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一种用于碱金属流体热疗性能评价的仿组织透明体模
碱金属热疗方法具有独特性,其基本原理在于借助目标组织内天然存在的水环境,通过注射微量碱金属如钠、钾或其合金流体来产生强烈的放热化学反应,以达到高效的定向热消融目的.由于碱金属热疗结合了热消融与化学消融这两种消融方法的优势,如何评估其消融效果是一个值得研究的课题.然而,至今为止很难用非标准化的生物组织对其双重消融效果进行测试,利用猪肝等生物组织进行离体实验很难得出其中的化学消融效果.为此,建立一种标准化的仿组织透明体模显得非常重要.本文主要研究了一种用于碱金属流体热疗性能评价的仿组织透明体模,主要采用聚丙烯酰胺为凝胶主要成分、作为温度敏感指示剂的蛋清、作为化学敏感指示剂的酚酞混合而成.初步实验表明这种体模可以较为有效的评估碱金属消融的热疗和化疗效果,为进一步研究碱金属消融放热量、反应生成物的扩散特性以及生物组织内流体输运的过程,明确影响碱金属治疗过程中的消融剂量因素打下基础.
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高强度聚焦超声焦域的实验研究
目的 通过含液晶感温膜的仿组织体模和离体牛肝组织实验,研究高强度聚焦超声(HIFU)焦域大小随不同参数的变化.方法 设定不同输入功率、辐照时间和辐照深度进行实验,用相机分别记录不同参数下仿组织体模和牛肝组织内形成的焦域,并进行数据统计分析.结果 仿组织体模焦域内液晶感温膜显示65.7℃以上区域呈椭圆形;HIFU焦域长、短轴随输入功率、辐照时间的增加而增大,随辐照深度的增加而减小,且长轴变化较短轴明显,同时存在辐照时间阈值.结论 含有液晶感温膜的仿组织体模可用于研究HIFU焦域随不同影响因素的变化情况,结合离体牛肝组织实验对比,为HIFU剂量研究提供参考依据.
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射频消融与实时温度监控相互影响的实验研究
目的 应用可视化仿组织体模聚丙烯酰胺凝胶,评价射频消融(RFA)与实时温度监控的相互影响.方法 采用柠檬酸缓冲液配制聚丙烯酰胺凝胶,添加牛血清白蛋白作为温度指示剂,放置8通道尿道温度监控导管,制成带导管的仿组织体模.在距测温导管1 cm处插入电极针,于射频加温的同时观察射频对测温有无干扰以及测温误差的大小.以二维超声及常规MR T1W和T2W扫描检查射频消融灶,评价其形态、大小、消融体积及偏心比值.结果 射频工作时测温曲线可见细小抖动,较停机测温时的曲线不平整、不光滑;从计算机测量结果来看,测温导管受射频仪干扰不明显.MR T1WI显示消融灶为高信号,与周围区域分界不清晰,而T2WI显示消融灶呈低信号,与周围高信号区域分界清晰.实时测温下形成的射频消融灶较无测温的消融灶偏小,测温时消融灶的中心略偏离射频针.结论 实时测温对射频的影响不显著,基本能够满足临床热消融的测温要求.射频消融灶受实时测温的影响,表现为消融灶较细长,且圆心偏离射频针.
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聚焦超声辐照仿组织体模过程中实时气泡活动及其对损伤的影响
目的 探讨聚焦超声辐照仿组织体模过程中沸腾气泡和空化气泡的演变及其对损伤的影响.方法 以聚焦超声辐照仿组织体模30 s.采用连接在体视显微镜上的高速摄影机实时监控辐照过程中的气泡活动和损伤演变,同时进行被动空化检测.在相同条件下分别重复8次实验.结果 在沸腾气泡产生前,未见宽带噪声增加,损伤同时向声源方向和远离声源方向呈“雪茄”状线性增长;毫米级沸腾气泡瞬时产生后,迅速破裂成大量微米级气泡,而后宽带噪声出现阶跃性增强并持续至辐照结束,同时损伤范围快速增大并向声源方向发展,形状由“雪茄”状变为“蝌蚪”状;沸腾气泡完全破裂时间[(9.79±1.86)s]与3～7 MHz宽带噪声出现阶跃性增强的时间[(9.75±2.84)s]差异无统计学意义(P＞0.05).结论 毫米级沸腾气泡破裂成大量微米级气泡后为空化提供了空化核,也成为损伤向声源方向前移、范围快速非线性增大及损伤形状由“雪茄”状变为“蝌蚪”状的原因.
