HIFU輻照過(guò)程中溫升、空化與強(qiáng)回聲的相關(guān)性研究.pdf

1、高強(qiáng)度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)作為一種非侵入性的實(shí)體腫瘤治療手段,目前已應(yīng)用于肝癌、腎癌、胰腺癌、乳腺癌、前列腺癌、骨腫瘤和子宮肌瘤等的治療,并取得了良好的治療效果。HIFU治療的機(jī)制主要有機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和空化效應(yīng)。
　　 HIFU作為一種非侵入性治療手段,治療過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控是其關(guān)鍵所在。目前已有的HIFU監(jiān)控方式有:核磁共振成像(MagneticResonanc

2、e Imaging,MRI)、CT、B超。B超監(jiān)控以其價(jià)廉、使用方便、無(wú)輻射且易于與HIFU設(shè)備兼容而備受關(guān)注。B超監(jiān)控通過(guò)HIFU輻照后聲像圖中靶區(qū)強(qiáng)回聲的出現(xiàn)來(lái)判斷組織的凝固性壞死。但目前對(duì)于強(qiáng)回聲出現(xiàn)的原因尚無(wú)定論,一般認(rèn)為與沸騰汽泡、空化氣泡和組織凝固性壞死形成有關(guān)。正是由于產(chǎn)生強(qiáng)回聲的瞬態(tài)物理特性復(fù)雜且不清楚,導(dǎo)致采用灰度成像來(lái)監(jiān)控HIFU治療時(shí),會(huì)出現(xiàn)發(fā)生了凝固性壞死而強(qiáng)回聲不敏感的情況。因此,研究HIFU治療過(guò)程中溫升、空

3、化與強(qiáng)回聲的關(guān)系,對(duì)于認(rèn)識(shí)產(chǎn)生強(qiáng)回聲的瞬態(tài)物理特性,并在此基礎(chǔ)上探討特異、敏感的HIFU治療超聲監(jiān)控具有重要意義。
　　 本文利用MRI無(wú)創(chuàng)測(cè)量HIFU輻照過(guò)程中焦點(diǎn)處的溫度變化,通過(guò)焦點(diǎn)處溫度來(lái)反映組織液是否沸騰,輻照后解剖得到組織凝固性壞死情況,利用被動(dòng)空化檢測(cè)(Passive Cavitation Detection,PCD)來(lái)反映是否有空化參與,結(jié)合輻照后B超聲像中靶區(qū)的回聲變化,研究HIFU輻照過(guò)程中溫升、空化與強(qiáng)回聲

4、間的相關(guān)性。
　　 目的:
　　 1.不同功率下,HIFU輻照過(guò)程中焦點(diǎn)處的溫度變化、空化信號(hào)的特點(diǎn),及其與輻照后B超聲像圖中強(qiáng)回聲出現(xiàn)的關(guān)系。探討HIFU輻照后靶區(qū)聲像圖出現(xiàn)強(qiáng)回聲的原因。
　　 2.探討低功率下長(zhǎng)時(shí)間HIFU輻照后B超聲像圖出現(xiàn)強(qiáng)回聲的原因。
　　 方法:
　　 1.不同功率下HIFU輻照10s過(guò)程中溫升、空化與強(qiáng)回聲的關(guān)系實(shí)驗(yàn)儀器:
　　 (1)MRIgHIFU治療系

5、統(tǒng),由重慶海扶(HIFU)技術(shù)有限公司和SIEMENS公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)。主要包括1.5T MRI系統(tǒng)和HIFU治療單元。治療頭參數(shù):直徑160 mm,焦距180mm,中心頻率1.1 MHz。
　　 (2)PCD系統(tǒng):panametrics水浸探頭:V309,中心頻率5 MHz,直徑13 mm;V301,中心頻率0.5MHz,直徑25 mm;NI高速數(shù)據(jù)采集儀;LabVIEW平臺(tái)及數(shù)據(jù)采集程序。
　　 (3)B超監(jiān)控系統(tǒng)。

6、r>　　 實(shí)驗(yàn)對(duì)象:取屠宰后6 h內(nèi)的新鮮離體牛肝組織,選擇結(jié)締組織和血管較少處,切成10 cm×8 cm×6 cm大小的組織塊,浸泡于生理鹽水中,復(fù)溫至20℃,常規(guī)脫氣30 min備用。
　　 實(shí)驗(yàn)方法:定點(diǎn)輻照,功率選為50 W、100 W、150 W、200 W,輻照時(shí)間均為10 s,輻照深度采用30 mm。每組輻照重復(fù)6次實(shí)驗(yàn)。
　　 1)MRI測(cè)溫:首先用t2_trufi_sag_pat2序列掃描牛肝組織,得

