盖然盖二曩，品。。她R。。h2013，sz(2)：s4埘
J oum al of B i om e di ca l E n西ne er i n g Research…。’。、，‘…’
徐雅，钱志余△，赵金哲
(南京航空航天大学生物医学工程系，南京210016)
摘要：我们利用功能近红外光谱(f N I R s)技术进行肿瘤微波热消融实时组织参数测试，并探索一种新的实时疗效评估因子。选用新鲜离体猪肝作为实验标本，选用一定微波功率和时间组合进行热消融实验，利用f N I R s系统实时采集消融靶区特定位置的约化散射系数(炒’)和温度。炒’和温度随时间指数增长，测试点距微波消融针越近，脚’和温度上升越快，胛’达到一定的数值后趋于稳定，消融结束后处于稳定状态，和热消融结果比较可以确认炒’是一个较好的消融效果实时评估因子。光学参数胛’可以作为热消融的疗效评估因子，本研究将来为临床应用打下基础。 关键词：微波热疗；功能近红外；约化散射系数；实时监测；疗效评估
中图分类号：R318文献标识码：A文章编号：1672—6278(2013)02枷84舭
T he r a py E f f ect i ng A s s es s m ent by Funct i onal N ear I nf r ar ed
Spect r os copy dur i ng T垤i c r ow aV e Ther m ot her apy
X U Y a，Q认N Z M yu，Z H A O J i nzhe
(日幻胱d记oZ西洒聊eri ng，恻，l g踟洫瑙砂矿A er0M叭泌n施A s￡ro№眦如，肌彬n9210016，吼i舱)
A bs t髓ct：W e us ed小I Rs t ec hnol ogy i n t he t um or l I l i cr ow a ve t hen I l al abl a t i on t o t es t or ga ni zat i on par am et er i n r eal—t i m e and t o e xpl ove a new r eal—t i m e ef f ect i ng a s se s s m ent f如t or．Fre sh vi t m l i ver w a s se l ec t e d as s peci m en，and i t w a s con duct ed i n ce r t ai n m i c m—w ave pow er aI l d t i m e c om bi na t i ons．In t he experi m ent，t l l e肛’舳d t em pe ra t u r e of t11e sp eci f i c posi t i on of t he abl a t i on t印驴t i n r e al—t i m e w er e coU ect ed by t Ile f N I R s s ys t em．The chaI l ge0f乒岱’and t em pem t ur e w e re i n e xponent i al gr owt l l w i t h t he t i m e，and t11e cl ose r t he t es t poi nt f而m m i cr o w ave ne edl e，t he f ast er乒肼’and t em pe ra t u r e m s e．E vent ual l y，乒岱’静a dua Jl y r eached t he st ab l e st at e and di d no t va r y w i t h t em pe ra t u r e any m o r e．s o，com par ed w i t h t Ile r esu l t s of t he H nal abl at i on，乒胪’w as pr ov ed as a goo d r eal—t i m e e fkc t e i ng a s se s s m ent f ac t o
r．O pt i c al par am et er s工岱’c an be used as山e e任．ect i ng a s se s s m ent f act or of
t he硼al a bl at i on，a nd t hi s st udy w i l l l a y t he f ounda t i on f or tI l e cl i n i cal appl i ca t i on．
K ey w o r ds：M i c m w av e t l l e硼ot herapy；Funct i onal ne ar i—hr ed spect r oscopy(f N I R s)；R educed s ca t t e dng coem ci en t；R eal—t i m e
m oni t or；T hem py en'ect as se ss m ent；
l引言蒿?藿嫠罂翥盖羹淼篡裂兽霪美耋嚣篙
微波消融基本原理是分子在微波的辐射下随做题，主要缺少过程中实时疗效评估技术，过高速运动，分子之间相互摩擦产生高能热效应，达到程存在一定的盲目性，不可避免的影响效果。组织凝固坏死目的。近年来微波热疗以其微创、安因此，研究一种新的实时疗效评估技术尤其重要。
