侵入式測溫技術(shù)在腫瘤熱療中的臨床應(yīng)用

侵入式測溫技術(shù)在腫瘤熱療中的臨床應(yīng)用[標(biāo)簽:來源]【摘要】在提高熱療技術(shù)及療效中，一個很重要的問題就是缺乏對腫瘤內(nèi)溫度分布的了解，本文跟蹤國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r對臨床加熱治療中常見腫瘤侵入式測溫技術(shù)的數(shù)據(jù)采集方式及理論分析進(jìn)行綜述，并對侵入式測溫新技術(shù)與方法的研究現(xiàn)狀作了介紹?！娟P(guān)鍵詞】熱療;測溫?zé)岑煹暮诵脑谟谔嵘梭w目標(biāo)組織自身的溫度，其對人體的副作用及傷害性均遠(yuǎn)低于常規(guī)手術(shù)切除、放療和化療等措施，該方法因此在腫瘤學(xué)中贏得了“綠色療法”的美譽(yù)。腫瘤要達(dá)到滿意的加熱，除選擇能產(chǎn)生良好熱能場的熱療機(jī)輻射器外，還需有可靠的測溫技術(shù)來監(jiān)測和評價，因而說測溫技術(shù)是確定加熱是否滿意、從而決定療效好壞的另一個關(guān)鍵技術(shù)問題。超聲，核磁成像等影像測溫技術(shù)近年雖已取得較大進(jìn)展，但由于技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備昂貴，不便于使用等原因，并沒有被臨床廣泛應(yīng)用。就目前絕大多數(shù)臨床治療來看，可預(yù)言數(shù)年內(nèi)侵入式測溫仍是應(yīng)用的主流。1腫瘤熱療對測溫性能、指標(biāo)要求及影響因素1.1基本的測溫指標(biāo)—測溫精度測溫精度指其測量誤差的大小。誤差越小，測溫精度越高。誤差可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩類。系統(tǒng)誤差是指由測量系統(tǒng)自身引起的固定測量偏差。該偏差的大小稱為準(zhǔn)確度(accuracy)。此外，各次的測量值一般是圍繞著平均值而起伏漲落的，每次漲落給測定值帶來的偏差稱為偶然誤差。測定值漲落的大小稱為精密度(precision)。1.2測溫性能及影響因素1.2.1測溫精度熱療中溫度測量應(yīng)有較好的準(zhǔn)確度和精密度。在全身加熱場合，測溫的綜合精度指標(biāo)需達(dá)0.05℃。對局部加熱來說，在QA規(guī)范中常要求在20～50℃量程內(nèi)的測溫精度±0.3℃。1.2.2溫度空間分辨率瘤加溫時與周邊正常組織的溫度有較大的差異，即周邊處存在較大的溫差，因此要求測溫探頭有足夠的空間分辨率。1.2.3溫度響應(yīng)時間溫度響應(yīng)時間通常定義為:測溫傳感器周圍溫度急劇變化時，能反映該溫差變化之90%值所需的時間。1.2.4測溫穩(wěn)定性、可靠性測溫穩(wěn)定性的重要指標(biāo)是溫度漂移量，其一般要求是：自加熱開始至熱療結(jié)束，測溫裝置的溫度漂移在±0.1℃/h以內(nèi)。可靠性指測溫裝置應(yīng)能長期工作而無故障，即要求測溫傳感器具有長壽命，所有器件及附屬單元都須工作可靠。1.2.5測溫探頭的物理性能、尺寸金屬導(dǎo)線、高阻導(dǎo)線等具有較好的柔軟性，使用方便;而光導(dǎo)纖維因是用石英玻璃材料做成，不宜有小曲率半徑的彎曲。測溫探頭外徑要求較細(xì)，希望在Φ1.0mm以下;而探頭引線則希望在有足夠的信噪比的前提下越長越好，因為熱療的測溫、控溫往往需要遠(yuǎn)距離操作。1.2.6超聲波和電磁波的干擾超聲波或電磁波與測溫探頭的相干作用結(jié)果會產(chǎn)生如下效應(yīng)：使探頭自身和探頭附近局部過熱(hotspot);改變加熱場的形態(tài);產(chǎn)生儀器串入噪聲干擾。1.2.7塑料導(dǎo)管對測溫的影響在熱療臨床中有時需將測溫導(dǎo)管預(yù)先置入治療部位，這種做法對病人來說，只需經(jīng)受一次痛苦;對醫(yī)生來說，節(jié)省了大量時間。但也會給測溫帶來某些不良影響。當(dāng)用于超聲波場測溫時，由于導(dǎo)管的吸熱效應(yīng)會產(chǎn)生溫度指示的過激反映;在磁場波中使用導(dǎo)管時也會對熱場分布有輕微的影響。