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作者：邓官华南方医科大学

学位级别：硕士

人体组织在电磁场的作用下,会呈现出一定的电磁特性,即电特性和磁特性。电特性又称为介电特性,包括相对介电常数ε和电导率6。磁特性是指组织的磁导率μ。一般而言,生物组织的磁导率μ与真空磁导率μ0接近,因此可将生物组织的磁导率μ... 详细信息

人体组织在电磁场的作用下,会呈现出一定的电磁特性,即电特性和磁特性。电特性又称为介电特性,包括相对介电常数ε和电导率6。磁特性是指组织的磁导率μ。一般而言,生物组织的磁导率μ与真空磁导率μ0接近,因此可将生物组织的磁导率μ看作为常数然而,在时变电磁场的作用下,人体组织的介电特性还与电场Eejωt的频率密切相关,此时生物组织的复介电常数可以表示为式中实部ε’(ω)为相对介电常数,虚部ε"(ω)为损耗因子,描述的是组织消耗能量的能力。一般情况下,很难求解出生物组织的损耗因子ε",故常用等效电导率表示生物消耗能量的能力。相关科学文献指出,人体组织的介电特性还与组织内离子浓度,蛋白质含量及结合水与自由水的比例,组织温度等因素密切相关。当人体组织的生理或者病理状态发生改变时,组织的介电特性也会随之改变。因此,生物组织的介电特性不仅与频率相关,同时还受组织含水量、组织类型及组织结构等的影响。在磁共振成像系统中,由于人体不同组织、器官具有不同的电磁特性(磁导率,电导率和相对介电常数),自由空间中均匀分布的射频电磁场与人体组织相互接触后将会产生抗电效应,变为不均匀。此外,随着静磁场B0场强的升高,特别是在高场磁共振中,射频电磁波波长与人体组织尺寸接近,将产生驻波效应,导致人体内射频场扭曲。这些复杂的机制使得原本在自由空间均匀分布的射频场,在加载人体组织、器官后,往往变得不均匀。在磁共振成像中,B1场的不均匀分布会降低图像的对比度、信噪比,进而降低图像的质量,不利于医生的诊断。B1 mapping技术是在传统磁共振成像技术基础上,通过检测包含射频场空间分布信息的磁共信号,来计算得到人体组织各处B1场分布的成像技术,也是近年来磁共振研究的热点之一。利用B1 mapping技术快速、准确获取B1场分布对于许多磁共振应用和研究有着重要的意义。第一、用于评价磁共振射频发射线圈的质量,射频发射线圈产生的B1场均匀性直接决定着磁共振图像质量的优劣,高质量的射频发射线圈将产生均匀性更高的B1场,进而产生更高质量的磁共振图像,通过B1 mapping技术测量到的B1分布可作为评判射频线圈的优劣的一个指标;第二、并行成像中B1场匀场技术的应用,在并行成像中,为了在成像区域内取得均匀性更高的B1场,常常需要对每个通道产生的B1场进行调整,利用B1 mapping技术测得的B1场分布可为每个通道的B1场调整提供参考方向,此外还可以通过B1场匀场技术提高B1场分布的均匀性,将局部SAR值降低在安全标准内;第三、用于修正T1、T2和质子密度图像,B1场的不均匀导致的成像区域内翻转角差异将有可能会掩盖病变组织与正常组织本身的T1、T2和质子密度的差异,从而降低T1、T2和质子加权图像诊断的可靠性。准确的测量B1场的分布对于T1、T2和质子加权图像的修正有着重要的意义;第四、应用于人体组织介电特性断层成像(MR EPT), B1 mapping技术作为磁共振介电特性断层成像的基础之一,其成像质量直接影响着MR EPT技术算法的精度。磁共振电特性断层成像(MR EPT)是在磁共振成像系统基础之上,通过测量携带生物组织介电特性信息的射频B1场的分布,来重建出人体组织介电特性的成像方法。这种全新的、无需外加电流注入人体组织内的介电特性测量方法源于1991年,Haacke等学者发现自由空间下均匀分布的射频场B1在人体组织内分布不均匀,是人体组织的介电特性与电磁场相互作用的结果。因此,Haacke等人认为可从磁共振图像中得到人体组织介电特性分布。2003年,Wen等人发现高场磁共振下射频场B1的扰动与人体组织电导率σ、相对介电常数εr之间的直接联系,提出了一种基于赫姆霍兹方程的算法。2009年,Katscher等学者以安培定律为基础,提出了一种全新的人体组织介电特性的测量方法,并实现了人体头部组织介电特性的活体测量(3 T磁共振)。同时,Katscher等人将这种全新的人体组织介电特性成像方法命名为人体组织介电特性磁共振断层成像,其成像的质量由磁共振射频场成像技术和磁共振介电特性断层成像算法共同决定。虽然介电特性磁共振断层成像技术目前仍然存在不少缺点,但因MR EPT技术具有无需注入外加电流,即可无创的实现人体组织介电特性成像的优点,是近年来磁共振研究的热点之一本论文首先从理论上研究目前几种常见的B1 mapping技术及MR EPT的基本原理。接着以DAM和satTFL两种B1 mapping技术为代表,研究其在不同介电特性体模和人体头部中的B1场成像,同时将实测结果与FDTD仿真比较,研究、分析DAM和satTFL两种B1 mapping技术的差异性。通过计算它们的B1场缩放系数R和平均相对差异系数MRD,发现在低介电特性体模B1场成像中,DAM、satTFL与FDTD仿真的B1

