肿瘤激光热疗近红外实时疗效评估基础研究

This item proposed a method using functional near infrared spectrum (fNIRs) for real-time assessment of curative effect of tumor’s laser thermotherapy. Laser thermotherapy will carry on and various characters will be recorded at the same time on mice’s live tumor using a minimal invasive,in vivo laser thermotherapy and fNIRs parameter monitor system including a special designed probe. Relationships will be established among comprehensive evaluation factor of fNIRs,laser dose and effective damage volumes. The mainly researching contents include hard and software design of the minimal invasive,in vivo laser thermotherapy and fNIRs monitor system, achievement of the comprehensive evaluation factor of fNIRs, mathematical models’ founding of the effective damage volumes and assessment model’s validation by animal experiments. The success of this item will be important for developing new medical devices combining functional diagnosis and assessment of curative effect by using technologies of near infrared.

本课题提出利用功能近外光谱技术(Functional Near Infrared Spectrum,fNIRs)进行肿瘤激光热疗实时疗效评估：通过研制一套微创在位激光热疗与fNIRs参数监测系统，包含特制微创探头设计，进行小鼠肝原位肿瘤模型的激光热疗与fNIRs参数监测，获得较可靠的fNIRs综合评估因子、激光剂量与有效毁损体积的关联模型。主要研究内容包括微创在位激光热疗与fNIRs参数监测系统软、硬件设计，fNIRs综合评估因子获取，有效毁损体积数学模型建立以及疗效评估模型动物实验验证。本课题的成功研究对近红外技术与功能诊断、疗效评估相结合开发新一代近红外医疗设备具有重要的参考意义。

本项目主要利用激光热疗过程中组织的散射光谱进行疗效实时评估研究。本项目项目实施过程中主要开展的工作有fNIRs微创LITT在位连续监测系统设计和搭建、离体猪肝有效毁损体积、疗效评估因子规律分析和疗效评估模型的建立、疗效评估模型用于小鼠在体肝肿瘤激光热疗疗效实时评估的验证。项目成果主要由发表论文和申请专利体现。. 本项目深入研究了激光热疗过程中组织散射光谱的变化规律，提取了光谱特征因子作为疗效评估因子，在激光热疗的实时疗效评估方面取得了重要研究进展。研究发现，热疗时组织温度随毁损时间增加而上升，结束毁损后则会逐渐回归室温，无法获得已被热疗后的组织信息。而用本项目提取的光谱特征因子作为疗效评估因子，其值最初随着热毁损时间增加呈上升趋势，到达峰值5±0.5后却基本不再随毁损时间而改变，且结束毁损后，若组织被完全毁损，则疗效评估因子只有微量的下降；若组织被部分毁损，则评估因子有小幅度的下降，但最终稳定值在2.5以上；若组织被无效毁损，则评估因子最终会回归到1.2±0.2。经验证，利用毁损期评估因子最大上升幅度和降温后最终稳定值对热毁损程度鉴别的准确率在85%以上。. 由于热毁损过程中组织的蛋白质变性，导致热毁损过程中肿瘤的光学参数产生非常明显的变化，其中组织光学特性的差异远远大于由于化学特性和声学特性引起的变化, 散射光谱特征因子的实时效果与MRI 或超声成像相比要好得多。本课题的成功研究对近红外技术与功能诊断、实时治疗相结合开发新一代近红外医疗设备具有重要的参考意义。