高强度聚焦超声生物学焦域温场研究

采用热电偶探针测温系统 ,研究了运用JC A型HIFU聚焦超声肿瘤治疗系统定点辐照新鲜离体牛肝脏的生物学焦域温场分布。研究结果表明 :焦域中心温度最高 ,温升可达 74 .4± 1.5℃。在空间上 ,远离焦点温升快速下降 ,Z轴有效温升宽度 12 .4mm ,X、Y轴有效温升宽度均为 5 .4mm。X、Y、Z轴有效温升宽度与生物学焦域大小一致。光镜下 ,生物学焦域与周围正常组织分界清楚。所以 ,在空间上 ,由生物学焦域中心向外缘 ,能量递减十分陡峭 ,具有“刀”的特征。高强度聚焦超声对深部组织定位损伤在空间上是精确的、有效的、安全的。

高强度聚焦超声肝脏生物学焦域及超声监控

目的 探讨在相同声强作用下 ,高强度聚焦超声经体外辐照肝脏形成的生物学焦域体积大小与辐照深度和辐照时间的关系。同时探讨超声显像法实时监控生物学焦域的图像变化规律。方法 采用重庆医科大学医学超声工程研究所自主研制的JC A型HIFU肿瘤治疗系统 ( 1MHz ,5 5 0 0W·cm-2 ) ,对 18只山羊的肝脏组织进行体外定点脉冲辐照 ,辐照深度为距皮肤 3cm和 4cm ,辐照时间为 5s、10s、15s和 2 0s。辐照过程中系列测量靶区超声灰度和强回声区面积的变化。辐照后 3～ 5天处死动物 ,剖腹观察并测量所形成的肝脏HIFU生物学焦域的体积。结果 肝脏经体外HIFU辐照后即刻 ,靶区内出现明显的回声增强并随观测时间延长而逐渐降低。强回声区面积随辐照时间增加而增大。辐照时间为 5s、10s、15s和 2 0s ,辐照深度为 3cm时 ,形成的生物学焦域体积分别为 ( 85± 2 8.0 )mm3 、( 2 74± 5 5 .0 )mm3 、( 4 10± 90 .0 )mm3 和 ( 694± 13 1.0 )mm3 ;而辐照深度为 4cm时 ,肝脏HIFU生物学焦域体积则分别为 :( 63± 7.0 )mm3 、( 167± 2 5 .0 )mm3 、( 2 73± 5 6.0 )mm3 和 ( 4 72± 10 4.0 )mm3 。结论 在相同辐照声强作用下 ,肝脏HIFU生物学焦域体积随辐照时间的增加而增加 ,随辐照深度的增加而减小。

高强度聚焦超声形成生物学焦域的剂量学研究

目的 研究辐照剂量对高强度聚焦超声生物学焦域形状、大小的影响 ,探讨高强度聚焦超声 (highintensityfo cusedultrasound ,HIFU)形成生物学焦域的剂量学。方法 运用JC A型Haifu聚焦超声肿瘤治疗系统 ,使用 1.6MHz、焦距12 0mm聚焦超声换能器 ,以 7× 10 3～ 2 7.7× 10 3W cm2 、辐照时间 1～ 2 0s的剂量定点辐照深度为 2 0mm的新鲜离体牛肝脏 ,辐照结束后沿凝固性坏死最大面剖开 ,测量生物学焦域的长、短轴和体积。结果 HIFU生物学焦域不等于声焦域。随着声强和辐照时间的增加 ,HIFU生物学焦域体积增加 ,其形态亦由椭圆体演变成圆锥体 ,且当声强增加时 ,圆锥体HIFU生物学焦域出现的更早。当声强一定 ,随着辐照时间的增加 ,HIFU生物学焦域形态指数 (K)逐渐减小。结论 辐照剂量影响HIFU生物学焦域的形状和大小 。

生物学焦域的概念及在高强度聚焦超声切除组织中的作用

本实验研究和比较了高强度聚焦超声(HIFU)所致体内深部组织凝固性坏死灶的形状和大小.结果显示参照同样的治疗参数,HIFU所致凝固性坏死灶的大小和形状在体内和体外有较大的差异.体内体积与治疗参数、靶组织的结构、功能和运动有密切关系.与物理学焦域比较,凝固性坏死灶体积亦可能命名为HIFU的生物学焦域.