关键词：介电特性 B1 mapping技术磁共振介电特性断层成像(MR EPT)

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基于耳蜗保护的腮腺癌术后放疗计划优化研究

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中华肿瘤防治杂志 2024年第19期31卷 1177-1184页

作者：黄唯邓官华谭佩欣南方医科大学附属广东省人民医院(广东省医学科学院)放疗科广东广州510080

目的基于降低耳蜗受量对腮腺癌术后放疗计划进行优化,实现对耳蜗的最优保护。方法回顾性收集2020-01-01-2023-12-30南方医科大学附属广东省人民医院20例已完成腮腺癌术后放疗的患者资料,并对患者的放疗计划进行重新设计。在新计划中,使... 详细信息

目的基于降低耳蜗受量对腮腺癌术后放疗计划进行优化,实现对耳蜗的最优保护。方法回顾性收集2020-01-01-2023-12-30南方医科大学附属广东省人民医院20例已完成腮腺癌术后放疗的患者资料,并对患者的放疗计划进行重新设计。在新计划中,使用容积弧形调强放射治疗(VMAT)技术要求同侧耳蜗平均受量尽量低,而靶区剂量要求不变。分析比较原始VMAT(VMAT_o)和优化VMAT(VMAT_n)计划中靶区的适形度及均匀度、耳蜗及其他危及器官的受量等,并通过正常组织并发症概率(NTCP)模型预测放射性耳损伤的发生概率。采用配对t检验或非参数配对Wilcoxon检验对比VMAT_o和VMAT_n计划之间危及器官受量以及靶区剂量的差异。结果对比VMAT_o计划,VMAT_n计划将同侧耳蜗的平均受量从36.43(17.24,39.12)Gy降低至8.12(6.85,9.76)Gy(Z=-3.920,P<0.001),而靶区的适形度、均匀度以及其他危及器官的受量等均未受到影响。通过NTCP模型的预测,在VMAT_n计划下,同侧耳发生耳鸣的概率从VMAT_o计划的26.78%(3.77%,32.50%)降至0.92%(0.74%,1.20%),听力下降的发生概率从1.75%(0.00%,4.15%)降至0.00%(0.00%,0.00%),Z值均为-3.920,均P<0.001。结论通过基于保护耳蜗的放疗计划的优化,可以在不影响靶区放疗剂量的条件下降低耳蜗的受量,从而显著降低放疗引起的耳鸣及听力损伤的发生概率。

关键词：腮腺癌放疗计划优化耳蜗保护正常组织并发症概率模型放射性耳损伤

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基于图像块匹配约束的弥散磁共振成像

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中国医学物理学杂志 2024年第10期41卷 1237-1242页

作者：徐中标邓官华黄唯南方医科大学附属广东省人民医院(广东省医学科学院)放疗科广东广州510080

目的:改善高加速倍数下弥散加权成像的图像重建质量,从而实现加速采集。方法:利用图像块匹配的方法提取弥散图像内相似的图像块,进行低秩特性约束和稀疏约束,随后将其与传统的敏感度编码(SENSE)并行重建算法相结合来改善图像重建质量,... 详细信息

