遥控后装机的微机控制系统

本文介绍了由下下位微机组成的两级微机控制系统在遥控后装治疗机上的应用，其中重介绍了单片机的工作原理，硬件组成及软件流程。本系统结构简单，操作方便，控制功能完善，抗干扰能力强，是目前最先进的肿瘤治疗控制系统。     

基于静态与动态电导率的组织不可逆电穿孔电-热耦合场及消融效果分析

不可逆电穿孔肿瘤消融治疗前对组织内部电-热耦合场的分析计算是实现肿瘤组织有效消融的关键所在,但目前对于多针系统下考虑组织电导率动态变化的真实组织内部电–热耦合场分布还缺乏系统研究。为此,首先通过二维有限元模型,量化分析了静态电导率与动态电导率模型下组织电场分布与电导率分布的差异。随后,根据患者肿瘤医学影像,重建了包含肿瘤的肾脏组织三维模型,研究了多脉冲下电–热耦合场分布及消融效果。研究结果表明,相同脉冲参数下,动态电导率模型得到的消融尺寸在垂直于电场方向上始终大于静态电导率模型;平行于电场方向上,随着场强的增大,动态电导率模型的消融尺寸出现先小于后大于静态电导率模型的现象,且动态电导率模型计算得到的消融面积(或体积)均更大;动态电导率模型下的组织温度分布同样显著区别于静态电导率模型。因此,采用动态电导率模型进行术前的治疗参数确定有利于达到最佳的肿瘤消融效果,并最大限度地降低对正常组织的损伤。     

现代近距离放射治疗控制系统设计

介绍现代近距离放射治疗系统中的计划系统和由、下微机组成的分布式控制系统。介绍了后装机的单片机控制系统的组成及软、硬件的设计，该系统智能化程度高，操作方便，控制功能完善，抗干扰能力强，取得了明显的临床效果，是目前先进而有效的肿瘤治疗手段。     

冲激脉冲辐射天线在生物组织中聚焦特性的仿真分析

通过特殊设计的超宽带冲激脉冲辐射天线（IRA）将高强度ps电场脉冲靶向聚焦于肿瘤组织,可以在ps电场脉冲的作用下诱导肿瘤细胞凋亡,从而实现肿瘤的无创治疗。为此,充分考虑无创治疗的实际情况,分别通过Anso{tHFSS软件仿真和建立数学模型的手段,以生物组织内的皮下肿瘤为靶向目标,对冲激脉冲辐射天线在生物组织中聚焦特性进...     

微纳米磁性材料在肿瘤磁感应热疗中的应用

磁感应加热肿瘤治疗与超声、微波、容性射频等其它热疗手段相比具有靶向性强、可自动控温、生物相容性好等优点。它是利用铁磁性物质在交变磁场中升温的物理特性,将磁性物质作为热介质引入肿瘤组织,将肿瘤组织加热到治疗温度。本文主要阐述了微纳米级磁性材料在交变磁场下的产热原理和应用特点,简要介绍了微纳米磁性材料在磁感应治疗技术中的研究现状,并提出尚需解决的问题和发展方向。     

高频ns脉冲串作用下肝脏肿瘤热效应的多参数有限元仿真

为了综合传统不可逆电穿孔和ns脉冲的特点,充分发挥脉冲电场非热治疗肿瘤的优势,将高频ns脉冲串引入到消融肿瘤组织的应用中,并研究了此高频ns脉冲串在生物组织中产生的热效应。通过多参数有限元方法对施加1对针电极的肝脏和肿瘤组织的温度以及热损伤进行了仿真,施加的电压范围为1~4 k V,脉冲宽度范围为50~500 ns,重复频率介于100 k Hz~1 MHz之间,脉冲串长度为100μs,脉冲串的重复频率为1 Hz。使用Pennes生物传热方程计算电热耦合下的温度,并根据Arrhenius公式计算热损伤。结果表明:肿瘤在单个脉冲串作用下在100μs时刻达到的最高温度为49.26℃;在1 s时刻最高温度为40.4℃,经过1 s时刻之后热损伤的累积程度只有0.001 6,不会造成热损伤;通过参数拟合,可以得到任意参数下的组织温度以及热损伤。研究结果可为将来的实验研究提供参数选择的理论依据。     

