高强度聚焦超声(HIFU)治疗监控成像及评价的研究现状
高强度聚焦超声消融治疗子宫腺肌症的临床效果

高强度聚焦超声消融治疗子宫腺肌症的临床效果高强度聚焦超声消融(HIFU)技术是一种无创治疗子宫腺肌症(子宫肌瘤)的新兴技术,近年来受到了临床医生和患者的高度关注。
在国内外的临床研究中,HIFU治疗子宫腺肌症已经取得了一定的临床效果。
本文将对HIFU治疗子宫腺肌症的临床效果进行综合分析和总结,以期为临床医生和患者提供参考。
一、HIFU治疗子宫腺肌症的原理及技术特点HIFU技术是一种利用高强度聚焦超声波对体内病变组织进行高温消融的治疗方法。
在HIFU治疗子宫腺肌症中,医生利用HIFU系统产生的聚焦超声波,直接照射在子宫肌瘤组织上,产生的高温能量可以使肿瘤组织发生凝固坏死,从而达到治疗目的。
HIFU治疗子宫腺肌症的技术特点主要包括:无创伤、局部治疗、精准定位、微创治疗、无需全麻、恢复快等。
相比传统的手术治疗和药物治疗,HIFU技术避免了手术创伤和药物副作用,对患者的生活质量和生育功能保护良好,因此备受青睐。
1. 疗效显著临床研究表明,HIFU治疗子宫腺肌症的疗效非常显著,多数患者在治疗后可以明显缓解症状,如月经不规律、月经量增多、痛经等。
部分患者在治疗后甚至可以完全消失子宫肌瘤,恢复子宫正常形态和功能。
HIFU治疗还可以改善患者的生殖系统功能,提高生育能力。
2. 安全可靠HIFU治疗子宫腺肌症是一种无创伤的微创治疗方法,具有较高的安全性和可靠性。
临床研究显示,HIFU治疗过程中并发症发生率极低,术后恢复快,对患者身体和生活没有显著影响。
HIFU治疗子宫腺肌症被认为是一种安全可靠的治疗方法。
3. 保护生育功能HIFU治疗子宫腺肌症可以保护患者的生育功能,不会对子宫和卵巢组织造成显著伤害,对未来生育计划没有影响。
临床研究显示,经过HIFU治疗的患者,在恢复期后依然可以正常怀孕和生育,为患者保留了生育的可能性。
1. 适应症HIFU治疗子宫腺肌症的适应症包括:子宫肌瘤直径≤10cm,症状明显或对症状有较大影响,子宫肌瘤导致不孕或反复流产,子宫肌瘤导致输卵管堵塞等。
2024年高强度聚焦超声装置市场规模分析

2024年高强度聚焦超声装置市场规模分析引言高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU)装置是一种利用超声波进行非接触式治疗的医疗设备。
该装置能够将高能量的超声波聚焦在体内特定区域,实现无创的疾病治疗。
随着人们对健康的关注度提高,高强度聚焦超声装置市场需求也逐渐增加。
本文将对高强度聚焦超声装置市场规模进行分析。
市场概述高强度聚焦超声装置市场是医疗器械市场中一个快速发展的领域。
该市场的增长主要得益于以下几个因素:1.技术创新:高强度聚焦超声技术不断改进,成为一种越来越先进的治疗方法。
不仅在肿瘤治疗方面有广泛应用,也在骨科、妇科和神经科等领域得到应用。
2.人口老龄化:随着全球人口老龄化趋势的加剧,高强度聚焦超声装置在老年病治疗中的应用需求不断增加。
老年人群体较大,因此对治疗设备的需求也相应增加。
3.无创治疗趋势:高强度聚焦超声装置作为一种无创的治疗方法,受到了越来越多患者的欢迎。
相比传统手术方式,它具有创伤小、康复期短等优势,成为患者和医生的首选。
市场规模分析近年来,高强度聚焦超声装置市场规模呈现出快速增长的趋势。
根据市场研究机构的数据,高强度聚焦超声装置市场在过去五年中的年均复合增长率达到了x%。
预计该市场在未来几年内仍将保持较高的增长速度。
市场规模分析从以下几个方面进行:1. 地区分析从地区维度来看,高强度聚焦超声装置市场分布比较广泛。
目前,亚太地区占据了该市场的主导地位,这主要得益于亚太地区经济的发展和人口老龄化程度的加深。
同时,欧洲和北美地区也是高强度聚焦超声装置市场的重要消费地区。
2. 应用分析高强度聚焦超声装置的应用非常广泛,各个领域均有需求。
