高强度聚焦超声可治疗区域的仿真研究

数值仿真不同治疗参数条件下高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)可治疗区域的变化,对HIFU治疗剂量的确定具有重要的指导意义。本文采用Westervelt方程的近似式,结合Pennes生物热传导方程,以离体猪肝组织为例,在考虑组织声学特性对HIFU焦域温度场影响的条件下,通过时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD)对HIFU焦域温度场进行仿真研究。研究结果表明,照射时间越长,组织声学特性的影响就越明显;焦点处的最高温升相同时,可治疗区域的大小差异较小;声强越大,形成可治疗区域所需的时间也越短;当声强一定时,随着照射时间的增加,可治疗区域的长、短轴长度均呈非线性增加;在相同可治疗区域的长轴或短轴长度一定时,输入声强和照射时间呈负相关。     

HIFU治疗下生物体焦域温度分布的研究与应用

高强度聚焦超声(HIFU)为无创治疗肿瘤带来了新的途径,本文对HIFU治疗下生物体焦域热分布和热传导模型的理论进行了初步的介绍,并在理论的指导下进行不同治疗剂量的实验研究,结果表明组织内具有热波传热效应,治疗时可以根据治疗剂量的需要选取不同的参数,以达到最佳治疗效果。     

基于B超图像评价HIFU治疗剂量对组织损伤程度的影响

基于B超图像分析HIFU治疗中辐照剂量、组织凝固性坏死区域和图像参数之间的关系。通过对高强度聚焦超声辐照新鲜离体组织前后获得的B超图像做数字减影处理,计算图像灰度平均值,同时切片观察并记录生物组织的凝固性坏死区域大小,在此基础上得到大批量数据的统计特性。结果表明：辐照剂量、组织凝固性坏死区域与B超图像灰度平均值在一定范围内成正相关性;当凝固性坏死区域增大到一定程度时,B超图像灰度平均值不再增大,而是呈无规律分布。B超图像灰度可反映组织损伤程度,为实时监控HIFU治疗效果提供依据。     

高强度聚焦超声换能器温度场的数值仿真

相控阵高强度聚焦超声换能器可以通过换能器上不同阵元发射超声波的时间不同来实现变焦、多焦点。该论文应用Westervelt方程的近似式,结合Pennes热传导方程,以人体乳房为例,FDTD(finite difference time domain)仿真对比研究平面阵列相控聚焦换能器与曲面阵列相控聚焦换能器形成温度场的特性,同时数值仿真研究不同占空比的正弦激励函数、不同治疗频率、声强对曲面阵列相控聚焦换能器超声温度场的影响。研究结果表明曲面阵列相控聚焦换能器能有效地减少皮肤处的温升,对皮肤的伤害较小;对于曲面阵列相控聚焦换能器,不同占空比的正弦激励函数形成的可治疗区域(60℃以上)大小差别不大,但最高温度不同;随着频率升高,形成的可治疗区域体积减小;随着输入声强的增大,可治疗区域变大,但焦距不变。     

三维剂量——体积计算在肝癌放疗中的应用

虽然有充分证据表明,增加对肿瘤的放射剂量可改善对许多癌症的局部控制,但可同时增加正常组织并发症的发生率,尤其如肝脏这样的器官。如果整个器官的放射剂量超过30～50Gy,即可出现放射性肝炎。但放射肿瘤专家发现,只要保留足够的正常肝组织,就可用大剂量放射线对部分肝组织进行照射。由于不能确定特定体积组织所能接受     

ASM对异常黑胆质肝癌移植大鼠模型的干预

目的:探讨移植法制备异常黑胆质肝癌模型的可行性及维药异常黑胆质成熟剂(ASM)对肿瘤的干预作用。方法:用随机法将雄性SD大鼠分为正常对照组、模型对照组、病症模型组以及ASM药物治疗组(低、中、高剂量),正常对照组行假肝癌移植术(肝内注射生理盐水);模型对照组采用移植法将walker-256腹水瘤细胞进行肝内接种,建立肝癌模型;病症模型组首先采用多重因素(干寒饲养、足底刺激、铁管制动等)诱导制备异常黑胆质证大鼠模型,在此基础上进行肝内接种walker-256腹水瘤细胞,建立异常黑胆质证肝癌大鼠模型;ASM药物治疗组分为低、中、高不同剂量组(2.53,5.06,10.12 g/kg),异常黑胆质证大鼠接种瘤细胞后给予ASM灌胃治疗。2 w后处死取材,观察各组大鼠肿瘤发生情况、肿瘤体积、腹水形成率及腹壁后转移率;通过光镜及电镜观察各组大鼠肝癌组织肿瘤细胞形态结构变化。结果:模型对照组与病症模型组大鼠在肿瘤发生率、腹壁后转移率及肿瘤体积大小方面无显著差异(P0.05);与模型对照组相比,病症模型组大鼠腹水形成率显著增高,差异有统计学意义(P0.05);与病症模型组相比,低、中剂量ASM可以显著减小肿瘤体积、降低腹水形成率及腹壁后转移率(P0.05),而高剂量ASM组仅有腹水形成率显著降低(P0.05),肿瘤体积及腹壁后转移率无明显变化;光镜及电镜下观察可见,不同剂量ASM治疗组大鼠肿瘤细胞的水肿程度增加,瘤细胞发生变性坏死,其周围炎性细胞浸润明显增多。结论:异常黑胆质可能促进肝癌腹水形成和转移,从而影响肝癌的发展及转归;ASM对肿瘤细胞有一定损伤,可以减少肝癌腹水形成和转移,从而起到一定的抗肿瘤作用,影响肿瘤转归。     

