肿瘤热疗无损测温方法的研究进展
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乳腺癌治疗中热疗的研究进展乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一,也是引起女性死亡的重要病因;乳腺癌的发病率呈逐年上升趋势。
乳腺癌的传统治疗方法包括手术治疗、化学药物疗法、内分泌疗法、放射疗法和生物疗法等。
热疗作为一种新的治疗方法,它是指用加热的方式使肿瘤组织温度上升到一定程度并维持一段时间,导致肿瘤细胞生长受阻或死亡,但又不损伤正常细胞的一种治疗方法[1]。
热疗还可以使细胞蛋白质变性或者使肿瘤细胞对传统治疗如放射疗法、化疗更加敏感从而改善患者预后。
1 热疗治疗肿瘤的机制1.1热疗对肿瘤的直接杀伤作用,热疗是一种非侵袭性的抗肿瘤方法。
热疗可使蛋白质失活,导致细胞膜发生改变,从而使细胞发生不可逆的破坏。
因此,热疗可以直接杀伤肿瘤细胞和增加传统治疗效果来达到抑制肿瘤细胞的增殖。
乳腺癌干细胞是乳腺癌组织中的一小部分细胞,对传统的放、化疗都不敏感,与乳腺癌的复发、转移及多种药物耐药有关。
研究显示,纳米管介导的热处理不仅可以使分化的肿瘤细胞死亡而且可以消除BCSCS介导的肿瘤生长和复发。
1.2 热疗与细胞凋亡通过热疗可抑制DNA、RNA和蛋白质的合成,诱导细胞发生凋亡。
研究发现,热疗后乳腺癌细胞株MCF-7胞内的Bcl-2基因表达明显下降,而Bax基因表达明显升高,表明热疗可以调节细胞内的凋亡基因Bcl-2和Bax的表达,从而诱导细胞凋亡。
Bax高表达时,可抑制Bcl-2表达,同时Bax通过形成同源二聚体加速细胞凋亡。
加热可诱导Bax表达、抑制Bc1-2表达,增加线粒体的通透性,从而激活线粒体途径来杀伤肿瘤细胞。
1.3热疗与肿瘤血管及机体免疫肿瘤组织的血管网没有正常组织发达,调节作用差,当给予热疗时,肿瘤内热量比正常组织消散慢,从而使肿瘤组织和肿瘤血管更容易受到损伤。
同时,热疗还可以通过抑制血管内皮生长因子表达、阻碍肿瘤血管内皮细胞增殖,从而抑制肿瘤组织的生长。
热疗可以增加NK细胞、T淋巴细胞和巨噬细胞的活力从而增强机体对肿瘤组织的免疫力,这种免疫效果的产生与热休克蛋白有关。
肿瘤热疗无损测温技术研究进展及存在问题
张强克;马玲芳;唐荣军;上官小玲
【期刊名称】《中国医学物理学杂志》
【年(卷),期】2011(028)003
【摘要】肿瘤热疗是指用加热来治疗肿瘤的一类治疗方法.基本原理是利用物理能量加热人体全身或局部,使肿瘤组织温度上升到有效治疗温度,并维持一定时间.利用正常组织和肿瘤细胞对温度耐受能力的差异,达到既能使肿瘤细胞凋亡、又不损伤正常组织的治疗目的.肿瘤热疗已成为继手术、放疗、化疗和免疫疗法之后的第五大疗法,是治疗肿瘤的一种新的有效手段[1].本文分析了现阶段肿瘤热疗无损测温方法的基本原理和存在问题,对当今无损测温在肿瘤热疗方面的理论研究和技术进展进行了总结.