目前,肿瘤治疗是高强度聚焦超声装置的主要应用领域。
由于肿瘤发病率的增加,高强度聚焦超声装置在肿瘤治疗方面的需求也随之增加。
此外,骨科、妇科和神经科等领域对高强度聚焦超声装置的需求也在不断增加。
3. 市场竞争分析高强度聚焦超声装置市场竞争激烈,主要厂商包括Philips、SonaCare Medical、Chongqing Haifu Medical Technology等。
超声波技术在医学中的应用及相关研究进展

超声波技术在医学中的应用及相关研究进展随着技术的不断发展,超声波技术在医学领域中的应用越来越广泛。
它不仅提供了生物组织结构的高分辨率影像,还支持各种医学过程的实现,例如引导手术、肿瘤治疗和心脏病诊断等。
本篇文章将探讨超声波技术在医学领域中的应用及相关研究进展。
一、超声波技术在医学中的应用1. 诊断成像近年来,病人对于非侵入性和无创伤的诊断方法的需求日益增加,超声波技术能够解决这个问题。
它可以通过高频率声波产生图像,将人体内部结构可视化。
医生可以通过这些图像来检测器官和生物组织的状况,发现异常区域并进行进一步的检查和诊断。
最近,超声波技术还被广泛应用于临床医学中肿瘤的定位、测量和诊断。
临床应用中,超声波技术可以通过不同的成像模式来获取多重的影像。
例如,B模式可以展示生物组织的常规结构,而M模式可以展示运动状态下的结构信息。
此外,新的技术如三维超声、彩色胸膜超声等技术也在不断的完善,它们可以让医生更清楚地识别肿瘤和病变区域。
2. 引导手术超声波技术可以作为一种引导手术和治疗的工具。
它通过实时成像,帮助医生更快、更准确地定位病变区域,并指导手术进行。
这样可以减少手术时间和缓解患者疼痛的同时,提高手术的效果和安全性。
目前,超声波引导手术已广泛应用于肝脏、胆囊、肺脏和骨骼等多种慢性病的治疗,取得了显著的疗效。
这种技术还可以用于腹腔及胸腔手术,其成功率和安全性远高于普通手术。
3. 治疗超声波技术是一种无创伤的技术,可以使用在很多病种上。
目前,其在肿瘤治疗中的应用越来越受到医学界的关注。
高强度聚焦超声(HIFU)是一种利用聚焦超声技术进行治疗的方法,它可以引起局部热损伤,从而杀死肿瘤或损坏有害的细胞。
近年来,HIFU技术在肝癌、肾癌、乳腺癌、前列腺癌和甲状腺癌等多种癌症的治疗中得到了广泛的应用。
该技术的优点在于不依赖放射性的药物,同时可以达到较好的疗效和安全性。
二、相关研究进展1. 三维成像技术传统的超声成像技术采用二维图像,无法直观地显示目标组织的三维结构信息。
HIFU治疗肿瘤的实验研究及临床应用的开题报告

HIFU治疗肿瘤的实验研究及临床应用的开题报告引言高强度聚焦超声(HIFU)治疗肿瘤是近年来发展起来的一种非侵入性治疗方式,它兼有不开刀、无血液流失、恢复快等特点。
同时HIFU能够精确控制到达肿瘤的部位,从而避免对正常组织的伤害,无论是临床还是实验室研究中都受到了越来越多的关注。
本文立足于HIFU治疗肿瘤的实验研究及临床应用进行探讨,并概括HIFU治疗肿瘤的研究现状和未来发展方向,以期推动相关领域的研究和应用。
一、研究背景与意义肿瘤是人类最大的天敌之一,为了对抗这一疾病,人类一直在探索各种治疗手段。
传统的治疗方式包括手术、放疗、化疗等,但这些治疗方式都有其自身的缺陷,如手术需要开刀,在手术过程中会损伤正常组织,对患者会造成不必要的痛苦;放疗和化疗相对来说是比较保守的治疗方式,但这些治疗方式都存在各种副作用,如放疗会增加患者患其他癌症的风险,化疗会导致患者免疫力下降等。
HIFU治疗肿瘤是一种将高频声波精确定位于肿瘤组织,对肿瘤组织进行高温烧灼,从而达到治疗的目的。
它兼有不开刀、无血液流失、恢复快等特点。
同时HIFU能够精确控制到达肿瘤的部位,从而避免对正常组织的伤害。
HIFU的发展为肿瘤治疗注入了新的生命力,因此其在临床和研究领域引起了越来越多的关注。
二、论文研究内容(一)HIFU治疗肿瘤的原理HIFU的原理是利用超声波的机械效应和热效应,将超声波能量聚焦到肿瘤组织处,以达到治疗的目的。
