声通道的条状障碍物对高强度聚焦超声在离体牛肝内形成凝固性坏死的影响

目的 研究相同输出声功率下,声通道的条状障碍物对高强度聚焦超声(HIFU)在离体牛肝内形成凝固性坏死的影响.方法 在离体牛肝组织中进行HIFU辐照,首先在自由场进行HIFU辐照,然后将用条状障碍物模拟的肋骨置于声通道,引导声束轴线沿肋间隙正中、沿肋缘及正对肋骨,在每种情况下将肋骨分别置于距焦平面3 cm、6 cm、9 cm处在离体牛肝中进行HIFU辐照,辐照结束后观测凝固性坏死的形成率、体积、形态、位置与模拟肋骨表面的情况.结果 ①凝固性坏死形成率:自由场情况下,凝固性坏死形成率为100%.当肋骨距焦平面3 cm时,声束轴线沿肋间隙正中,凝固性坏死形成率为100%;声束轴线沿肋缘、正对肋骨时,凝固性坏死形成率急剧降低.分别为25%、8%;当肋骨距焦平面6 cm、9 cm,无论声束轴线与肋骨相对位置如何,形成率均在50%以上.②凝固性坏死体积:当声通道有肋骨存在,凝固性坏死体积比自由场明显降低,差异均具有统计学意义(P<0.05);肋骨与声束轴线的相对位置以及肋骨距焦平面的距离不同,凝固性坏死的体积、长度、宽度、形态、位置不同.③当肋骨置于接近焦平面的位置时,在形成凝固性坏死的同时,观察到肋骨表面被烫伤.当肋骨置于远离焦平面的位置时,在形成凝固性坏死的同时,不会对肋骨表面形成损伤.结论 声通道有肋骨存在时,HIFU在牛肝内形成的凝固性坏死体积明显减小.声通道的肋骨与声束轴线的相对位置以及肋骨距焦平面的距离均对凝固性坏死的形成率、体积、形态、位置有影响,声束透过肋间隙正中时在牛肝中形成的凝固性坏死体积较大,形态规则,易于控制.声通道的肋骨距离焦平面越近,越有可能对肋骨表面造成损伤.     

声通道上的条状障碍物对高强度聚焦超声声场的影响

目的 研究高强度聚焦超声(HIFU)透过用条状障碍物模拟的肋骨后的声场分布.方法 引导HIFU声束透过肋间隙、肋缘及正对肋骨,在每种情况下将肋骨分别置于距焦平面3、6、9 cm处,采用水听器描绘出了每种情况下声场的分布.结果 轴向声压分布:在3种障碍物分布情况下,声通道上由于肋骨的存在,声压幅值较自由场下降了60%～80%,相对于自由场,-6 dB焦域的尺寸增大0.5～1.5 mm.焦点的位置相对于自由场,也发生了前移,焦点向换能器方向靠近0.1～2.3 mm.径向声压分布:在3种障碍物分布情况下,当肋骨距焦平面3、6 cm时,声压的分布出现多峰的现象,相对于自由场,声压幅值降低.当肋骨距焦平面9 cm时,在经过了肋骨之后,波束基本上还是保持了原来的形状,声压分布与自由场接近.结论 声通道上存在肋骨时HIFU焦域的声压幅值明显降低,声压幅值的降低与声束轴线与肋骨的相对位置以及肋骨距焦平面的距离有关.声通道上存在肋骨时对HIFU声焦域有影响,-6 dB焦域尺寸增加.     

