新型相控聚焦超声声场测量实验研究

目的:相控聚焦超声是热物理治疗领域的研究热点之一,而对其声场的研究是其中最重要的技术环节.本文分析了新型相控聚焦超声声场仿真和实验测量的声场结果.方法:运用LabVIEW虚拟仪器平台开发了超声声场测量系统.该系统用水听器声场扫描法测量了单焦点模式下新型相控聚焦超声声场分布,并用MATLAB等工具包对单焦点模式下的声场分布进行仿真.结果:仿真数据和实验结果基本一致.结论:本文验证了理论模型的正确性及本系统测量相控型聚焦超声声场可行性和有效性.     

水冷式单针射频热消融系统可消融范围测定的实验研究

目的 通过离体器官和活体动物实验,确定水冷式单针射频消融系统的功率、时间、消融范围的相关曲线,为实际应用提供理论依据.方法 采用水冷式单针射频消融系统分别对新鲜牛肝脏、健康成年新西兰白兔的肝脏和肌肉组织实施射频消融处理,经多路测温系统实时采集消融区域的温度场数据,以50 ℃为温度区域边界确定实际达到的最大消融范围,并计算离体肝脏组织的比吸收率(SAR).结果在100～130 V治疗电压范围内,治疗过程平稳,阻抗无明显变化,最大单次消融直径达51 mm.在140～170 V治疗电压范围内,较短时间即可达到较大的消融范围,但之后阻抗开始上升,组织消融范围不再继续扩大.在180～200 V电压范围内,几乎都出现快速的阻抗超标、射频治疗自动终止而不能正常完成射频消融.实际测得肝脏组织的SAR与理论值相符.病理学观察证实肝脏、肌肉组织发生了典型的凝固性坏死.结论 该水冷式单针射频消融系统在实验过程中,功放、水冷、测温及控制部分均运行平稳,实际消融效果达到了设计要求和临床治疗的需要.

Abstract：

Objective To determine the power-time-ablation scope correlogram of a water-cooled single needle electrode radiofrequency (RF) ablation system and to establish a theoretical basis for its practical application.Methods RF ablations were performed using a water-cooled single needle electrode radiofrequency ablation system developed by the authors using fresh ox liver as well as liver and muscles of healthy adult New Zealand white rabbits.The temperature of the ablation area was monitored using a multichannel thermometric system.The maximum ablation scope was determined by detecting the rim at which the temperature was no less than 50 °C.The specific absorption rate (SAR) of the isolated liver tissue was calculated.Results In the treatment voltage range of 100-130V,the process was smooth and steady.No impedance variation was obvious.The maximum diameter of a single ablation was 51 cm.With the treatment voltage at 140-170 V,a larger ablation area could be reached in less time,but eventually the impedance began to increase while the ablation area was no longer expanded.When the treatment voltage reached the range of 180-200 V the impedance almost always increased rapidly out of limits,and the treatment system stopped automatically.The measured SAR value was consistent with the theoretical value.Pathology confirmed that both liver tissue and muscle tissue manifested typical coagulative necrosis.Conclusions The power amplifier,cooling,thermometric and control sections of the RF ablation system worked stably,and the practical ablation effect met the design and clinical treatment requirements.     

双层组织中相控聚焦超声声场分布的建模与计算

目的:获得双层生物组织中相控聚焦超声的声场分布。方法:本文通过建立双层生物组织模型,在均一介质中由速度势推导径向速度的基础上,结合瑞利积分-伪逆矩阵算法计算声场。结果:计算结果表明,当相控聚焦超声焦点位置预设在骨骼中时,不能形成焦点,超声能量大部分集中于软组织—骨骼交界面上。结论:相控聚焦超声在治疗骨肿瘤及位置靠近骨骼的肿瘤时,有一定的限制。需要制定详细的治疗方案。     

超声加热诱导舌鳞癌Tca8113细胞凋亡的机制探讨

目的:通过检测超声加热处理后Tca8113细胞凋亡的主要相关参数变化,探讨超声加热诱导肿瘤细胞凋亡的机制。方法:应用超声热辐射系统,分别对Tca8113细胞进行不同温度、时间的加热处理,流式细胞仪连续检测42℃超声加热10min后Tca8113细胞早期凋亡和继发性坏死的动态变化,以及不同处理组的线粒体跨膜电位(ΔΨm)、Caspase-3活性的变化。采用SAS6.12统计软件包进行方差分析,比较各组均数间的显著性水平。结果:42℃超声加热(10min)Tca8113细胞后1h,即检测到细胞早期凋亡,6～8h达到高峰,以后迅速下降,12h后保持在较低水平,细胞的继发性坏死伴随着凋亡出现,在高水平保持一段时间,10h后开始下降。其与早期凋亡呈正相关(r=0.7909,P=0.0064);无论温度梯度(38℃～44℃,10min)还是时间梯度(42℃,10min～60min)的超声加热,均能导致ΔΨm显著降低(P<0.01)、Caspase-3活性显著升高(P<0.01),且两者具有显著相关性(温度梯度组r=0.89189,P=0.0029,时间梯度组r=0.9679,P=0.0003)。结论:超声加热能诱导Tca8113细胞凋亡,导致ΔΨm降低、Caspase-3活性水平升高。说明超声加热通过线粒体-Caspase途径,诱导Tca8113细胞凋亡。     

小型房颤治疗仪的研制

提出了一种基于嵌入式软硬件结构的小型房颤治疗仪设计方案,满足了治疗仪临床应用中的相关需要,包括基本治疗功能以及数据传输,液晶显示等,并在此基础上发展了适合于本系统的PID温度控制算法,实现对治疗头治疗温度的精确控制(±0.5℃).     

超声治疗热场有限元分析

针对人体组织非均匀性和实际位置与形状,考虑时变的生物组织特性的超声治疗温度场计算是超声治疗计划研究的重要内容。研究了人体组织超声治疗温度场的有限元计算方法,并利用ANSYS有限元分析软件对人体肝脏肿瘤超声治疗的稳态和瞬态温度场进行了分析。     

多模态图像配准技术在HIFU手术中的应用

在交互式的图像导航热疗手术中 ,需要对病灶目标进行非常精确的实时成像和定位。而现有的超声成像技术很难单独完成这个任务。本研究提出了一种用手术前MRI图像重建的三维图像与手术中的超声图像进行配准的方法 ,对肝部肿瘤热疗手术中的目标进行定位。其配准方法采用的是基于肝部血管和表皮等特征的遗传配准算法。     

单针水冷式射频消融过程中组织热损伤区域的有限元分析

目的:提出单针水冷式射频消融系统在治疗过程中对生物组织热损伤的仿真分析。方法:建立电-热场耦合有限元模型,描述射频消融的电场强度、特征吸收率以及水冷式射频针周围组织的温度分布。考虑了组织的电导不变及电导随温度变化的两种情况,比较两者的最大电场强度与热损伤区域(超过50℃边界)。结果:在相同的治疗电压和治疗时间下,电导变化模型比电导不变模型的射频最大电场强度增高7.9%,热损伤范围增大19.6%。结论:本文对射频消融术的治疗参数选择有着较好的临床参考价值。     

基于模糊逻辑的冷、热交替治疗仪控制方法设计

分别设计了用于液氮冷疗的模糊控制器和用于射频热疗的模糊逻辑PID 控制器.在离体猪肝上所做的实验结果表明,所提出的方法能控制冷、热疗的过程,有实用价值.