监测肿瘤热疗过程的红外测温方法

发布时间:2018-12-11

热疗中,对人体的温度变化进行监测是最终目标。大多数影像方法尚不能直接获取目标组织的空间温度针对这一需求,可以尝试采用红外摄温仪来辅助开展热疗。众所周知,任何温度在绝对零度以上的物体都能向外发出红外辐射,红外成像正是通过捕捉这种辐射来形成位图的成像技术。

基于所采集到的清晰的体表热图信息,再借助于组织结构的影像监测数据(如CT影像)及特定的数值重构算法,可以获得热疗过程中三维组织的结构及其对应的空间温度场信息。实际上,在高温热疗实践中,红外热像仪测温的种种优点早就引起研究者的注意,并以此估计比吸收率(SAR)的分布,直到近期仍不断有这方面的研究报道。另外,红外热像仪也被用于监测组织热损伤的范围。利用红外成像技术,虽然只能监测到皮肤表面的温度分布,但这些信息却有可能被用来重构体内目标区域的三维温度场。事实上,即使仅有体表温度分布信息它们在浅表肿瘤的热疗监护上已足够有价值。通过随时显示的体表热图分布,手术者可以对加热情况以及目标组织周围的温度水平一目了然。鉴于此,Gui和Liu2005)深入考察了借助红外图像对经皮高温盐水注射疗法进行监测和引导的方法。(下图)反映的是在对麻醉兔子腿部注射98的高温盐水过程中所得到的系列热像图(Gui,Liu,2005),按时间顺序从左向右排列,相邻两图之间的拍摄间隔为15s,下图中呈白色的区域温度超过42℃,表具有肿瘤杀伤效果的范围。从下图中可以看出,由于连续注射高温盐水,加热区域随着注射的持续不断扩大,而且在注射点附近的温度上升较快。由于红外成像仪的帮助,杀伤区域的大小和形状及时清晰地显示在电脑屏幕上,医师因此可以灵活、精确地控制手术过程,同时也有效地避免了对肿瘤周围的健康组织造成严重的烫伤。

红外图像

红外图像

上述动态红外图片可望用于重构皮肤表面以下的三维温度分布。实际做法是:利用所得到的表面温度信息及环境热学参数,可以得到当时皮肤所处的热流边界条件,将其作为边界条件代入到生物传热模型中,有可能重构出靶区组织附近的三维温度分布图像。这种原位监测给无损估测患者体温分布提供了一种新的方法,但需要进一步的研究予以明确以往的常规经皮高温盐水注射治疗中,由于缺乏温度场监测,手术主要依靠医生的经验和患者自身的反应来进行,每次射所能达到的最佳热剂量均非事先确定的值。一般是当患者开始抱怨高温灼伤带来的疼痛时,施手术者即停止注射。显然,数字化红外热成像的使用,可望显著提升加热的准确性和最终治疗效果。同时也有效地对肿瘤周围的健康组织进行最大限度的保护,而这在以往的经皮高温盐水注射治疗中是很难做到的红外测温方法在全身热疗中也有独特价值。实验室对利用红外热像仪监测微波辐照式全身热疗中体表温度的可行也进行了探讨(吕永钢等,2007)。结合微波热疗机对3例患者进行全身扫描热疗的实际临床监测需求,我们采用红外热像仪对人体全身及局部的热响应进行了测定和剖析。可以看到,患者热疗前后全身各部位体表的热状态易于显示在监器上(下图),从而有助于整个治疗过程的控制及评价。使用红外热像仪监测全身热疗中人体表面温度特别是局部血液循环较差的四肢具有重要的意义,可有效防皮肤烫伤或避免热疗机引起重要器官如头部的温度增加过高而带来危险。这些信息有助于医师及时调整热剂量,对于重构人体组织系统的温度分布也有价值。

成像监测


成像监测

总之,以上介绍的各种成像监测方法,作为较有希望的控制热疗的措施,已经或逐步得到临床应用。但与其实际应用相比,相应的基础研究远远落后于临床实践。比如,对超声、MRI、微波信号等在加热组织内的传播机理尚缺乏足够认识,即使是一些基本参数如组织在不同温度下的特物性数据也严重匮乏,而各类方法的相互吻合度研究报道甚少,没有开展仪器联用的考察,正是这些因素制约了肿瘤热疗学的进展,这在今后发展监测仪器时应引起重视。

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