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50W时，分5s、8s、10s、15s、20s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(15～20s)，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，这将有助于HIFU在肿瘤治疗领域的临床应用。     

聚焦超声换能器的频率和曲率半径对生物学焦域的影响

目的探讨聚焦超声换能器的物理参数——频率(f)、曲率半径(R)对生物学焦域的影响．为优化设计适合临床应用的聚焦超声换能器提供实验依据。方法运用JC-A型Haifu聚焦超声肿瘤治疗系统，使用3种聚焦超声换能器，以一定的超声剂量定点辐照新鲜离体牛肝脏．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。结果对于任一种聚焦超声换能器，辐照深度一定时。生物学焦域的体积随换能器辐射声功率、辐照时间的增大而增大。在一定的换能器辐射声功率和辐照时间下．辐照深度一定时，当聚焦超声换能器其他物理参数固定时．生物学焦域的体积随换能器频率的增大而增大，而生物学焦域的形态指数随频率的增大而减小；而当聚焦超声换能器的其他物理参数固定时．生物学焦域的体积和形态指数随透镜曲率半径的增大而增大。结论生物学焦域除了与声功率、辐照时间、辐照深度以及组织结构、功能状态有关外，还与聚焦超声换能器的物理参数如频率(f)、曲率半径(R)有关。在临床运用中，应根据临床方案优化设计适合临床应用的一定频率(f)和曲率半径(R)的聚焦超声换能器。     

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,5500W*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20s.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20s,辐照深度为3cm时,形成的生物学焦域体积分别为(85±28.0)mm3、(274±55.0)mm3、(410±90.0)mm3和(694±131.0)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±25.0)mm3、(273±56.0)mm3和(472±104.0)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.     

高强度聚焦超声焦域的实验研究

目的通过含液晶感温膜的仿组织体模和离体牛肝组织实验,研究高强度聚焦超声(HIFU)焦域大小随不同参数的变化。方法设定不同输入功率、辐照时间和辐照深度进行实验,用相机分别记录不同参数下仿组织体模和牛肝组织内形成的焦域,并进行数据统计分析。结果仿组织体模焦域内液晶感温膜显示65.7℃以上区域呈椭圆形;HIFU焦域长、短轴随输入功率、辐照时间的增加而增大,随辐照深度的增加而减小,且长轴变化较短轴明显,同时存在辐照时间阈值。结论含有液晶感温膜的仿组织体模可用于研究HIFU焦域随不同影响因素的变化情况,结合离体牛肝组织实验对比,为HIFU剂量研究提供参考依据。     

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 ,可以间接地指导制定治疗剂量和判断治疗效果     

高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人对离体猪肝脏组织的损伤效应

目的探讨自主研制的高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人在换能器摆动模式下对离体猪肝脏组织的损伤效应。方法离体猪肝脏组织分为换能器摆动组和换能器固定组,采用该装置在不同辐照时间和辐照深度下分别进行定点脉冲辐照,测量生物学焦域体积及其中心距组织表面距离,并取靶区组织进行病理学检查。比较两组间生物学焦域体积测值以及换能器摆动组生物学焦域中心距组织表面的距离与预设辐照深度间的差异,并分析辐照深度及辐照时间对生物学焦域的影响。结果辐照靶区形成凝固性坏死区,与周围组织分界清楚。在相同辐照剂量下,两组所产生的生物学焦域体积测值间差异无统计学意义(P>0.05)。生物学焦域中心距组织表面的距离与预设辐照深度间差异无统计学意义(P>0.05)。在相同辐照参数下,生物学焦域体积随辐照时间增加而增大,随辐照深度增加而减小。结论高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人在换能器摆动模式下对离体猪肝脏组织可产生有效、精确的损伤,生物学焦域与辐照时间和辐照深度有关。     

肝脏高强度聚焦超声在体生物学焦域的超声实时监控研究

生物学焦域 (biologicalfocalregion ,BFR )是高强度聚焦超声 (highintensityfocusedultrasound ,HIFU )领域的一个重要概念 ,也是HIFU临床治疗的基本单元。本研究采用超声监测和解剖观察比较分析的方法 ,观察活体肝脏经体外HIFU辐照前后超声图像的动态变化 ,探讨超声用于体内HIFU生物学焦域实时监控的价值。材料与方法一、实验动物南疆黄羊 12只 ,雌雄不拘 ,4～ 6月龄 ,体重 2 0～ 2 5kg。二、仪器和方法1.JC A型HIFU肿瘤治疗系统 :由重庆医科大学医学超声工程研究所研制生产。使用的换能器物理参数 :频率1MHz ,换能器直径 15 …     