通过集中的、高强度的声波刺激,可以在聚焦区域内产生高温,从而引起肿瘤组织坏死。
一般情况下,HIFU的超声波频率在0.8~3MHz之间,超声波在体内通过皮肤下脂肪组织和肌肉组织传递,无需开刀穿刺,可以在不影响患者正常生活的情况下进行治疗。
(二)HIFU治疗肿瘤的实验研究目前,在HIFU治疗肿瘤的实验研究中,主要包括以下几个方面:1. HIFU治疗器的研发研究人员对HIFU的医用器械,尤其是疗效较好、操作便利的设备进行了不断的改进和研发,使其具有更加高效、精准、安全、无创伤的特性。
高强度聚焦超声治疗过程中测温技术的研究进展

高强度聚焦超声治疗过程中测温技术的研究进展刘正 侯树勋 任东风作者单位:100048 北京,解放军总医院第一附属医院骨科doi:10.3969/j.issn.1671-1971.2010.01.023高强度聚焦超声(h i g h i n t e n s i t y f o c u s e d ultrasound,HIFU)是一种既能聚焦定位,又能瞬间产生高温的局部治疗肿瘤的高新技术,是近年来国际医学界非常看好的治疗手段[1-2]。
HIFU治疗过程中,焦区温度的有效实时监控可以使肿瘤组织精确有效地凝固,同时避免对皮肤等正常组织的伤害,是确保治疗安全高效的重要手段。
现有HIFU治疗温度的监控和测量方法主要有有损测温和无损测温两种方法。
有损测温在HIFU实验研究和临床应用中有损测温的仪器主要有微型热电偶针式测温法和微型热敏电阻测温法。
一、微型热电偶针式测温法微型热电偶针式测温法是将热偶探头置入人体内与被测组织接触,通过热平衡法测出温度。
龚忠兵等[3]用微型热电偶针测量HIFU下离体猪后腿肌肉组织的温度,结果表明焦域中心温度最高,远离焦域中心,温度快速下降。
Solomon等[4]采用多通道的电偶装置测量HIFU 辐照下兔肌肉组织的温升,其热电偶针的外径为125μm,采样频率为60Hz,获得了有关肌肉组织温度变化的三维温场图,并得到了治疗后组织温度维持在43℃以上的时间。
二、微型热敏电阻测温法微型热敏电阻测温法是将热敏电阻探头置入人体内,利用电阻半导体材料随温度变化特性测出温度的测量方法。
三、有损测温的缺点有损测温的缺点有:(1)微型热敏电阻测温法和微型热电偶针测温法都需要将测温针插入组织内,是一种有损伤的测温技术,失去了HIFU微创的优点。
(2)不仅会给患者带来痛苦,还有可能引起肿瘤细胞的转移等问题。
(3)HIFU声场与探针作用导致测量精度下降,测温针越多,对组织的热性能的影响越大。
(4)探针插入组织时难以准确定位,温度监控点少,无法精确得到整个焦域内的温度分布。
高强度聚焦超声技术治疗癌症的前景

高强度聚焦超声技术治疗癌症的前景近年来,癌症的发病率和死亡率不断攀升,成为全球各国面临的重大健康挑战。
为了应对这一挑战,科学家们不断探索和开发新的治疗手段。
其中,高强度聚焦超声技术(High-Intensity Focused Ultrasound,HIFU)作为一种非侵入性、无创的治疗方法,显示出巨大的应用潜力。
本文将介绍高强度聚焦超声技术的原理及其在癌症治疗中的前景。
一、高强度聚焦超声技术的原理高强度聚焦超声技术是一种利用超声波的机械效应来治疗肿瘤的方法。
它通过聚焦超声波束,将能量精确地聚集在肿瘤组织内部的小区域,导致该区域的温度升高。
当温度升高到一定程度时,肿瘤细胞的结构和功能受到破坏,从而实现肿瘤的热消融。
高强度聚焦超声技术主要包括以下几个步骤:首先,超声波通过皮肤和组织层透过到达肿瘤区域;其次,超声波被聚焦在一个小的区域内,形成一个高能量密度的焦点;然后,聚焦点内的温度迅速上升,使局部组织达到几十摄氏度的高温;最后,高温会导致肿瘤细胞的凝固坏死,从而达到治疗的目的。
二、高强度聚焦超声技术在癌症治疗中的应用1.非肿瘤治疗除了癌症治疗,高强度聚焦超声技术在一些非肿瘤治疗领域也有广泛的应用。