【总页数】4页(P2689-2692)
【作者】张强克;马玲芳;唐荣军;上官小玲
【作者单位】浙江省肿瘤医院,浙江,杭州,310022;浙江省肿瘤医院,浙江,杭
州,310022;浙江省肿瘤医院,浙江,杭州,310022;浙江省肿瘤医院,浙江,杭州,310022【正文语种】中文
【中图分类】R73-33
【相关文献】
1.磁流体肿瘤热疗中超声无损测温技术的研究进展 [J], 张亚萍;李康;张秀敏
2.侵入式测温技术在肿瘤热疗中的临床应用 [J], 牛雪梅
3.肿瘤热疗无损测温方法的研究进展 [J], 嵇敏洁;印佳;杨悦;韩佳薇;吴小玲
4.基于超声图像纹理特征的RFA治疗无损测温技术研究 [J], 陈铭;赵兴群;姚林方
5.肿瘤热疗中的超声无损测温技术 [J], 牛金海;朱贻盛
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肺部恶性肿瘤的射频热疗中的温度监测与护理作者:韩春红来源:《中国医药导报》2012年第07期[摘要] 目的探讨肺部恶性肿瘤在射频热疗中的温度监测与护理疗效。
方法选取我院2006年1月~2010年6月收治的肺部恶性肿瘤患者98例,随机分为对照组和观察组,每组各49例。
两组均采用射频热疗联合化疗,对照组给予常规护理,观察组在对照组基础上采用心理护理和生理护理干预。
分别比较两组患者治疗后的各项指标情况。
结果观察组患者临床症状有效率为85.7%,明显优于对照组(67.3%),且观察组生活质量缓解情况总有效率为93.9%,也明显好于对照组(75.5%),差异有统计学意义(P < 0.05)。
结论对肺部恶性肿瘤在射频热疗中实行有效的温度监测可以减少并发症的发生,减轻患者在治疗过程中的痛苦,同时给予有效的临床护理可以帮助患者保持良好心态,较快恢复,临床疗效显著,是一种安全的手术治疗方法,值得临床推广使用。
[关键词] 肺部恶性肿瘤;射频热疗;温度监测;护理[中图分类号] R473.73[文献标识码] B[文章编号] 1673-7210(2012)03(a)-0165-02当前肺部恶性肿瘤已成为我国常见疾病之一,患病人数众多,对应的治疗方法也逐步得到完善和发展[1]。
射频热疗是继手术、放疗、化疗、免疫疗法之后一种新型治疗手段,可以有效杀死恶性肿瘤细胞,提高患者生活质量[2]。
射频热疗与化疗联合治疗恶性肿瘤时效果更佳[3],治疗的同时给予患者有效的护理干预可以减轻其在治疗过程中的痛苦,减少并发症的发生[4]。
为了探讨肺部恶性肿瘤在射频热疗中的温度监测与护理疗效,我院选取98例肺部恶性肿瘤患者采用不同的治疗及护理方法进行分析比较,现报道如下:1 资料与方法1.1 一般资料选择我院肺部恶性肿瘤患者98例,其中,男56例,女42例,年龄39~67岁,平均(54.3±15.2)岁。
所有患者均存在不同程度的胸积水。
磁性热敏脂质体在肿瘤热化疗中的研究进展磁性热敏脂质体在肿瘤热化疗中的研究进展(作者:___________单位: ___________邮编: ___________)【关键词】磁性热敏脂质体; 靶向; 热疗; 化疗; 综述[文献类型]热疗是一种利用物理能量在组织中沉淀而产生热效应,使肿瘤组织温度上升到有效治疗温度并维持一段时间, 以杀死癌细胞, 又不损伤正常细胞的新型治疗方法。
近期研究表明,热疗与化疗药物协同治疗肿瘤具有显著的效果。
磁性热敏脂质体是近年来兴起的一种可以同时发挥热疗与化疗作用的靶向药物载体,它可以在外加磁场的作用下随血液循环聚集到靶器官, 通过交变磁场产热, 释放化疗药物, 达到定向进行肿瘤热化疗的效果。
与普通脂质体相比, 磁性热敏脂质体具有更强的组织靶向性和控释特性。
由于它在肿瘤热化疗作用中具有巨大的潜力和希望,国内外的学者正在努力使其可应用于医疗实践。
1 磁性热敏脂质体的制备1.1 磁性载体应具备的条件理想的磁性药物载体应具备以下几个条件[1]:有较好的磁场响应性,在靶部位置外磁场后,经过靶部位的载体能100%地滞留在靶部位; 粒径足够小,能够自由通过最小内径的毛细血管,不会发生异位栓塞和滞留; 不被网状内皮系统(RES)和其他正常细胞摄取吞噬; 药物载体具有较高的载药能力并可以进入靶细胞内,并在细胞内以可调控的方式释放。
