一、背景介紹

　　光熱治是繼手術、放療、化療之后興起的一種新型微創(chuàng)技術，其基本原理是：將具有光熱轉換功能的介質注入人體，并運用靶向識別技術將其聚集在腫瘤附近，再通過激光照射將光能轉化為熱能，利用癌細胞和正常細胞的溫度耐受極限的差異從而殺死癌細胞。

　　作為一種非侵入式、靶向性的新型腫瘤治技術，光熱治技術因其治率高、副作用小、病患痛苦小等優(yōu)點已被廣泛應用于腫瘤治中。但現(xiàn)有的光熱治技術缺少對靶區(qū)溫度分布情況的實時監(jiān)測，開環(huán)的治激光控制方式在增大治難度和病患痛苦的同時，也會對病患病灶周邊正常組織造成不可逆損傷。因此，對于靶區(qū)溫度實時檢測及調(diào)控是光熱治過程中急需解決的關鍵技術難題。

　　二、創(chuàng)新研究

　　哈爾濱工業(yè)大學孫明健副教授課題組提出了一種可應用于光熱治領域的靶區(qū)溫度檢測與控制方法，并搭建了一套基于光聲溫度閉環(huán)調(diào)控的新型光熱治系統(tǒng)，分析論證了該方法可作為一種更為輔助手段應用于光熱治領域。

　　首先，在光聲成像及光聲測溫技術的基礎上，提出了基于光聲圖像的溫度重建算法及基于光聲溫度敏感因子的靶區(qū)溫度閉環(huán)控制算法。通過定量分析光聲圖像中像素值與組織的線性關系，實現(xiàn)了靶區(qū)溫度非接觸式、實時、高精度溫度成像。結合實時光聲/超聲多模態(tài)成像，為光熱治提供更豐富、精確的組織光學、結構及溫度信息。

　　課題組提出了光聲溫度敏感因子的概念，并設計了基于光聲溫度敏感因子的閉環(huán)溫度控制算法，實現(xiàn)了靶區(qū)高速、高精度溫度控制，提高了光熱治過程的可操作性和安全性。

　　搭建的基于光聲溫度調(diào)控的新型光熱治系統(tǒng)如圖1所示。分別利用超短脈沖激光器(532nm，探測激光)及連續(xù)型激光器(808nm)輸出脈沖與連續(xù)激光，實現(xiàn)感興趣區(qū)域光聲信號的激發(fā)以及加熱，通過成像算法將光聲信號轉換成光聲圖像，來尋求光聲圖像強度值與感興趣區(qū)域溫度的關系。通過調(diào)節(jié)連續(xù)型激光器的輸出功率，使感興趣區(qū)域溫度穩(wěn)定保持在設定溫度水平，進而實現(xiàn)穩(wěn)定的光熱治。

　　圖1 實驗系統(tǒng)結構圖

　　基于光聲溫度敏感因子的閉環(huán)溫度控制算法進行靶區(qū)溫度控制的溫度曲線如圖2所示，仿體組織溫度在10s內(nèi)即可跟隨期望溫度并進入穩(wěn)態(tài)，進一步計算可得，溫度跟隨均方根誤差為0.7 ℃。該實驗結果表明，光熱治系統(tǒng)具備較好的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，為腫瘤光熱治提供了重要的技術手段。

　　圖2 人體組織仿體溫度圖

　　三、總結與展望

　　與傳統(tǒng)的開環(huán)式光熱治方法相比，基于光聲溫度調(diào)控的光熱治方法可以實現(xiàn)對離體組織的非接觸溫度實時成像，以及對組織溫度的快速、準確調(diào)控，并避免光熱治過程中導致的組織碳化等一系列問題，可減少病患治痛苦、簡化醫(yī)生工作。

　　在后續(xù)的研究中，我們將進一步簡化校準工作流程、提高校準精度，設計自整定控制算法以減少控制器參數(shù)整定帶來的控制不確定性和臨床操作流程的繁瑣性，整體提高系統(tǒng)的溫度測量和控制精度。

　　參考文獻： 中國光學期刊網(wǎng)

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