高强度聚焦超声治疗中的监控方式及机制研究何敏.doc

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1、高强度聚焦超声治疗中的监控方式及机制研究高强度聚焦超声(HighTntensityFocusedU1trasound,HTFU)或聚焦超声消融是近年来新兴的一种无创治疗技术。其主要机制是利用超声波良好的组织穿透性、方向性，将超声波聚焦于靶组织，产生瞬态(1秒内)高温效应(65—100°C).空化效应、机械效应和后续的声化学效应，造成细胞膜、核膜破裂、蛋白质凝固；同时能破坏内径〈2mm的肿瘤滋养血管，血不损伤位于声通道上及焦域周囤的组织；使靶区组织凝固性坏死，肿瘤失去增殖、浸润和转移能力。病理学检查证实靶区组织细胞发牛不可逆性坏死，细胞核固缩、溶解、消失，微血管内皮严重破坏，血管壁塌陷

2、，从而达到杀死肿瘤细胞的作用。H前，二维超声及磁共振成像(MagneticResonanceImaging,MRI)是HIFU治疗屮应用最广泛的监控手段。一、以超声治疗的物理机制为基础的监控方式1、热机制根据HIFU治疗的热机制，将声能转换为热能，在短时间内(0.5〜5s)使焦区处的靶组织(如肿瘤)温度上升到65C以上，产生不可逆的凝固性坏死，从而达到治疗的H的。从血通过对温度的监控，达到实时反映治疗疗效，调整治疗计划达到完全消融靶区组织成为备受关注的研究方向。1.1磁共振成像(MagneticResonanceImaging,MRI)磁共振成像技术是一种多参数成像技术，能提供丰富的

3、信息，具有较好的解剖成像、功能成像和较好的组织分辨率，并且无电离辐射等优势。MRI图像的软组织对比度高于CT和B超，能够清晰的分辨各种不同的组织，反应组织的解剖结构，提供组织的组织特性和功能信息。1.1.2MR无创测温的可行性及原理由于人体组织内与温度相关的一些参数对MRI成像密切相关，因此利用这些参数的变化，通过MRI图像可监测HIFU消融吋靶区的温场分布。在治疗过程屮可监测治疗靶区温度增加、热量扩散和治疗结束后温度下降的过程；并且可在治疗后即刻通过Tl、T2和PD图像上的表现，调整治疗的功率和吋间，保证安全、有效、适形的“切除”肿瘤，充分体现了MRI对HIFU热切除肿瘤的可视化和

4、可控性的可行性。Cline和Hynynen等【1】的研究表明,利用MRI的温度成像引导HIFU消融也是可行的。据此,Hynynen［2］提出了MRI监控HIFU消融的具体方案,即在治疗前用HIFU进行低剂量的辐照(不形成组织损伤)，使组织温度适半上升，用MRI温度成像来进行HIFU焦区定位，以引导HIFU治疗oBohris和Jenne等人［3］进一步将MRI用于HIFU治疗的“实吋”温度监控中,他们的研究表明MRI温度测量可与HIFU治疗同步进行，而不会干扰治疗过程，MRI的温度分辨率优于1°C,成像时间约为3s,可近似看作“实吋”MRI无创测温的方法包括【4】(1)利用温度与扩散系

5、数(Diffusioncoeffi-cient,DC)之间的依赖关系；(2)利用温度与质了共振频率(Protonresonancefrequency,PRF)的化学位移(Chemicalshift,CS)之间的依赖关系；⑶利用温度与纵向弛豫时间T1的依赖关系。第二种方法是现在应用最多的方式。1.1.3、MRI监控聚焦超声消融系统的发展随着MRI技术的发展及MRI监控聚焦超声外科概念的提出，MRI与聚俵超声消融系统整合仪器的出现大大促进了聚焦超声消融治疗仪的应用潜力【5】。Ku11ervo等【6】在磁共振成像引导聚焦超声外科切除乳腺纤维腺瘤的可行性研究屮，利用MRT札I位成像屮对温度敏

6、感的质子共振频率位移，利用计算机触发来控制成像的最佳吋间，发现靶区在HIFU损伤组织吋表现为一小的极高信号区，同时还观察到了靶区的温度增加、热量扩散和治疗结束后温度下降的过程。McDannold等【7】发现当HIFU对兔大腿肌肉进行辐照时，利用MR对温度进行测量并计算热累积剂量，能够很好地判断组织是否出现坏死.Germain等【8】应用MRT快速成像和质子共振频率位移技术对HTFU损伤兔人腿肌肉的过程进行了监控，也证实了用MRI对HIFU治疗过程的可视化和温度可控化的可行性；他们发现治疗靶区在T1加权像丄即刻表现为低信号区，而在质子共振频率位移成像屮表现为高信号区。他们还对靶区及周I

7、韦I纽织的温度变化进行了彩色编码，画出了温度图，发现靶区内温度在65°C以丄，血靶区中央最高温度达134°COVanne等【9】将MRT接收线圈与HTFU治疗头结合在一起，制作了一种经直肠的前列腺癌治疗仪，治疗同吋可以对治疗层面成像，对治疗过程进行监控和疗效评价。将MRI与HIFI；系统结合，既能判断凝固性坏死是否发生，又能监控凝固性坏死的范围，最终做到在治疗过程屮根据治疗区温度及影像学变化指标实时停止投放剂量或补偿剂量。研究结果表明MRT温度序列可实时反