基于光声光谱技术的肿瘤光热治疗监测技术与优化方案

作     者：刘玉滨 

作者单位：福建师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李晖

授予年度：2014年

学科分类：1002[医学-临床医学] 100214[医学-肿瘤学] 10[医学] 

主      题：光热治疗 光声成像技术 光剂量 温度监测 优化方案 光声光谱技术 

摘      要：光热疗法,顾名思义,是以光源作为致热源,根据产生的光热效应,加热病变区组织至有效的治疗温度,并维持一定的曝光时间,达到既能破坏病变组织体的结构,又不损伤正常组织的治疗方法。当前肿瘤的光热疗法,主要包括凝固法和激光免疫疗法,而这两种方法的有效性早已得到临床上的公认。虽然如此,但是在光热治疗过程中,热能会以温度的形式从治疗中心区域向周围组织扩散,所以为了做到不损伤正常组织体,有效和安全地运用光热治疗,所需要开展的工作便是对组织体内进行实时和准确的温度监测,特别是病变区域和正常组织体的分界处,然后快速地反馈给治疗光源。在肿瘤光热治疗中“有效的治疗温度和“曝光时间,是两个极其重要的剂量参数,而其中“温度是由光能量提供的,因而我们又可以称“光能量和“曝光时间是光热治疗中两个极其重要的参量。针对如何掌握光热治疗中最佳剂量控制问题,提高激光运用的安全性和有效性,本文结合光声成像监测技术及热传导的数值求解,来探究生物体的热传输规律,致力于建立一个光热治疗过程中生物体内的温度分布情况的监测平台和优化方案。另外,还将采用光声光谱技术探究肿瘤光热治疗中物质化学成分改变对温度和信号之间的关系的影响。以下是本论文开展的几项主要工作： 一、阐述光热疗法的理论基础及作用机制,概述其在临床上的研究动态和已取得的研究成果,指出该疗法存在的安全隐患性问题及介绍一些成像监测技术,如核磁共振成像监测技术,超声成像监测技术以及光声成像监测技术,从而引出本课题的研究意义;二、综述光声成像技术的发展状况、研究动态和取得的成果以及在生物医学方面的运用,使读者对光声成像技术有一定的了解。 三、阐述光声成像所依赖的理论基础,即光声信号产生的物理机制,基于光声信号监测光热治疗的理论分析,提出光声监测的技术路线。突出该成像技术作为温度传感器的可行性、有效性和优越性,同时也指出该项技术存在的不足方面。 四、介绍生物组织热传输规律,采用有限差分法数值求解热传导方程,模拟离体生物组织的温度场分布,并介绍一些重要的热学参数。 五、全面介绍实验中所采用的治疗、监测和优化一体化的实验装置及技术路线,利用已搭建的光声成像监测系统对琼脂模拟样品和离体猪肝脏样品进行光热治疗监测和优化的实验,采集获得了温度同时间关系、及低温条件下光声信号幅值同温度的关系。由此,提出一套光声成像技术监测、反馈和优化光热治疗的方案。 六、利用光声光谱技术探究肿瘤光热治疗过程中一些物质化学成分的变化对温度和光声信号之间的关系的影响,也即探究光声信号同温度之间在低温作用下呈线性关系,而在高温作用下呈非线性关系的光热治疗的物理化学作用机制。