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。     

高强度聚焦超声肿瘤治疗焦域的仿真研究

数值仿真是预测高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)治疗的温度分布、确定治疗剂量的有效方法之一。本研究采用Westervelt方程的近似式,并结合Pennes生物热传导方程,以猪肝肿瘤为例,在考虑肝组织声学特性对HIFU温度场影响的条件下,通过时域有限差分法仿真研究辐照时间和声强对肿瘤组织内可治疗焦域体积的影响。研究结果表明,一定声强条件下,肝组织声学特性对肿瘤内可治疗焦域的影响随着辐照时间的延长而凸显;可治疗焦域体积随时间增长或声强增大而非线性增加;相同辐照条件下,肿瘤组织内的可治疗焦域体积大于肝组织内的;当可治疗焦域体积一定时,辐照声强和辐照时间呈负相关;同时,等效热剂量判定的可治疗焦域大于温度阈值判定的可治疗焦域,且二者之差随声强而变化。     

新超声医学术语(六)

125.血管内超声 Intravascularultrasound;IVUS 这是一种将高速计算机处理技术与高频超声相结合的介入性超声系统,采用导管式换能器,其频率为10～40MHz,可形成一个360°横切实时高分辨灰阶图。目前所用换能器有三种:机械旋转式单晶片换能器、机械旋转式单晶片带镜换能器以及电子旋转式多晶片阵列式换能器,安装在一旋转驱动轴末端,被插入一导管护套内,该驱动轴同时作为一根电缆将换能器的接收信号输入电子成象系统。临床应用时,可将IVUS的导     

两种不同聚焦超声源对生物媒质加热作用的比较

计算了凹球面自聚焦超声源和聚焦高斯超声源在生物媒质中产生的声场及温度场,并对其主要特征进行了分析。比较了不同条件下此两种聚焦超声源用于热疗时的有效治疗区及声焦点处的升温快慢,揭示了它们对生物组织加热作用的差异,证实最大温升主要取决于最大声吸收率。     

体外冲击波碎石焦点区域声压分布的时域有限差分法仿真研究

目的:研究体外冲击波碎石(Extracorporeal shock wave lithotropisy,ESWL)治疗中不同厚度人体组织对ESWL焦点区域大小、位置和声压分布的影响,为ESWL治疗计划的制定提供理论依据.方法:以Reichenberger的ESWL水中实验为参照例,分别建立三维单一人体组织和多层复合人体组织仿真模型,用时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)数值仿真法,数值仿真ESWL治疗中形成的焦点区域.结果:高强度聚焦超声波在人体脂肪、肌肉层中形成的实际焦点区域大小、位置和焦点区域声压分布随着人体脂肪、肌肉层厚度的变化而变化.结论:ESWL治疗过程中由于人体组织厚度的不同,高强度聚焦超声非线性传播而形成的焦距和最大声压不同,对于不同体态的患者在ESWL治疗时,应该采用不同的焦距设定方法.     

面向经颅聚焦超声的多阵元相控阵关键技术

经颅聚焦超声是一种有效的神经调控技术，具有非侵入性、聚焦靶点多和焦点可调控等优势。但由于颅骨的强声衰减和非均质特性，聚焦超声经颅后存在焦点偏移、焦域能量不足以及颅骨烫伤等问题。多阵元超声相控阵可以修正超声经颅后的相位偏差和幅值衰减，实现准确、有效的颅内聚焦。本文首先介绍了换能器的阵元排布方式，进一步归纳了相控阵激励信号的调控方法，最后对其基础研究和临床应用进行了回顾与展望。     