1.2 制备所需的脂质材料人体对温度的耐受程度是有限制的,超过45 ℃的高温会对人体造成伤害,因此大大限制了制备磁性热敏脂质体的脂质材料,只有二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、二棕榈酰磷脂酰甘油(DPPG) 和二棕榈酰神经鞘磷脂(DPSP) 的相变温度合适。
目前DPPC 是比较成熟的常用的制备热敏脂质体的主要材料之一, 通过加入其他不同碳链长度的磷脂来调节脂质体膜的释药特性,按一定比例混合的磷脂酰胆碱可产生理想的相变温度。
也有人[2]用天然卵磷脂和乙醇DPPC 和DSPC 混合制备热敏脂质体。
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3j铁磁材料肖猡=硒剜-u为铁磁材料的相对磁导攀,对空气有彦=%F,代入后得:嚷璐.丢+嘎气.毒=删e2。
4,按磁通连续往器理,磁潞中各截面磁通处处裙等。
若铁磁材料嗣空气中截蕊褥积相等,则肖穗瑾=经≮,由此梅出:琏气=鱼等。
事实上,出予铁磁材料蕊耀对《十:磁导率很大(铁氧体的熟型相对磁导率为2000~3000),且成用中在∥石10~50之霹,嚣爨肖《》,,寥,簸焉襻囊:壤鼍;掣≤2.5)或者爆铲华(2.6)式(2.5)酾f2.6)避磁疆设诗懿寰器理论棱瓣。
2.2。
3巾频交变磁场热疗实验系统阁2,s所示南赭们宛醅田酌姘刑酌+荆嫦勰嘶亿书H蛐,斗慨壮审川……灞2—3。
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4蛰K》Fig.2-38tructureofintemlediatef盹qu君ncymagneticgencrator12广东工业大学工学硕士学位论文与侵入式测温技术相比,无创测温(又称为非侵入式测温技术)的完善与研究为肿瘤热疗的发展带来了更多的前景吨2“2",无创温度测量方法大致有微波测量Ⅲ1、核磁共振测量fMRI)‘2"、电阻抗法测量‘261和超声测量‘241四种类型。
微波法的探测深度极限约为4cm,且深层的分辨率明显降低:核磁共振法有很好的线性关系,且对不同组织不太敏感,因而是一种有前途的方法,但成本太高;活组织有较高的电阻率温度系数(约.2%),但电阻抗法尚需要一系列的基础研究(包括理论依据),且与微波法一样,对组织中血流的变化很敏感,甚至可能掩盖热疗中的温度变化。
超声法的信息依据通常分别基于声速的温度相关性、声衰减系数的温度相关性和超声非线性参数B/A的温度相关性。
如果能精确测得加热前后这些声学特性的变化就能实现超声测温。
相比之下,使用超声测温具有如下主要优点:相对低的成本,能实时进行数据采集和处理,有较深的人体穿透能力和较高的时空分辨率。
热疗中的无创测温技术研究进展
吴鑫垚;李发琪;李成海
【期刊名称】《科技创新与应用》
【年(卷),期】2024(14)13
【摘要】热疗在各种良恶性肿瘤以及非肿瘤疾病的治疗中具有重要临床应用价值,其原理为将物理能量转化为靶区的热能并体现为温度升高进而实现疾病治疗的目的。
为保证热疗的安全性和有效性,治疗中的无创温度监控一直是该领域的核心关键技术。
该文对热疗中所使用到的核磁共振(Magnetic Resonance,MR)测温、超声(Ultrasound,US)测温以及其他无创测温技术及其相关研究进展进行综述,旨在为无创测温技术应用于临床热疗监控提供参考。
【总页数】6页(P161-166)
【作者】吴鑫垚;李发琪;李成海
【作者单位】重庆医科大学生物医学工程学院超声医学工程国家重点实验室;重庆
市生物医学工程重点实验室;国家药品监督管理局超声手术设备质量评价重点实验
室
【正文语种】中文
【中图分类】TB559
【相关文献】
1.磁流体肿瘤热疗中超声无损测温技术的研究进展
2.癌热疗中超声无创测温方法的研究
3.基于超声组织定征技术的肿瘤热疗无创监测方法研究进展
4.癌热疗中超声
无创测温方法研究的国内外现状(英文)5.利用磁共振成像实现肿瘤热疗中实时无创测温的方法
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肿瘤热疗中的超声无损测温技术
牛金海;朱贻盛
【期刊名称】《生物医学工程学杂志》
【年(卷),期】2000(17)2
【摘要】肿瘤热疗中组织温度的测定和监控至关重要。
