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无损估计体内温度的超声方法
测量体内组织温度可以为临床诊断提供帮助,在肿瘤热疗中则会直接影响热疗的效果.无损测温技术主要有电阻抗(EIT)测温、微波(MW)测温、核磁共振(MRI)测温和超声测温等,它们能够避免有损测温方法存在的缺点.超声无损测温技术利用超声扫描热疗生物组织,基于超声声速模型、非线性参数、回波时移特性、回波频移特性和散射能量等特性,对超声信号进行分析,有效地提取组织温度信息,较其他方法具有更好的综合性能.本文对各种超声无损测温方法的原理和存在的问题进行分析,概述了目前国内外有关的研究现状.
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肿瘤热疗无损测温方法的研究进展
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42.5～43℃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.临床上应用超声、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.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.本文综述了目前肿瘤热疗过程中电阻抗断层成像(ectrical impedance tomograph,EIT)测温、红外热图引导技术、微波辐射测温法、超声无损测温、磁共振成像测温(magnetic resonance imaging,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.
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磁流体肿瘤热疗中超声无损测温技术的研究进展
磁流体肿瘤热疗技术(magnetic fluid hyperthermia,MFH)作为一种安全、高效的新型肿瘤治疗方法,近年来得到快速发展.MFH中为关键的技术之一是肿瘤的温度检测.超声无损测温法由于能够实现准确实时的温度变化检测,近年在MFH技术中受到广泛关注,现已成为MFH技术中为重要的测温方法之一.本文综述了近年国内外在MFH超声无损测温领域中的研究现状和发展状况.首先介绍了几种常见温度无损测温技术的发展现状,然后着重介绍了超声无损测温的研究状况,后对超声无损测温的未来发展趋势进行了展望.
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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(high intensity focused 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.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.
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肺癌的加热治疗进展
加热治疗技术在近几年里发展颇快.国内已有厂家研制出了消干扰实时测温技术、高强度聚焦超声技术和射频及微波高功率体外热疗机,可行体外深部及体外微波全身加热治疗.无损测温方面亦有进展,利用核磁共振相位图像信号与温度的线性关系进行加热之无损测温的研究已获成功.随着测温技术及温控技术的提高,以及对热生物学效应的深入研究和临床经验的积累,开展肿瘤加热治疗的条件已趋成熟.加热治疗(热疗)作为综合治疗的手段之一已被越来越广泛地应用于肿瘤的临床治疗之中,取得了显著疗效.笔者仅对近年来热疗在肺癌治疗中的应用,尤其是肺癌热疗的细胞效应、基因表达及临床应用方面的研究进展做一综述.1.热疗对肺癌细胞的影响:热疗加低剂量率放射治疗对细胞的杀灭作用一直深受关注.Sakurai等[1]分2个组研究了人肺腺癌细胞LK87(倍增时间26?h).一组用50?cGy/min的137Cs放射源低剂量率照射,另一组用50?cGy/min的低剂量率照射+41?℃的热疗,二者同时进行.方法是把137Cs放射源和放有LK87细胞的试管同时放入精度为±0.05?℃的恒温水浴中,试管中的pH值为7.2.2个组治疗时间均持续48?h,放射治疗总剂量为24?Gy.单放组的细胞存活曲线的D0值为6.55?Gy,而热疗+低剂量率放射治疗组的D0值为3.46?Gy.后者至少在48?h内未显示出热耐受现象.若同时再加小剂量咖啡因,则D0值进一步降为1.78?Gy.细胞周期的分析显示,单放组出现显著的G2期阻滞及轻微的G1期阻滞,热疗+放射治疗组仅出现显著的G1期阻滞.Vertrees等[2]发现,正常肺组织细胞与肺癌细胞加热后的生物效应显著不同.经43?℃3?h的加热后,正常细胞数仅下降8%,而肺癌细胞数则下降(78±5)%(P<0.05).寿延宁等[3]研究了直流电合并加温对人肺鳞癌细胞L78的生长抑制效果.他们将L78细胞以一定浓度接种于24孔培养板内,待细胞铺满后,用电化学治疗装置,通以直流电.同时利用水浴的方法把温度调至41?℃加温30?min,处理后继续培养48?h.采用噻唑蓝(MTT)测定每孔的吸光度值,计算L78细胞的生长抑制率,并观察形态学改变.结果显示直流电合并41?℃以上加温组的癌细胞生长抑制率明显高于单纯加热或单纯直流电组(P<0.01),两者具有协同作用.2.热疗对基因表达的影响:加热对某些基因如热休克基因、凋亡活化基因(Bax)等表达的研究具有很重要的意义.热休克蛋白是原核和真核细胞在应激条件下产生的一组保守的蛋白质分子家族,又被称为伴侣蛋白;包括在细胞信号传导和细胞周期调控方面起重要作用的HSP90蛋白[4],能阻止蛋白质皱折、传输等功能的HSP60蛋白[5]以及能阻止蛋白质变性和聚集的HSP70蛋白等.