声化学激活原卟啉Ⅸ杀伤艾氏腹水瘤细胞的分子机理

采用频率为2.2 MHz、声强为3 W/cm2 的低强度聚焦超声结合原卟啉Ⅸ对艾氏腹水瘤细胞的损伤进行研究, 并初步探讨其作用的生物学机制.分别用荧光分光光度法、激光共聚焦扫描显微镜分析原卟啉Ⅸ在肿瘤细胞内的积聚、定位情况;利用台盼蓝拒染法测定聚焦超声激活原卟啉Ⅸ对细胞存活率的影响;透射电镜观察细胞的超微结构变化;罗丹明123检测线粒体膜电位变化;2',7'-二氯荧光黄双乙酸盐(2',7'- dichlorodihydrofluorescin diacetate, DCFH-DA)检测细胞内活性氧(Reactive oxygen species, ROS)水平;硫代巴比妥酸法检测细胞膜脂质过氧化水平的变化.通过研究发现,艾氏腹水瘤细胞对原卟啉Ⅸ有一定的选择性吸收和潴留作用,原卟啉Ⅸ主要定位于细胞的线粒体中;在超声结合原卟啉Ⅸ作用下,艾氏腹水瘤细胞的存活率明显下降;细胞的超微结构发生明显损伤;线粒体膜电位下降;ROS生成量显著增加;脂质过氧化水平显著增加.研究结果表明:超声激活原卟啉Ⅸ对艾氏腹水瘤细胞有着明显的协同杀伤效应,其间产生的活性氧自由基作用,降低线粒体膜电位,增加膜的脂质过氧化水平,可能是其损伤艾氏腹水瘤细胞的主要因素之一.     

聚焦超声辐射高血脂大鼠涌泉穴对血脂水平的影响

目的研究聚焦超声辐射涌泉穴对血脂的影响.方法采用高脂饲料喂养建立高血脂大鼠模型,通过聚焦超声辐射高血脂模型大鼠涌泉穴,测定大鼠血清总胆固醇(tota cholesterol, TC)、甘油三脂 (triacylglycerol, TG)、高密度脂蛋白胆固醇(high density lipoprotein, HDL-c)和低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein, LDL-c)等指标.结果检测血清TC、TG、HDL-C、LDL-C水平,聚焦超声辐照涌泉穴可明显降低高血脂模型大鼠血清TC、TG(P＜0.05),而超声治疗组和针刺组无明显差异.结论聚焦超声辐射高血脂大鼠的涌泉穴位,可明显降低TC、TG,有调节血脂的作用.     

基于动态聚焦的声聚焦光声内窥成像算法研究

目的 声聚焦光声内窥成像具有成像深度大的优点,是一种非常有前景的功能成像技术,该技术被广泛应用于直肠、食道等内窥成像中。声聚焦光声内窥成像通常采用基于单个聚焦超声传感器的侧向扫描方式,同时采用传统的B扫描方法进行重建,会大大降低图像质量。为了获得高质量的图像,本文提出了几种动态聚焦的声聚焦光声内窥成像算法。方法 本文使用几种动态聚焦算法进行了数值仿真,并搭建系统进行了仿体实验验证,从横向分辨率和信噪比等多方面比较了各算法在动态聚焦中的成像效果。结果 相比B扫描方法,动态聚焦后的图像在离焦区域的横向分辨率与信噪比方面都有提升,仿真模拟中最高可将离焦区域的成像目标分辨率提升约26倍,其信噪比经动态聚焦后最高可提高2.3倍左右,实验中的远距离点目标经动态聚焦重建后分辨率提升3～6倍。结论 整体而言,基于时空响应的算法和合成孔径聚焦重建算法是在实验条件下更为适用的算法。本工作对后续的声聚焦光声内窥成像的设计具有指导意义。     

