激光间质热疗的功能近红外疗效评估

探讨了利用功能近红外光谱(FNIRS)实时在体监测激光诱导肿瘤间质热疗(LITT)进行疗效评估的可行性。实验采用新鲜离体猪肝和肝癌小鼠皮下移植瘤模型,按不同激光功率和加热时间进行LITT毁损热疗,利用FNIRS监测系统同时监测热疗过程中约化散射系数μs′。结果表明,FNIRS监测系统获取的约化散射系数在LITT热疗过程中呈上升趋势,起始阶段上升较快,达到一定数值后趋于稳定。激光功率越大,μs′上升越快。组织成分不一样时,约化散射系数的变化趋势一致,曲线形态有所不同。因此,FNIRS可以用于LITT实时在体疗效评估,μs′可以作为一种新的LITT术中实时在体疗效评估因子,通过监测μs′的变化将有助于指导临床热疗。     

近红外光谱技术在激光热疗监测中的应用研究

针对激光热疗中生物病变组织光学参数随温度变化的特点,将近红外光谱技术应用于激光诱导肿瘤间质热疗疗效监测,在线检测激光作用后生物病变组织的温度与光学参数的变化趋势,以此来对疗效进行评估。基于监测原理分析,设计实验系统,以肝癌小鼠皮下移植瘤为实验对象,研究不同激光功率和作用时间下,生物病变组织约化散射系数和温度的变化,并利用核磁共振成像技术对移植瘤术前、术后的影像进行对比。实验结果表明:病变组织的约化散射系数在激光热疗过程中呈上升趋势,起始阶段上升较快,达到一定数值后趋于稳定,整体变化趋势与温度变化趋势比较吻合,核磁影像对比也证实了治疗效果。因此,通过近红外光谱技术监测激光热疗中病变组织约化散射系数的变化可有助于指导临床激光热疗。     

基于可见-近红外光谱的组织热毁损实时监测研究

探讨了基于可见-近红外光谱的生物组织激光热毁损实时监测的可行性.采用5W、808 nm激光对新鲜离体猪肝进行了热毁损实验,在距离毁损中心4、8、12 mm处实时采集可见-近红外光谱(330～1100 nm),选取波长720 nm的散射光强(Rd720)作为评判因子.结果表明:加热初期Rd720随组织温度升高而快速增强,光谱测量点与毁损中心距离越小,Rd720上升越快;达到有效毁损后,若保持加热,则温度继续上升而Rd720趋于平稳;停止加热后,组织温度逐渐恢复到室温,而Rd720微降后基本保持不变且远高于初始值.由此可见,生物组织的可见-近红外散射光强可以作为激光热毁损实时监测的一项重要参数.     

激光诱导间质肿瘤热疗的生物组织双层结构模型

基于肿瘤组织与正常生物组织物理特性的差别 ,建立了激光诱导间质肿瘤热疗 (LITT)中的双层组织结构模型 ,采用蒙特卡罗 (MonteCarlo)方法模拟组织中的能量传输 ,并根据Pennes生物传热方程确定组织中的温度变化规律 ,预测肿瘤凝固所需要的时间和热损伤区域的大小。     

激光诱导间质热疗方法的离体模拟实验研究

本文建立了激光诱导间质热疗方法 (LITT)的离体模拟实验系统 ,在不同的输出功率、不同的加热时间下 ,实验测量了激光加热时的离体猪肝组织温度分布和热凝结区域的大小 ,与计算机模拟的结果进行了对比。实验发现 ,在相同的功率和加热时间下 ,会出现有无碳化两种不同现象。当临近激光加入头表面的生物组织产生碳化时 ,测量点处的温升和热凝结区域的体积将大于未发生碳化现象时的相应值     

激光诱导间质肿瘤热疗中的动态光热作用模型

考虑热疗过程中生物组织物性参数的动态变化,建立了描述激光诱导间质肿瘤热疗（LITT）过程中动态光热作用的二维物理数学模型。采用改进的Monte Carlo方法数值模拟了LITT中激光能量在非均质生物组织内的传输过程。基于Pennes生物传热方程和Arrhenius方程数值求解了组织内的温度分布和热损伤体积的变化,分析了光学物性参数、热物性参数及血液灌注率的动态变化对LITT过程的影响。数值模拟结果表明,组织的光学物性参数、热物性参数及血液灌注率的动态变化对于热损伤体积的变化具有重要的影响,应该在光热作用建模中予以考虑。     

加入头形式和发光特性对激光诱导肿瘤间质热疗的影响

采用热疗过程中组织物性动态变化的光热模型,数值模拟了分别采用漫射光纤加入头和裸光纤加入头时的激光诱导肿瘤间质热疗(LITT)中热损伤体积的变化,并对实际漫射光纤加入头下发光强度不均匀的影响进行了分析。数值计算结果表明,通常情况下漫射光纤加入头产生的热损伤体积远大于裸光纤时的热损伤体积;裸光纤加入头产生的热损伤区域关于光纤端部不是球对称的,漫射光纤加入头产生的热损伤区域近似呈椭球形;漫射光纤产生的热损伤体积对加入头发光强度的非均匀性不太敏感。可见激光光纤加入头形式和发光特性对激光诱导肿瘤间质热疗具有重要的影响。     