例如,该技术可以用于治疗良性甲状腺肿瘤、子宫肌瘤等疾病。
相比传统的手术切除或放疗,高强度聚焦超声技术具有非侵入性、无创伤和康复快等优势。
2.肿瘤治疗高强度聚焦超声技术在癌症治疗中的应用前景广阔。
它可以用于治疗多种类型的肿瘤,如前列腺癌、乳腺癌、子宫颈癌等。
与传统的手术、化疗和放疗相比,高强度聚焦超声技术具有以下优势:首先,高强度聚焦超声技术是一种局部治疗方法,能够精确地聚焦在肿瘤组织内部,减少对周围健康组织的损伤。
其次,高强度聚焦超声技术是一种非侵入性治疗,无需手术切除或穿刺,避免了传统治疗中可能带来的并发症和术后恢复问题。
此外,高强度聚焦超声技术的治疗过程短暂快速,患者可以在较短的时间内完成治疗,减少了对患者的心理和身体的负担。
高强度聚焦超声
高强度聚焦超声(HIFU)治疗的特点随着医疗技术的发展,21世纪的外科手术由微创进入无创的时代;高强度聚焦超声(HIFU)作为一种新兴的无创肿瘤治疗技术已经在国内外广泛开展,并取得了显著临床效果,尤其是近年来在子宫肌瘤的治疗取得了较好的临床效果。
作为各项医疗技术领先的三甲医院,我院自2011年引进高强度聚焦超声(HIFU)热消融肿瘤治疗技术,目前已成功治疗子宫肌瘤及子宫腺肌病病员近400例,为遂宁及其周边地区的妇女提供了一种有效、无创、痛苦小、安全、经济的肿瘤治疗体验。
超声波是一种高频机械振动波,具有可聚焦性、组织穿透性和能量沉积性。
利用超声波具有的组织穿透性和能量沉积性,将体外发生的超声波聚焦到生物体内病变组织(治疗靶点),通过超声的机械效应、热效应和空化效应达到治疗疾病的目的。
其作用方式与太阳光经放大镜聚焦后引起放置于焦点处的纸片燃烧的原理相似。
聚焦超声作用原理聚焦超声在其所穿过的非治疗部位的能量不足以对组织造成损伤。
而在其聚焦点,由于声强很高,通过超声的热效应使该处组织的温度瞬间上升至 65 ~ 100℃,从而导致蛋白变性及组织细胞凝固性坏死;同时还通过超声的空化效应使组织间液、细胞间液和细胞内气体分子在超声波正、负压相作用下形成气泡,并随之收缩和膨胀以致最终爆破,所产生的能量导致细胞损伤、坏死。
聚焦超声声焦域的形态、大小以及组织对超声的效应和反作用等因素对超声治疗的深浅度、组织损伤范围和损伤程度起着决定性的作用。
因此,通过对超声换能器参数的设置可以达到靶向破坏病变的目的,而对治疗靶点周围组织却没有损伤,从而实现无创治疗的目标。
治疗适应症⑴诊断明确的子宫肌瘤,排除了子宫肉瘤,子宫其它病变以及宫颈非良性病变;⑵治疗设备的监控B超能显示的肌瘤。
相对适应症(经过一些医学处理,可以治疗的病症):⑴子宫颈肌瘤、带蒂的黏膜下和浆膜下肌瘤、血管型平滑肌瘤;⑵急性和慢性盆腔炎;⑶多次下腹部手术史,肠粘连史,下腹部声通道上有异物置入者;⑷下腹壁有质地较硬的手术疤痕,对显像超声有明显衰减者;⑸不能坚持持续俯卧1小时以上者。
2024年高强度聚焦超声(HIFU)市场调研报告
2024年高强度聚焦超声(HIFU)市场调研报告简介高强度聚焦超声(HIFU)是一种非侵入性的医疗技术,通过使用高能量超声波聚焦在体内的特定部位,以实现治疗目的。
HIFU技术在肿瘤治疗、疼痛管理和美容领域有广泛应用。
本报告将对全球高强度聚焦超声市场进行调研,包括市场规模、发展趋势、竞争格局等方面的分析。
市场规模根据调研数据显示,全球高强度聚焦超声市场在过去几年呈现稳步增长的态势。
预计到2025年,该市场的规模将达到X亿美元。
市场增长得益于技术的不断进步以及对高效、非侵入性治疗方法的需求增加。
市场驱动因素1. 高效、非侵入性治疗需求增加传统的肿瘤治疗方法如手术、放疗和化疗存在一定的风险和并发症,且对患者身体造成的创伤较大。
相比之下,HIFU技术具有高效、非侵入性的特点,能够减少患者的痛苦和恢复时间,因此受到越来越多患者的青睐。
2. 高科技医疗设备的普及随着科技的发展,医疗设备的性能不断提升,HIFU技术也得到了更广泛的应用。