7、到一組圖像,選擇結(jié)締組織及血管較少的層面作為輻照區(qū),并將HIFU焦點(diǎn)移到該層面,調(diào)節(jié)輻照深度為30 mm。HIFU輻照過(guò)程中用磁共振GRE_Tmap_sag_phasediff測(cè)溫序列采集各體素隨時(shí)間變化的溫度值,將溫度最高體素作為HIFU焦點(diǎn),得到HIFU輻照過(guò)程中焦點(diǎn)處的溫升。
　　 2)PCD系統(tǒng)獲取空化特征信號(hào):將PCD換能器對(duì)準(zhǔn)HIFU焦點(diǎn)處,HIFU輻照時(shí)采集換能器上電壓信號(hào),后期進(jìn)行信號(hào)處理,得到二分之一次諧波、低

8、頻RMS值和寬帶噪聲隨時(shí)間的變化情況。
　　 3)B超監(jiān)控部分:將B超扇掃面與HIFU焦平面重疊,使焦點(diǎn)位于B超聲像圖中心軸線上,保存HIFU輻照前后B超聲像圖。
　　 2.低功率下長(zhǎng)時(shí)間HIFU輻照過(guò)程中溫升、空化與強(qiáng)回聲的關(guān)系實(shí)驗(yàn)儀器:同第一部分。
　　 實(shí)驗(yàn)對(duì)象:同第一部分。
　　 實(shí)驗(yàn)方法:功率50 W定點(diǎn)輻照,輻照深度為30 mm。采用輻照10 s停1s的方式進(jìn)行,MRI測(cè)溫保存輻照過(guò)程中的溫度

9、圖,B超監(jiān)控中利用停止輻照間隙進(jìn)行B超聲像圖保存,PCD觀察輻照過(guò)程中是否有空化特征信號(hào)產(chǎn)生。
　　 結(jié)果:
　　 1.不同聲功率下HIFU輻照10 s過(guò)程中,焦點(diǎn)處溫度隨輻照時(shí)間的增加而增高。相同輻照時(shí)間和輻照深度下,輻照聲功率越大,焦點(diǎn)處達(dá)到的最高溫度值越高。
　　 2.聲功率≥100 W時(shí),HIFU輻照10 s過(guò)程中,輻照開(kāi)始即刻便有二分之一次諧波、寬帶噪聲產(chǎn)生,且聲功率200 W時(shí),HIFU輻照過(guò)程中的二

10、分之一次諧波幅值、低頻RMS和寬帶噪聲RMS值遠(yuǎn)大于100 W和150 W。聲功率50 W時(shí),HIFU輻照10 s過(guò)程中沒(méi)有有二分之一次諧波、寬帶噪聲產(chǎn)生。
　　 3.聲功率≥100 W時(shí),HIFU輻照10 s后B超聲像圖中出現(xiàn)強(qiáng)回聲,且聲功率越大,強(qiáng)回聲值越大。
　　 4.聲功率50 W時(shí),HIFU輻照10 s后沒(méi)有產(chǎn)生凝固性壞死。但聲功率大于100 W時(shí),且隨著聲功率的增加,HIFU輻照10 s后產(chǎn)生的凝固性壞死面積

11、越大,凝固性壞死中心有空洞和碎裂現(xiàn)象。
　　 5.低功率(50 W)HIFU輻照過(guò)程中焦點(diǎn)處溫度隨輻照次數(shù)(輻照時(shí)間)的增加而逐步升高,長(zhǎng)時(shí)間HIFU輻照后B超聲像圖中出現(xiàn)強(qiáng)回聲。但凝固性壞死出現(xiàn)的時(shí)間比HIFU輻照后B超聲像圖中出現(xiàn)強(qiáng)回聲的時(shí)間早,且凝固性壞死區(qū)域均為蒼白色,壞死程度較均勻,而整個(gè)輻照過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)空化特征信號(hào)。
　　 結(jié)論:
　　 1.聲功率越高(≥100 W),HIFU輻照10 s過(guò)程中,輻照