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高强度聚焦超声诱导的组织光学散射和吸收变化跨越九个数量级的热剂量

DOI：10.1088/1361-6560/aaed69 期刊：Physics in Medicine and Biology 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 在热消融过程中，组织的光学特性会发生变化。声光（AO）和光声（PA）成像等多模态方法可提供病灶形成的实时直接测量。此前已通过温度可控水浴暴露的有限热剂量范围测量了组织光学特性的基线变化，但关于高强度聚焦超声（HIFU）所创病灶的光学特性数据极少。本研究采用积分球分光光度法，测量了离体鸡胸肉经HIFU处理后400-1300纳米波段的光学散射与吸收系数，并通过红外相机监测HIFU诱导的时空温度升高来计算局部组织承受的热剂量。结果显示：当热剂量超过CEM43=600±81累积等效分钟时（覆盖9个数量级范围），HIFU照射会导致约化散射系数增大；HIFU热损伤会引起全光谱散射变化，超过70°C的热损伤区域散射强度增加2.5倍。热损伤组织的吸收系数同样增大，但其增幅强烈依赖光学波长且样本间差异显著，故未能确定热剂量阈值的存在。在以900纳米和1100纳米为中心的近红外波段发现了光学穿透深度最大的治疗窗口。这些数据为改进HIFU治疗中实时AO/PA病灶形成监测技术（作为温度测量的替代方案）提供了研究依据。
作者： Jason L. Raymond，Robin O. Cleveland，Ronald A. Roy
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

测定模型组织在400至1300纳米波长范围内的光学吸收系数与约化散射系数，以及高强度聚焦超声（HIFU）诱导加热和病灶形成所导致的这些参数变化。

研究成果

高强度聚焦超声（HIFU）诱导的热凝固会导致鸡胸组织光学散射系数和吸收系数显著增加，其中散射呈现明显的阈值效应。光学特性变化最显著的区域位于近红外波段，这表明光学相干断层成像（AO）和光声成像（PA）在监测HIFU治疗方面具有应用潜力。然而，吸收系数测量值的变异性提示需要进一步研究以建立可靠的热损伤阈值。

研究不足

该研究是在离体条件下进行的，限制了其直接适用于体内环境。红外相机仅测量表面温度，可能低估内部温度。组织样本和光学特性测量的差异性可能影响结果的一致性。

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