利用诊断超声波扫描热疗生物组织,通过分析超声回波信号的时间延迟、频域共振峰的频移或计算散射回波的能量可以无创伤地提取组织温度信息,与时域或频域方法比较,从能量的角度分析超声回波信号无损伤提取深部组织的温度信息的方法,具有随温度改变能量特征变化明显,易提取温度信息等优点,文中讨论了当前热疗中温度测量的难点和新技术。
【总页数】4页(P202-205)
【关键词】肿瘤;热疗;超声波无损测量;回波能量
【作者】牛金海;朱贻盛
【作者单位】上海交通大学生物医学工程系
【正文语种】中文
【中图分类】R730.5;R730.41
【相关文献】
1.磁流体肿瘤热疗中超声无损测温技术的研究进展 [J], 张亚萍;李康;张秀敏
2.基于超声衰减系数的微波热疗无损测温 [J], 盛磊;吴薇薇;周著黄;吴水才;高宏建;曾毅
3.肿瘤热疗无损测温技术研究进展及存在问题 [J], 张强克;马玲芳;唐荣军;上官小玲
4.高强度聚焦超声热疗中无损测温的实验研究 [J], 侯珍秀;徐祯祥;金长善
5.肿瘤热疗无损测温方法的研究进展 [J], 嵇敏洁;印佳;杨悦;韩佳薇;吴小玲
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第38卷㊀第1期2019年㊀2月北京生物医学工程BeijingBiomedicalEngineeringVol 38㊀No 1February㊀2019㊃综㊀述㊃基金项目:江苏省大学生创新训练重点项目(KY101J201719)㊁基于 课程-项目-竞赛-转化 的医学生创新能力培养体系构建与实践(2017JSJG182)㊁烯旺科技-2017KF16-横向合作(KY101KF2017016)资助作者单位:南京医科大学生物医学工程与信息学院(南京㊀211166)通信作者:吴小玲㊂E⁃mail:bmewxl@163 com肿瘤热疗无损测温方法的研究进展嵇敏洁㊀印佳㊀杨悦㊀韩佳薇㊀吴小玲摘㊀要㊀肿瘤热疗(hyperthermia)是利用肿瘤组织对温度敏感性高于正常组织的性质,即人体正常细胞在42 5 43ħ下不会受到损伤,但大部分肿瘤细胞在该温度下会被诱导进入凋亡过程㊂临床上应用超声㊁微波或红外等作为加热源,加热并杀死肿瘤组织而使得正常组织基本不受损伤㊂但是对于如何精确测量肿瘤热疗的温度从而控制热疗剂量仍然是一个难题㊂本文综述了目前肿瘤热疗过程中电阻抗断层成像(ectricalimpedancetomograph,EIT)测温㊁红外热图引导技术㊁微波辐射测温法㊁超声无损测温㊁磁共振成像测温(magneticresonanceimaging,MRI)等无损测温方法及其研究现状,展望了如何有效精确测量肿瘤热疗时的温度,为控制肿瘤热疗的热剂量提供参考,以期在不伤害正常组织的前提下,使肿瘤组织产生不可逆的损伤㊂关键词㊀肿瘤热疗;温度敏感性;无损测温;精确性;热剂量DOI:10 3969/j.issn.1002-3208 2019.01.014.中图分类号㊀R318 04㊀㊀文献标志码㊀A㊀㊀文章编号㊀1002-3208(2019)01-0096-06本文著录格式㊀嵇敏洁,印佳,杨悦,等.肿瘤热疗无损测温方法的研究进展[J].北京生物医学工程,2019,38(1):96-101.JIMinjie,YINJia,YANGYue,etal.Advancesinnon⁃invasivetemperaturemeasurementmethodsforhyperthermia[J].BeijingBiomedicalEngineering,2019,38(1):96-101.Advancesinnon⁃invasivetemperaturemeasurementmethodsforhyperthermiaJIMinjie,YINJia,YANGYue,HANJiawei,WUXiaolingSchoolofBiomedicalEngineeringandInformatics,NanjingMedicalUniversity,Nanjing㊀211166Correspondingauthor:WUXiaoling(E⁃mail:bmewxl@163 com)ʌAbstractɔ㊀Hyperthermiaistheuseoftumortissuethatismoresensitivetotemperaturethannormaltissues