现已有作者将自体肿瘤细胞中的HSP进行提取,并用于肿瘤的免疫治疗[6].其中HSP70族是近年研究深入的一组蛋白.该组蛋白参与多种生理功能如增加细胞抗应激能力、对新生肽具有分子伴侣作用、可加工提呈肿瘤抗原及维持细胞内循环稳定等作用.对细胞的生长、发育、分化及死亡具有一定调节作用.对HSP70的基因结构和调控已有较深入研究.经加热处理的肿瘤细胞不仅能降低其致癌性,而且能诱导细胞HSP72、CD54、HLA-DR等分子的表达,有利于机体免疫系统的识别[7-10].Vertrees等[2]通过实验发现正常肺组织细胞在受到热刺激后(43?℃3?h),热休克蛋白表达明显上调,在24?h内维持该水平.正常细胞加热引起HSP70增长了4.4倍,HSP73不变,HSP27增加1.7倍.癌细胞被加热以前,HSP70含量就明显低于正常细胞(P<0.05),加热后升高27倍,HSP73增加2倍,HSP27不变(P<0.05).从时间上看,正常细胞的HSP70在被加热2?h后升到大值并保持24?h,而癌细胞的HSP70在5?h后达到大,随后就开始下降,在24?h时仅略微高于初始值.由于肺癌细胞中大都有ras基因突变,其中K-ras占90%以上.因此作者推测可能是ras基因的点突变导致ras蛋白p21GTPase活性下降,从而抑制或破坏了癌细胞的热保护性.Nishita等[11]研究了热疗对Bax基因的表达及其定位情况,不同于外周淋巴细胞的是肺癌高表达Bax基因.他们研究了10种细胞系,以42?℃的温度加热6?h,发现对热疗敏感的细胞系其Bax基因是定位在细胞核内,而以染色体易位作为活化机制的抗凋亡基因Bcl-2则大都定位在细胞质中.加热42.5?℃使得Bax基因表达增加而Bcl-2基因表达则不变.尽管如此,细胞仅发生了轻度凋亡,但同时细胞周期受到严重干扰,尤其对S期和G2+M期细胞.因此,42?℃6?h的加热可引起细胞生长的抑制和轻度凋亡.有意义的是经过3?h加热后,Bax进入了核内而Bcl-2则仍留在细胞质内.其所以不发生显著凋亡,很可能有其它未知因子在起作用.Takahashi等[12]研究了加热+γ干扰素(IFN-γ)对癌胚抗原CEA表达的影响.指出在温度为41?℃至43?℃时,人肺癌细胞株GLL-1的细胞表面CEA的表达与温度呈正相关.在加热温度为43?℃(约2?h)时,3?d后表达高.CEA表达的相对值为第1?d?1.3、第2?d?1.6、第3?d?1.9、第4?d?1.8、第5?d?1.5.加热+γ干扰素在CEA表达上显示协同作用,使CEA表达提高了4倍,当然其时间效应也有所改变.
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无损测温
介绍了人体深部无损测温的一般原理和方法,并比较了它们的优缺点.热疗正在迅速成为一种标准的辅助治癌手段.长期以来,深部测温是温热治疗的难点.综合考虑功效和安全两方面,有必要在热疗温度变化的过程中实时地在空间1cm3范围内,至少感应到每1℃的温度变化.目前正在研究的有望替代有损测温方法的有电阻抗断层、X射线、核磁共振、超声波、微波等.本文后指出,仪器测量结果和计算机值模拟相合是今后发展的一个方向.
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高强度聚焦超声治疗中测温技术的研究
高强度聚焦超声(HIFU)是一种新兴的非侵入性局部治疗技术,它以其治疗中安全、有效、无创的优点被医学界所关注.然而,对生物组织温度的准确测量是制约该治疗技术发展的关健环节,因此,HIFU治疗中的测温技术成为人们关注的热点.本文主要介绍了近年来在HIFU治疗中,测温技术的研究现状以及两大测温方法(无损测温和有损测温),并对测温技术的发展进行展望.
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超声回波测温
介绍我国有关电外科手术设备的进展及目前国内的电外科手术设备，着重介绍国外几种电外科手术设备的特点及应用。
关键词： 无损测温 生物组织离散随机介质模型 超声 -
MR导向热疗的温度监测技术原理及其临床应用价值
介入MRI是近年发展起来的新技术,特别是开放式磁体技术的出现和快速成像技术的进步,使MR引导下的介入性治疗得以发展[1].与传统的X线透视、CT和超声相比,MR具有许多的优势:(1)无辐射;(2)极佳的软组织分辨率;(3)任意层面成像;(4)能较准确地显示组织对热疗的反应.这里需要特别指出的是:MRI是唯一能将直观选择层面的实时成像与温度图相结合的成像方式[2].过去20年里,热消融外科治疗发展非常迅速,如经皮微波治疗、激光诱导热治疗等,这些治疗方法都是对病灶的局部进行加温,使肿瘤细胞因高温而坏死.那么温度应加到什么程度,如何在保护正常组织的同时尽量地杀死肿瘤细胞等等一些问题是国内外广大学者一直研究的课题,这些问题的中心点就是如何准确地测温[3].为此,过去人们曾应用在病灶内插入热敏电耦的方法来测温,但这种方法的局限性也是很明显的.首先,这是一种有损伤的测温技术;其次,插入的探针也不可能太多,所以对加温过程中病灶温度变化的监测有局限性.若解决被加热组织的三维(包括动态)无损测温问题,则依据温度的分布就有可能计算出平均有效剂量,在积累了一定的临床资料后,就有可能确定出符合实际的、有意义的热疗措施.
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肿瘤热疗无损测温技术研究进展及存在问题
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.
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肿瘤热疗中的超声无损测温技术
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.
