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背景高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)是一种非侵入性治疗技术。当超声用于引导HIFU治疗时,临床上主要依赖靶区组织的灰度变化判断疗效,其停止剂量投放的标准通常为靶区强回声的出现。仅仅依赖B超强回声判别HIFU疗效难以保证治疗的安全性和有效性:治疗过程中若无强回声则不能判断疗效,无法保证治疗的有效应;反之,强回声的出现并非产生损伤的必须条件,在已经产生损伤但未见强回声的情况下加大剂量投放,则会带来治疗的安全性问题。仅仅依赖实时影像监控进行剂量投放仍然存在不足。使得术前HIFU治疗剂量预测系统的建立显得尤为重要。为此,本文开展了子宫肌瘤首个治疗点的量效回顾性分析与仿真对比研究,为HIFU治疗剂量预测系统的建立提供理论支撑。目的1、对HIFU治疗子宫肌瘤首个凝固性坏死点进行回顾性分析同时结合相应的理论仿真,对临床剂量下的凝固性坏死范围和仿真模拟损伤范围进行对比研究,验证仿真模型计算损伤范围的准确性,为建立基于临床患者信息的HIFU治疗剂量预测系统提供理论依据。2、探究患者腹壁厚度、子宫肌瘤层厚度、衰减系数对与HIFU治疗子宫肌瘤首个凝固性坏死面积的影响关系,明确HIFU治疗剂量投放的影响因素;同时基于MRI T2WI影像信息获得患者个性化的组织声学参数,从而提高仿真模型的准确性。方法1.研究对象为2013年3月到2018年8月在重庆医科大学附属第一医院接受B超监控HIFU治疗的91例MRI T2WI等信号和33例不均高肌瘤患者。获得首个治疗点处HIFU治疗前和治疗后的超声影像数据,经过图像处理得到超声图像上强回声区域的范围作为首个治疗点凝固性坏死范围;结合坏死产生所需的辐照剂量进行回顾性分析,明确HIFU消融首个治疗点的量效关系。2.仿真所用换能器参数和辐照剂量与HIFU治疗首个治疗点所采用的参数一致。使用6层分层介质模型(水、皮肤、脂肪、腹直肌,膀胱、子宫肌瘤)来简化组织结构,各层组织厚度由HIFU治疗前超声影像获得。仿真使用KZK方程计算超声在层状生物组织中的非线性传播,使用Pennes生物热传导方程求解组织内的热量分布;利用等效热剂量模型以240EM为损伤阈值计算仿真损伤面积。3.对于等信号肌瘤仿真,衰减系数设置为158 dB/m计算仿真损伤面积;对于不均高信号肌瘤仿真,衰减系数设置为136dB/m计算仿真损伤面积;以B超强回声区域面积作为凝固性坏死面积,验证仿真损伤面积与实际凝固性坏死面积的一致性;分析各层组织厚度、辐照剂量与B超强回声区域面积、仿真损伤面积的相关性。4.选择腹壁厚度为20.4-27.6mm,子宫肌瘤层厚度为36.2-54.2mm的15例等信号子宫肌瘤患者作为研究对象;分别讨论衰减系数为60dB/m、90 dB/m、120dB/m、180dB/m对仿真模拟损伤面积的影响;基于MRI T2WI图像上肌瘤、腹直肌和子宫肌层感兴趣区信号强度获得相应衰减系数并进行理论仿真;分别与超声强回声面积进行对比,研究声衰减系数选择对模型预测准确性的影响。结果1.HIFU治疗91例MRI T2WI等信号子宫肌瘤首个治疗点超声强回声面积区间为15.465-83.011mm~2;当衰减系数为158dB/m时,理论模拟所仿真损伤面积区间为4.971-108.656mm~2,两者的Sperman相关性系数为0.617(P=0.000),配对样本T检验P=0.102。子宫肌瘤厚度与超声强回声面积、仿真损伤面积成负相关(R=-0.207/-0.344,P=0.049/0.001);辐照能量与超声强回声面积、仿真损伤面积成正相关(R=0.524/0.740,P=0.000/0.000)。2.以腹壁厚度为20.4-27.6mm,子宫肌瘤层厚度为36.2-54.2mm的15例子宫肌瘤患者作为研究对象,其首个治疗点超声强回声面积区间为20.148-59.071 mm~2。当衰减系数为60dB/m、90dB/m、120dB/m、158dB/m、180dB/m,理论模拟所得损伤面积分别为15.31-64.523mm~2、16.357-73.58mm~2、16.166-78.379mm~2、12.17-74.379mm~2、8.812-75.574mm~2,超声强回声面积与仿真损伤面积两者正相关,Pearson相关性系数R=0.602/0.631/0.609/0.565/0.553,P=0.018/0.012/0.016/0.028/0.032;超声强回声面积与仿真损伤面积配对样本T检验P=0.237/0.867/0.764/0.631/0.241;基于MRI T2WI图像计算所得衰减系数进行仿真,获得相应的仿真损伤面积为17.357-73.68mm~2,两者Pearson相关性系数为R=0.689,P=0.004,二者配对样本T检验P=0.914。3.33例MRI T2WI不均高肌瘤超声强回声区域面积为45.084±12.396(25.601-71.133)mm~2。当衰减系数为136dB/m时,仿真损伤面积为48.413±20.279(4.091-87.787)mm~2。二者Pearson相关性系数为0.674(P=0.000)。二者配对样本T检验P=0.212。结论1.91例等信号子宫肌瘤的超声强回声面积和仿真损伤面积分别与子宫肌瘤厚度成负相关,与辐照剂量成正相关;仿真损伤面积与实际凝固性坏死面积配对样本T检验二者无统计学差异,证实仿真模型计算所得损伤面积可以反映实际凝固性坏死面积。2.对于15例子等信号子宫肌瘤患者HIFU治疗的理论仿真,当组织的衰减系数选取未考虑MRI T2WI影像特征时,衰减系数为90dB/m的仿真损伤面积较衰减系数为60dB/m、120dB/m、158B/m、180dB/m,更能反映实际凝固性坏死面积。但使用基于MRI T2WI影像信息得到的衰减系数计算所得仿真损伤面积更接近实际凝固性坏死面积。3.33例子不均高信号宫肌瘤患者超声强回声面积及仿真损伤面积成正相关,并通过超声强回声面积及仿真损伤面积配对T检验,证实了此仿真模型计算所得损伤面积可以反映实际凝固性坏死面积。