Humannormalcellscantolerate42-43ħforlongperiodsoftimewithoutdamage,whilemosttumorcellswillbeinducedintotheapoptoticprocessat42ħ Ultrasound,microwaveorinfraredisusedastheheatingsourceinclinicalpracticetoheatandkilltumortissue,sothatnormaltissuewasnotdamaged However,itisstilldifficulttoaccuratelymeasurethetemperatureoftumorhyperthermiaandcontrolthedoseofhyperthermia Thisarticlereviewsthemethodsandresearchstatusofnon⁃invasivetemperaturemeasurementintumorhyperthermia,suchaselectricalimpedancetomography(EIT)temperaturemeasurement,infraredthermalimage,microwaveradiationtemperaturemeasurement,ultrasonicnon⁃destructivetemperaturemeasurement,magneticresonanceimaging(MRI),etc,forecastshowthetemperaturemeasurementmethodcaneffectivelyandaccuratelymeasurethetemperatureduringhyperthermia,andprovidereferenceforcontrollingthethermaldoseoftumorhyperthermia,soastocauseirreversibledamagetotumortissuewithoutharmingnormaltissues.ʌKeywordsɔ㊀tumorhyperthermia;temperaturesensitivity;non⁃invasivetemperaturemeasurement;accuracy;thermaldose0㊀引言热疗是一种绿色疗法,历史悠久,临床上使用热疗技术可以避免放化疗㊁手术治疗等引起的副作用㊂中医几千年前就曾用加热治疗过疾病,但传统热疗方法加热速率慢,且无法精确控温㊂近代物理加温技术利用不同的加热源将物理能量定向地传输到肿瘤组织,提高了肿瘤组织的加热速度和受热均匀性,大大推动了热疗技术的发展㊂目前肿瘤热疗按加热温度范围可分为温热疗法㊁高温热消融法;按热源种类可分为超声㊁射频㊁红外㊁微波等㊂研究表明,细胞在42 5 43ħ时处于临界温度,超过此温度后细胞呈指数性杀伤[1]㊂由于肿瘤细胞比正常细胞对温度更敏感,当温度处于临界温度时,肿瘤细胞容易造成膜结构和功能的破坏而很快进入凋亡过程;但正常细胞能耐受此温度而不受损伤㊂加热促进正常组织血液循环加速以带走热量,而肿瘤组织的血流速度和流量低于同等条件下的正常组织,从而产生热量积聚,温度升高快,与邻近的正常组织温差可达5 10ħ[2];且肿瘤中心由于血液供给量少,乏氧细胞增多,散热更不容易,与肿瘤周围温差达1 1 5ħ[3]㊂肿瘤热疗即是应用上述的生物热效应,利用不同的热源使得肿瘤组织升温,通过精确控制热疗温度,在不伤害正常组织的前提下,使得肿瘤细胞产生不可逆的损伤㊂因此热疗时必须精确控制治疗区域的温度,才能达到理想的治疗效果㊂由于温度在人体内的分布存在不均匀性,温度测量的精度一般要达到0 