高强度聚焦超声的生物学焦域研究

研究高强度聚焦超声(HIFU)在组织内能量的存积规律及表达方式.用JC型聚焦超声肿瘤治疗系统将超声波聚焦,辐照离体的牛肝、肾、肌肉组织和活体的猪肝、肾、肌肉组织,观察单点凝固性坏死的形成和体积变化规律.无论离体、活体组织的凝固性坏死点的形态和体积均不同于声学焦域;如果声强为7×103～25.4×103W/cm2,辐照时间为0～20s,则凝固性坏死点的体积为0～2000 mm3;同一剂量辐照下,不同组织结构、不同功能状态、不同组织深度所形成的单点凝固性坏死的体积不同.整块肿瘤的凝固是由一个一个小点状的凝固性坏死组合而成.把这个点状的凝固性坏死范围叫做HIFU的生物学焦域.生物学焦域是HIFU切除肿瘤的基本单元.它是声学焦域、声强、辐照时间、治疗深度、组织结构及功能状态的函数.

生物学焦域概念及HIFU治疗剂量的研究

目的:探讨HIFU的生物学焦域形态及变化规律及其在HIFU治疗剂量研究中的作用.方法:观察离体牛肝、肾、肌肉组织及活体猪肝、肾、腿的生物学焦域形态及变化规律.结果:本研究发现,生物学焦域形态可为椭圆形,长轴与短轴比为2～3:1,它可以小于、等于或大于声学焦域;通过点、线、面、体的组合,可以达到对不同大小、形状的组织进行完全性覆盖的目的.HIFU的生物学焦域受到许多因素的影响,其中组织结构、功能与辐照深度的影响尤为明显.结论:生物学焦域是以声学焦域的形态、大小为基础,是声强、辐照时间、辐照深度、组织结构及功能状态(血液灌注速率、生理性位移等)的函数.这为体外"切除”肿瘤提供了基本单元,也是HIFU治疗剂量学的理论基础.肿瘤防治杂志,2001,8(特)

超声消融剂量与生物学焦域特征

目的了解超声消融剂量与其产生的生物学焦域特征之间的关系。方法以JC型聚焦超声肿瘤治疗系统(治疗头频率1.6MHz)定点辐照方式消融离体牛肝组织,消融深度固定为20mm。声功率为60～200W,对应每级声功率,消融时间分别为1～20s。相同剂量重复3次。消融毕观察靶区形态特征,测量坏死区域长、宽径,计算形态指数和面积。结果生物学焦域形态具有多样性,形态指数随消融剂量增大而变小。生物学焦域与超声消融剂量之间存在正相关关系(y=0.0164X1.0591,R2=0.9238,P<0.05)。结论了解超声消融剂量与生物学焦域之间的关系有利于消融过程中选择消融剂量。

聚焦超声换能器焦距与直径比值对高强度聚焦超声透过条状障碍物的生物学焦域的影响

目的探讨聚焦超声换能器的物理参数换能器焦距与直径的比值(f-number)对高强度聚焦超声(HIFU)透过条状障碍物的生物学焦域的影响。方法分别选用f-number为0.65(1.0-200-130)和f-number为0.85(1.0-200-170)型换能器在离体牛肝中进行HIFU辐照。将肋骨置于换能器与焦平面之间,HIFU声束轴线在B超的引导下,分别沿肋间隙正中聚焦、肋骨边缘聚焦和正对肋骨聚焦。在每种聚焦方式下,肋骨置于距焦平面3、6、9 cm处。HIFU声束透过肋骨聚焦,在牛肝中的辐照深度为20 mm,辐照功率250 W,辐照时间10 s;辐照方式采用定点辐照。辐照结束后切开牛肝,观察和记录生物学焦域的形成率与体积。结果在其他辐照参数相同的情况下,f-number为0.65透过肋骨后生物学焦域的形成率和体积均较f-number为0.85时大(除f-number为0.85正对肋骨聚焦,肋骨距焦平面3 cm外)。结论聚焦超声换能器f-number不同,HIFU透过肋骨所形成的生物学焦域形成率与体积不同。

HIFU热疗生物学焦域温场的研究及其现状(综述)

高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)热疗是利用超声的易聚焦性、生物体内穿透性强等物理特性,将超声波发生器发射出的低能量超声波聚焦于人体内肿瘤组织处,在焦点处产生的瞬态高温效应(>65℃)、空化效应、机械效应和声化学效应的作用下,使靶区肿瘤组织凝固性坏死的肿瘤治疗方法。由于这种治疗方法具有非创伤性、不易引起癌细胞转移、病人痛苦小、治疗后康复快等优点而被应用于临床。现在,HIFU热疗研究也是众多研究者关注的热点。