測溫導(dǎo)管還會增加測溫探針的響應(yīng)時間。但究竟對溫度有無影響或影響有多大，尚不明確。1.2.8環(huán)境溫度影響有時測溫裝置會因環(huán)境溫度的較大變化而影響儀器溫度示值變化，并引起測溫誤差，應(yīng)充分注意。2臨床熱療有損測溫的方法測溫前，先應(yīng)根據(jù)X射線透視、超聲波、X-CT等影像診斷結(jié)果確定腫瘤的大小、深度、邊界等數(shù)據(jù);一般選擇至少兩點(diǎn)測溫(腫瘤最深部和所在處皮膚表面)，若瘤體較大則還應(yīng)適當(dāng)增加溫度監(jiān)測點(diǎn);深部多點(diǎn)測溫探針的刺入方向應(yīng)按熱療的質(zhì)量保證(QA)指南選擇垂直插入或斜插方式，盡量減少插入損傷。在目前的條件下，如果每次熱療均進(jìn)行有損測溫，會給病人造成不必要的痛苦，病人不容易接受，一般在第1～2次治療時進(jìn)行一次有損測溫，了接清楚最佳治療條件(功率與溫度關(guān)系等)，以后治療時參照這一條件進(jìn)行即可。2.1顱內(nèi)腫瘤2.1.1單純局部熱療及測溫采用CT引導(dǎo)立體定向技術(shù)將多個加熱導(dǎo)管安放于CT增強(qiáng)影像邊緣內(nèi)側(cè)0.3～0.5cm，每導(dǎo)管間的距離應(yīng)有1.2～2cm之間。同時安放1～3個用于測溫的導(dǎo)管，一般包括中心1個和周邊1～2個。導(dǎo)管安置后首先進(jìn)行加熱治療，每10分鐘測溫一次。2.1.2手術(shù)加熱療及測溫當(dāng)實體腦瘤開顱全切或大部分切除后，為使輻射器的溫度能在手術(shù)切除的殘腔內(nèi)有均勻分布和適應(yīng)各種不規(guī)則的瘤床，將輻射探頭的頂端用水囊套著(硅膠水囊)，囊內(nèi)注入無離子水，注水量據(jù)腫瘤腔大小量決定。測溫探頭被夾在兩者之間，以測量腔壁的溫度[1]。2.2食管癌食管癌距體表較深，局部加熱主要采用體腔內(nèi)透熱治療。將食管輻射器放入食管，使其處于腫瘤中心，記錄食管正常溫度。后將套管針沿腫瘤部位垂直方向插入瘤內(nèi)，退出針芯將測溫探頭插入，對食管壁內(nèi)不同深度進(jìn)行測溫[2]。此外，金屬支架對熱療中食管黏膜溫度的影響可以忽略[3]。2.3肺癌熱療主要是配合放療與化療，并不單獨(dú)用于肺癌的治療。如果腫瘤不是位于心臟附近，也不靠近肺門及縱隔的大血管，應(yīng)進(jìn)行有損測溫，直接測定腫瘤內(nèi)的溫度。直接測定肺內(nèi)腫瘤溫度有可能發(fā)生氣胸，故有人測定同一水平的食管溫度做參考。2.4宮頸癌與直腸癌子宮、直腸位于盆腔，國內(nèi)學(xué)者多采用微波通過自然腔道進(jìn)行腔內(nèi)加溫?？筛鶕?jù)腫瘤形狀、大小和累計范圍的不同，設(shè)計不同結(jié)構(gòu)和外型的輻射器，以滿足腔內(nèi)加溫治療的需要。熱敏探頭的放置是一個很重要的問題，要包括正常組織和腫瘤三維有代表性的點(diǎn)，至于放多少點(diǎn)，因腫瘤大小，位置的需要和可能而定。腔內(nèi)熱療不允許放置過多的測溫元件，但至少要放三個點(diǎn)，測量腫瘤中心部，邊緣及正常組織。如能放置更多點(diǎn)，不影響熱分布，當(dāng)然更好。Fatehi[4]等采用放化熱三聯(lián)療法治療22例PD期宮頸癌患者，分析所有患者97次測溫數(shù)據(jù)結(jié)果，所有患者直腸、膀胱、陰道參考點(diǎn)溫度相差不超過1℃。表明在一個大的體積內(nèi)加溫是相對均勻的。Wust[5]等進(jìn)行了3項Ⅱ期臨床研究包括(宮頸癌、直腸癌、前列腺癌)3種盆腔腫瘤，探討參考點(diǎn)測溫(直腸、陰道、尿道)能否取代傳統(tǒng)的瘤內(nèi)測溫，得出在盆腔及四肢腫瘤中微侵入及非侵入測溫能夠取代標(biāo)準(zhǔn)的侵入性測溫，而且微侵入及非侵入測溫能夠提供等效，甚至更完整的信息。2.5膀胱癌目前國內(nèi)外多采用射頻經(jīng)體表透熱治療膀胱癌。透熱治療的劑量以膀胱內(nèi)的溫度做指標(biāo)，若能測定膀胱腫瘤的溫度則更理想。測溫精度需達(dá)±0.1℃。