基于非线性声传播与生物传热耦合模型研究HIFU治疗的热剂量

批准号:
11574039
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
李发琪
依托单位:
学科分类:
A2303.超声物理与技术
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
曹华、李桦楠、宋丹、何敏、黄浩然、李非、罗曼、陈宗桂
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中文摘要
高强度聚焦超声(HIFU)无创治疗肿瘤已展示出良好前景,但治疗剂量学仍然是HIFU治疗亟待解决的一个重要科学问题。立足前期研究基础,拟通过理论模拟和离体/活体实验验证相结合,建立HIFU治疗的非线性声传播与生物传热相互耦合模型,在这个模型中,考虑热波效应和空化/沸腾产生的气泡对传热的影响,进而对Pennes生物传热方程进行修正,又考虑随温度变化的组织声特性、气泡对非线性声传播的影响,进而对温场的影响。在此基础上,利用理论模拟和MRI测温获得的温度场,研究获得不同HIFU辐照方式下的热剂量(CEM43°),并探讨空化剂量和血流灌注指数对CEM43°C的影响。通过研究,可望获得更多针对HIFU治疗的非傅里叶传热、声热耦合特别是聚焦声场与气泡相互作用的知识,挑战采用热疗的等效热剂量不适合HIFU剂量学研究问题,为研究HIFU治疗剂量学提供科学依据,助推HIFU 技术及其产业和相关学科发展。
英文摘要
It has been demonstrated that high intensity focused ultrasound (HIFU) as a noninvasive tumor treatment modality has promising potential. But the dosimetry is still a key scientific issue for HIFU non-invasive treatment needed to be solved. Based on the preliminary achievements in development of HIFU device,clinical application and many basic researches, this project is aimed at establishing an acoustic-thermo coupling model incorporating the nonlinear propagation of ultrasound and bioheat transfer via the combination of theoretical simulation and validation experiments in vivo and vitro. In the present model, on the one hand the thermal wave effect and influence of cavitation/boiling bubbles for bioheat transfer are considered to modify the Pennes bioheat transfer equation, the other hand the temperature-dependant tissue properties in HIFU irradiation and the influence of cavitation/boiling bubbles for nonlinear acoustic propagation even for the temperature field are considered. On the basis of above, according to the temperature field obtained from theoretical simulation and MRI measurement, we can get the thermal dose(CEM43°) in different mode of HIFU irradiation, and explore the influence of cavitation dose and blood perfusion index for CEM 43°.By the study of present project, it is promising to get more knowledges about non-Fourier heat transfer in HIFU treatment and acoustic thermal coupling especially the interaction of HIFU acoustic field and bubbles. In addition, we will challenge the problem that the equivalent thermal dose in hyperthermia is not appropriate to determine the thermal dose distribution with HIFU irradiation, in order to investigate the dosimetry in HIFU, and furthermore to provide scientific basis for assessment of HIFU damage accurately and quantitatively, thus promoting the further development of HIFU technology and its relevant disciplines to keep our advanced fore front position in the world.
