基于振动声发射信号频移的HIFU靶组织损伤监测

高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)消融技术具有无辐射、无创等优点,已被用于多种实体肿瘤的治疗。但在治疗中,基于传统的诊断超声回声变化难以精准监测靶组织的损伤,主要原因是超声回声增强更多与组织损伤、空化气泡及温度相关,解耦存在困难。基于此,利用超声激发声发射(Ultrasound Stimulated Acoustic Emission,USAE)技术,通过在HIFU治疗前后检测与靶组织弹性变化相关的振动声信号,构建了一种基于USAE信号频移的靶组织损伤监测方案。为了考察该方案的正确性和有效性,首先研究了不同仿体中的USAE信号及其频谱变化规律,进一步探究了HIFU辐照离体组织前、后USAE信号频谱特征与靶组织损伤之间的变化关系及规律。研究结果表明:靶组织损伤引起的组织弹性变化会导致USAE信号频谱的峰值偏移,基于该频移能够较好地实现靶组织损伤的检测,可望为HIFU治疗中靶组织损伤监控提供一种新的解决方案。

高强度聚焦超声治疗浅表组织的仿真研究

在浅表组织热消融手术中,难以实时监测靶组织的温度场变化,从而无法准确地判断其热消融面积,且治疗参数的选择和热剂量预测主要依赖于临床医生的经验判断。该文针对浅表组织热消融手术中的治疗参数选择和热计量预测问题,利用Kwave仿真工具包构建聚焦超声换能器三维仿真模型,结合Westervelt方程和Pennes生物传热方程通过有限元法计算换能器辐照域内声场和温度场分布,比较介质物理属性的均匀和非均匀分布条件在3种辐照模式条件下声场和温度场的差异性,并在此基础上预测换能器辐照区域靶组织凝固性坏死面积,为术前临床医生选择合适的治疗参数和热剂量预测提供参考。

利用换能器电信号相位特征实时监测高强度聚焦超声治疗中的声空化

高强度聚焦超声(HIFU)激发的声空化可加速靶组织的热消融,但声空化的实时监测是一个亟需解决的问题。利用HIFU换能器驱动电信号的相位差与电阻抗之间的数学模型,建立了HIFU辐照及换能器驱动电信号、声空化信号实时检测实验系统,探究了HIFU辐照离体牛心组织过程中,换能器驱动电信号的相位差与B超影像灰度变化及宽频水听器检测到的次谐波和宽带噪声信号的变化规律。结果表明:当声空化发生时,换能器驱动电信号相位差的变化与水听器检测到的次谐波和宽带噪声信号变化具有一致性,通过相位差的变化可实现HIFU辐照靶组织中声空化的实时、精准监测,这为HIFU所致声空化的实时监测提供了一种有应用前景的解决方案。