測溫探頭通過導(dǎo)尿管插入膀胱內(nèi)。張曉蘭等[6]實現(xiàn)了對膀胱腫瘤灌注熱化療過程中腫瘤組織溫度的動態(tài)實時監(jiān)測與高精度智能控制，以較高的溫度控制精度來保證熱療的療效。2.6熱灌注化療2.6.1肢體灌注操作方法：(1)暴露血管：良好的血管暴露應(yīng)使插管方便易行。(2)阻斷側(cè)肢：避免灌注區(qū)血漏入大循環(huán)。(3)建立灌注循環(huán)：包括滾動式泵、氧含器及熱交換器。(4)治療中的監(jiān)測：灌注中應(yīng)隨時監(jiān)測溫度、灌注壓(應(yīng)稍高于體循環(huán)壓)、血氧分壓(或飽和度)及PH。測溫時如有可能，應(yīng)用測溫探頭由腫瘤最深端測量到體表并繪制出熱圖。如SaeHeeKo等[7]在針對替莫唑胺可增加裸鼠肢體的惡性黑色素瘤熱療的敏感性試驗中采用了K型熱電偶刺入瘤體內(nèi)測溫，測溫點(diǎn)為三個：瘤體中心，距瘤體中心3mm，瘤體表面(距瘤體中心7mm)。2.6.2腹腔灌注單純的腹腔熱灌注化療根據(jù)灌注液是否循環(huán)分為循環(huán)式灌注和非循環(huán)式灌注。如持續(xù)循環(huán)腹腔熱灌注治療(CCHIP)[8]：按照臨床CCHIP的要求，將接有溫度傳感器的多孔進(jìn)水管道穿刺植入左、右肋下腹腔，接有溫度傳感器的多孔出水管道放在腹腔內(nèi)左、右髂窩處，流入管，流出管近腹腔入口處及腹腔中間植入溫度傳感器，所有溫度傳感器接主機(jī)監(jiān)測儀。射頻透熱合并腹腔熱灌注化療射頻透熱是運(yùn)用射頻熱療機(jī)，對腹腔或盆腔進(jìn)行局部或區(qū)域性熱療，腹腔溫度40～43℃。測溫可選擇直腸、陰道或經(jīng)腹腔穿刺測溫。2.7新技術(shù)與方法三維多層測溫新概念技術(shù)[9]：體表采用薄膜熱電偶;深層采用測溫針;體內(nèi)采用測溫膠囊。測溫膠囊受膠囊胃鏡啟發(fā)，將發(fā)射器密閉于金屬殼體內(nèi)，制成膠囊狀藥物。患者每間隔一段時間吞服一只，使其處于體內(nèi)不同位置，從而獲得體內(nèi)不同點(diǎn)的即時體溫，還可以同時獲得多點(diǎn)體溫數(shù)據(jù)。鐵磁熱籽的自控溫[10～12]：磁性物質(zhì)有一個磁性轉(zhuǎn)變溫度即居里溫度，用Tc表示。當(dāng)溫度在Tc以上，磁性消失，熱籽不產(chǎn)熱，而溫度下降到Tc以下時，熱籽將繼續(xù)產(chǎn)熱。因此自控溫的熱籽使加熱溫度可以保持在居里點(diǎn)附近，并且可以有效的維持治療時所需的溫度，所以無需復(fù)雜的控溫和測溫設(shè)備。方祖述等[13]研制出的0.9mm熱偶測溫針和快速數(shù)字溫度顯示器，該法認(rèn)為一個患者，僅作一次微創(chuàng)測溫即可。經(jīng)驗表明，局部表面皮膚溫度升到39℃時，腫瘤內(nèi)部溫度可達(dá)42-43℃，即已達(dá)到熱療的溫度，所以通常在熱療時，僅測體表溫度即可。血管介入加熱式全身熱療中的血液測溫方法[14]。在該方法中，通過測取探針本身的動態(tài)溫度，借助于傳熱學(xué)理論分析及探針自身的幾何，物性參數(shù)，推導(dǎo)出血管內(nèi)流動血液的上下游溫度，從而提供給全身熱遼中賴以調(diào)控進(jìn)程的精度合適的血液溫度信息。3測溫注意事項透熱治療時，各種器官和組織吸收熱源的效率各不相同，機(jī)體不同的組織器官受熱后散熱功能也不一樣，同時在測溫時會受到皮膚散熱、出汗、室內(nèi)通風(fēng)、環(huán)境溫度等因素的影響，因此測溫應(yīng)注意以下幾個問題：(1)測溫應(yīng)在透熱后局部溫度上升至比較穩(wěn)定時進(jìn)行，一般在透熱開始后15～20min。(2)在測定皮膚溫度時，皮膚表面應(yīng)無汗液，否則會影響測溫的準(zhǔn)確性，同時應(yīng)出去皮膚的冷卻水袋，以免水袋的溫度影響皮膚測溫。(3)應(yīng)用皮膚點(diǎn)溫計測定皮膚溫度時，測溫筆應(yīng)與皮膚表面垂直，壓力適中，使每次測溫都維持大致相同的壓力。(4)測溫探頭的金屬部分應(yīng)與生物組織絕緣，與輻射器的金屬部分絕緣，以免產(chǎn)生組織燙傷或損壞測溫儀。