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一种与生物组织热凝固温度相似的可视化仿组织体模
目的 制作一种与生物组织热凝固温度相似的可视化仿组织体模并应用于射频消融研究.方法 仿组织体模主要由作为温度显示剂的牛血清白蛋白(BSA)和聚丙烯酰胺凝胶(PAG)构成,制作过程中通过柠檬酸缓冲液将其pH调节至4.3～4.7范围内.测定体模的透光度、吸光率、密度、导电率和比热等参数,并用射频对体模进行消融测试.结果 新制的体模为淡琥珀色、透明、韧性好、脆性小的固体状胶体.室温25℃时,体模在热凝固前的透光度为95%,吸光率为0.021,而热凝固后其透光度小于10%,吸光率为1.体模(pH=4.3)的密度为1.070 kg/m3,在温度37℃及频率为470 kHz下的导电率为0.116 s/m,比热为3567 J/(kg·℃).加热后凝固灶呈乳白色,边界清楚.结论 pH调节后的可视化PAG仿组织体模的凝固温度可下降至与生物组织热凝固温度相同范围,体模具有与生物组织相似的物理特性,适合于RFA的实验研究.
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血管对高强度聚焦超声焦域影响的体模实验研究
目的:通过含蛋清的仿组织体模模拟血管,实验研究血流、血管位置及管径对高强度聚焦超声(HIFU)形成焦域的影响.方法:以模拟血液流动的仿组织体模血管模型为对象,在水槽进行HIFU辐照实验,分析一定超声治疗剂量条件下不同血流、血管位置和管径对血管周边形成变色焦域体积的影响及其变化规律.结果:血流对HIFU焦域有一定的冷却效应;焦点与血管距离越近,焦域受血管影响越明显;直径2 mm血管在声轴上且位于焦点之后时与焦点的距离大于3 mm,血管位于焦点之前且距离大于8 mm,血管对HIFU焦域的影响可以忽略不计;直径2 mm血管中心垂直偏离声轴大于3 mm时,血管对焦域的影响同样也可以不予考虑;管径越大在其周边形成的焦域体积越小.结论:血管与焦点的相对距离越远,血管对HIFU焦域的影响越小,当血管远离焦点一定距离时其影响可以忽略不计.
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骨骼对于高强度聚焦超声聚焦影响的实验研究
目的:测定高强度聚焦超声(HIFU)经过羊肩胛或人体离体颅骨形成的声压场及焦域,研究骨骼对HIFU聚焦的影响.方法:单阵元换能器发射超声波,经羊肩胛骨或者人体颅骨聚焦,通过水听器测量形成声场,通过含蛋清仿组织体模测量不同辐照条件形成的焦域大小.结果:羊肩胛骨及人体颅骨均可对声压造成极大的衰减;经骨骼后在激励功率达80 W时焦点声压与纯水中激励功率2W相近,羊肩胛骨激励条件250W、辐照时间3min下可使仿体组织产生焦域;颅骨则在大强度300W、5 min下无焦域产生.结论:HIFU经骨骼聚焦时,增大输入功率或辐照时间,焦域体积增大.在单阵元换能器辐照环境下,经骨骼聚焦困难,焦点声压较低,形成焦域较小或无焦域形成,增大时间骨骼易产生热损伤.
