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。     

激光热疗光源控制系统的研制

研制了多波长的激光消融控制系统，该系统可单独或组合输出多种波长激光，在MRI实时影像引导下，将激光经磁兼容光路导入病灶，实现肿瘤消融。本文设计的系统可控制激光功率、脉宽、时间、温度等多种参数，并通过动物实验提出一种行之有效的治疗方案及参数，在激光消融肿瘤及相关领域具备进一步丰富现有医疗方案的潜力。     

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。     

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。     

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。     

激光诱导间质热疗中的治疗参数选择

目的：考察激光诱导间质热疗中各治疗参数对治疗效果的影响，对各治疗参数进行选择和优化。方法：基于光子传输理论，分别采用Monte Carlo模拟方法和Pennes生物传热方程求解生物组织中的能量分布和温度分布。结果：计算得到了一般加热系统、具有冷却设备的加热系统以及暂时阻断血液灌注条件下，激光波长、功率大小及激光加入头曝光时间对凝结区域大小的影响。结论：激光诱导间质热疗中，需要综合考虑生物组织特性和激光波长、功率及曝光时间等治疗参数来制定治疗方案。     

用于激光热疗的激光抽运高掺杂光纤光热头研究

利用晶体光纤中高掺杂离子的非辐射跃迁机制,研制成功一种可用于激光热疗的高掺杂光纤光热转换头。在一个809nm半导体激光器抽运下,光热头在空气和蛋清样品中分别产生最高达465℃(抽运功率为1124mW)和98℃(抽运功率为933mW)的温度,已足够用于激光热疗。同时,光热头在温度稳定性、热响应时间、生物相容性、抗热冲击强度和化学稳定性等方面均能满足要求。     

肝组织激光间质热疗温度与热损伤区域研究

基于光子传输理论,首先采用蒙特卡罗方法和Pennes生物传热方程模拟了肝组织激光间质热疗在不同功率不同加热时间下的温度分布,然后进行相应参数下的猪肝离体实验,获取相应的中心温度和热损伤区域大小,最后对理论模拟与离体实验的结果进行对比。对比结果表明:离体实验的中心最高温度低于对应的理论模拟值,理论模拟的53 ℃温度等高线椭圆长、短轴能较好的预测实际的热损伤区域大小。     

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     

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。     

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。     

基于肿瘤靶向热疗的磁性微/纳米颗粒研究进展

介绍了磁性微/纳米颗粒在肿瘤靶向热疗中的应用开发现状,展望了其发展前景。重点总结了不同尺度和种类磁性微/纳米颗粒的作用机理、制作方法和特点以及临床治疗效果。     

激光诱导间质热疗中生物组织吸收系数变化特性研究

利用近红外光谱技术进行生物组织激光诱导间质热疗（laser induced interstitial thermotherapy, LITT）实时监测,探讨LITT术中疗效评估基础。实验样本采用离体猪肝和小鼠皮下移植肝肿瘤,使用近红外光谱实时采集系统采集激光热疗过程中组织吸收系数。实验结果表明组织吸收系数在激光热疗过程中具有一定的变化规律,其中猪肝的变化规律非常明显,在低功率下呈现缓慢的上升,高功率下达到一定的温度（50℃左右）快速上升,并逐步达到稳定。肿瘤在热毁损时会根据瘤体的组织特性不同出现特异性变化,这些变化可以作为将来临床治疗的参考。实验结果表明在进行实体组织激光诱导间质热疗过程中,组织吸收系数作为实时监测因子具有一定的参考价值,而作为肿瘤的治疗评估因子还需要进一步探索。     

黑色素形态分布对血管性皮肤疾病激光热疗参数选取的影响

根据表皮内黑色素的产生及迁移特点,提出10种黑色素形态分布假设,采用两尺度皮肤传热模型研究黑色素形态分布、激光脉宽、病变血管尺寸和深度等参数对激光治疗葡萄酒色斑过程中表皮层和血管能量阈值的影响。结果表明,黑色素分布对表皮能量阈值影响较大,对血管无明显影响。黑色素分布越均匀,血管尺寸越小、埋藏越浅,则血管性皮肤疾病疗效越好。黑色素仅分布于表皮基底层时,应适当延长制冷剂喷雾时间。血管性皮肤疾病达最佳疗效前提下,黑色素分布越均匀、血管尺寸越大,应选取接近病变血管热弛豫时间的较长脉宽(15~20ms)激光;血管尺寸越小,埋藏越深,皮肤激光手术中应选取较短脉宽(小于5ms)激光。     

肿瘤热疗用锰锌铁氧体磁性纳米粒的制备及表征

以硫酸盐为原料,氢氧化钠为沉淀剂制备了不同化学组成的纳米级锰锌铁氧体,采用X射线衍射分析（XRD）、透射电镜（TEM）及热重分析系统对其进行表征;并探讨了在20℃室温,200kHz的交变磁场下锰锌铁氧体磁流体热效应情况。实验结果表明：制备的锰锌铁氧体为尖晶石结构,圆形,平均粒径在50nm左右,粒度较均匀,居里温度随Zn^2＋含量的增加而降低;其在交变磁场作用下具有明显的热效应,升温可至肿瘤热疗的有效温度范围;且升温的速度及恒定时的温度与锰锌铁氧体的含量、磁场强度有关,含量高,场强大,升温速度快,恒定温度高;另外,在其它条件相同时,恒定时所能达到的温度随Zn^2＋含量的增加而降低。本研究为肿瘤热疗的控温、恒温奠定了基础。