超声对高强度聚焦超声生物学焦域的监控研究

目的 探讨高强度聚焦超声 (HIFU)治疗中超声监控的准确性和可靠性。方法 通过比较离体牛肝组织在HIFU不同声强和辐照时间辐照时 ,靶区辐照前后的超声声像图变化和灰度值变化 ,进而观测超声图像面积 (SUSI)与生物学焦域面积 (SBFR)的关系。结果 HIFU辐照后超声回声强度明显增强 ,灰度值增高 ;辐照结束后 1min的SUSI与SBFR几乎相等 (t =0 .30 8,P >0 .0 5)。结论 通过观察超声的灰度值变化 。

肋骨和肺组织遮挡对高强度聚集超声生物学焦域的影响

目的 探讨高强度聚焦超声 (HIFU)在犬肝组织中生物学焦域 (BFR)与肋骨和肺组织遮挡的关系。方法 将实验犬随机分为对照组和手术组 (n =10 ) ,手术组模拟行肋骨部分切除、肋膈角闭合术 (PCCAC) ;以 0 .8MHz、焦距 12 0mm、定点点打、声功率 2 2 0W连续照射两组实验犬肝右叶 90s ,对肝生物学焦域进行面积和体积测定及病理学检查。结果 超声显示手术组犬肝形成 (1.0 4± 0 .2 3 )cm2 回声增强区 ,对照组没有观察到回声增强区 ;肉眼下实验犬肝生物学焦域体积(3 .2 4± 0 .47)cm3 ,与对照组比较差异有显著性 (P <0 .0 5 ) ;对生物学焦域的嗜伊红染色证实其手术组犬肝生物学焦域的坏死程度明显增强 ,范围增大。结论 肋骨和含气肺组织的遮挡对HIFU破坏犬肝组织具有明显的负影响 ,行PCCAC后可以有效提高HIFU在肝脏治疗靶区内的有效能量 。

高强度聚焦超声作用下的组织焦域能量分析及实验验证

为研究发生空化前高强度聚焦超声(HIFU)作用的最佳治疗模式,从声场和热场的仿真计算和新鲜离体牛肝实验验证出发,根据声能转化成热能的原理,分析了组织焦域温度上升造成组织损伤的变化过程;建立了与温度相关的组织损伤预测模型;计算了形成1 mm宽度的生物学焦域所吸收的能量;并在75、100、125、150 W这4种声功率下,按照350 J能量,共进行了24组新鲜离体牛肝组织的实验,验证该能量强度形成的生物学焦域尺寸。结果表明,经组织衰减后生物学焦域吸收的超声能量为350 J时,在新鲜离体牛肝组织中形成的生物学焦域宽度为(1.1±0.1)mm;当换能器物理学焦域的长短轴之比在4~10之间变动时,吸收350 J形成的生物学焦域宽度保持在(1.0±0.2)mm。在充分除气的均匀介质牛肝中,当换能器的物理学焦域长短轴比在4~10之间时,吸收350 J能量,声功率100~150 W是形成(1.0±0.2)mm宽度的生物学焦域的最佳治疗模式。

高强度超声聚焦焦域大小的剂量学研究

目的:体外体模辐照实验研究高强度聚焦超声(HIFU)不同辐照剂量下焦域形成规律,为临床提供参考。方法:运用PRO2008型聚焦超声子宫肌瘤治疗系统,超声换能器频率为1.3MHz、焦距130mm,设置声强5×103W/cm^2、辐照深度19mm,采用脉冲波辐照仿组织体模,通过改变辐照功率及时间,测量焦域的长短轴,同时,在辐照功率恒定时,改变单点打击时间和次数,测量焦域长短轴。结果:随辐照功率和时间的增加,HIFU形成的焦域长轴和短轴长度均增加,但其比值减小,当辐照功率恒定时,HIFU生物学焦域的长轴和短轴长度均随单点打击时间和打击次数增加而增加。结论:辐照剂量影响HIFU焦域形态,HIFU辐照体模所形成的焦域大小呈剂量依赖型。

高强聚焦超声辐照剂量与组织热坏死体元之间的关系

利用Pennes方程和Rayleigh方程 ,对一种环状高强聚焦超声 (HIFU )换能器在发射声强为 70 0 0～ 2 5 40 0W·cm- 2 和辐照时间为 0～ 2 0s辐照剂量范围内 ,对于辐照剂量和它在离体牛肝 2cm深处引起的热坏死体元 (即“生物学焦域”)体积之间的关系进行了数值模拟计算 ,计算获得的系列理论曲线与在相应条件下实验测量曲线符合较好 .表明 ,在现有的超声生物物理学理论框架内 ,对于HIFU辐照引起的热坏死体元的体积是可以进行理论预测的 .对于在较高辐照剂量下理论与实验之间存在的分歧也进行了讨论 .