肿瘤微波热消融有效毁损区域温度场分布的仿真研究

本研究针对微波热消融肿瘤治疗过程中温度分布实时监测的核心问题,利用计算机模拟生物组织温度场分布,提出了基于有限元的微波消融温度场仿真方法。分别仿真了微波发射功率、作用时间及生物组织热物性参数对温度场分布的影响。研究结果表明:功率增大25%,毁损区温度平均升高20%;功率增大50%,温度升高40%;功率增大75%,温度升高60%。作用时间延长,温度场分布基本不变,但有效毁损体积增大,时间延长2倍可使毁损体积增大150%。导热系数对热疗远场区热能的扩散产生作用。经验证发现仿真结果与实验结果误差较小,证明了仿真方法的准确性。研究结果对于通过微波消融术前模拟来确定合适的发射功率和作用时间,以及制订合理的手术计划有重要的参考价值。     

响应面优化超声辅助法提取拐枣种子中二氢杨梅素的工艺

二氢杨梅素和杨梅素是拐枣种子中的重要成分。通过超声辅助法从拐枣种子中提取二氢杨梅素，采用单因素法考察乙醇体积分数、超声辐照功率、提取温度、液料比和超声辐照时间影响参数的基础上，并选用Box-Behnken响应面设计法分析建立了超声辐照功率、超声辐照时间和液料比的二次多项式模型，优化提取工艺。结果得到超声辅助法提取拐枣种子中二氢杨梅素的最佳工艺参数为：乙醇体积分数为60%、超声辐照功率140 W、超声辐照时间30 min、液料比20.5 mL·g^-1，提取温度40℃。在此最佳条件下，二氢杨梅素得率为2.14±0.09 mg·g^-1。本提取方法简单快速，效率高，有利于拐枣资源的综合加工利用。     

基于频谱图像灰度共生矩阵的无损测温方法

本文提出了一种基于哈达玛变换的频谱图像灰度共生矩阵(Hadamard-GLCM)的高强度聚焦超声治疗无损测温方法。利用高强度聚焦超声辐照新鲜离体猪肉组织,获取辐照前后的B超图像的减影图像,采用Hadamard变换对其进行处理,获取频谱图像,将频谱图像的灰度共生矩阵惯性矩作为反应温度变化的信息参数。实验表明:不仅单组数据的Hadamard-GLCM惯性矩(HGMI)和温度能很好的线性拟合,而且多组数据的Hadamard-GLCM惯性矩与温度也成近似的线性关系,而且斜率非常接近,拟合度更接近1,误差小,对温度的分辨能力高,容错能力强,与传统的测温方法相比有着明显的优势,能为HIFU治疗过程中的无损测温提供有效的实时依据。     

不同波长激光辐照花生种子的生物学效应

本实验考察了Ｋ＋ｒ、Ａｒ＋、Ｎｄ：ＹＡＧ、ＨｅＮｅ和ＬＤ等不同波长的激光辐照对花生种子产生的生物学效应。结果显示,适当剂量不同波长的激光辐照都能促进花生种子生长。在辐照剂量为０．１２８ｗ／ｃｍ２×１８０ｓ的条件下,较短波长激光对花生幼苗的促进作用比长波长激光显著;在辐照剂量为１．２８ｗ／ｃｍ２×１８ｓ的条件下,短波长激光对花生种子的萌发及胚的生长有抑制作用,而长波长激光有促进效应。在相同辐照剂量条件下,不同功率密度与时间的组合其辐照效果不同。１．２８ｗ／ｃｍ２功率密度的Ｎｄ：ＹＡＧ（５３２ｎｍ）激光脉冲输出辐照对花生种子的生长产生显著的抑制作用。实验结果提示,要得到相同的辐照效果,长波长激光与短波长激光相比,必须提高辐照功率密度或加大辐照输出剂量。