(5)在射頻透熱應(yīng)用熱敏電阻高阻線測溫時，高阻線及傳感器(探頭)應(yīng)使用所料套管保護(hù)，高阻線不得直接通過兩電極的空間，否則會損壞傳感器和高阻線。同時，高阻線應(yīng)與電磁場垂直，即應(yīng)與人體表面平行的方向插入患者體內(nèi)。如果與電磁場平行，會受磁場干擾測溫不準(zhǔn)，而且會因為感應(yīng)將測溫線擊穿而損害。(6)在使用須停機(jī)測溫的測溫儀(受高頻電磁波干擾)進(jìn)行測溫時，應(yīng)停機(jī)后立即進(jìn)行測溫，動作要迅速，使測溫頭在10秒內(nèi)固定在測溫點(diǎn)，以免因組織溫度衰減而影響測溫的準(zhǔn)確性。(7)在測定體腔內(nèi)(如直腸)溫度時，傳感器(探頭)可能沒有接觸腸黏膜而懸在腸腔內(nèi)空間，這會影響測溫的準(zhǔn)確性，應(yīng)調(diào)整探頭的位置或用氣囊使探頭緊貼在腸腔黏膜或腫瘤表面。(8)使用光纖進(jìn)行測溫時，要特別注意保護(hù)光纖。光纖應(yīng)套上塑料套管，使用時彎曲度不要太大，以防折斷。(9)為保證測溫的準(zhǔn)確性，要定時用標(biāo)準(zhǔn)溫度計對測溫儀的顯示溫度進(jìn)行校正，一般一周進(jìn)行一次。4結(jié)語侵入式測溫雖然方法簡單,測量位置便于影像直接監(jiān)控,測量精度高(±0.1℃),實時測溫。但它的缺點(diǎn)也很明顯:創(chuàng)傷性較大,插針容易引起病變細(xì)胞的轉(zhuǎn)移,加熱源的輻射場直接與探針作用引起測量精度的下降,測得的溫度數(shù)據(jù)為點(diǎn)溫度，而非整個凝固區(qū)的溫度場分布。為克服這些缺點(diǎn)，人們已開始研究用于體內(nèi)組織溫度測量的無損測溫方法。但由于技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備要求高等原因目前也多處于實驗研究階段。因此尋找切實可行的測溫技術(shù)仍然是當(dāng)前腫瘤熱療臨床上迫切需要解決的問題?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】[1]王世杰,隋修武,張立儒，等.微波熱療機(jī)中的測溫與控溫技術(shù)研究[J].儀器儀表學(xué)報,1997,18(2):113-118.[2]祁超,蘇國,王保勝，等.2450MHz食管腔內(nèi)微波輻射器熱分布的在體研究[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志,1998,7(3):159-161.[3]吳敬波，何芬,范娟，等.射頻深部熱療中金屬支架對食管粘膜溫度的影響[J].四川醫(yī)學(xué),2005,26(7):1004.[4]FatehiD，vanderZeeJ，vanderWalE，etal.Temperaturedataanalysisfor22patientswithadvancedcervicalcarcinomatreatedinRotter-damusingradiotherapy，hyperthermiaandchemotherapy：areferencepointisneeded[J].IntJHyperthermia，2006，22(4)：353-363.[5]WustP，ChoCH，HildebrandtB，etal.Thermalmonitoring：invasive，minimal—invasiveandnon—invasiveapproaches[J].IntJHyperther—mia，2006，22(3)：255-262.[6]張曉蘭，侯海燕,白雪飛，等.基于MCU和FPGA的熱療系統(tǒng)控溫儀設(shè)計[J].河南科技大學(xué)學(xué)報,2009,30(2):1672.[7]SaeHeeKo,TomioUeno,etal.OptimizingaNovelRegionalChemotherapeuticAgentagainstMelanoma:Hyperthermia-InducedEnhancementofTemozolomideCytotoxicit