}国家863项目(2008A A022438)。
△通信作者Em aj l：zhi y u@nuaa．edu．cn
第2期徐雅。等：功能近红外光谱微波热疗疗效评估因子的研究
85
我们将nN R s技术应用微波热消融中，通过实时采集微波消融过程的组织参数变化规律，探索一种疗效评估因子，达到实现微波消融实时疗效评估的目的，为临床应用打下基础。
2实验
2．1实验设备
实验系统图由微波消融仪、微创f N I R s组织参数采集系统、定位装置系统组成，见图1(a)。微波消融仪(南京康有微波能应用研究所)K Y一2000型，额定功率500w，微波工作频率2450M H z，有连续波和脉冲波两种工作方式，带有测温功能。微创伽风组织参数采集系统(南京航空航天大学生物医学光子学实验室u1)主要包括：U SB2000光纤光谱仪(oc eaI l O p-t i cs)、卤素光源(O ceaI l opt i cs H L一2000)以及微创探头。微创探头包含2根单模光纤，一根传输发射光，另一根传递组织散射光导光纤光谱仪。定位装置(见图1b)孔间距5m m，孔径1．9m m。
图l实验系统组成
(a)实验系统；(b)实验探针定位装置
ng l T h e
syst锄of麟pe血眦nt
(a)t I I e sys t em of exp er i m en‘；
(b)pos i t i oni ng dev i ce of t he expe r i m en t al pr obe
2．2材料与方法镍铬合金
2．2．1实验对象离体新鲜猪肝样本18个，每个200一250g。
2．2．2实验法用生理盐水冲洗表面残留的血渍并擦干表面，将猪肝平放在图2定位装置上，在中心位置插入微波消融针，在平行于微波针的方向插入测温针和光纤探头(见图2)。微波仪功率为70w 的功率下，5m i n和10m i n，分别对距微波针旁开10、15、20咖的位置实时监测温度和约化散射系数，共6种组合，每种组合进行3次实验。
微波消融针
测温针、光纤
同步采集1、同位置的温度及
l光学参数
图2测温针、光纤测量位置示意
ng2’IheI啷廿∞0f血et哪衅m m他needl e，
矗ber O p廿cⅡ硅曩翻Ⅱ屯m ent
3实验结果
3．1缈’和温度随时间的变化规律
图3、图4是微波功率70w两种组合(消融时间5m i n、旁开15m m；消融时间10m i n、旁开20 m m)胛’和温度变化规律。从图中可以看出微波仪开始作用后，随着温度的上升，炒’也随之上升，当温度达到最高时(虚线1)，舻’还继续上升(虚线2)，可以看出胪’稍延迟与温度，停止消融后，胪’开始趋于
童
-
墨
20
18
16
14
^
712
昌
310
、
詈8
6
4
2
图370w5m i n15衄曲线
ng3
m c帆of70w5m i nl5衄
100
90
cng减压器80
706
孑
603
耐酸碱保护膜
h
50
40
30
0200400600800100012001400160018002000
t(s)
图470w10m i n20咖曲线
Fi94m伽m0f70w l O m i n20衄
86笙两医翠土程研究曩i≤鲞
q；塑囊蓁融塞i翰稻霎翼蔫萋嘲羹蒸冀萋薷爿
冀囊鲤，羹畿藕霎蒿鬟糟篓蒿鋈塑薹蠹窿吓薹霉蓑；
鸷备裂烈。箨薹鍪暇。蔺前塞蠢；篓蔷氯箔巅；艇相
豳韶斑j蓟湘霪蓁鬈篱篓篓l蔷绲鞋型霎；耋砺黼鏊
葡掣叁蓁零酒霎雏鏖；喜薪姿蔷囊竣囊丽髓爱萋翔
奠蓁蓁囊粥雾|霎强羹艘爵窆；虑囊筹蔓。夏篱簦藕篓
羹鞲喜菱畦羹菰耀∞帮裂影鋈甬堕璧阿麴驶掣薹∽
鋈篓；茎饕翼羹刊墅彤窑彰掣薹黍鐾篓霉皆星型拯
蠡薹羹～幽雾薹醣羹延丝毒i i i i名萋瞠囊荪滔毹凝
巢甯错墼蓁鋈薹曩鬟素磷长简茸i谭丽羹蓑鬻霎美
蠢攀鬓粪葫萎囊；茸霉笨罄薹羹霪鬻朗；掣岿薹肖蓁
篓蒂需；鋈篓0照我们勘犰錾矮羹羹熏愠茎赫薹醵
雾瓢爨黍窭蔓酐鬻偿。
蘑囊藕擂蒜篓嘉器型二雾邓蓉囊嘲薹囊霪鬻鐾
器雾鍪鲤罄霪羹雾篓鬟；霪羹霎鲤囊雾薹霎雾|蠹曼曼g
鬈黛鋈溪薹÷鎏雾墓瓣鐾囊羹霪鋈羹雾囊冀璧～羹
嚣羹霎薹羹羹。荔黧～爨霎錾篓羹鬟蓬冀菇鋈羹
薹：翼出摆羹鬻霎冀薹誉一鬻藕嚣篾薹塞鬈，蓑霸
蒜鞫萋薹照研幅羹研囊萋手郦薹萋羹。篓季咝茎堕瑟
粤；髭墼薹墅型基霪魁嘴藤雾嚣羹蚕鍪冀鎏
第2期徐雅，等：功能近红外光谱微波热疗疗效评估因子的研究
87
(b)
闰73D
№73D ch an
(a)70w5l ll i nl5Ⅻ；(b)70w10l Il i n l5r m
15m m的炒’上升12左右，不再变化，而70w5m i n 15m m作用下的上升到18后才趋于稳定。
4讨论
在微波热消融实验中利用ⅡN Rs监测系统实时监测了消融靶区特定位置脚’和温度参数，分析了膨’和温度随时间变化规律。结果表明，炒’和温度随时间变化规律具有很大区别，前期上升部分类似，但炒7滞后于温度，消融结束后心’区域稳定，表明炒’比温度能直观反映生物组织特性。生物组织受热变性和散射系数有密切的关系，文献[2]得到一个关系式：△膨’(￡，r)=舢，一(￡，r)(1一e以)，其中力为损