5%左右才能满足临床要求,这给测温带来了困难㊂临床上肿瘤热疗测温技术可分为有损测温和无损测温㊂有损测温是指将测温的热电偶或者热敏电阻传感器利用探针的引导,直接穿入肿瘤热疗部位,从而获得单点或者多点的温度㊂但是该方法需要将测温针插入人体内,对人体造成损伤,且需要考虑多种因素,比如放入的测温元件是否会影响病灶部位的温度场分布㊁热疗效果,测温元件是否会引起病变细胞的转移,并且所测得温度为点温度而非整个病灶部位温度场的分布等,这些都会造成测温精度的下降㊂目前临床上重点研究无损测温方法,常用的方法有电阻抗断层成像(ectricalimpedancetomograph,EIT)测温[4-7]㊁红外热图引导技术[8-13]㊁微波辐射测温法[14-18]㊁超声无损测温[19-29]㊁磁共振成像测温(magneticresonanceimaging,MRI)[30-37],以及近些年出现的外加交变磁场的磁纳米温度测量法[38-42]等新型测温方法㊂1㊀EIT测温1978年美国Webster教授首先提出EIT测温,其测温法的原理是依据组织的电特性参数的不同,通过施加微弱电流或电压在人体表面,并测量目标表面的电流或电压来重构目标内的电阻抗变化图像,最后根据电阻抗与温度的关系测得温度[4]㊂2012年第四军医大学蔡华等[5]利用体外猪肝组织研究分析EIT图像和温度之间的关系,验证了EIT能够较好地反映肝组织内温度的分布㊂但该方法暂时只停留在实验阶段,尚未在肿瘤热疗的温度测量中见到相关报道㊂2017年南京师范大学Guo等[6]将EIT和高强度聚焦超声治疗相结合,提出了一种电阻抗重建方法:通过焦平面的表面电压来获得温度,该方法既能精确定位焦域中心,还能重建出治疗时的温度分布图像㊂其优点在于对人体无害㊁价格便宜㊁成像速度快㊁易与热疗设备配合[7],其缺点在于测温精度差(ɤ1ħ)㊁实时性差㊁抗干扰性弱㊁算法庞大㊂2㊀红外热图引导技术19世纪德国JohnHerschel使用 蒸发成像仪 ,制作出第一幅红外热图像㊂红外热图引导技术的测温原理是通过测量所测目标本身与其背景间的红外线差以获得不同的热红外线辐射形成的红外热图像[8]㊂根据黑体辐射理论,人体表面发射功率为:Q(λ,θ,T)=ελ,θC1λ5expC2λTæèçöø÷-1éëêêùûúú(1)ελ,θ=Q(λ,θ,T)Q(λ,T)C1=2πhc2=3 742ˑ108W㊃μm4/m2C2=hc/kB=1 439ˑ104μm㊃K㊃79㊃第1期㊀㊀㊀㊀㊀㊀嵇敏洁,等:肿瘤热疗无损测温方法的研究进展㊀㊀式中:Q(λ,T)为黑体在相同温度下的发射功率;λ为辐射波长;h为普朗克常量;c为真空光速;kB为玻尔兹曼常量[9]㊂式(1)说明人体的热辐射功率与温度有着直接关系,则可以通过测量人体的红外热辐射的功率来反演人体温度㊂红外热图可用于引导浅表部位肿瘤热疗的治疗过程[10]㊂2013年Rodrigues等[11]用红外热像仪对组织和肿瘤模型进行测温实验和数值模拟,他们建立了一种估算磁性纳米粒子热疗中肿瘤绝对温度的方法,但观察角度对测温精度影响较大㊂2016年Jiao等[12]建立了补偿温度对热像仪和被测人体表面之间的角度影响的数学模型,测温精度可达0 05ħ,大大提高了红外热像仪温度测量的精度㊂2018年Ma等[13]尝试用红外热像仪测得的表面温度以获取瘤内温度,他们模拟了用磁纳米热疗给乳腺组织加热的模型,其结果表明表面温度和肿瘤内部温度的温度差为ΔT:ΔT=ΔTmaxt/(t0+t)(2)㊀㊀式中:ΔTmax为ΔT的最大值;t为热疗时间;t0为ΔT最大值一半时的t值㊂式(2)考虑了表面对流换热和绝热边界条件,但没有考虑到人体体内的新陈代谢产生的热疗和血液灌注引起的热交换等因素㊂此外,实时采集红外热图需要大量存储,但随着计算机和云技术的发展,可通过云技术的数据传输来克服存储量大的问题㊂3㊀微波辐射测温法1974年瑞典Enander等[14]首次使用微波辐射计测量人体内部温度㊂该方法的测温原理是利用微波辐射计测量人体自身热辐射能量的大小来获取目标组织温度的信息[15]㊂根据公式(3)可反演出目标组织的绝对温度分布T(r)[16]㊂Bif=2kλ2TAP(3)TAP=ʏVW(r,f)T(r)dr㊀㊀式中:Bif为入射到微波辐射计天线的辐射亮度;TAP为目标组织到天线的辐射亮温;W(r,f)为权函数㊂微波辐射测温法大多以成像为主,2011年Levick等[17]用微波辐射法模拟婴儿大脑皮质内的温度梯度,验证了该方法可以反演出人体组织内的温度分布,但是微波场自身的干扰会导致测温精度和空间分辨率较差㊂2017年Momenroodaki等[18]研究了一种近场微波辐射测量方法:该辐射计采用Dicke架构,工作在1 