彭鰜侨 林烨澎 杨伟文

1.暨南大学附属江门中医院 江门骨科研究所运动医学科，广东江门 529031；2.广东省佛山市三水区人民医院创伤骨科，广东佛山 528200；3.广州医科大学附属第一医院教学科，广东广州 510120

自1970 年以来，红外线热成像应用于诊断深部组织损伤，高强度聚焦超声也适用于肿瘤深部组织损伤的无创消融[1]。Khokhlova 等[2]认为，高强度聚焦超声换能器允许温度图像转换成强度分布，这种强度分布可通过超声测温、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、热电偶等途径检测出来。热电传感器通过金属电阻温度系数探察扩散系数、热导率和以焦耳热表达的微小升温。有研究介绍了一系列与心脏动态相容的注射式温热传感器，将其用于深部检测导热性系数（k）/容积热容量（ρCp），适用于心血管射频消融或冷冻消融术[3]。Demura 等[4]提出了以微波辐射能量对准靶肿瘤试行微波辐射超高温热疗。此外，热成像技术广泛应用于乳腺癌的早期诊断。Keyserlingk等[5]观察到乳房X 线成像对乳腺癌的诊断灵敏度为83%，也有研究者引入数字化模型逐层研究乳腺内部的热温分布，同时数字化模型-热温分布数据的提炼和有限元热分析的开展令人体热馈相关的仿真研究上升到高度量化阶段[6]。如何精确测温调控热疗、发挥热疗的独特长处是研究热点。正常组织在一定的温度范围内可以继续存活，高温对肿瘤有选择性的伤害，这就是热疗的依据。工业技术的进步引领着热疗方案的不断改进，控温达到了数字量化水平，围绕磁共振引导镭射、个性化热疗、综合治疗等层面的各种热疗手段推陈出新。本文对热疗作出系统性的回顾，仪器对学术研究和临床医疗起到综合指引作用。

1 热诊方法

近50 年来，围绕光学、声学、电学、磁学、信息学等层面的各种热诊手段推陈出新，达到分子影像学水平。热诊的常用方法包括：微波辐射诊断[7-9]、电阻抗诊断[10-14]、红外线诊断[15-16]、超声测温诊断[17-20]、磁共振测温诊断[21-22]、质子共振频率（proton resonance frequency shift，PRFS）测温[23-28]、磁共振质子波谱（magnetic resonance thermal imaging，MRTI）测温[29]等。热诊测温准确率的提升也为随之而来的热疗提供必不可少的数据。

2 热疗方案

热疗通过热源把组织加温到41～44℃以破坏肿瘤细胞，但又必须避免温度过高而伤害正常组织细胞。热源不断以传导、对流、辐射等方式与肿瘤组织的互动，可以Pennes 生物传热方程（Pennes bioheat transfer equation，PBTE）为基础循序运算，提供非侵入式的热治疗参数[30]，PBTE 在机体获取热像能量继而转递的过程遵循+Q。ρ=组织密度（kg/m3），Ct=组织热度（J/kg/℃），Cb=血流热度[J/（kg·℃）]，T=组织温度（℃），Tblood=血流热度（℃），k=热传导参数[W/（m·℃）]，W=灌注参数[kg（m3·s），Q=功率沉积密度（W/m3）。这样，利用预定温度分布和计算所得温度分布之差为目标函数，最终可获符合预期热场的加热剂量。

2.1 磁共振引导镭射热疗

在1.5T MRI、8-频相控阵头线圈（256 单元，13 cm曲率半径，2 mm×2 mm×8 mm 焦斑FWHM）、二维多层8 镜头极面图像（epipolar-plane image，EPI）序列（FA=60°，FOV=20 cm×20 cm，层厚4 mm，TR/TE=544/20 ms，编码矩阵256×128，更新/5 s）等设置下，磁共振引导结合激光诱导热治疗（magnetic resonance-guided,laserinduced thermal therapy，MRgLITT）既可获得热图实时反映照射程度，也可预见到受热剖面的参数：Δu=（Δu 为温差，δφ 为相变，α 为温度敏感系数，γ 为水的旋磁比率，B0为静态磁场强度，TE 为回波时间），可为热疗规划提供准确的数据[31]。见图1。

图1 磁共振引导结合激光诱导热治疗

2.2 个性化热疗规划

有研究以Artec Studio 把扫描肿瘤所得原始数据加工成*.stl 三角网档，再输入Solid Works 以三维有限元算法模拟组织的热行为，然后送到AnSys，由其内置功能模块Meshing 生成几何网格，另一模块Fluent 指派热特性、限定边界、控制数字方程[32]。AnSys R2-19 自带64 MHz 高频结构模拟装置和0.5 Watt 输入功率的COMSO 以三维有限元算法模拟电磁反射传动温度轮廓，COMSOL 连接热源以PBTE 数字解答来验证产热效力，接着以PRFS-MRTI 估算肿瘤体积和热方位（Xi、Yi、Zi）。PRFS 高度热敏且与温度呈线性相关，所得的根均方误差＜0.7°C，其与图像技术结合时视野可达192 mm×162 mm×96 mm，具有1.5 mm×1.5 mm×2.0 mm 的精准空间分辨率。最后以深部热疗规划系统Sigma-HyperPlan 预判30 min 疗程内肿瘤的温变曲线作为调整热疗剂量的依据，实现个性化热疗。见图2。电磁介导EM-HTP、超声替代US-HTP 收集患者资料、设立治疗参数来实现优化热疗，其质量保证已被欧洲肿瘤热疗协会接纳。

图2 深部热疗的优化规划

2.3 综合治疗方案

本研究团队参照前人上述经验，深入探讨骨肿瘤的各种治疗方法得出综合方案：以300 MHz～300 GHz的微波消融、钛板植入结合水泥灌注手段支持肿瘤保肢，降低并发症、改善残肢功能[33-34]。见图3。

图3 肿瘤治疗的讨论方案

3 热疗的前景展望

目前各种无损测温诊断处于实验阶段，以MRTI 深探肿瘤温度最为有效，其与PRFS 结合的PRFS-MRTI以高分辨率、精准定位著称。Sigma-HyperPlan 在MRgLITT的介导下开启了可免二次手术创伤的新热疗，为肿瘤治疗开拓了新方向。作为热疗反面的冷疗成果也在肿瘤冷疗、低温手术、激光外科、器官冻存、低温脑复苏等临床课题获得广泛的应用。综上，肿瘤热疗这一方向值得临床进一步展开深入研究与探讨。