HIFU治療中溫度、回聲變化與凝固性壞死的關(guān)系.pdf

1、研究背景：
　　 高強度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrsound,HIFU)開始受到人們的關(guān)注開始于上個世紀(jì)四十年代,美國科學(xué)家Lynn、Fry提出能否用高強度聚焦超聲從體外對患者進行治療?隨后美、英、法、日、中等國相繼投入大量的人力、物力致力于該技術(shù)的研究。高強度聚焦超聲發(fā)展到今天,已經(jīng)成為聲學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。高強度聚焦超聲通過一定的聚焦方式(相控陣聚焦,自聚焦,鏡面聚焦等),將超聲能量

2、集中到一個區(qū)域,該能量集中的區(qū)域稱為焦域,通過空化、熱、機械機制等使靶區(qū)組織產(chǎn)生不可逆的凝固性壞死,從而達到損傷靶區(qū)組織的目的。目前HIFU治療的主要監(jiān)控方式有超聲和MRI兩種方式,分別通過監(jiān)控聲像圖回聲改變和測溫來判斷治療效果。但HIFU所致聲像圖回聲增強的聲學(xué)基礎(chǔ)主要是空化或汽化產(chǎn)生的氣泡、溫升和凝固性壞死,而氣泡會加速溫升,那么,HIFU治療中溫升、回聲變化和凝固性壞死之間的關(guān)系如何?目前國內(nèi)外還沒有采取MRI和US監(jiān)控兩種方式來

3、研究溫度、回聲改變和凝固性壞死之間的關(guān)系,本文采用兩種監(jiān)控方式研究了相同HIFU治療中溫度、回聲變化與凝固性壞死的關(guān)系。
　　 目的：
　　 (1)HIFU所致牛肝組織相同溫升時,溫度、灰度差值與凝固性壞死間的關(guān)系。(2)輻照劑量一定時,HIFU所致牛肝組織溫升、灰度差值及凝固性壞死面積的變化。(3)不同輻照劑量下HIFU所致牛肝組織熱劑量積分面積、回聲增強范圍(面積)及凝固性壞死面積的變化。
　　 方法：

4、>　　 1.HIFU輻照離體牛肝組織致靶區(qū)相同溫升的實驗
　　 1.1實驗儀器:(1)MRIgHIFU治療系統(tǒng),由重慶海扶技術(shù)有限公司和SIEMENS公司聯(lián)合開發(fā)。治療頭參數(shù):直徑200 mm,焦距150 mm,頻率1.0 MHz。(2)B超監(jiān)控部分:HIFU治療床(和第一部分的HIFU治療裝置是同一臺設(shè)備),B超監(jiān)控系統(tǒng),工控機。治療頭參數(shù)同MRIgHIFU系統(tǒng)。
　　 1.2實驗對象:取新鮮離體牛肝組織(屠宰6小時

5、內(nèi)),浸泡于0.9％的生理鹽水中,選擇結(jié)締組織及血管較少處洗凈,切成10 cm×8 cm×6cm大小,復(fù)溫至20℃,常規(guī)脫氣30min備用。
　　 1.3實驗方法:1)MRI部分:HIFU輻照深度15mm,輻照功率分別為300W、250W、200W、150W、100W、50W。首先用t2_trufi_sag_pat2序列掃描牛肝組織,得到一組圖像,選擇結(jié)締組織及血管較少的層面作為靶區(qū),并將HIFU焦點移到該層面,調(diào)好治療深度。然

6、后用GRE_TMap_phasediff_ref測溫序列對HIFU將要作用的層面進行掃描,得到一幅溫度參考相位圖。采用GRE_TMap_phasediff_ref掃描即將進行HIFU輻照的層面,采集1～2幅清晰圖像后開始HIFU輻照,同時掃描溫度圖,當(dāng)55℃出現(xiàn)時立即停止輻照。記錄輻照時間。每個功率重復(fù)六次實驗。2)B超監(jiān)控部分:輻照深度和功率同上,輻照時間由MRI監(jiān)控部分確定,擺放B超探頭,使其掃描方向和MRI相同,記錄輻照前及輻照后

7、即刻、10s、30s、60s、120s的聲相圖。觀察溫升變化、灰度差值變化,凝固性壞死面積和輻照劑量的變化。
　　 2不同輻照劑量下HIFU所致靶區(qū)溫升、回聲、凝固性壞死的變化
　　 2.1實驗儀器:同第一部分
　　 2.2實驗對象:同第一部分
　　 2.3實驗方法:輻照深度15mm,參數(shù)及分組如下表所示。具體方法同第一部分。
　　 結(jié)果：
　　 1.溫升相同時(55℃),隨著功率的增大,

8、達到55℃需要的輻照時間逐漸變短,表明功率越大溫升越快。
　　 2.牛肝組織凝固性壞死面積的大小和總的輻照劑量有關(guān),總的輻照劑量越大,凝固性壞死面積也越大。
　　 3.輻照劑量一定時(3000J),隨著功率的增加55℃出現(xiàn)的時間逐漸變短,達到相同的溫升時功率的影響較大,輻照即刻產(chǎn)生的灰度差值、最高溫度和解剖凝固性壞死面積都隨著功率的增加而逐漸增大。
　　 4.當(dāng)HIFU輻照劑量較大時,熱劑量積分(閾值為59.6m

9、in),B超監(jiān)控(輻照后10s的面積)的方法都能反映凝固性壞死的面積,溫度監(jiān)控的方法在一定程度上能反映凝固性壞死的面積,但由于不同組織的熱敏感度不同,因此該方法存在一定的局限性。當(dāng)HIFU輻照劑量較小時(1000J),熱劑量積分法和溫度監(jiān)控都不能得到相應(yīng)的面積,此時牛肝組織存在凝固性壞死,而B超監(jiān)控的方法卻能在功率較高時(200W、100W、67W)監(jiān)控到回聲的變化。
　　 結(jié)論：
　　 1.輻照劑量對凝固性壞死面積的形

10、成起決定作用,當(dāng)輻照劑量一定時功率對凝固性壞死面積的形成影響較大。
　　 2.HIFU輻照劑量一定時,輻照后產(chǎn)生的最高溫度和灰度差值及凝固性壞死面積都隨著功率的增加而增加。
　　 3.MRI和B超監(jiān)控HIFU治療的方法各有利弊,當(dāng)HIFU輻照劑量較大時,采用熱劑量積分的方法更有利；當(dāng)輻照劑量較小時,采用B超監(jiān)控的方式更有利,熱劑量積分的方法無法得到相應(yīng)的面積,可能是MRI的溫度監(jiān)控得到的是一段區(qū)域的平均溫度,無法真實反映