伤积分，舢。。(￡，r)为最终散射系数与初始散射系数之差，舢，(t，r)为热损伤过程中组织的散射系数；我们检测的△炒’和△舻有直接的关系：△炒’=炒(1一g)，也就是说热消融过程中生物组织的舢’可以表达热损伤实时变化规律，这样就为我们的实验结果提供了理论支撑，胁7在微波热疗中可以作为一种新型的疗效评估因子。并且从实验可以看出约化散射系数在监测的实时性与准确性要优于传统温度监测。
5结论
微波热消融实时评估是目前临床应用的瓶颈问题，通过f N I R s技术可以实时测试热消融组织参数，发现约化散射系数有明显的变化规律，能够较准确地表达消融效果，比目前的温度检测更有效，可以将胛’作为一种新的微波热疗疗效评估因子，对指导临床具有重要的价值，本部分初期研究还有待深人，为将来微波实时热消融量化评估打下基础。
参考文献：
降温母粒[1]包美芳．激光诱导间质热疗疗效评估模型基础研究[D]．南京航
空航天大学硕士学位论文，2012．24．
育苗杯[2]朱丹．生物组织热响应与热损伤的光子学研究[D]．华中科技大
学博士学位论文，2002．80—86．
[3]钱志余，陈仁文，顾月清，等。生物组织光学参数：优化散射系数
(Ⅲ’)的实时在位测定[J]．南京航空航天大学学报，2004，36
(3)：369—372．
[4]程晓曼，万柏坤，罗经国，等．电容射频热疗中引入内电极对深部
热场分布影响的仿真研究[J]．中国生物医学工程学报，1998，17
(2)：135一141．
[5]w el ch A J，ne t l Ie珊a l嘟pons e of l as er i I Tad i at ed t i鹞ue[J]．I EE E
J o啪al《Q Il¨t砌E l ectr om cs，1984，20(12)：1470—1481．
[6]M e巧e血l k R，E鹃enpm i s M，P i ck er i ng J w，et a1．R at e proce鹊p锄m—
et e B of e醪w I l i t e眦目m red byl i曲t scaneriI lgi IIker—ir Iducedin
t eI毫t i t i al t ll e珊跗凼啪py[M]．G erhard M l l I l er蛐d A nd r e R o鲳蛐，1995．66—80．
[7]P al m er G，Zl l u c，Br es H n T，et a1．M ont e cado_b雠d i nve玛e m odel
f or cal cul at i n
g t i姻ue opt i cal p10pe m es Pa nⅡ：A ppl i c at i帆t o b呦s t
ca nce r di agn∞i s[J]．A ppl O pt，2006，45(5)：1072—1078．
[8]朱光明，朱丹．激光热疗中生物组织的光热特性响应以及动态热
损伤研究[J]．中国生物医学工程学报，2004，23(2)：158—161．[9]kp瑚t o V，P{int o R，工o dat o R，et a1．D es i驴龃d r eal i za t i仰of t i ss ue
—e q【I l i va l ent di el ect ri c s i m I I l a t o璐f br
d∞i眦t r i c st udi e s o n I I l icr ow ave 锄t enI L酗正D r i nte瞰it i al abl at i on[J]．EuI op啪Joum al of M e di cal Phys i cs，2011，10：l一9．
[10]cepeda M，V em A，kⅪa L，et a1．c∞】【i a l dol l bl e sl ot a n t er II l a de—
s ign f曲i nt e瑁t it i al h疆眦her m i8i nⅡm s cl e us i ng a fi I Ii t e el em ent c om-put e r m odel i ng[c]．IEEE I nt e m at i∞al II l st m m e n诅t i on孤d M e踮ur e—m e nt1klI I I ol o盱Con‰nce12M Tc，2008．961—963．
[11]Payne SJ，Peng T，0’N ei U D．M at I l em at i ca l m odel i I l g
of山唧al 枷at i on[J]．cr i t i cal R evi e w s i n B i om ed i ca l E n西nee r i l l g，2010，38
(1)：21—30．
[12]唐劲天．肿瘤热疗生物学[M]．北京：人民卫生出版社，2010．
209—223．
[13]c oz趵l i no D．N e盯i n如r ed8pec t r osc opy i n na t l l商produc t s肌a l ys i s
[J]．PJ卸t a M edi ca，2009，75(7)：746—756．
[14]鲁通，梁萍，程志刚．导航及机器人辅助系统三维空间信息对超
声引导肝肿瘤经皮热消融的作用：临床应用的准确性与可行性[J]．中国组织工程研究与临床康复，2010，14(4)：625—628．
(收稿日期：2013一03—29)
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议