高强度聚焦超声换能器

高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,简称HIFU)被认为是20世纪末无创伤科,特别是肿瘤治疗技术的一项突破性进展。HIFU的基本概念是,通过一定形式的超声聚焦换能器(单元换能器或多元换能器阵列),将超声能量聚焦于小的空间焦域(或称焦斑)内(其线度一般为毫米量级)。焦域的声强高达每平方厘米几千乃至上万瓦,使置于焦域的病灶组织(如肿瘤、增生等),在短时间内(一般在0.1s～10s)迅速上升到65℃以上,发生凝固性坏死。而周围正常组织不受损作。从而达到无创伤治疗目的。 聚焦超声换能器是HIFU治疗设备的核心部件。本文就其发展过程及声场特性等相关问题做一简要评述。 1.高强度聚焦超声换能器发展简况     

Focusing of High-Intensity Ultrasound Through the Rib Cage Using a Therapeutic Random Phased Array

A method for focusing high-intensity ultrasound (HIFU) through a rib cage that aims to minimize heating of the ribs while maintaining high intensities at the focus (or foci) was proposed and tested theoretically and experimentally. Two approaches, one based on geometric acoustics and the other accounting for diffraction effects associated with propagation through the rib cage, were investigated theoretically for idealized source conditions. It is shown that for an idealized radiator, the diffraction approach provides a 23% gain in peak intensity and results in significantly less power losses on the ribs (1% vs. 7.5% of the irradiated power) compared with the geometric one. A 2-D 1-MHz phased array with 254 randomly distributed elements, tissue-mimicking phantoms and samples of porcine rib cages are used in experiments; the geometric approach is used to configure how the array is driven. Intensity distributions are measured in the plane of the ribs and in the focal plane using an infrared camera. Theoretical and experimental results show that it is possible to provide adequate focusing through the ribs without overheating them for a single focus and several foci, including steering at ± 10–15 mm off and ± 20 mm along the array axis. Focus splitting caused by the periodic spatial structure of ribs is demonstrated both in simulations and experiments; the parameters of splitting are quantified. The ability to produce thermal lesions with a split focal pattern in ex vivo porcine tissue placed beyond the rib phantom is also demonstrated. The results suggest that the method is potentially useful for clinical applications of HIFU, for which the rib cage lies between the transducer(s) and the targeted tissue. (E-mail: vera@apl.washington.edu)     

高强度聚焦超声治疗“困难部位”肝癌的安全性及有效性

肝癌是常见的恶性肿瘤,高强度聚焦超声是治疗肝癌的一大安全、有效手段,但其在对肋骨后方及邻近大血管、胆囊和肝外胆管、胃肠的肝癌结节的治疗中消融率较低,治疗难度较大,容易伤及毗邻的重要组织结构。本文就HIFU在治疗"困难部位"肝癌病灶中所遇到的问题,以及如何提高治疗的安全性及有效性做一综述。     

声通道上的肋骨对高强度聚焦超声在羊肝内形成凝固性坏死的影响

目的从有效性、安全性和剂量学的角度探讨声通道上的肋骨对高强度聚焦超声（HIFU）损伤山羊肝的影响。方法HIFU分别辐照声通道上有肋骨（对照组）和声通道上肋骨被手术切除（实验组）的羊肝。辐照结束后2d处死动物，观察靶区凝固性坏死形成情况，测量凝固性坏死的体积并计算能效因子（energy efficiency factor，EEF）。结果实验组的凝固性坏死形成率明显高于对照组，EEF远远小于对照组。结论声通道上的肋骨明显影响凝固性坏死的形成率和EEF，提高HIFU治疗受肋骨阻挡的肝癌的治疗效率非常重要。     

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.     