目的:改善高加速倍数下弥散加权成像的图像重建质量,从而实现加速采集。方法:利用图像块匹配的方法提取弥散图像内相似的图像块,进行低秩特性约束和稀疏约束,随后将其与传统的敏感度编码(SENSE)并行重建算法相结合来改善图像重建质量,降低图像噪声。实验采集两组人体数据,分别比较3倍加速和4倍加速下传统的SENSE重建、基于总变分约束的SENSE(SENSE-TV)重建以及本文方法的重建效果,定量分析弥散图像以及各向异性分数(FA)图与全采样的参考图像的误差。结果:在3倍加速和4倍加速采集下,本文方法均比传统的SENSE、SENSE-TV方法重建的弥散图像质量更好,定量分析的参数FA值更精确,误差更低。结论:利用图像内相似性图像块的低秩特性和稀疏特性约束图像重建,有望实现高加速倍数下的高质量成像。

关键词：弥散加权成像图像重建块匹配图像约束

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模拟人体组织介电特性的介电材料研究

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科学技术与工程 2015年第33期35卷 24-29页

作者：冯健邓官华辛学刚南方医科大学生物医学工程学院广州510515

模拟人体组织相对介电常数和电导率的介电材料可用于分析1.5 T磁共振电特性断层成像技术的算法准确性和成像分辨率。为了得到各种人体组织模拟介电材料的具体组成,利用油、明胶、去离子水和氯化钠为主要成分制作了一组介电材料样本,其... 详细信息

模拟人体组织相对介电常数和电导率的介电材料可用于分析1.5 T磁共振电特性断层成像技术的算法准确性和成像分辨率。为了得到各种人体组织模拟介电材料的具体组成,利用油、明胶、去离子水和氯化钠为主要成分制作了一组介电材料样本,其中油体积百分比范围为0%~80%,氯化钠浓度范围为0~1.40 g/100 m L。通过开端同轴线法测量这组介电材料样本在频率为64 MHz和温度为25℃时的介电特性,得到这组样本的电导率和相对介电常数变化范围分别为0.04~1.43S/m和12.6~83.4。利用非线性最小二乘拟合得到描述介电材料组成和其介电特性函数关系的经验公式。根据经验公式可以迅速得到各种人体组织模拟介电材料的组成。

关键词：介电特性介电材料开端同轴线法非线性最小二乘拟合

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基于磁共振信号幅值的射频场映像技术研究

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中国生物医学工程学报 2018年第2期37卷 181-187页

作者：邓官华蓝茂英段松王佳佳胡灿辛学刚广东三九脑科医院广州510510 南方医科大学生物医学工程学院广州510515 第二军医大学第一附属医院上海长海医院上海200433 华南理工大学医学院广州510006 中国生物医学工程学会

MRI领域近年来的新兴研究热点之一——磁共振介电特性成像(MR EPT)技术能通过检测射频场分布,实现活体组织介电特性断层成像。作为MR EPT技术基础之一的磁共振射频场映像(B_1 mapping)技术,其B_1场成像的质量直接影响着MR EPT算法的精度... 详细信息

MRI领域近年来的新兴研究热点之一——磁共振介电特性成像(MR EPT)技术能通过检测射频场分布,实现活体组织介电特性断层成像。作为MR EPT技术基础之一的磁共振射频场映像(B_1 mapping)技术,其B_1场成像的质量直接影响着MR EPT算法的精度,因而准确、稳健的B_1 mapping技术对于后续的MR EPT算法至关重要。研究双角度法(DAM)和快速预饱和法(sat TFL)两种基于磁共振信号幅值的B_1 mapping技术的基本原理,以及其在体模和人体头部MR扫描中的应用,并利用FDTD仿真分析上述两种B_1 mapping技术的B_1场缩放系数(R_i)和平均相对差异系数(MRD),发现在低介电特性体模和脑白质B_1场成像中,利用FDTD仿真获得的B_1场缩放系数R_i与采用上述两种B_1 mapping技术获得的实际B_1场缩放系数R_i差异较小,它们的MRD在10%以内;然而在高介电特性体模和脑脊液B_1场成像中,采用DAM方法获得的B_1场缩放系数R_i要高于采用sat TFL方法获得的B_1场缩放系数R_i,且有DAM的MRD高达21%。研究的结果可为不同介电特性组织的B_1场成像选取合适的B_1 mapping技术提供参考,为推动MR EPT技术的实用化提供基础研究支持。

关键词：磁共振磁共振射频场映像技术磁共振介电特性成像技术

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MRI拉莫尔频率范围内人体不同部位大肠癌组织的介电特性

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科学技术与工程 2018年第12期18卷 159-163页

