恶性肿瘤微波消融近红外实时疗效评估应用基础研究

Microwave thermal ablation plays a more and more important role in the treatment of tumor, but there are still difficult to achieve the bottleneck problem of curative effect assessment and dosage control in real-time operation, clinical operation is still blindness, curative effect is impacted. we will combine minimal invasion functional near infrared spectroscopy ( fNIRs ) technology with the microwave ablation together, through real-time acquisition of tissue parameters and temperature of microwave ablation target to explore the efficacy assessment factors and establish curative effect and dose control model, to meet the demand of clinical quality assurance. The main research contents: 1 the establishment of a complete set of fNIRs and microwave thermal ablation combined with intraoperative real-time parameter test and evaluation system; 2 microwave thermal ablation of tumors and Its mechanism study on evaluation of curative effect by in vitro and in vivo experiments, including the establishment of effective inactivation volume model and effective treatment dose model;3 by in vitro and in vivo tumor ablation experimental to assess curative effect, and correct evaluation mathematics model. The innovation of this study is that a new technology for thermal ablation efficacy assessment is proposal, and empirical qualitative assessments of thermal ablation is improved to digital precise quantitative assessment, to reduce risk, improve the curative effect, which has important value in clinical application，Also our preliminary experimental results confirm the feasibility of technical solutions.

微波热消融在肿瘤治疗中扮演着越来越重要的角色，但仍然存在疗中难以实现实时疗效评估和剂量控制的瓶颈问题，手术存在一定盲目性，不可避免影响治疗效果。本课题将微创功能近红外光谱（fNIRs）技术与微波热消融有机结合，通过全程实时采集微波热消融疗中肿瘤消融靶区组织参数和温度，探索新的疗效评估因子，建立疗效评估和剂量控制模型，满足临床疗效质量保证需求。主要研究内容：1.建立一套完整的fNIRs与微波热消融结合的术中实时组织参数测试系统；2.通过离体与荷瘤动物模型实验，探索微波肿瘤热消融疗效评估因子，建立肿瘤有效消融体积和有效治疗剂量（量-效关系）数学模型；3.通过离体与荷瘤动物微波热消融实验评估治疗效果并修正数学模型。课题创新：提出了一种热消融疗效评估新技术，将目前热消融疗效从经验性定性评估提升到精确的数字定量评估，达到降低治疗风险、提高疗效的目的，同时前期预实验结果证实了技术方案的可行性。

微波消融是近年来发展十分迅速的肿瘤治疗方法，得到了广泛的临床应用。目前微波消融手术仍然面临缺少准确的手术计划方法、缺少适形消融方法和术中疗效评估手段等亟待解决的重要问题。课题围绕恶性肿瘤微波消融的手术计划和实时疗效评估方法，针对微波消融手术中存在缺少有效的消融计划模型和适形消融技术，以及缺少有效实时疗效评估手段的问题，研究了以下几个方面的内容并取得了重要结果：1.提出了基于近红外光谱分析的微波消融疗效评估方法，建立了基于消融组织光谱特征的疗效评估因子，进一步提出了肝组织微波消融疗效评估动力学模型；2.研究了微波消融的有限元仿真方法，建立了包含消融过程主要物理现象的动态消融仿真模型以用于术前手术计划及消融过程动态温度场分析；3.基于适形消融和实时疗效监测的要求开发了微波消融治疗系统，集成了近红外光谱监测系统和微波能量实时控制系统，并设计了具有新型消融区域特征的433 MHz频率微波消融针，以适用于肿瘤的适形消融治疗；4.建立了一套微波消融手术计划系统和疗效评估系统，该系统包括患者器官三维影像重建、肿瘤区域勾画与重建、微波消融针选取与微波剂量优化、消融结果仿真、术中关键部位的疗效评估因子监测和实时剂量反馈控制等功能，实现了基于CT三维影像的微波消融手术计划和疗效监测。课题在以上研究内容和成果的基础上，建立了基于三维影像和仿真模型的微波消融手术计划方法和基于近红外光谱分析的疗效评估方法，使微波消融手术从目前经验性的手术计划和定性的疗效评估方法变为可视化、精准和适形消融的手术计划以及实时、定量的疗效监测方法，从而提高微波消融的治疗效果，降低手术治疗风险，促进微波消融手术技术的应用和发展。