侵入式测温技术在肿瘤热疗中的临床应用.doc

侵入式测温技术在肿瘤热疗中的临床应用【摘要】 在提高热疗技术及疗效中，一个很重要的问题就是缺乏对肿瘤内温度分布的了解，本文跟踪国内外发展状况对临床加热治疗中常见肿瘤侵入式测温技术的数据采集方式及理论分析进行综述，并对侵入式测温新技术与方法的研究现状作了介绍。 【关键词】 热疗;测温热疗的核心在于提升人体目标组织自身的温度，其对人体的副作用及伤害性均远低于常规手术切除、放疗和化疗等措施，该方法因此在肿瘤学中赢得了“绿色疗法”的美誉。肿瘤要达到满意的加热，除选择能产生良好热能场的热疗机辐射器外，还需有可靠的测温技术来监测和评价，因而说测温技术是确定加热是否满意、从而决定疗效好坏的另一个关键技术问题。超声，核磁成像等影像测温技术近年虽已取得较大进展，但由于技术复杂，设备昂贵，不便于使用等原因，并没有被临床广泛应用。就目前绝大多数临床治疗来看，可预言数年内侵入式测温仍是应用的主流。1 肿瘤热疗对测温性能、指标要求及影响因素1.1 基本的测温指标测温精度测温精度指其测量误差的大小。误差越小，测温精度越高。误差可分为系统误差和偶然误差两类。系统误差是指由测量系统自身引起的固定测量偏差。该偏差的大小称为准确度(accuracy)。此外，各次的测量值一般是围绕着平均值而起伏涨落的，每次涨落给测定值带来的偏差称为偶然误差。测定值涨落的大小称为精密度(precision)。1.2 测温性能及影响因素1.2.1 测温精度热疗中温度测量应有较好的准确度和精密度。在全身加热场合，测温的综合精度指标需达0.05。对局部加热来说，在QA规范中常要求在2050量程内的测温精度0.3。1.2.2 温度空间分辨率瘤加温时与周边正常组织的温度有较大的差异，即周边处存在较大的温差，因此要求测温探头有足够的空间分辨率。1.2.3 温度响应时间温度响应时间通常定义为:测温传感器周围温度急剧变化时，能反映该温差变化之90%值所需的时间。1.2.4 测温稳定性、可靠性测温稳定性的重要指标是温度漂移量，其一般要求是：自加热开始至热疗结束，测温装置的温度漂移在0.1/h以内。可靠性指测温装置应能长期工作而无故障，即要求测温传感器具有长寿命，所有器件及附属单元都须工作可靠。1.2.5 测温探头的物理性能、尺寸金属导线、高阻导线等具有较好的柔软性，使用方便;而光导纤维因是用石英玻璃材料做成，不宜有小曲率半径的弯曲。测温探头外径要求较细，希望在1.0mm以下;而探头引线则希望在有足够的信噪比的前提下越长越好，因为热疗的测温、控温往往需要远距离操作。1.2.6 超声波和电磁波的干扰超声波或电磁波与测温探头的相干作用结果会产生如下效应：使探头自身和探头附近局部过热(hot spot);改变加热场的形态;产生仪器串入噪声干扰。1.2.7 塑料导管对测温的影响在热疗临床中有时需将测温导管预先置入治疗部位，这种做法对病人来说，只需经受一次痛苦;对医生来说，节省了大量时间。但也会给测温带来某些不良影响。当用于超声波场测温时，由于导管的吸热效应会产生温度指示的过激反映;在磁场波中使用导管时也会对热场分布有轻微的影响。测温导管还会增加测温探针的响应时间。但究竟对温度有无影响或影响有多大，尚不明确。1.2.8 环境温度影响有时测温装置会因环境温度的较大变化而影响仪器温度示值变化，并引起测温误差，应充分注意。2 临床热疗有损测温的方法测温前，先应根据X射线透视、超声波、X-CT等影像诊断结果确定肿瘤的大小、深度、边界等数据;一般选择至少两点测温(肿瘤最深部和所在处皮肤表面)，若瘤体较大则还应适当增加温度监测点;深部多点测温探针的刺入方向应按热疗的质量保证(QA)指南选择垂直插入或斜插方式，尽量减少插入损伤。