高科技医疗设备的普及将进一步推动HIFU市场的发展。
3. 人口老龄化趋势随着全球人口老龄化趋势不断加剧,慢性疾病和肿瘤的发病率也在不断增加。
高强度聚焦超声作为一种有效的治疗方式,将在老龄化社会中发挥重要作用。
市场挑战1. 技术的限制虽然HIFU技术在肿瘤治疗和疼痛管理方面有显著效果,但其在美容领域的应用还存在一定的技术限制。
例如,HIFU在去除皱纹和紧致皮肤方面的效果还有待进一步研究和改进。
2. 高昂的设备成本HIFU设备的价格较高,限制了它在一些发展中国家和地区的应用。
降低设备成本将是市场面临的一个重要挑战。
市场前景随着科技的不断进步和市场需求的增加,高强度聚焦超声市场的前景十分广阔。
未来,HIFU技术有望在肿瘤治疗、疼痛管理和美容领域得到更广泛的应用。
此外,随着设备成本的降低和技术的改进,HIFU技术将进一步扩大其市场份额。
竞争格局目前,全球高强度聚焦超声市场竞争激烈,主要厂商包括Sonacare Medical、JC Company、Haifu Medical等。
聚焦超声治疗
肿瘤治疗
子宫肌瘤
聚焦超声治疗是子宫肌瘤非侵入 性治疗的手段之一,通过聚焦超 声波使肌瘤组织温度升高,达到
消融效果。
乳腺癌
聚焦超声治疗可用于乳腺癌的辅助 治疗,通过破坏肿瘤细胞膜的稳定 性,促进抗肿瘤免疫反应。
肝癌
聚焦超声治疗可应用于肝癌的局部 消融治疗,通过高温效应使肿瘤组 织坏死。
神经调控
神经性疼痛
治疗时间长
由于需要将超声波聚焦于 特定组织,治疗时间相对 较长。
需要专业操作
聚焦超声治疗需要专业的 医生和操作团队进行操作, 对技术和经验要求较高。
02
聚焦超声治疗的原理和技术
超声波的物理特性
超声波是一种机械波,具有波 长长、频率高、穿透力强等特 性。
超声波在介质中传播时,会产 生声压和声流,对介质产生力 学、热学、化学等作用。
超声波的传播速度与介质的密 度、弹性常数、声速等有关, 可用于医学成像和诊断。
聚焦超声的原理
聚焦超声是将超声波聚焦于特定区域, 产生高强度声压和声流,从而对靶组 织产生热能、机械能等作用。
聚焦超声治疗可应用于多种疾病的治 疗,如子宫肌瘤、前列腺增生等。
通过聚焦超声的原理,可以将能量集 中在小范围内,实现对靶组织的无创 或微创治疗。
择合适的脉冲重复频率。
聚焦超声治疗设备
聚焦超声治疗设备通常由超声波 发生器、治疗头、水循环冷却系
统等组成。
设备性能和参数的选择直接影响 治疗效果和安全性,因此选择合
适的设备是至关重要的。
目前市场上已有多种聚焦超声治 疗设备,如HIFU(高强度聚焦 超声)、MIST(磁波聚焦超声)
等。
03
聚焦超声治疗的应用领域
近年来,聚焦超声治疗在肿瘤治疗领域取得了显著进展,成为一种新型的非侵入性治疗方法。通过高强度聚焦超 声波,实现对肿瘤组织的精确消融,同时避免对周围正常组织的损伤。
聚焦超声标准化调研报告
聚焦超声标准化调研报告概述近年来,利用高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)对组织进行热消融来治疗疾病被广泛研究并应用于临床。
HIFU设备通过一个压电超声换能器产生一个持续几秒的高强度聚焦超声脉冲,超声场通过耦合介质透过皮肤在靶组织区域叠加。
由于超声能量在焦点高度局部集中,小体积的组织被迅速加热,同时热凝固引起急剧的局部损伤,但是皮肤以及其他超声穿过的组织层不受影响,这就是HIFU热消融的治疗原理。
这就要求制定一系列关于HIFU设备安全性、超声功率的测量、超声场参数的描述以及超声换能器的电声特性等方面的标准和规范。
标准是在一定的范围内获得最佳秩序,经协商一致制并由公认机构批准,共同使用的和重复使用的一种规范性文件。
医疗器械产品安全和有效依赖合理的设计、质量保证体系、医疗器械标准的支撑。
医疗器械标准也是管理部门实施监督的法律依据。
标准在各国医疗器械产品的准入和监管活动中都起着非常重要的作用,符合标准的要求是证明产品安全有效最便捷途径。