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肝组织射频消融凝胶体模的体外测试研究
目的:对一种与生物组织热凝固温度相同的仿组织体模进行射频消融(RFA)测试,探讨其可否用于临床RFA实验研究中.方法:仿组织体模主要由猪肝、琼脂和氯化钠构成.通过测定体模密度、导电率和比热等参数,并用RFA体模进行消融测试,比较RFA在体模和新鲜离体牛肝脏中形成的消融灶大小和形状.结果:新制的体模为弹性好、韧性好、硬度好、无毒的固体.体模物理特性比如密度、比热、导电率与人体肝组织接近.RFA后体模的消融灶大小和形状跟离体牛肝RFA接近.结论:自制的仿方组织体模可以用于进行RFA生物学效应的实验研究,检测RFA性能.
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双频共焦高强度超声增强仿组织体模毁损效果的初步研究
目的:比较双频共焦模式和单频模式高强度聚焦超声(HIFU)单次辐照毁损灶的大小.方法:分别采用相同声强度的双频共焦HIFU与传统单频HIFU对透明仿组织体模进行不同时间长度的辐照,直接在透明的仿组织体模上测量HIFU毁损灶的长度和直径.结果:双频和单频模式下,随辐照时间的延长毁损灶逐渐增大;相同声强相同辐照时间下,双频HIFU产生的毁损灶显著大于单频模式所致毁损灶.结论:双频共焦模式可以增大HIFU单次辐照毁损灶的体积,为HIFU治疗效率的提高提供了一种新技术.
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采用可视化仿组织体模评价射频消融对实时温度监控的影响
目的 应用前列腺组织体模评价射频消融对温度监控的影响,以完善超声引导下经会阴前列腺癌射频消融治疗技术.方法 采用柠檬酸缓冲液配制聚丙烯酰胺凝胶,添加牛血清白蛋白作为温度指示剂,放置8通道尿道温度监控导管,制成带导管的仿组织体模,进行超声评价.距测温导管1 cm处插入电极针,在射频加温的同时,观察射频对测温有无干扰,测温误差的大小.结果 射频工作时测温曲线可见细小抖动,与停机测温时的曲线比较,表现为不平整、不光滑;从计算机测量的结果分析,测温导管受射频仪干扰不大.结论 射频对实时测温的影响不大,基本能够满足临床热疗的测温要求.
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体外模拟射频消融热沉没效应对消融灶温度场的影响
目的 利用仿组织体模研究热沉没效应对射频消融灶的影响.方法 在仿组织体模中建立模拟人体内的管道系统,射频消融过程中从管道内引流10 ℃和37 ℃冷却液体,对仿组织体模进行射频消融的同时用测温仪测量消融灶温度场测温点的温度.结果 测温针温度值自消融开始呈上升趋势,射频电极达到预设消融温度后约2.0 min,温度趋于恒定状态直至消融结束.受引流冷却液体的影响,处于对称位置的2号针和3号针,1号针和4号针测值相差约5 ℃～10 ℃.两组引流冷却液体的1号针测值均低于45 ℃,但1号针和2号针10 ℃组的测值低于37 ℃组.结论 流经消融灶旁模拟引流管道内的冷却液体在射频消融过程中热沉没效应明显,对消融灶的温度场有着显著的影响.
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一种评价高强度聚焦超声聚焦性能的仿组织体模的建立
目的 建立一种用于评价高强度聚焦超声(HIFU)在组织中的聚焦性能、与生物组织的声学特性和热学性质一致的仿组织体模.方法 用水、明胶、生物组织等材料制成仿组织体模,并对其进行声学特性、热学性质和HIFU生物学效应等测试.结果 自制体模结构均匀,具有与人体软组织相似的声衰减系数、比热容、导热系数及与人体软组织相似的HIFU生物学效应.结论 本实验自制的仿组织体模可以用于进行HIFU生物学效应的实验研究,检测HIFU治疗头的聚焦性能.