4GHz安静频段,且使用第二探针和自适应处理,减少了射频干扰,提高了测温精度和空间分辨率㊂但是微波辐射法穿透组织深度浅,在微波波段进行的温度反演还处于研究阶段㊂4㊀超声无损测温技术1986年美国Sehgal等[19]尝试研究超声的非线性参数和温度的关系以获得组织的温度信息㊂超声无损测温方法的原理是根据生物组织加热前后其声学特性的变化从而反演出人体组织的温度,声学特性包括声速[20]㊁非线性参数㊁散射幅值等㊂由超声反演法的半经验表达式(4)定义目标函数式(5),由最优化算法即可反演出加热组织的温度[21]㊂超声测温多应用于乳腺㊁前列腺[22]㊁肝脏㊁心肌[23]等部位㊂Mth(f,β1,β2,ΔTm)=PeVPi=(1-β1ΔTm/fn)(1-β2ΔTm/fn)(4)㊀㊀式中:ΔTm为加热中心与周围组织温度的差值;V为反射界面的反射系数;VPi和Pe分别是加热前后回波信号的声压幅值;β1和β2为声热耦合系数;f是超声探头的频率;n近似等于1㊂Q= Ni=1[Mth(β1,β2,ΔTm;fi)-Mex(fi)]2(5)㊀㊀式中:Mth(β1,β2,ΔTm;fi)为加热前后回波声压幅值在频域的比值;Mex(fi)为加热前后声压测量值在频域的比值㊂超声无损测温方法具体有反射超声法[24]㊁透射超声法㊁超声CT法㊁超声图像分析法[25]㊂近些年在这些技术中研究较多的是超声图像分析法,它的原理是加热前后组织结构的变化导致超声回波信号能量的改变,表现在生物组织B超图像上为纹理和灰度的改变[26]㊂2010年Yang等[27]利用体外猪肝研究B超组织纹理特征与微波消融组织温度之间的相关性,验证了图像特征的变化能反映组织温度的变化,但是该方法的测温精度较差㊂国外Lai等[28]㊃89㊃北京生物医学工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第38卷在此基础上研究了一种基于二维斑点追踪算法的无创超声测温方法,提高了温度估计的准确性㊂2017年肖达等[29]通过对体外猪肉辐照前后获得的超声图像进行Gabor变换,用灰度梯度共生矩阵(GGCM)法提取图像的特征参数,提高了所有图像参数与温度的线性相关性㊂但是超声图像特征的改变也可能是由于加热时组织的空化效应引起的,会对组织真实的温度的测量产生干扰,且人体结构的差异和呼吸引起的组织运动等因素也给精确测量带来了困难,超声测温方法的改进还有待进一步研究㊂5㊀磁共振成像测温1988年GE公司开发出了第一个温度敏感磁共振扫描序列㊂MRI测温对人体无损伤,它利用一定频率的磁场照射人体,人体组织中的水分子在磁场的作用下发生磁共振,温度的变化导致磁共振成像参数的变化,通过测量成像参数,包括扩散系数(D)[30]㊁质子共振频率漂移(protonresonancefrequency,PRF)[31-32]㊁纵向弛豫时间(T1)[33],可以重构组织内部温度图像㊂该方法较多地应用于脑部㊁肝脏等部位㊂近年来磁共振成像测温中研究最为广泛的是PRF法测温[34],它的原理是利用梯度回波序列的相位改变值[ϕ(T)-ϕ(Tref)]来重建温度变化(ΔT)分布图,即:ΔT=ϕ(T)-ϕ(Tref)αγTEB0(6)㊀㊀式中:B0为主磁场强度;γ为旋磁比;α=0 01ppm/ħ为温度系数(1ppm=10-6);TE为回波时间[35]㊂2017年Jonathan等[36]为了测量有较高时空分辨率的大脑温度,提出了一种混合的径向EPI温度映射脉冲序列,该方法表明:在3T的场强下,它能提供整个大脑的三维温度分布,空间分辨率可达1 5mmˑ1 5mmˑ2 75mm,但其测温精度(ɤ1ħ)仍有待提高㊂2018年Bever等[37]选用梯度回波分段回声的平面成像脉冲序列和双极运动编码梯度,通过基线减法计算PRF的温度值,改善了时间分辨率,利用时间约束重建方法可每隔4 7测得温度-位移图㊂然而,MRI测温装置对于装有心脏起搏器的人来说,仍然不适用,并且磁共振成像装置庞大,价格昂贵,这仍是其没有被普及的主要原因㊂6㊀其他测温方法目前仍有各种肿瘤热疗时的温度测量方法,比如外加交变磁场的磁纳米温度测量法,该方法适用于磁性纳米颗粒靶向性治疗肿瘤[38],它通过测量超顺性磁性纳米颗粒的磁化响应谐波幅值比间接获得温度分布,从而实现非侵入式测温㊂Weaver等[39]在交流磁场下,利用磁性纳米粒子产生的五次谐波和三次谐波的比值生成校准曲线,然后通过测量某点的谐波比值和校准曲线进行比较计算,从而获得某点温度,该方法可达到的测量精度为0 