高强度聚焦超声定位损伤离体牛肝的量效学研究

目的 探讨不同频率、不同治疗剂量的高强度聚焦超声 (HIFU)定位损伤新鲜离体牛肝的量效关系。方法 采用治疗头频率分别为 5 .4MHz和 7.4MHz的高强度聚焦超声治疗系统在不同的治疗功率 40W和 5 0W时 ,分5s、8s、10s、15s、2 0s的治疗时间定位损伤新鲜离体牛肝 ,记录并测量靶区的温度和生物学焦域体积。结果 HIFU辐照5～ 8s可迅速提高靶区温度至 64～ 75℃ ,随着治疗时间增加 ,温度最高可达 85℃ ;在治疗头频率和输出功率相同时 ,随着辐照时间的延长 ,HIFU辐照部位的生物学焦域体积增大 ,同一部位辐照时间越长 ( 15～ 2 0s) ,生物学焦域中心越易产生炭化和空洞现象 ;在治疗头频率和辐照时间相同时 ,输出功率增大 ,生物学焦域体积增大 ;在输出功率和辐照时间相同时 ,频率为 7.4MHz的治疗头较频率为 5 .4MHz的治疗头所产生的生物学焦域体积大。结论 HIFU生物学焦域的形成与治疗头的工作频率、输出功率和治疗时间密切相关 ,在一定的参数条件下 ,生物学焦域可控制 。

高强度聚焦超声辐照离体及在体心肌组织的比较研究

目的 探讨并比较高强度聚焦超声(HIFU)定位损伤离体心肌及活体心肌的量效关系。方法 采用不同功率(3W ,4W ,5W)的HIFU ,在不同辐照时间(5S ,8S ,10S ,15S ,2 0S ,60S ,180S)的作用下,对5只正常猪离体心脏及8只活体兔心脏进行定位损伤,观察并测定损伤区形态及体积,并对损伤区进行病理学检查。结果 不同剂量下HIFU所致的生物学焦域范围为1～3 0 0mm3 ,不同处理因素间损伤体积具有显著性差异(P <0 .0 5 ) ,相同剂量下离体心肌受损体积大于在体心肌的受损体积。损伤形态随剂量增大由椭球形向锥体形、不规则形发展。组织学观察可见凝固性坏死及损伤区与正常心肌组织的明显分界。结论 HIFU可定点使离体心肌及活体心肌发生坏死而不伤及周围组织。

一种评价高强度聚焦超声聚焦性能的仿组织体模的建立

目的建立一种用于评价高强度聚焦超声(HIFU)在组织中的聚焦性能、与生物组织的声学特性和热学性质一致的仿组织体模。方法用水、明胶、生物组织等材料制成仿组织体模,并对其进行声学特性、热学性质和HIFU生物学效应等测试。结果自制体模结构均匀,具有与人体软组织相似的声衰减系数、比热容、导热系数及与人体软组织相似的HIFU生物学效应。结论本实验自制的仿组织体模可以用于进行HIFU生物学效应的实验研究,检测HIFU治疗头的聚焦性能。

多元凹面换能器聚焦超声系统损伤离体牛肝的实验研究

目的评价多元凹面换能器聚焦超声系统的有效性和安全性,为临床应用提供基础研究资料。方法在不同治疗剂量条件下,以该聚焦超声系统定点辅照离体牛肝,测定焦点温升及辅照后凝固性坏死体积,观察比较治疗前后靶区域超声灰度和病理变化。结果辅照后靶点温升可达80℃以上;随治疗剂量增大凝固性坏死长径和直径增大,体积增大;靶区超声灰度明显增强;光镜下见损伤区组织呈凝固性坏死,损伤区与正常组织分界清晰。结论该系统能有效地损伤靶点组织,使之发生凝固性坏死;并且辐照区域与周围组织分界清晰,诊断探头可实时监控靶点的灰度变化,具有良好的治疗安全性。