MRI/US引导聚焦超声热凝固进展中温升、空化行为、回声和靶组织声参数间的相关性研究

执行NSFC等项目研究发现，HIFU治疗中温升与空化相互影响、有凝固性坏死但不一定有回声增强、回声增强的气泡范围内是否有空化损伤以及控制脉冲声参数可通过非热效应造成病理学改变。本项目据此立题，提出开展"MRI/US引导聚焦超声热凝固进展中温升、空化行为、回声和靶组织声参数间的相关性研究"，这涉及有关治疗超声中热生物物理、声空化、气泡动力学、MRI/US监控等关键科学问题。为此，理论模拟与实验研究相结合，系统研究HIFU治疗中热凝固进展、温升、空化行为、回声、靶区凝固性坏死组织声参数与靶区组织病理损伤特征间的相关性，集总探讨HIFU治疗中热凝固进展和US监控的物理机制以及组织病理损伤特征的物理基础，明确HIFU热消融治疗的生物学效应的物理机制及其关系，探讨调整声辐照参数以控制空化行为的可能。研究结果将促进HIFU治疗机制、工程技术、临床应用和相关学科发展，具有重要的科学和社会意义。

高强度聚焦超声已用于临床肿瘤治疗。但在研究中发现：HIFU治疗中温升与空化相互影响、有凝固性坏死但不一定有回声增强、回声增强的气泡范围内是否有空化损伤以及控制脉冲声参数可控制温升但可造成病理学改变。为此，本项目系统研究了MRI/US引导聚焦超声热凝固进展中温升、空化行为、回声和靶组织声参数间的相关性。研究取得了如下主要进展：1）考虑超声传播的非线性后，在HIFU辐照起始阶段，凝固性坏死的体积要明显大于线性模型下凝固性坏死体积，但一段时间后，两者相差不大。2）HIFU所致凝固性坏死大小与辐照剂量成正相关，在相同辐照剂量下，声功率对凝固性坏死的贡献远大于辐照时间。3）获得了离体牛肝组织和活体肌肉组织的热剂量。4）当瞬态空化发生时，靶区温升速率和凝固性坏死面积呈现非线性增长。5）HIFU辐照后即刻B超声像图中强回声出现的原因主要与辐照过程中产生的沸腾泡有关。6）采用高声功率、低占空比的pHIFU可通过空化效应使组织摧毁。项目执行期间新增国家级项目2项，在国内外刊物上公开发表学术论文31篇，其中EI 2篇、ISTP4篇，参编专著章节1部，获权发明专利2项，培养硕士、博士研究生共计8人。研究结果对认识HIFU治疗的瞬态物理特性以及US监控的物理机制，对促进HIFU 技术及其产业和相关学科发展，保持我国在该领域的国际前沿地位，具有重要的科学、经济和社会意义。