【基金标书】2011CB707900-聚焦超声无创治疗肿瘤的关键科学问题研究.doc

项目名称:
聚焦超声无创治疗肿瘤的关键科学问题研究
首席科学家:
王智彪重庆医科大学
起止年限:

依托部门:
重庆市科委
二、预期目标
本项目的总体目标:
立足我国原始创新聚焦超声治疗已有基础,围绕实现更安全、更高效的聚焦超声无创治疗肿瘤的核心问题——增强和加速焦域处肿瘤组织损伤的实现、监测和疗效评价,通过理、工、医紧密结合的多学科交叉研究,在聚焦超声在活体组织中的非线性声传播和生物传热学理论、焦域精细控制方法、瞬态物理特性及专一的高分辨、高灵敏动态监控成像、肿瘤高效治疗模式与疗效评价等方面取得突破,形成聚焦超声安全、高效无创治疗肿瘤的理论方法体系和技术平台,促进我国具有自主知识产权的新一代更安全、更高效聚焦超声治疗设备的研制和临床应用的发展,并保持国际前沿地位。同时,凝聚和培养一批引领超声治疗研究的高层次创新型科研人才,形成一支有国际影响力的研究团队,推动声学、医学影像和生物医学工程、基础和临床医学等相关学科领域的发展。
五年预期目标:
:发展聚焦超声在复杂活体组织中的非线性声传播理论,在此基础上,将可实现声能单向流动的声二极管理论引入,利用具有负折射率的人工声学材料和时间反转理论实现焦域精细时空控制,提高焦域能量密度;筛选用于聚焦超声增效治疗且具有多模态成像能力的多功能微纳米生物材料,并阐明强超声与生物组织和微纳米生物材料导入时相互作用的治疗机制;研究证实超声消融肿瘤表面层治疗模式的高效机制和方案,最终实现综合利用精细焦域、微纳米生物材料和超声消融肿瘤表面层治疗模式三者结合方式增强和加速焦域处肿瘤组织损伤。
:突破现有影像的局限,在研究聚焦超声治疗的靶组织瞬态物理特性基础上,提出专一监控聚焦超声治疗的高分辨、高灵敏超声和磁共振动态成像理论和方法;在建立精准的病灶三维坐标数据集基础上,实现病灶的快速定位和焦域的三维精确导航。
:针对聚焦超声快速致组织凝固性坏死问题,发展基于非傅里叶传热理论的聚焦超声治疗生物传热学理论模型,并结合高声强下声场测量、空化监测、生物学效应研究和临床实践数据库,在聚焦超声治疗监控成像和导航研究基础上,建立肿瘤治疗剂量学模型。阐明聚焦超声无创治疗后坏死肿瘤组织转归和修复动态过程中的肿瘤细胞生物学和影像学变化规律,及其对机体代谢和免疫方面的影响,建立聚焦超声治疗肿瘤疗效的局部和整体效应评价方法。
:通过本项目的研究,形成聚焦超声安全、高效无创治疗肿瘤的理论方法体系和技术平台。力争在Science和The New England Journal of Medicine上发表重要论文,发表科研论文200篇左右,影响因子总和大于400(其中单篇影响因子大于5的15~20篇左右,影响因子大于10的5~10篇左右)。申请和授权的国际、国内发明专利30项左右,获计算机软件著作权10项左右,出版专著1~2部,获省部级一等奖及以上奖励2~3项。
:培养一批高水平的学术带头人与中青年学术骨干,其中,预期培养出国家杰出青年基金获得者、教育部“长江学者奖励计划”特聘教授共3名左右,培养博士研究生70名左右,硕士生120名左右,新建国家级重要科研基地1个。
三、研究方案
学术思路与技术途径
聚焦超声临床应用发现:围绕聚焦超声更安全、更高效治疗需求,依然存在许多问题,深入分析临床问题,凝练出科学研究的核心是:增强和加速焦域处肿瘤组织损伤的实现、监测和疗效评价。围绕这一核心问题,结合声学、医学影像和生物医学工程学、基础和临床医学等学科前沿和研究手段,确立“聚焦超声在活体组织中非线性传播特性及相互作用机理”、“聚焦超声治疗的靶组织瞬态物理特性及其监控成像与焦域的三维精确导航”和“肿瘤高效治疗模式及其疗效评价”三个关键科学问题。研究利用时间反转理论、声二极管理论和具有负折射率的人工声学材料在复杂活体组织中形成时空可控的精细焦域、并结合微纳米生物材料聚能增效和超声消融肿瘤表面层治疗模式实现增强和加速焦域处肿瘤组织损伤;在研究强超声与生物组织及微纳米生物材料导入时相互作用的瞬态物理特性基础上,发展利用超声和磁共振为手段的专一监控聚焦超声治疗的高分辨、高灵敏成像理论和方法;基于精准的病灶三维坐标数据集,研究聚焦超声无创、适形治疗的病灶快速定位和焦域三维精确导航理论和方法;在研究聚焦超声在复杂活体组织中非线性声传播和生物传热学理论基础上,结合高声强下声场测量、空化监测、生物学效应研究和临床实践数据库,在聚焦超声治疗监控成像和导航研究基础上,建立聚焦超声治疗肿瘤的剂量学模