在目前的条件下，如果每次热疗均进行有损测温，会给病人造成不必要的痛苦，病人不容易接受，一般在第12次治疗时进行一次有损测温，了接清楚最佳治疗条件(功率与温度关系等)，以后治疗时参照这一条件进行即可。2.1 颅内肿瘤2.1.1 单纯局部热疗及测温采用CT引导立体定向技术将多个加热导管安放于CT增强影像边缘内侧0.30.5cm，每导管间的距离应有1.22cm之间。同时安放13个用于测温的导管，一般包括中心1个和周边12个。导管安置后首先进行加热治疗，每10分钟测温一次。2.1.2 手术加热疗及测温当实体脑瘤开颅全切或大部分切除后，为使辐射器的温度能在手术切除的残腔内有均匀分布和适应各种不规则的瘤床，将辐射探头的顶端用水囊套着(硅胶水囊)，囊内注入无离子水，注水量据肿瘤腔大小量决定。测温探头被夹在两者之间，以测量腔壁的温度1。2.2 食管癌食管癌距体表较深，局部加热主要采用体腔内透热治疗。将食管辐射器放入食管，使其处于肿瘤中心，记录食管正常温度。后将套管针沿肿瘤部位垂直方向插入瘤内，退出针芯将测温探头插入，对食管壁内不同深度进行测温2。此外，金属支架对热疗中食管黏膜温度的影响可以忽略3。2.3 肺癌热疗主要是配合放疗与化疗，并不单独用于肺癌的治疗。如果肿瘤不是位于心脏附近，也不靠近肺门及纵隔的大血管，应进行有损测温，直接测定肿瘤内的温度。直接测定肺内肿瘤温度有可能发生气胸，故有人测定同一水平的食管温度做参考。2.4 宫颈癌与直肠癌子宫、直肠位于盆腔，国内学者多采用微波通过自然腔道进行腔内加温。可根据肿瘤形状、大小和累计范围的不同，设计不同结构和外型的辐射器，以满足腔内加温治疗的需要。热敏探头的放置是一个很重要的问题，要包括正常组织和肿瘤三维有代表性的点，至于放多少点，因肿瘤大小，位置的需要和可能而定。腔内热疗不允许放置过多的测温元件，但至少要放三个点，测量肿瘤中心部，边缘及正常组织。如能放置更多点，不影响热分布，当然更好。Fatehi4等采用放化热三联疗法治疗22例PD期宫颈癌患者，分析所有患者97次测温数据结果，所有患者直肠、膀胱、阴道参考点温度相差不超过1。表明在一个大的体积内加温是相对均匀的。Wust5等进行了3项期临床研究包括(宫颈癌、直肠癌、前列腺癌)3种盆腔肿瘤，探讨参考点测温(直肠、阴道、尿道)能否取代传统的瘤内测温，得出在盆腔及四肢肿瘤中微侵入及非侵入测温能够取代标准的侵入性测温，而且微侵入及非侵入测温能够提供等效，甚至更完整的信息。2.5 膀胱癌目前国内外多采用射频经体表透热治疗膀胱癌。透热治疗的剂量以膀胱内的温度做指标，若能测定膀胱肿瘤的温度则更理想。测温精度需达0.1。测温探头通过导尿管插入膀胱内。张晓兰等6实现了对膀胱肿瘤灌注热化疗过程中肿瘤组织温度的动态实时监测与高精度智能控制，以较高的温度控制精度来保证热疗的疗效。2.6 热灌注化疗2.6.1 肢体灌注操作方法：(1)暴露血管：良好的血管暴露应使插管方便易行。(2)阻断侧肢：避免灌注区血漏入大循环。(3)建立灌注循环：包括滚动式泵、氧含器及热交换器。(4)治疗中的监测：灌注中应随时监测温度、灌注压(应稍高于体循环压)、血氧分压(或饱和度)及PH。测温时如有可能，应用测温探头由肿瘤最深端测量到体表并绘制出热图。如SaeHeeKo等7在针对替莫唑胺可增加裸鼠肢体的恶性黑色素瘤热疗的敏感性试验中采用了K型热电偶刺入瘤体内测温，测温点为三个：瘤体中心，距瘤体中心3mm，瘤体表面(距瘤体中心7mm)。2.6.2 腹腔灌注 单纯的腹腔热灌注化疗根据灌注液是否循环分为循环式灌注和非循环式灌注。如持续循环腹腔热灌注治疗(CCHIP)8：按照临床CCHIP的要求，将接有温度传感器的多孔进水管道穿刺植入左、右肋下腹腔，接有温度传感器的多孔出水管道放在腹腔内左、右髂窝处，流入管，流出管近腹腔入口处及腹腔中间植入温度传感器，所有温度传感器接主机监测仪。 