020年9月—2022年1月在惠州市第三人民医院住院行HIFU治疗子宫肌瘤无复发的患者100例,所有患者均行术前与术后1天对比复查,3个月、12个月追踪复查疗效。通过前瞻性队列研究设计,评估HIFU治疗子宫肌瘤的疗效,并探究术前和术后磁共振成像表现的变化及其对疗效的预测作用。患者均进行术前和术后的MRI检查,以评估术前和术后的肌瘤大小、信号变化和血供情况等影像学指标的变化。同时,患者将在术后3个月和12个月进行随访,以评估治疗效果和可能出现的并发症。结果:结果表明,术后肌瘤的大小、信号强度和血供情况均得到了显著改善。具体来说,肌瘤体积年平均缩小了54.2%,T_(1)WI信号有所增高,凝固性坏死区均无强化。术后3个月和12个月的随访结果显示,治疗的效果可以持续保持,而且没有发现严重的治疗相关并发症。结论:HIFU治疗是一种有效且相对安全的治疗子宫肌瘤的方法。MRI技术可以作为一种重要的影像学指标,完全适用于术前和术后的即时疗效评估和预测。

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。

相控型HIFU系统软件的开发与应用

介绍采用计算机图形学和数据库的相关技术,在自主研发的多阵元相控聚焦超声治疗设备上开发了一套可视化HIFU系统软件。经实验验证,该系统软件能够有效制定治疗规划,实施实验治疗方案,促进临床实验研究。

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。

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。

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。

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。

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诱导人肺癌细胞凋亡及其可能机制

目的 研究高强度聚焦超声 (HIFU )诱导人肺癌细胞凋亡的作用及可能机制。方法 用不同剂量 HIFU作用于人肺癌细胞株 A549,分别应用 MTT试验、集落形成试验及流式细胞仪检测细胞存活、增殖、凋亡及相关基因表达的改变。结果 一定剂量的 HIFU可通过影响细胞增殖和凋亡相关的基因 (p53、fas、bax及 HSP70 )表达 ,阻止细胞于 G0 / G1期 ,抑制细胞增殖和集落形成 ,诱导细胞凋亡。结论 一定剂量的 HIFU可抑制体外培养的人肺癌细胞增殖 ,诱导细胞凋亡 ,其作用机制可能与其调控细胞增殖。