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。

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。

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。

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.

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。

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。

HIFU治疗区域检测方法研究

提出了一种基于自适应掩模滤波和水平集方法相结合的B超图像分割方法,能较准确地从高强度聚焦超声(HIFU)辐照前后获得的B超图像的减影中检测出治疗区域。对HIFU辐照后的新鲜离体猪肉进行解剖切片,实际损伤情形基本与该方法所得结果相吻合。该方法可以帮助HIFU临床医生客观、准确地监控治疗过程,对提高HIFU疗效有实际意义。

聚焦超声换能器电阻抗谱实时在线监测系统

高强度聚焦超声(HIFU)换能器作为聚焦超声消融手术(FUAS)系统的核心部件,其电阻抗谱是确定FUAS系统工作参数的重要参考依据,故对其进行实时在线监测具有重要意义。该文采用脉冲响应时域测量方法,将探测脉冲信号与HIFU换能器的工作时序相融合,并基于LabVIEW平台构建了一套HIFU换能器电阻抗谱实时在线监测系统,实现了对HIFU换能器电阻抗幅值与相位的高重复性及准确性的实时测量。通过对长时工作在大功率、高占空比条件下HIFU换能器电阻抗谱的实时在线监测,表明该监测系统可准确反应HIFU换能器的特征频率漂移、阻抗幅值和相位的非线性变化。这为HIFU换能器电阻抗谱实时在线监测及驱动参数优化调节提供了技术方案,对HIFU换能器的设计优化和能量损耗机制研究具有重要的应用价值。

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。

TOCE联合HIFU治疗原发性肝癌的DSA检查及意义

目的 评价TOCE联合HIFU治疗原发性肝癌的DSA表现及意义。方法 5 0例原发性肝癌患者接受TOCE联合HIFU治疗 ,比较治疗前后的DSA表现。随机选出同期 5 0例单纯TOCE治疗的患者进行对照研究。结果 研究组与对照组治疗后肿瘤血管减少、消失、不变及增多分别为 76 % (38/ 5 0 )、8% (4 / 5 0 ) ;16 % (8/ 5 0 )、0 ;6 0 % (30 /5 0 )、4% (2 / 5 0 ) ;30 % (15 / 5 0 )、6 % (3/ 5 0 ) (P <0 .0 5 )。病灶体积缩小分别为 76 % (38/ 5 0 )和 5 8% (2 9/ 5 0 ) (P <0 .0 5 )。新病灶形成分别为 4例和 6例。侧支开放为 2例和 3例。结论 TOCE联合HIFU是治疗中晚期原发性肝癌的一种有效的治疗方法 ,DSA可以准确判断治疗后肿瘤大小、血供情况 ,早期发现复发及转移灶 。

一种基于B超图像的亚像素级HIFU束损伤监控方法

目前基于超声引导的HIFU治疗系统尚无低费用、实时、有效的监控方法。提出一种基于B超的图像方法,分析HIFU焦域位置相关矢量场与HIFU对软组织造成的束损伤间的关系。采用新鲜猪肉组织为标本,对其进行不同剂量的HIFU分组辐照,获取辐照前后的B超图像,并记录软组织相应的损伤程度,同时记录植入式热电偶测得的参考温度。对辐照前后HIFU焦域位置B超图像进行二维亚像素级互相关分析。结果表明,B超图像亚像素级相关分析矢量场可反映组织发生凝固性坏死的位置,其相关距离可以反映组织束损伤程度。基于B超图像相关性的亚像素级监控方法,可以帮助HIFU临床医生实时有效地监控HIFU束损伤程度,及时调整HIFU治疗剂量,提高治疗效果。