射频透热合并腹腔热灌注化疗射频透热是运用射频热疗机，对腹腔或盆腔进行局部或区域性热疗，腹腔温度4043。测温可选择直肠、阴道或经腹腔穿刺测温。2.7 新技术与方法三维多层测温新概念技术9：体表采用薄膜热电偶;深层采用测温针;体内采用测温胶囊。测温胶囊受胶囊胃镜启发，将发射器密闭于金属壳体内，制成胶囊状药物。患者每间隔一段时间吞服一只，使其处于体内不同位置，从而获得体内不同点的即时体温，还可以同时获得多点体温数据。铁磁热籽的自控温1012：磁性物质有一个磁性转变温度即居里温度，用Tc表示。当温度在Tc以上，磁性消失，热籽不产热，而温度下降到Tc以下时，热籽将继续产热。因此自控温的热籽使加热温度可以保持在居里点附近，并且可以有效的维持治疗时所需的温度，所以无需复杂的控温和测温设备。方祖述等13研制出的0.9mm热偶测温针和快速数字温度显示器，该法认为一个患者，仅作一次微创测温即可。经验表明，局部表面皮肤温度升到39时，肿瘤内部温度可达42-43，即已达到热疗的温度，所以通常在热疗时，仅测体表温度即可。血管介入加热式全身热疗中的血液测温方法14。在该方法中，通过测取探针本身的动态温度，借助于传热学理论分析及探针自身的几何，物性参数，推导出血管内流动血液的上下游温度，从而提供给全身热辽中赖以调控进程的精度合适的血液温度信息。3 测温注意事项透热治疗时，各种器官和组织吸收热源的效率各不相同，机体不同的组织器官受热后散热功能也不一样，同时在测温时会受到皮肤散热、出汗、室内通风、环境温度等因素的影响，因此测温应注意以下几个问题：(1)测温应在透热后局部温度上升至比较稳定时进行，一般在透热开始后1520min。(2)在测定皮肤温度时，皮肤表面应无汗液，否则会影响测温的准确性，同时应出去皮肤的冷却水袋，以免水袋的温度影响皮肤测温。(3)应用皮肤点温计测定皮肤温度时，测温笔应与皮肤表面垂直，压力适中，使每次测温都维持大致相同的压力。(4)测温探头的金属部分应与生物组织绝缘，与辐射器的金属部分绝缘，以免产生组织烫伤或损坏测温仪。(5)在射频透热应用热敏电阻高阻线测温时，高阻线及传感器(探头)应使用所料套管保护，高阻线不得直接通过两电极的空间，否则会损坏传感器和高阻线。同时，高阻线应与电磁场垂直，即应与人体表面平行的方向插入患者体内。如果与电磁场平行，会受磁场干扰测温不准，而且会因为感应将测温线击穿而损害。(6)在使用须停机测温的测温仪(受高频电磁波干扰)进行测温时，应停机后立即进行测温，动作要迅速，使测温头在10秒内固定在测温点，以免因组织温度衰减而影响测温的准确性。(7)在测定体腔内(如直肠)温度时，传感器(探头)可能没有接触肠黏膜而悬在肠腔内空间，这会影响测温的准确性，应调整探头的位置或用气囊使探头紧贴在肠腔黏膜或肿瘤表面。(8)使用光纤进行测温时，要特别注意保护光纤。光纤应套上塑料套管，使用时弯曲度不要太大，以防折断。(9)为保证测温的准确性，要定时用标准温度计对测温仪的显示温度进行校正，一般一周进行一次。4 结 语侵入式测温虽然方法简单,测量位置便于影像直接监控,测量精度高(0.1),实时测温。但它的缺点也很明显:创伤性较大,插针容易引起病变细胞的转移,加热源的辐射场直接与探针作用引起测量精度的下降,测得的温度数据为点温度，而非整个凝固区的温度场分布。为克服这些缺点，人们已开始研究用于体内组织温度测量的无损测温方法。但由于技术复杂，设备要求高等原因目前也多处于实验研究阶段。因此寻找切实可行的测温技术仍然是当前肿瘤热疗临床上迫切需要解决的问题。【参考文献】 1 王世杰,隋修武,张立儒，等.微波热疗机中的测温与控温技术研究J.仪器仪表学报,1997,18(2):113-118.2 祁 超,苏 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