虽然关于HIFU的测量标准已经建立了较完备的一套测量规程,并且被广泛应用,但是这些标准中有些仍存在局限性,需要进一步的研究来校正。
本研究报告就从以下几个方面来阐述HIFU标准化研究近五年的研究成果。
聚焦超声标准化研究设备安全和基本性能IEC 60601-2-62-2013 《医用电气设备-第2-62部分:高强度治疗性超声(HITU)设备的基本安全性和基本性能的详细要求》该标准规定了高强度治疗性超声设备的基本安全性和基本性能,增加并替代了标准IEC60601-1中高强度治疗超声设备相关的条款。
本标准适用于:通过高强度治疗超声辐射来溶栓的治疗设备;通过高强度聚焦超声辐射来治疗血管阻塞的治疗设备;用来减轻骨转移癌疼痛的设备。
场参数的测量和规范IEC/TS 62556-2014 《超声学-场特性-高强度治疗超声传感器和系统场参数的测量和规范》IEC TS 62556:2014是IEC 2014年颁布的一个应用于高强度治疗超声的技术规范书。
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高强度聚焦超声(HIFU)治疗监控成像及评价的研究现状钟徽,万明习西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室,生物医学工程系,西安(710049)摘要:HIFU技术由于无创或微创治疗的特点,近年来成为国际超声治疗学领域一个热门课题,并在我国初步实现了临床应用。
高效、准确、个性化的治疗是HIFU治疗追求的目标,于是对于HIFU治疗前引导、定位,治疗中监控及治疗后评价的研究成为HIFU研究领域不可或缺的重要组成部分。
本文首先介绍了以HIFU治疗物理机制(热机制、空化机制)为基础的监控成像方法;接着探讨了监控、评价HIFU形成的损伤常采用的几种组织参数定征方法(包括声学参数、力学参数等);然后比较了主要的三种成像方式,即MRI、CT和US成像方式各自的优缺点和适用范围;最后讨论了HIFU监控成像及评价技术所存在的问题和未来的研究方向。
关键词:高强度聚焦超声,监控成像高强度聚焦超声(HIFU)可从体外将超声波聚焦到体内,在焦区处形成局部的高能量,产生热效应、空化效应等物理现象,使靶区组织发生凝固性坏死,并同时可以最大限度的不伤及周围正常组织,目前已成为国际超声治疗学领域的一个热点,并在我国实现了临床应用。
高效、精确、个性化的治疗也是包括在HIFU物理治疗发展中的一个必然趋势。
为了实现对治疗靶区的精确定位、治疗过程的精确控制以及治疗效果的适当评价,HIFU治疗的监控成像及评价问题已被提上日程。
本文分别从以下三个层次——以HIFU治疗物理机制为基础的监控成像方法、以组织参数定征为基础的监控成像方法以及目前较为普遍使用的三种成像方式——对HIFU治疗监控成像及评价的研究现状做了阐述。
1. 以HIFU治疗物理机制为基础的监控成像方法HIFU治疗的物理机制主要包括机械机制、热机制、空化机制以及细胞、分子层次的物理机制,其中热机制和空化机制是与HIFU治疗监控成像相关的机制。
1.1热机制:HIFU治疗的物理机制主要是热机制,其原理是利用组织对超声波的吸收,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65℃以上[1],产生不可逆的凝固性坏死,从而达到治疗的目的。
(1)MRI的温度成像研究核磁共振成像(MRI)是目前医学影像学诊断中获得广泛应用的方法之一。
MRI可对组织温度的改变进行成像,其原理为:MRI的T1驰豫时间对温度比较敏感,它与温度呈正比关系,其信号强度则和温度呈近似反比关系,即温度越高的区域,在MRI图像上的亮度越低。
通常可采用T1加权图像对组织温度的改变进行间接成像。
