超高场磁共振引导超声聚焦热消融的sar安全研究

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1、南方医科大学2011级硕士学位论文超高场磁共振引导超声聚焦热消融的SAR安全研究StudyoftheSARsafe够ofultra-highfieldMRIforMRIgHIFU课题来源：国家973项目(No．201OCB732500)国家自然科学基金面上项目(No．61172034)学位申请人导师姓名专业培养皈柱名称类型层次学院辜石勇陈武凡教授辛学刚副教授生物医学工程学术型硕士研究生生物医学工程学院答辩委员会主席吴建华教授答辩委员会委员黄瑞旺教授许乙凯教授韩国强教授赖剑煌教授2014年5月20日广州ⅢmlIlJl圳Ⅲ㈣ⅢllIIJⅢ⋯1lY2618124硕士学位论文超高场磁共振引导超声聚

2、焦热消融的SAR安全研究硕士研究生：辜石勇指导教师：陈武凡教授辛学刚副教授摘要磁共振成像是一种断层成像技术。磁共振成像原理是基于处于静磁场中既有磁矩又有角动量的原子核系统与特定频率(与静磁场强度相对应的拉莫尔频率)的射频电磁波相互作用产生核磁共振，射频脉冲作用后，原子核系统会发生弛豫，产生磁共振信号，通过探测生物体内经梯度场作用产生的包含空间信息的磁共振信号以获取物体内原子核的相对空间位置，这些信号通过谱仪和计算机系统处理后可以得到物体的图像。因而磁共振技术可用于研究物质的结构，被广泛应用于生命科学研究、临床医学诊断等领域中。与其它常用于临床的医学影像技术相比，磁共振成像具有很多优势：第一

3、，磁共振可进行任意方向断层成像，因而可以很方便的显示观察解剖结构或病变；第二，磁共振对软组织成像等精细结构成像好；第三，磁共振成像的成像视野广、空间分辨力好；第四，可用于磁共振中成像的参数丰富，因而能够提供各类有价值的诊断信息；第五，磁共振图像不会产生骨伪影；最后，磁共振是基于射频电磁场激发氢质子在高、低能态之间的转换，决定了人体做磁共振检查不存在电离辐射损伤，对人体相对更安全。高强度聚焦超声是近年来兴起的一种无创的局部热消融技术，可用于良、恶性肿瘤的治疗。高强度聚焦超声的基本原理是将体外低能量的超声波束聚焦到体内靶区，使靶区温度在短时间升高到60摄氏度甚至更高，导致肿瘤细胞不可逆损伤、组

4、织凝固性坏死同时对靶区周围的正常组织不造成损伤。摘要磁共振成像中，基于质子共振频率(protonresonance仔equency，PRF)、扩散系数(D)、纵向弛豫时间(TI)、横向弛豫时间(T2)以及温度敏感对比剂等与温度敏感参数的成像方法，都能重建计算得到人体组织的温度分布。目前高场下的测温精度可以达到1摄氏度，磁共振无创测温的特点以及现有的测温精度非常适合用来引导监控无创的热消融手术。磁共振引导的高强度聚焦超声集磁共振成像对软组织分辨率高、无刨监测靶区组织温度以及高强度聚焦超声对病患无创伤治疗的优点于一体，同时磁共振技术的引入可以进行术后成像，可以用来评估治疗后的损伤。2004年，

5、美国食品和药品管理局批准InSightec公司用于治疗子宫肌瘤的磁共振引导的高强度聚焦超声系统。磁共振引导的高强度聚焦超声己成为国内外研究热点，在无创治疗固定器官例如子宫、前列腺、脑部等多个器官的肿瘤已经应用于临床，对于受呼吸运动影响的器官治疗的研究也在开展。磁共振成像随着主磁体场强的升高，具有更优的空间、时间分辨率以及更好的信噪比等显著优势，高场磁共振设备逐渐广泛应用于临床，其在神经、血管、骨关节等人体精细结构成像展现出明显的诊断优势因而高场具有很好的临床应用价值，更高场强的磁共振主磁体成为磁共振系统发展的趋势。目前，临床上场强为1．5T以及场强为3．0T的磁共振系统已经比较普及，7T磁

6、共振系统甚至更高场强成为当前国内外研究磁共振热点。‘然而，高场和超高场磁共振也存在着一些缺点。人体的组织器官具有复杂的解剖结构，不同的组织器官具的电磁参数、密度差异很大，当组织电磁参数各异的人体加载到磁共振系统中时，磁共振系统的射频发射线圈发射射频电磁波，不同的组织器官具的电磁参数、密度差异很大导致射频电磁波在人体不同部位产生衰减的程度不同。另外，随着主磁场场强的升高，对应的拉莫尔共振频率也升高，射频电磁波在人体内波长变短，射频电磁波在人体内传播时，入射电磁波与反射电磁波叠加会产生驻波效应。抗电效应和驻波效应两种效应共同作用，使得在高场、超高场下射频线圈在加载人体负载后，曰，场的分布往往会

7、变得不均匀。曰，场分布的不均匀会降低图像的信噪比、对比度，对成像的质II硕士学位论文量产生影响；其次，抗电效应和驻波效应会影响电磁波在人体内的传输，会导致射频能量被人体局部吸收过多，可能引起热损伤。国际上常采用射频能量比吸收率来衡量人体接受磁共振扫描时的安全性，国际电工委员会针对不同的扫描条件规定有相应的安全标准。综上，在高场和超高场下，射频电磁场在与人体组织相互电磁作用时，曰，场的分布往往会变得不均匀使得图像质量降低以