作者：邓官华袁马军蔡林波广东三九脑科医院肿瘤综合治疗中心广州510510 广东省妇幼保健院广州511400

利用开端同轴线法,室温下(25℃)测量了人体不同部位大肠癌组织及对应正常组织在50~500 MHz范围内的介电特性;并依据Cole-Cole模型,利用最小二乘曲线拟合方法,提取癌症组织及对应正常组织的特征参数。统计结果显示在测量频率范围内,不同... 详细信息

利用开端同轴线法,室温下(25℃)测量了人体不同部位大肠癌组织及对应正常组织在50~500 MHz范围内的介电特性;并依据Cole-Cole模型,利用最小二乘曲线拟合方法,提取癌症组织及对应正常组织的特征参数。统计结果显示在测量频率范围内,不同部位大肠组织的介电特性存在显著性差异(癌症组织电导率除外)。实验结果填补了在MRI拉莫尔频率范围内,大肠癌组织介电特性的研究空白;同时实验提供不同部位大肠癌组织及对应正常组织的Cole-Cole参数,可便于相关科研工作者得到任意频率下相应组织的介电特性。

关键词：人体大肠癌组织介电特性开端同轴线法拉莫尔频率

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碳素纤维床CT值对头部肿瘤放疗计划剂量分布的影响

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中国医学物理学杂志 2020年第8期37卷 965-970页

作者：黄唯邓官华张红丹龙亮吴其弟潘燚广东省人民医院放疗科广东广州510080 广东三九脑科医院肿瘤综合治疗中心广东广州510510

目的:定量分析碳素纤维床CT值对头部肿瘤放疗计划剂量分布的影响。方法:在Varian Eclipse 13.6计划系统中建立9种不同CT值的碳素纤维床和均匀圆柱水模体模型,并将圆柱水模体放置于碳素纤维床中间,在10 cm×10 cm射野下,采用6 MV X射线... 详细信息

目的:定量分析碳素纤维床CT值对头部肿瘤放疗计划剂量分布的影响。方法:在Varian Eclipse 13.6计划系统中建立9种不同CT值的碳素纤维床和均匀圆柱水模体模型,并将圆柱水模体放置于碳素纤维床中间,在10 cm×10 cm射野下,采用6 MV X射线机架在0°~180°之间以10°为间隔行等中心照射,计算不同CT值的碳素纤维床的吸收剂量差异系数。选取头部肿瘤患者15例,以Eclipse计划系统提供的默认CT值碳素纤维床为基础,设计放疗计划,并将该计划保存为模板计划。随后将模板计划移植至其余8种不同CT值的碳素纤维床图像中,不进行通量优化,重新计算剂量分布。记录9种不同CT值碳素纤维床计划的D2%、D50%、D98%、CI、HI以及GI。结果:在-700 HU至-300 HU内,随着Panel Surface CT值的增加,吸收剂量差异系数逐渐减小;在-1000 HU至-900 HU内,随着Panel Interior CT值的增加,吸收剂量差异系数逐渐增大。默认CT值的碳素纤维床计划与其他8种碳素纤维床计划的D2%、D50%、D98%,以及GI差异具有统计意义(P0.05)。结论:物理师在设计放疗计划时,应根据实测治疗床的CT值构建碳素纤维床模型。

关键词：碳素纤维床吸收剂量差异系数头部肿瘤剂量分布

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剂量体积优化算法与光子优化算法在儿童全中枢调强放射治疗计划的剂量学比较

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中国医学物理学杂志 2022年第12期39卷 1460-1465页

作者：张平邓官华戴鹏罗日顺罗龙辉黄庆广东三九脑科医院肿瘤综合治疗中心广东广州510510 广东三九脑科医院设备科广东广州510510

目的:分析剂量体积优化(DVO)算法与光子优化(PO)算法在儿童全中枢调强放射治疗(IMRT)中的剂量学比较。方法:选择2018年7月~2020年1月于广东三九脑科医院行全中枢IMRT计划的15例儿童肿瘤患者作为研究对象,分别采用DVO算法和PO算法设计计... 详细信息