MRI在引导激光热疗的方面已做了比较全面的研究,自从Jolesz 和 Jakab在1991年证明了超声换能器可在MRI扫描器内使用后,Cline和Hynynen等人[2]的研究表明,利用MRI 的温度成像引导HIFU治疗也是可行性。
Hynynen提出了MRI引导HIFU治疗的具体方案,即在治疗前用HIFU进行低剂量的辐照(不形成组织损伤),使组织温度适当上升,用MRI 温度成像来进行HIFU焦区定位,以引导HIFU治疗。
Bohris和Jenne等人[3]进一步将MRI用于HIFU治疗的“实时”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℃,成像时间约为3s,可近似看作“实时”。
(2)超声的温度估计研究八十年代以来,许多学者在超声估计温度的方面开展了大量的研究工作。
超声估计组织温度的主要原理是:温度的升高会使声速发生改变,并使组织产生热膨胀,从而使超声回波信号在时域或频域的特性发生改变,通过估计这些参数的变化可间接地估计组织温度的改变情况。
Maass-Moreno和Damianou等人[4][5]进行了超声回波信号估计HIFU引起的组织温度改变的研究。
他们建立了组织温度与回波时移关系的解析模型。
从他们的模型中可以得出,时移主要取决于回声路径上的平均声速,组织热膨胀对时移的影响较小,但限制了焦区处的温度估计精度,时移与温度近似呈线性关系。
在HIFU照射离体肌肉实验中,他们采用了互相关技术估计时移。
实验结果表明,在组织温度上升约10℃以下,时移与温度呈线性关系,但上升到更高温度时,即组织温度达到50℃以上时,线性关系不再存在,认为这一现象可能与高温下的组织损伤有关。
Simon,Philip等人[6]提出利用超声回波的复自相关函数相位来估计时移,得到了组织仿体的二维温度估计图像,其温度估计精度为0.5℃,空间分辨率为2mm。
由于热-声透镜效应,会使温度图像产生横向波纹,研究中采用了可分离的二维有限冲激响应滤波器对数据进行滤波,以消除图像中的横向纹波,但这是以降低空间分辨率为代价的。
他们的实验仅在较低的温度水平(<40℃)下有效。
Seip和Ebbini等人[7]提出了另一种组织温度的超声回波估计方法。
该方法基于离散散射模型,认为大多数生物组织具有半规则的网格状散射子群,可通过估计由温度引起的散射元平均间距的改变来估计组织温度。
他们发现散射元平均间距与超声背向散射信号频谱的谐△振频率有关,从而建立了谐振频率的变化f△的关系,理论和实验均表明f△与温度变化T△,他们采用了AR模型。
在得到一维实验结果的基础上,△呈线性关系。
为精确估计f与T他们也得到了二维的温度图像,并第一次将超声温度估计法用于超声热疗的实时温度控制中。
他们的方法其温度估计精度为0.4℃,空间分辨率为3mm。
同样,他们的所有实验也是在较低温度水平下进行的,并且该方法理论上只适用于肝等具有规则间距散射子的组织。
另外,最近关于超声温度成像有一些新的报道。
Miller,ter Haar等人利用温度产生的回声应变来进行温度成像,研究中的温度上升范围为2~15℃,他们提出可以将此方法应用于超声治疗前的引导。
Konofagou等人研究了超声刺激声发射(Ultrasound-Stimulated Acoustic Emission ,USAE)与温度的关系。
他们的研究表明,在超声低功率辐照下,USAE的幅度与温度呈线性关系,而较高功率下,线性关系则不存在。
这两种方法尚处于较为初步的研究阶段。
(3)CT的温度成像研究利用CT进行HIFU监控成像研究的报道较少。
Jenne和Bahner等人[8]利用临床CT扫描器对HIFU治疗进行了温度成像研究。
用CT进行温度测量的物理机制为:组织对X射线的吸收值正比于组织的密度,温度的改变由于热膨胀而引起组织密度的改变,故可以通过测量组织密度来进行温度估计。
研究发现CT number(HU)与组织温度近似为线性反比关系。
HIFU 低剂量辐照时图像上产生可逆的亮度变化,高剂量时,则产生不可逆的亮度变化,认为与组织损伤有关。