上转换荧光实时监测近红外实现肿瘤热疗

以激光进行的高温疗法称激光加热疗法,已成为肿瘤热疗的一种新的有效手段。主要使用近红外激光,采用直接照射或插入光纤的方法进行治疗。但应用时由于近红外波段激光对组织的穿透有限,热效应被局限在一个小的体积内,不同肿瘤组织光穿透情况又有很大差异,治疗的范围难以把握。另外,热疗时,难以区分肿瘤体和正常组织的边界,照射不当容易造成周围正常组织的伤害,因此实时地监测导向近红外光成为激光热疗的关键。研究表明运用上转换纳米探针[Yb/Er(NaYF4∶Yb,Er)]靶向定位到肿瘤,在980 nm近红外光的激发下可实现激光加热的同时进行上转换荧光的监测,从而确定照射的范围、分布、剂量以及肿瘤边界,最终达到导向热疗实现精确治疗肿瘤的目的。     

激光诱导间质肿瘤热疗中激光能量在生物组织内传输规律的分析

采用蒙特卡罗模拟方法数值求解了不同波长(1064nm和850nm)时的激光诱导间质肿瘤热疗(LITT)中激光能量分别在人体的肝组织和前列腺组织内的传输，分析了影响激光能量空间分布的主要因素。穿透深度是影响激光能量在半径方向上分布区域的重要参数；在轴线方向上，穿透深度和激光加入头有效发射长度都对激光能量分布区域的大小有重要影响。     

射频毁损术中近红外实时监测技术基础研究

利用近红外光谱(Near infrared spectrum,NIRS)测量技术进行射频损毁术中实时监测技术研究,探讨立体定向术中损毁疗效评估的可行性.在进行丘脑腹外侧核(Ventrolateral Thalamus,Vim)毁损术射频损毁的同时,使用近红外光谱实时采集系统检测在损毁过程中吸收系数(μa)与优化散射系数(μ's)的变化情况.结果表明: 44℃射频损毁过程中吸收系数和优化散射系数增大,停止掀毁后逐步恢复,稳定后μa和μ's稍高于初始值; 70℃射频损毁时μz和μ's增大,停止损毁且稳定后保持不变.根据μa和μ's的变化规律进行立体定向毁损过程实时监测是非常有可能的.     

琼脂糖凝胶的光学特性

为了研究应用于生物细胞打印的琼脂糖凝胶的光学特性,将不同比例的琼脂糖粉末与蒸馏水混合后加热,溶解冷却形成不同浓度的琼脂糖凝胶。测量琼脂糖热溶液冷却过程中55℃时的琼脂糖溶液的折射率及琼脂糖凝胶的折射率。通过对比细胞培养液的折射率,获得作为生物打印基质材料和生物支架的琼脂糖凝胶最佳浓度为0.786%。测量琼脂糖凝胶的可见、近红外透射光谱及衰减全反射红外吸收光谱,结果显示琼脂糖凝胶在400～1100 nm波段没有特征吸收峰,而且最大吸收只有0.171Abs;在红外波段琼脂糖凝胶的吸收特性与细胞培养液基本相同,细胞培养液在2966 cm-1处的特征吸收峰是培养液独有的。对琼脂糖凝胶表面的激光散射特性进行研究,结果表明,440 nm激光的散射最强,532 nm激光散射最弱;琼脂糖凝胶浓度越小,散射越强。     

激光热疗的光生物学基础与治疗参数的选择

本文从能量的角度分析激光与生物组织热相互作用机理及激光热源形成的物理和光生物过程，探讨激光热疗的微观机制，定量描述激光照射生物组织温度的影响及其与激光参数和组织参数的关系，并具体讨论了激光针灸理疗、激光热杀治癌、激光诱导间质疗法的治疗参数，其结果可为激光热疗及其参数的选择提供理论依据。     

激光加热时冷冻生物组织内解冻过程的数值模拟

对激光加热时冷冻生物组织内的解冻过程进行了数值模拟。结果发现,虽然激光对生物组织的加热具有容积加热的特点,但以激光为热源时,生物组织内的解冻过程仍然呈现出与普通热源加热时的解冻过程相似的规律。组织吸收系数对解冻过程有较大影响,吸收系数越高,组织解冻过程越趋于普通热源加热时的解冻过程。     

生物组织脱水过程的太赫兹时域光谱

利用透射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对猪脂肪、肌肉和皮肤三种新鲜组织的持续脱水过程进行在线连续扫描,观察太赫兹波时域谱在组织脱水过程的变化,并分析比较三种组织脱水前后的太赫兹波吸收系数及折射率的改变及差异.结果表明,太赫兹波对新鲜组织含水量的改变十分敏感,新鲜组织的含水量是影响太赫兹波吸收系数的主要因素.同时,不同组织对太赫兹的吸收有明显差异,表明太赫兹光谱技术可以鉴别不同的组织类型.本研究为太赫兹技术在生物医学领域的进一步研究和应用提供了帮助.