用於聚焦超聲熱療過程實時監測的電阻抗技術研究

《用於聚焦超聲熱療過程實時監測的電阻抗技術研究》是依託上海交通大學，由馬藝馨擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：用於聚焦超聲熱療過程實時監測的電阻抗技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馬藝馨
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

聚焦超聲熱療技術已被臨床證明能為腫瘤患者提供一種新的治療選擇和生存希望，但需對熱療過程進行實時監測以確保治療質量。MRI和B超通過檢測溫度和時間來保證焦域的形成，存在誤判、費用高和兼容性等問題。電阻抗技術具有經濟、安全、快速、無創等優點，對溫升具有良好敏感性，電阻抗-溫度變化係數在離體組織凝固性壞死時發生顯著突變，能夠作為組織焦域形成的直接證據，相比基於溫度的熱療監測方法能更有效保證治療效果。 本申請擬在申請人多年研究成果基礎上，研究用於熱療過程實時監測的電阻抗技術，包括研製一種活體組織電特性測試微創四環電極探針，進行實驗研究，總結熱療過程中活體組織電特性的變化規律；研製高精度、快速、多頻率的電阻抗數據採集系統；研究具有局部高解析度的電阻抗實部與虛部圖像重建算法；最終通過電阻抗數據及圖像對熱療過程中組織凝固性壞死的發生和溫度變化進行實時檢測，確保熱療效果。具有重要科學意義和社會經濟價值。

結題摘要

聚焦超聲 (High Intensity Focused Ultrasound, HIFU) 熱療過程監測是保證治療質量的關鍵。臨床上因為治療不徹底、腫瘤復發的情況時有發生，迫切需要簡便易行、可靠有效的治療質量監測方法。 生物組織電阻抗特性對熱療過程的電導率變化表現出非常好的敏感性。本項目研究用於聚焦超聲熱療過程監測的電阻抗技術，主要成果如下：  成功研製了一種微型電阻抗探針，發現生物電阻抗技術能夠用於動物組織新鮮度的測試，提出了判斷動物組織離體時間/新鮮度的量化指標；提出一種可以實時測量並實際可以使用的細胞凋亡的判斷依據----1MHz /5kHz阻抗比，對細胞凋亡的發生具有良好的敏感性，具有重要臨床意義。  解決高精度信號源、信號調理電路等問題，設計實現了一套高精度多頻率的快速電阻抗數據採集系統。實驗測試結果表明，該系統性能穩定，在 1kHz to 1MHz的頻率範圍內信噪比(SNR)優於73dB、重複性優於0.4%，所有性能測試所使用的激勵電流幅值均小於0.4mA，遠低於人體的安全電流5mA。  研究出一種基於感興趣區域的具有局部高解析度的 EIT 圖像重建的理論與算法，能在不增加電極數目的條件下提高感興趣區域內的圖像解析度；提出最優參考電導率的概念，通過擬合方法求得的非均勻參考場的最優參考電導率，比傳統的由連續相電導率為參考電導率的圖像重建方案，重建結果更準確。  實現了基於CT圖像的EIT三維建模及有限元仿真和圖像重建。研究了一種具有普適性的從CT圖像提取胸腔與主要器官輪廓的算法，能快速從多層CT圖像準確提取人體胸腔和主要臟器的輪廓，建立三維人體軀幹模型，進行三維有限元仿真和圖像重建。仿真實驗研究表明真實人體三維模型上的圖像重建比傳統的三維圓柱體、二維圓域、二維胸腔輪廓上的圖像重建都更為準確。  實驗研究。用所研製的EIT系統觀測人體呼吸過程，獲得人體呼吸過程的圖像，證明所研製的EIT系統安全可靠，能夠用於人體監測。用所研製的EIT系統觀測離體豬肉組織的熱療實驗，證明EIT圖像對熱療過程中溫升引起的電阻抗特性變化敏感。