1.2空化机制空化机制通常是指液体中的微小气泡(空化核或HIFU高热引起的汽化),在超声波作用下所表现出的振荡、生长、收缩、崩溃等一系列动力学过程。
理论与实验研究已证实,声空化过程可以将声场能量高度集中于极小的空化泡内,并在空化泡崩溃瞬间将其释放出来,形成局部高温(>5000K),高压(> 5×107Pa),强冲击波,射流等极端物理条件,使其周围的组织细胞遭到破坏。
一般认为,HIFU治疗中引起的空化效应会使损伤组织的形状、尺寸发生改变,并使损伤位置前移,故治疗过程中应尽量对空化现象进行抑制。
(1)超声成像系统对空化现象的观测空化现象所产生的气泡可以使超声回波信号明显增强,在B超图像上形成亮斑从而易于识别。
实际上,目前临床上应用的HIFU系统,采用了常规B超成像对HIFU治疗进行监控,正是基于这一原理。
刘宝琴、王智彪等人[9]通过比较离体牛肝组织在HIFU靶区辐照前后的超声声像图变化和灰度值变化来观测损伤情况,发现辐照后即刻超声图像明显较辐照前回声增强,即灰度值增高,但随着时间的推移,灰度值又逐渐降低,直至达到稳定状态。
最后的灰度值仍比辐照前有所增强。
但Arefiev等人的研究实验却显示,新生成的焦斑在B超图像上显示回声增强,在对应的位置产生亮斑,等到一定的时间后,焦斑区域产生的回声会逐渐减弱,直至消失,认为这是由于空化气泡逐渐溶解的缘故。
由于空化现象在B超图像上产生的亮斑并非一直稳定存在,究竟如何利用空化形成的亮斑来反映HIFU的实际损伤,一些学者也进行了一定的研究。
刘宝琴等在实验中通过比较超声图像面积与实际损伤面积的关系发现,HIFU辐照后即刻前者明显大于后者,1分钟左右后,二者近似相等,2分钟以后,前者则小于后者,认为辐照后1分钟是反映实际损伤尺寸的适当观测时间。
J. Seo和B.C. Tran等人[10]做了狗的肾脏离体实验,发现空化会引起超声回声增强,其增加强度的衰减情况与HIFU辐照后实际损伤有着一定的关系。
他们提出一个衰减半周期(t half)的概念,即HIFU辐照后即刻增强的回声强度衰减至其一半时所用的时间。
他们的实验研究发现,形成损伤的t half要比未形成损伤的t half大的多,前者平均为13s,后者平均为45s。
他们认为这一参数可以在一定程度上反映HIFU辐照的损伤情况。
以上两种实验研究都是在特定组织内进行的,并且仅做了比较定性的分析,进一步的研究仍有待深入。
一些学者还对HIFU与B超系统的同步,以进行实时监控成像做了研究。
Shahram Vaezy, Xuegong Shi等人[11]选取B超成像一帧中的某一时刻作为HIFU辐照的同步时刻,设定HIFU 辐照时间为B超成一帧像所用时间的一半,使得观测区域不被HIFU信号干扰,实现了HIFU 治疗的实时监控成像。
他们的研究还发现,在较低HIFU剂量下,图像上观测到的强回声区在解剖学上并没有得到相应的损伤,也就是说空化阈值低于损伤阈值,于是他们提出可利用这一现象进行HIFU治疗前引导、定位。
不过他们提出的B超系统需要引出一个同步信号,并不适用于大多数常规B超系统。
于是,Neil Owen, Michael Bailey等人又提出用HIFU探头作为信号接收器,接收成像脉冲信号以提供触发,认为这种方法适用于任意超声成像设备,此方法也正处于研究中。
(2)MRI、CT成像系统对空化现象的观测在MRI与CT监控HIFU治疗的研究实验中,空化现象也被观测到。
Damianou, M. Pavlou等人在研究中发现,T1加权图像不能看到空化气泡的产生,气泡和损伤在图像上的亮度相同。
而T2加权图像可检测到空化气泡,气泡比损伤组织在图像上显得更亮。
他们认为如果HIFU治疗为纯热机制时,利用T1加权的图像较为合适,如果HIFU治疗利用的是空化机制时,则T2加权图像适合用于监控。
在HIFU治疗的CT监控成像研究中,发现在较高HIFU剂量时,CT图像上可观测到可逆的组织低密度的变化。