[发明专利]高强度聚焦超声损伤判定方法及装置

说明书

一种高强度聚焦超声损伤判定方法及装置，包括：S101、获得采用高强度聚焦超声对病变组织治疗前和治疗后的磁共振声辐射力位移检测序列；S102，S103、分别在治疗前和治疗后的磁共振声辐射力位移检测序列中添加运动编码梯度，根据添加运动编码梯度前后获得的磁共振相位图的相位变化，确定治疗前和治疗后的病变组织内位移；S104、当治疗前和治疗后的病变组织内位移的位移差大于预设阈值时，判定病变组织损伤。该方法不受温度的影响，可实现快速准确定性组织是否已发生坏死；无需复杂的外部激励源，不易受噪声影响；操作方法简单，不会对组织产生附加的热量及损伤，检测方法安全。

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域，尤其一种高强度聚焦超声损伤判定方法及装置。

背景技术

高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound，HIFU)可利用超声波的穿透性和能量沉积性将体外低能量超声波汇聚于特定深度的靶组织，使焦域内温度迅速升高至60℃，引发蛋白质变性和组织凝固性坏死，而不损伤周围正常组织，HIFU治疗已逐渐发展为一种重要的肿瘤治疗手段。高强度聚焦超声治疗过程中的图像引导、监控及治疗效果评判是实现聚焦超声安全治疗的基本保障，也是高效、精细和个性化治疗的基础。目前常用的高强度聚焦超声治疗效果评判方法包括：

(1)基于组织T1、T2、质子密度进行损伤检测：T1-W、T2-W等都是磁共振监控高强度聚焦超声治疗的常用序列，当蛋白质受高温作用变性时，组织T1、T2和质子密度值会发生变化。然而这些参数除了受组织性质改变本身影响外，也受温度的影响，比如组织T1值随温度的升高而增长。因此基于组织T1、T2及质子密度进行损伤判断时，为了准确定性组织是否已发生坏死，还是温度影响引起的图像信号改变，需要等高强度聚焦超声引起的温度扩散到热平衡。

(2)基于超声弹性成像进行损伤检测：弹性是人体组织的重要物理特性，正常组织、异常组织、病变组织之间弹性存在显著差异。如从某一方向对组织施加一定应力，组织内会产生相应应变。相同应力作用下，组织应变越大，位移越大，组织硬度越小。高强度聚焦超声治疗后，焦域坏死表现为细胞核破裂或固缩、蛋白质变性、细胞结构破坏等，直接导致组织弹性的改变。

超声弹性成像的原理是对组织施加一个内部或外部的动态或者静态/准静态的压力，通过采集组织施压前后的射频回波信号，基于信号间的相关性，对其进行信号处理提取组织位移信息，可得到组织应变信息，从而间接反映组织弹性模量。

(3)基于磁共振弹性成像进行损伤检测：磁共振成像(Magnetic ResonanceImaging，MRI)由于其多方位立体成像、特有的温度监控、多种组织对比等特点，已成为聚焦超声治疗监控的最佳手段之一。

磁共振弹性成像的步骤主要是：1、需要一套磁共振兼容的激励源，在组织内产生频率50Hz至500Hz的剪切波；2、通过添加运动敏感梯度，将组织位移在磁共振相位图上进行编码，相位图与组织位移关系如下：

其中，φ为组织运动及施加梯度场在位置处产生的相位，θ为组织运动与运动敏感梯度之间的相位差，γ为磁旋比γ/2π＝42.57MHz/T，N为使用的运动敏感梯度的对数，T、分别为运动敏感梯度的时长与幅值，ξ₀为最大位移，为波数；3、基于上述公式，对数据进行处理得到组织弹性的定量分布结果。

上述三种方法具有如下缺点：

基于组织T1、T2、质子密度进行损伤检测：受温度影响，需要等到组织内温度回复到热平衡温度，才可以快速准确定性组织是否已发生坏死，还是温度影响引起的图像信号改变反馈；

基于超声弹性成像进行损伤检测：超声图像本身分辨率明显低于磁共振图像，会直接影响判断的准确性。此外，高频超声的图像分辨率相对较高，但高频超声在组织内的传播距离有限，导致超声弹性成像更适用于浅表器官诊断；