原卟啉Ⅸ-声动力学疗法诱导S180肿瘤细胞的凋亡

采用频率为2.2MHz,声强为3W/cm2的低强度聚焦超声结合原卟啉Ⅸ对S180肿瘤细胞的损伤以及诱导细胞凋亡的发生进行研究,并探讨其作用的分子机制。超声激活原卟啉Ⅸ作用于S180肿瘤细胞处理后,不同时间段取材,通过Annexin V-PI荧光双染观察凋亡细胞的形态学变化;采用TUNEL末端标记法检测细胞凋亡的发生率;利用间接免疫荧光技术和免疫细胞化学技术检测细胞内凋亡相关蛋白Caspase-8、Caspase-3以及死亡底物聚ADP核糖聚合酶[poly(ADP-ribose)polymerase,PARP]的表达活性变化。实验结果显示:超声激活原卟啉Ⅸ可以诱导S180肿瘤细胞凋亡的发生,并且凋亡细胞的比例随着取材时间的延迟明显增加;免疫细胞化学染色表明声动力学处理显著增强了细胞内Caspase-8和Caspase-3的蛋白表达活性,并且其活化程度分别于处理后1h和3h达到最高,而死亡底物PARP也发生时间相关性剪切。研究表明,超声结合原卟啉Ⅸ可以通过诱导细胞凋亡的方式发挥其抗肿瘤活性,其作用的分子机制可能涉及到膜受体介导的Caspase-8、Caspase-3以及PARP依赖性的凋亡信号调节通路     

A simple uniformity test for ultrasound phased arrays

PurposeIt is difficult to test phased array ultrasound transducers for non functioning elements. We aimed to modify a widely performed test to improve its ease and effectiveness for these arrays.MethodsA paperclip was slowly moved along the transducer array, with the scanner operating in M-mode, imaging at a fundamental frequency with automatic gain and grey scale adjustment disabled. Non-functioning elements are identified by a dark vertical line in the image. The test was repeated several times for each transducer, looking for consistency of results. 2 transducers, with faults already shown by electronic transducer testing, were used to validate the method. 23 transducers in clinical use were tested.ResultsThe results of the modified test on the 2 faulty transducers agreed closely with electronic transducer testing results. The test indicated faults in 5 of the 23 transducers in clinical use: 3 with a single failed element and 2 with non-uniform sensitivity. 1 transducer with non-uniform sensitivity had undergone lens repair; the new lens was visibly non-uniform in thickness and further testing showed a reduction in depth of penetration and a loss of elevational focus in comparison with a new transducer.ConclusionsThe modified test is capable of detecting non-functioning elements. Further work is required to provide a better understanding of more subtle faults.     

7～12月婴儿注意发展的特点(英文)

目的:探讨7～12月婴儿的注意发展的特点及影响因素。方法:将5种该年龄组感兴趣的玩具依次呈现给婴儿,使其不受干扰自由玩耍并全程摄像,采用录像记录回放法,对75名婴儿的注意力特点进行测试分析。结果:75名婴儿对五个玩具平均每分钟注意的总时间为15.1±5.9秒、专注注意的平均时间7.1±4.4秒、随意注意的平均时间为8.0±3.5秒。方差分析结果显示:婴儿对5种玩具注意时间存在显著性差异,总注意、专注注意、随意注意的F值分别为26.2、11.4、27.7,P值均小于0.001。采用LSD-t检验进行均数两两比较,方木与、书与其他4种玩具注意时间存在显著性差异。结论:7～12月婴儿的注意力与玩具设置的新异性及复杂程度有关。     

高能聚焦超声在治疗晚期胰腺癌中的疗效分析

目的：通过对晚期胰腺癌患者行高强度聚焦超声治疗,观察其近期疗效,为晚期胰腺癌患者的临床治疗提供一种新的选择。方法：对15例晚期胰腺癌患者行高强度聚焦超声治疗,对比治疗前后的KPS评分,疼痛感受评分,CA199,三大常规,生化检查,B超观察肿瘤回声及血供,CT观察肿瘤大小改变。结果：HIFU治疗后,患者KPS评分升高,疼痛评分下降,肿瘤标志物下降,B超观察肿瘤回声,其中10例肿瘤回声增强,11例肿瘤血供减少或消失,CT示大部分患者治疗后肿瘤体积缩小或不变,治疗后三大常规、生化和电解质无明显改变。结论：运用高强度聚焦超声治疗晚期胰腺癌患者,在改善患者临床症状方面有明显疗效,并且能缩小肿瘤体积,减少或中断肿瘤血供,是一种很有发展前景的无创治疗方法。     

Using focus ion beam to prepare crystal lamella for electron diffraction

Electron diffraction provides a powerful tool to solve the structures of small protein crystals. However, strong interactions between the electrons and the materials limit the application of the electron crystallographic method on large protein crystals with micrometer or larger sizes. Here, we used the focused ion beam (FIB) equipped on the scanning electron microscope (SEM) to mill a large crystal to thin lamella. The influences of the milling on the crystal lamella were observed and investigated, including radiation damage on the crystal surface during the FIB imaging, deformation of the thin crystal lamella, and variation in the diffraction intensities under electron radiation. These observations provide important information to optimize the FIB milling, and hence is important to obtain high-quality crystal samples for routine structure determination of protein crystals using the electron cryo-microscope.     

