《經顱腦腫瘤HIFU治療溫度場的研究》是依託天津醫科大學，由菅喜岐擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：經顱腦腫瘤HIFU治療溫度場的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：菅喜岐
- 依託單位：天津醫科大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
HIFU治療的關鍵是治療焦域的溫度控制，據此本項目的研究內容為：(1)基於新鮮離體羊肩胛骨CT數據建立經骨HIFU治療模型，套用HIFU非線性FDTD法仿真，通過聲壓場仿真與經肩胛骨聲壓場的實驗對比、活體羊實驗驗證和修正，建立經骨聚焦的相位補償法；(2)利用人體頭部CT數據建立3D顱骨模型，研究HIFU經顱聚焦相控參數與顱結構、組織聲學特性相對應的相位補償法；(3)利用申請者創建的相控換能器參數篩選法，篩選64陣元換能器模型，利用該換能器模型和顱骨模型，建立經顱腦腫瘤HIFU治療3D數值模型；(4)利用(2)建立相位補償法和(3)建立的模型，非線性仿真研究不同相控參數在不同治療劑量下形成的溫度場分布，分析討論這些溫度分布條件下的可治療靶區位置、形狀、大小和可能對治療焦域周邊及顱外軟組織的傷害；為每位腦腫瘤患者個性化HIFU治療計畫制定、HIFU腦腫瘤可治療焦域預評估、控制，提供理論方法。
結題摘要
利用單陣元換能器進行了HIFU水體、經羊肩胛骨和人體離體顱骨實驗，研究了骨骼對HIFU聚焦的影響；利用申請者設計的相控換能器模型數值仿真篩選了64陣元和82陣元相控換能器的參數；利用人體頭顱CT數據研究了基於人體頭顱CT數據的頭顱聲學參數獲取方法和3D重建，將人體頭顱3D重建數據與相控換能器相結合建立數值仿真模型；基於時間反轉法及顱骨的聲學參數、結構參數和相控換能器的參數研究了陣元激勵信號的獲取方法，提出了數值擬合相位補償法、互相關相位補償法，在此基層上，提出了消減顱骨處高溫熱點的熱點消減法、幅值調製方法、焦域體積補償法和駐波消減法等，並將這些提出的方法相結合進行了研究。研究結果表明：（1）HIFU水體聲場測量實驗結果和數值仿真結果基本相一致；超聲經羊肩胛骨聚焦後形成的聲壓與水中相比大幅下降且形成焦域較小，但在穿越人體顱骨時由於輻照條件限制在仿組織體模內無焦域形成；（2）64陣元相控換能器環距為7mm、陣元直徑為8mm；82陣元相控換能器選用陣元直徑8mm、四個象限陣元數分別為21、21、20、20和陣元中心間距不小於8.7mm的隨機分布，且這兩種換能器均可實現三維控制的單焦域和多焦域聚焦；（3）數值擬合相位補償法和互相關相位補償法均可實現在設定焦點處聚焦，但經顱聚焦後在顱骨記憶體在溫度較高的熱點；（4）擬合相位補償法或互相關相位補償法與熱點消減法相結合均可降低顱骨熱點峰值聲壓、降低骨焦比和溫升；（5）相位補償法、熱點消減法和幅值調製相結合法可在降低顱骨處溫度的前提下提高焦點處最大聲壓和最高溫度；（6）HIFU經顱聚焦時的非線性特性具有明顯影響；（7）通過補償聲強可使離軸形成的治療體積與軸上的體積相一致；（8）駐波消減法可提高焦域中心溫升，且相位轉換頻率為陣元激勵頻率的30%時駐波消減效果最佳；（9）HIFU在腦組織和腦腫瘤組織內形成的焦域幾乎一致，焦點處溫升有差異，腫瘤壞死組織對HIFU聚焦形成溫度場分布略有影響。
