组织凝固性坏死对纵向弛豫时间T1测温的影响研究

摘要

研究背景：　　高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound，HIFU）是一种非侵入性的肿瘤治疗技术，HIFU治疗是主要通过热效应实现体外对体内的非介入治疗，因此需要借助影像技术判断焦点位置、组织凝固性坏死程度、周围边界组织的损伤风险，以保证HIFU治疗的安全性和有效性。磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）分辨率高，且对温度变化敏感的成像参数丰富，因此可无创监测HIFU治疗时的温度分布，判断焦点位置、判断靶区组织凝固性坏死程度、评估边界组织损伤风险。　　传统的MRI测温研究假设，在HIFU治疗的整个温度范围内，温度敏感参数与温度具有单调、可逆的线性关系，根据温度敏感参数可确定唯一的温度值，从而检测出组织的温度分布。但是，有研究发现， MRI测温在某些温度点前后不遵从单调可逆的线性关系，存在不可逆现象。　　在HIFU辐照条件下，组织性质会发生变化，从一种相忽然变成另一种相，在相变过程虽然组织沉积的能量继续增高，但温度并不升高，温度是无法检测的。HIFU治疗过程组织涉及43°C和60°C附近的相变，43°C和60°C附近测温不准，而且相变前后组织中的测温线性会发生变化。传统MRI测温研究没有考虑HIFU治疗中组织相变的影响。为能更有效地引导HIFU治疗，本研究将以纵向弛豫时间T1测温为例，建立针对HIFU治疗时组织相变的T1测温理论，分析HIFU治疗时组织相变对MRI测温的影响。　　目的：　　建立针对HIFU治疗时组织相变的T1测温理论，分析HIFU治疗过程中组织相变对MRI测温的影响。　　方法：　　1.理论分析　　传统组织测温理论认为，两态快速交换模型里自由水和结合水比例不会发生变化，因此将测温参量结合水比例b、活化能Ea看作常数，故HIFU治疗的整个温度范围内，温度敏感参数T1与温度的线性关系是一致的。本研究考虑到HIFU治疗时的组织相变过程中，两态快速交换模型里自由水和结合水比例会发生变化，因此在传统的纵向弛豫时间测温原理、组织两态快速交换模型的基础上，本研究将结合水比例b看作变化量，将活化能Ea看作变化量，建立针对HIFU治疗时组织相变测温理论模型，得出组织温度、结合水比例b、活化能Ea与T1的理论关系。　　针对HIFU治疗中的组织相变过程，分析结合水比例b和活化能Ea变化对T1参量测温线性关系的影响，指出组织在相变前后，MRI成像T1参量与温度之间具有不同的关系，远离组织相变测温是可行的，相变过程组织结合水比例b、活化能Ea变化对温度测量有影响。　　2.实验验证　　首先用水模降温实验验证MRI系统T1加权图像信号测温的可行性。然后开展了两种不同性质的离体组织测温对比实验以及组织性质不断变化的测温实验对理论进行验证。　　结果：　　本研究表明在HIFU治疗组织相变过程中，测温参数结合水比例b、活化能Ea处于变化中，测温关系不遵从单调可逆的线性关系，因此MRI测温存在困难。但是远离相变范围内，测温参数结合水比例b、活化能Ea不变可看作常数，T1参数与温度线性关系相关性达94%以上，MRI测温是可行的。理论分析与实验结果一致。HIFU治疗时组织热变性过程涉及43°C、60°C附近的两次相变，要实现实时引导HIFU治疗的目标，只能依靠远离相变温度范围内所测温度进行预测。　　结论：　　研究结果表明，组织相变对测温有影响。相变过程中，测温参数结合水比例b、活化能Ea处于变化中，测温关系不遵从单调可逆的线性关系，MRI测温存在困难。组织相变前后，b、Ea由一个常数变为另一个常数，组织测温线性关系发生变化，对于相变前后的组织MRI温度敏感参数与温度之间具有不同的关系。

目录

声明

英汉缩略语名词对照

第一章 绪论

1 研究背景

2 本课题研究内容及结构

第二章 传统MRI测温方法及HIFU治疗组织相变的T1测温理论

1 传统测温方法及原理

2 HIFU治疗组织相变的T1测温理论

3 组织凝固性坏死前后T1加权图像信号与温度理论仿真结果

4 本章小结

第三章 实验研究

第一部分 前期准备实验研究

第二部分 HIFU治疗组织相变对T1测温影响的实验研究

全文总结与展望

存在的不足及展望

参考文献

文献综述:MRI测温监控高强度聚焦超声治疗的研究进展

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文