Signaled drug delivery and transport across the blood–brain barrier

We use a mathematical model to describe the delivery of a drug to a specific region of the brain. The drug is carried by liposomes that can release their cargo by application of focused ultrasound (US). Thereupon, the drug is absorbed through the endothelial cells that line the brain capillaries and form the physiologically important blood–brain barrier (BBB). We present a compartmental model of a capillary that is able to capture the complex binding and transport processes the drug undergoes in the blood plasma and at the BBB. We apply this model to the delivery of levodopa (L-dopa, used to treat Parkinson’s disease) and doxorubicin (an anticancer agent). The goal is to optimize the delivery of drug while at the same time minimizing possible side effects of the US.     

基于群体转录组解析南荻局域适应的关键因子

选取有代表性的10个南荻（Miscanthus lutarioriparius L.Liu ex Renvoize&S.L.Chen）野生居群,以种群转录组数据为基础,对种群局部适应性的关键因子进行研究。首先利用SNP构建推断单倍型,分析环境间和推断单倍型间的差异表达基因,并将这类基因分为4类：仅受环境显著影响的基因（E）、仅受单倍型显著影响的基因（G）、受环境和单倍型相互作用显著影响的基因（G&E）以及非显著影响的基因。分析结果显示：G&E和E基因集在种群局域适应中发挥重要作用,前者的基因表达更容易受其它因素的影响,而后者相对较为稳定;前者中显著富集核糖体途径相关功能基因,后者中显著富集蛋白质折叠相关功能基因。这两类功能基因均参与响应外界压力,推测这些基因的差异表达主要受环境以及基因型和生长环境相互作用的影响。     

Synthesis and biological evaluation of a focused library of beauveriolides

Fungal beauveriolide III (1b), discovered as an inhibitor of lipid droplet accumulation in mouse macrophages and showing antiatherogenic activity in mouse model, consists of l-Phe, l-Ala, d-allo-Ile, and (3S, 4S)-3-hydroxy-4-methyloctanoic acid moieties. A combinatorial library of beauveriolide analogues focusing on l-Ala and d-allo-Ile of 1b was synthesized by combinatorial synthesis. Among them, d-Ala analogues consisting of A{2} improved their solubility, while those with 7{1, 3, 2},7{2, 3, 1}, and 7{2, 3, 2} were 20 times more potent than 1b.     

Effect of low solids retention time and focused pulsed pre-treatment on anaerobic digestion of waste activated sludge

The interacting effects of Focused Pulsed (FP) treatment and solids retention time (SRT) were evaluated in laboratory-scale digesters operated at SRTs of 2-20 days. Anaerobic digestion and methanogenesis of waste activated sludge (WAS) were stable for SRT ? 5 days, but the effluent soluble organic compounds increased significantly for SRT = 2 days due to a combination of faster hydrolysis kinetics and washout of methanogens. FP treatment increased the CH₄ production rate and TCOD removal efficiency by up to 33% and 18%, respectively, at a SRT of 20 days. These effects were the result of an increase in the hydrolysis rate, since the concentrations of soluble components remained low for SRT ? 5 days. Alternately, FP pre-treatment of WAS allowed the same conversion of TCOD to CH₄ with a smaller SRT and digester size: e.g., 40% size savings with a CH₄ conversion of 0.23 g CH₄-COD/g COD_in.     

医学超声治疗原理及其临床应用研究

本文从超声波对人体特有的生物效应出发,用生物医学工程的观点,阐述了现代超声治疗技术基本原理及最新临床应用成果,特别是在超声外科治疗技术中的最新发展,展望了超声治疗技术的应用发展前景。