高强度聚焦超声消融治疗子宫肌瘤的临床评价

目的：探讨高强度聚焦超声（HIFU）消融子宫肌瘤的疗效和不良反应。方法：HIFU消融治疗36例共45个子宫肌瘤,应过MRI、相关症状以及生活质量评分,评估疗效和不良反应。结果：随访35例共44个肌瘤,平均体积消融率为（64．74±23．16）％。术后6、12个月肌瘤缩小率分别是（41．76±23．91）％和（59．02±15．94）％（P〈0．0001）。术后6个月时,症状严重评分以及生活质量评分显著改善率分别为94．7％（18／19）和72．7％（6／22）。主要并发症为局部疼痛、发热等,均为轻中度。结论：HIFU消融子宫肌瘤安全有效,值得深入研究。     

超声造影评价高强度聚焦超声和射频消融治疗不同大小子宫肌瘤疗效及比较

目的采用超声造影技术评价高强度聚焦超声(HIFU)和射频消融治疗子宫肌瘤的疗效,并比较两者对不同大小子宫肌瘤疗效的差异。方法 100例子宫肌瘤患者共138个肌瘤,随机分为2组,每组各50例,分别接受HIFU及射频消融治疗。HIFU组16例患者24个肌瘤直径2.0～4.0cm,26例患者32个肌瘤直径4.0～6.0cm,8例患者12个肌瘤直径6.0～8.0cm;射频消融组14例患者22个肌瘤直径2.0～4.0cm,27例患者35个肌瘤直径4.0～6.0cm,9例患者13个肌瘤直径6.0～8.0cm。所有患者均于治疗前、后1周内行超声造影。采用Chi-squareχ2检验比较HIFU、射频消融治疗不同大小子宫肌瘤完全消融率、术后并发症发生率。结果 HIFU组、射频消融组直径2.0～4.0cm子宫肌瘤完全消融率分别为91.7%(2/24)和95.5%(1/22),差异无统计学意义(χ2=0.270,P>0.05);HIFU组、射频消融组直径4.0～6.0cm子宫肌瘤完全消融率分别为56.3%(18/32)和94.3%(33/35),HIFU组完全消融率低于射频消融组,且差异有统计学意义(χ2=13.304,P<0.05);HIFU组、射频消融组直径6.0～8.0cm子宫肌瘤完全消融率分别为16.7%(2/12)和76.9%(10/13),HIFU组与射频消融组的完全消融率均降低,但射频消融组的完全消融率仍高于HIFU组,且差异有统计学意义(χ2=10.711,P<0.05)。术后并发症包括发热、下腹部疼痛、盆腔积液、阴道排液及单侧下肢麻木。HIFU组并发症发生率为16.0%(8/50),低于射频消融组的36.0%(18/50),差异有统计学意义(χ2=4.917,P<0.05)。结论 HIFU和射频消融对于直径4.0cm以下子宫肌瘤疗效显著。对于直径6.0cm以上的子宫肌瘤,射频消融可取得较好疗效。HIFU作为一种无创治疗手段,可作为小肌瘤非手术治疗的首选方法。     

一种用于HIFU聚焦性能评价的仿组织透明体模

目的建立一种用于高强度聚焦超声(HIFU)聚焦性能评价的仿组织透明体模。方法仿组织透明体模主要由聚丙烯酰胺和作为温度敏感指示剂的蛋清混合而成。在B超的监控下使用声功率160W的HIFU在不同的辐照时间下定点辐照体模和新鲜离体牛肝脏,肉眼观察HIFU在体模和新鲜离体牛肝脏中形成的生物学焦域(BFR)形态并测量BFR的长短轴。结果可用肉眼观察HIFU在仿组织透明体模中产生的BFR,其形态呈椭球体,实时超声监控为强回声,BFR的长、短轴随辐照时间的增加而增大。但在相同的辐照参数下,HIFU在仿组织透明体模中产生的BFR的长、短轴小于HIFU在新鲜离体牛肝脏中形成的BFR的长、短轴。结论该仿组织透明体模在用于HIFU聚焦性能的评价方面展示出良好的前景。