高强度聚焦超声(HIFU)无创治疗肿瘤已展示出良好前景,但治疗剂量学仍然是亟待解决的一个重要科学问题。为此,本项目基于非线性声传播与生物传热耦合模型开展了HIFU治疗的热剂量研究。取得了如下重要进展:1)分别获得了无空化活动、有空化活动、声空化和沸腾共同参与的三种辐照方式;获得了基于MRI测温的HIFU致离体牛肝组织凝固性坏死的热剂量为27.2±4.9EM。2)建立了声热耦合模型并考虑热声透镜和热波效应的非傅里叶生物传热,更能反映HIFU治疗过程中的实际温升。3) 开展了HIFU在层状组织中的非线性声传播和考虑热声透镜现象时HIFU在层状组织中形成损伤的理论和实验研究;在此基础上,理论模拟HIFU治疗MRI T2WI等信号子宫肌瘤首个凝固性坏死点可反映回顾性分析的结果。4)从声、热特性和组织病理特征角度阐明了HIFU治疗不同MRIT2WI信号子宫肌瘤疗效差异的原因。5)建立了用于监测HIFU治疗的有效实时快速磁共振温度成像,设计了具有亚波长周期性结构的治疗超声换能器增强超声聚焦和温升。6)开展了聚焦超声消融治疗子宫肌瘤、子宫腺肌症的疗效、超声促进药物递送、低强度超声治疗疾病机理的研究。项目执行期间,新增省部级项目1项,重庆市外国专家局项目3项,重庆市渝中区项目1项,重庆市博士后特别资助项目1项;在国内外刊物上公开发表学术论文22篇,其中 SCI 9 篇,EI 1 篇;申请发明专利5项,培养硕士研究生共计7人。研究结果有助于阐明HIFU治疗中的非线性声传播、生物传热及相互作用机制,为研究HIFU治疗剂量学提供科学依据,对促进HIFU技术及其产业和相关学科发展、保持我国在该领域的国际前沿地位具有重要意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2017
期刊:中国医学影像技术
影响因子:--
作者:彭玉红;李发琪
通讯作者:李发琪
DOI:--
发表时间:2017
期刊:中国介入影像与治疗学
影响因子:--
作者:陈宗桂;张玉荣;刘 欢;罗 曼;王 琦;李发琪
通讯作者:李发琪
Clinical Usefulness of the Microbubble Contrast Agent SonoVue in Enhancing the Effects of High‐Intensity Focused Ultrasound for the Treatment of Adenomyosis
微泡造影剂 SonoVue 在增强高强度聚焦超声治疗子宫腺肌病效果方面的临床应用
DOI:10.1002/jum.14638
发表时间:2018-12
期刊:Journal of Ultrasound in medicine
影响因子:2.3
作者:Wang Jingqi;Zhang Lu;Zhang Jun;Ma Yuhong;Yang Wei;Ran Lifeng;Jin Chengbing;Dobromir Dimitrov Dimitrov;Zhu Hui;Zhou Kun
通讯作者:Zhou Kun
Reasons for different therapeutic effects of high-intensity focused ultrasound ablation on excised uterine fibroids with different signal intensities on T2-weighted MRI: a study of histopathological characteristics
T2加权MRI不同信号强度高强度聚焦超声消融切除子宫肌瘤疗效不同的原因:组织病理学特征研究
DOI:10.1080/02656736.2019.1592242
发表时间:2019-01-01
期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF HYPERTHERMIA
影响因子:3.1
作者:Huang, Haoran;Ran, Jianbo;Li, Faqi
通讯作者:Li, Faqi
A Method of Time–Intensity Curve Calculation for Vascular Perfusion of Uterine Fibroids Based on Subtraction Imaging with Motion Correction
基于运动校正减影成像的子宫肌瘤血管灌注时间-强度曲线计算方法
DOI:10.1007/s11220-016-0145-4
发表时间:2016-10
期刊:Sens Imaging
影响因子:--
作者:Xinjian Zhu;Ruoyu Wu;Tao Li;Dawei Zhao;Xin Shan;Puling Wang;Song Peng;Faqi Li;Baoming Wu
通讯作者:Baoming Wu
聚焦超声治疗中焦域组织机械响应和声吸收能量反演研究
- 批准号:CSTB2022NSCQ-LZX0028
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2022
- 负责人:李发琪
- 依托单位:
低强度聚焦超声无创刺激神经/胰岛细胞与2型糖尿病血糖水平调控研究
- 批准号:--
- 项目类别:原创探索计划项目
- 资助金额:100万元
- 批准年份:2021
- 负责人:李发琪
- 依托单位:
高静水压力下近固强空化致金属材料损伤的宏观/微观特征及其机理研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63万元
- 批准年份:2020
- 负责人:李发琪
- 依托单位:
高强度聚焦超声所致空化/沸腾气泡动力学行为实时可视与声信号解析
- 批准号:11274404
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:92.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:李发琪
- 依托单位:
MRI/US引导聚焦超声热凝固进展中温升、空化行为、回声和靶组织声参数间的相关性研究
- 批准号:30970827
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:30.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:李发琪
- 依托单位:
高强度聚焦超声体外适性治疗肿瘤的生物学焦域温场研究
- 批准号:30070217
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:16.0万元
- 批准年份:2000
- 负责人:李发琪
- 依托单位:
国内基金
海外基金