高频纳秒脉冲串作用下皮肤肿瘤热效应的多参数有限元仿真与实验

为综合传统微秒脉冲电场和纳秒脉冲电场治疗肿瘤的优点,提出一种高频纳秒脉冲串的脉冲形式来治疗肿瘤。研究此高频纳秒脉冲串在生物组织中产生的热效应,并通过多参数有限元方法对施加镊子电极的皮肤黑色素肿瘤的温度以及热损伤进行仿真。施加的电场强度范围为1~10k V/cm,脉宽范围为50~500ns,脉冲串内重复频率介于100k Hz和1MHz之间,一串脉冲的长度为100μs,脉冲串重复频率为1Hz。对于皮肤肿瘤,施加电场强度5k V/cm、脉宽500ns、脉冲串内重复频率1MHz的脉冲,1s后肿瘤的最高温度仅为37.4℃,热损伤可以忽略不计。对不同电场强度、脉宽、重复频率下皮肤黑色素肿瘤的温度和热损伤进行仿真计算,研究肿瘤温度以及热损伤与脉冲参数的关系,并确定使肿瘤不发生热损伤的脉冲参数范围。对裸鼠在体黑色素肿瘤的温度进行实测,肿瘤的温升结果与仿真中的平均温度变化较为一致。     

基于遗传算法的不可逆电穿孔肿瘤消融治疗计划的优化

不可逆电穿孔作为一种新型微创肿瘤治疗方案,经过近10 a的发展已进入临床实验阶段。临床实验发现不可逆电穿孔肿瘤治疗效果在很大程度上取决于治疗计划是否完善。然而目前缺乏对于不可逆电穿孔临床治疗计划的优化,仅借助于简单的电场分布计算以及实验经验来确定方案。为解决这一问题,运用有限元分析软件COMSOL Multiphysics建立了不同尺寸的球形、椭球形肿瘤模型及其周边正常组织数值模型;基于遗传算法对电极布置以及脉冲参数进行了优化,实现肿瘤组织完全消融而正常组织损伤最小的优化目标。考虑到实际硬件条件以及安全情况,脉冲电压幅值不可能无限增大,所以限制脉冲电压幅值在3 000 V以内。当肿瘤体积较小时,2针足以完全消融肿瘤,但是随着肿瘤体积的增大,所需电压以及对正常组织的损伤也随之增大,2针下正常组织损伤体积与肿瘤体积之比最大达到0.986 2。随着肿瘤体积进一步增加,需要增加电极针数,此时完全消融肿瘤所需电压有所降低,减少了对正常组织的损伤。借助遗传算法实现了对不同尺寸、不同形状肿瘤的完全消融,得出了最佳的电极布置以及脉冲参数的最优选择,为不可逆电穿孔临床应用推广奠定坚实的基础。     

高分辨率磁共振电特性成像及脑肿瘤诊断初步研究

由于离子浓度变化等因素,正常组织和肿瘤组织的介电特性有显著的差异.采用磁共振介电特性成像重建电导率和介电常数分布,有可能跟踪肿瘤演进.该文推导出单一人体组织匀质条件下的新介电特性重建算法,为减小拉普拉斯运算引入的噪声,提出控制步长方法以提高图像数据的抗噪性.以正交单通道鸟笼型线圈和杜克头数据模型为对象,由Sim4Life软件仿真验证新介电特性重建算法的准确性.在GE 3T磁共振机Discovery MR750W平台上,结合稳态自由进动序列,采集了1例脑转移肿瘤被试的射频磁场数据,完成了单倍和2倍步长下的电导率分布重建.与原始相位像相比,电导率重建像的结构分辨力有明显提升.未来,新型磁共振介电特性成像与正电子发射断层成像等融合,有望在肿瘤的早期诊断方面取得应用.     

用于电感负载的全固态双极性LTD型脉冲电流发生器

在基于脉冲功率技术的肿瘤治疗方法中，利用双极性脉冲磁场处理的治疗方法具有明显的优势。针对此应用，该文结合模块化全桥型多电平换流器（FB-MMC）拓扑及直线变压器驱动（LTD）拓扑的优势，提出了一种用于电感负载的全固态双极性LTD型脉冲电流发生器。首先，对该文提出的拓扑结构及原理进行介绍，详细分析了发生器在电感负载下的工作过程；然后，对发生器的硬件电路进行了设计与选型；最后，研制了一台4级全固态双极性LTD型脉冲电流发生器样机并对其进行性能测试。测试结果表明，该发生器可在电感负载下输出±800A的脉冲电流，电流的上升时间为600 ns；发生器的最高工作频率为10 kHz，并具备灵活的波形调制功能，能输出三角波、梯形波及阶梯波等多种波形。