3K㊂后来研究人员改变了外加磁场的条件,进一步提高了测温精度[40-41]㊂Boroon等[42]在进行磁性纳米微粒热疗时,测量二维脑组织温度模型是通过假设边界条件为零梯度,利用扩散方程和Pennes方程计算温度,但该方法计算量大,测温精度低㊂热疗虽然是肿瘤治疗更为安全有效的手段,但目前仅作为手术㊁放疗和化疗的辅助手段,原因是精确测量瘤体内的温度以及精确控温仍然是一个难题,需要研究人员不断地探索改进更加精确的测温方法,使其更好地应用于临床治疗㊂7㊀小结本文总结了当今用于肿瘤热疗无损测温的各种方法,详细介绍了其原理㊁优缺点以及在近几年的发展状况㊂目前临床上研究较多的是超声无损测温技术,由于该方法对人体组织基本无伤害,适用于以超声为热源的肿瘤热疗技术,且能穿透人体组织深处[43],相比其他无损测温方法,其综合性能更优,但它仍然存在缺陷㊂在今后的发展中,需要根据所测得的温度和Pennes生物热传导方程重建出人体温度模型,使其更加接近于人体实际温度,以解决温度测量的灵敏度㊁精确度㊁实时性㊁抗干扰性等方面的问题㊂参考文献[1]㊀HildebrandtB,WustP,AhlersO,etal.Thecellularandmolecularbasisofhyperthermia[J].CriticalReviewsinOncologyHematology,2002,43(1):33-56.[2]㊀VaupelP.Tumormicroenvironmentalphysiologyanditsimplicationsforradiationoncology.[J].SeminarsinRadiation㊃99㊃第1期㊀㊀㊀㊀㊀㊀嵇敏洁,等:肿瘤热疗无损测温方法的研究进展Oncology,2004,14(3):198-206.[3]㊀ResselA,WeissC,FeyerabendT.Tumoroxygenationafterradiotherapy,chemotherapy,and/orhyperthermiapredictstumorfreesurvival[J].InternationalJournalofRadiationOncology,Biology,Physics,2001,49(4):1119-1125.[4]㊀HendersonRP,WebsterJG.Animpedancecameraforspatiallyspecificmeasurementsofthethorax.[J].IEEETransactionsonBio⁃medicalEngineering,1978,25(3):250-254.[5]㊀蔡华,尤富生,史学涛,等.离体猪肝组织温度的电阻抗成像监测研究[J].医疗卫生装备,2012,33(2):5-7.CaiH,YouFS,ShiXT,etal.Monitoringofelectricalimpedancetomographywithtemperatureinfreshpigliverinvitro[J].JournalofMedicalandHealthEquipment,2012,33(2):5-7.[6]㊀GuoGP,SuHD,DingHP,etal.Noninvasivetemperaturemonitoringforhighintensityfocusedultrasoundtherapybasedonelectricalimpedancetomography[J].ActaPhysicaSinica,2017,66:12-16.[7]㊀蔡华.肝脏组织的电阻率-温度特性及电阻抗成像监测的研究[D].西安:第四军医大学,2011.CaiH.ResearchonMeasurementtheresistivity⁃temperaturepropertiesoflivertissueandmonitoringofelectricalimpedancetomography[D].Xi 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