目的:分析剂量体积优化(DVO)算法与光子优化(PO)算法在儿童全中枢调强放射治疗(IMRT)中的剂量学比较。方法:选择2018年7月~2020年1月于广东三九脑科医院行全中枢IMRT计划的15例儿童肿瘤患者作为研究对象,分别采用DVO算法和PO算法设计计划,比较两组计划的剂量学参数、优化效率及机器跳数。结果:与PO算法相比,DVO算法计划的靶区D_(50%)和适形度指数更佳,差异有统计学意义(P0.05)。与PO算法相比,DVO算法计划在双肺、右肾和心脏的受照剂量偏低,差异有统计学意义(P0.05)。与PO算法相比,DVO算法计划增加了较少的机器跳数(约63 MU),但算法优化时间翻倍,约224 s。结论:儿童全中枢IMRT计划采用DVO算法可提高靶区适形性,降低颈段PTV低于处方剂量的体积,有可能减少颈段靶区肿瘤复发率,因此建议在儿童全中枢IMRT计划中采用DVO算法优化。

关键词：儿童肿瘤调强放射治疗剂量体积优化算法光子优化算法全中枢放疗

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不同放射治疗技术对全脑全脊髓放疗患者血液学毒性的影响

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中国医学物理学杂志 2022年第7期39卷 805-810页

作者：张扬琼杨华君罗日顺邓官华张平蔡林波广东三九脑科医院肿瘤综合治疗中心广东广州510510

目的:探讨不同放疗技术对全脑全脊髓放疗患者血象的影响。方法:回顾性分析79例行全脑全脊髓放疗患者的血象变化,其中观察组36例行调强放疗,对照组43例行三维适形放疗。两组患者靶区处方剂量为28.8~36.0Gy,单次剂量为1.6~2.0Gy,记录两组... 详细信息

目的:探讨不同放疗技术对全脑全脊髓放疗患者血象的影响。方法:回顾性分析79例行全脑全脊髓放疗患者的血象变化,其中观察组36例行调强放疗,对照组43例行三维适形放疗。两组患者靶区处方剂量为28.8~36.0Gy,单次剂量为1.6~2.0Gy,记录两组患者在放疗前、中、后血液学毒性变化和骨髓抑制程度,采用非参数Mann-WhitneyU检验比较组间差异。结果:90%的病人在放疗期间以及放疗后出现不同程度的骨髓抑制,观察组在放疗期间血红蛋白以及放疗结束后2周血红蛋白和白细胞的抑制程度较对照组严重(z=-2.272,P=0.023;z=-3.053,P=0.002;z=-3.163,P=0.002)。结论:采用调强技术行全脑全脊髓放疗时,应密切观察患者血象变化并采取相应防治措施,避免调强放疗导致的严重骨髓抑制的发生。

关键词：全脑全脊髓放疗三维适形放疗调强放疗血液学毒性骨髓抑制

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磁共振拉莫尔频率下生物组织介电参数温度特性

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中国医学物理学杂志 2015年第6期32卷 798-805页

作者：黄磊付峰邓官华辛学刚第四军医大学生物医学工程系陕西西安710032 空军广州军职以上退休干部休养所广东广州510500 南方医科大学生物医学工程学院生物医学工程系广东广州510515

磁共振成像(MRI)在生物医学上的应用越来越广泛,其中在肿瘤热消融过程中进行图像引导和温度监控是很有前景的应用之一。肿瘤组织接受热消融时,会在体内形成一定的温度梯度分布,由于组织介电特性是温度的函数,热消融引起的温度梯度会改... 详细信息

磁共振成像(MRI)在生物医学上的应用越来越广泛,其中在肿瘤热消融过程中进行图像引导和温度监控是很有前景的应用之一。肿瘤组织接受热消融时,会在体内形成一定的温度梯度分布,由于组织介电特性是温度的函数,热消融引起的温度梯度会改变人体组织的介电特性分布,进而改变磁共振(MR)射频电磁场在组织内的分布,这种射频电磁场分布的改变将直接影响MRI质量和温度监测结果。同时组织的介电特性又是频率的函数,因此研究组织介电特性在MR不同拉莫频率下随温度的变化规律,对MRI引导的热消融治疗研究等具有重要价值。然而,组织在MR拉莫频率下的温度特性的相关研究未见文献报道。本文采用开端同轴传输线测量方法,研究了猪肝脏和膀胱组织介电特性在42.58MHz(1 T)、64 MHz(1.5 T)、128 MHz(3 T)、170 MHz(4 T)、298 MHz(7 T)、400 MHz(9 T)、468 MHz(11 T)等不同拉莫频率下随温度的变化规律,为相关研究提供基础数据支撑,部分填补了组织在MR拉莫频率下的温度特性研究空白。

关键词：磁共振肿瘤热消融开端同轴传输线法介电参数温度特性拉莫频率

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