[发明专利]一种实时监测高强聚焦超声治疗声空化的方法

说明书

本发明公开了一种实时监测高强聚焦超声治疗声空化的方法，属于HIFU治疗声空化监测技术领域，首先对体外仿体进行HIFU辐射，并采用B超图像采集器观测并记录仿体中空化气泡群的时空行为；对B超图像采集器采集的关于空化气泡群时空行为的视频图像进行处理；在处理后的每一帧B超图像中选取感兴趣区和参考区；将每一帧B超图像中感兴趣区与参考区进行比较，计算反映每一帧图像声空化强度的相对p值；根据所述步骤四得到的各帧B超图像对应的相对p值，由此判断空化气泡群的时空行为。该方法能够实现对声空化的生成过程以及演变情况的精确监测，监测准确性高，监测效果好，并保证了HIFU治疗的安全性、有效性及可重复性。

技术领域

本发明属于HIFU治疗声空化监测技术领域，具体是涉及一种实时监测高强聚焦超声治疗声空化的方法。

背景技术

高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)的治疗源为超声波。与太阳灶聚焦阳光在焦点处产生巨大能量原理类似，该技术将体外低能量超声波聚焦于体内靶区，在肿瘤内产生瞬态高温(60℃以上)、空化、机械作用等生物学效应，杀死靶区内的肿瘤细胞。高强度聚焦超声(HIFU)可以精确地将声能量集中于病人体内预先确定的治疗区域中，并且不损伤该区域周围的正常组织器官。这些特点使得HIFU在治疗肿瘤、止血和基因/药物转染等方面得到广泛应用。在HIFU治疗中，当HIFU脉冲的负声压相部分穿过液体或组织时，先前存在的蒸汽、气体空隙，抑或溶液中抽出的气体都能导致空化气泡的产生。研究人员指出，空化现象在HIFU治疗中可显著提高声能吸收，导致局部组织温度快速升高、血管崩溃、细胞膜瞬间穿孔等生物效应，从而对增强HIFU疗效起到重要作用，但在某些情况下，HIFU引发的空化现象也可能存在潜在的副作用。例如，不可预知的组织损伤、对正常组织的不良热损伤或不可逆的细胞损伤等。因此，为了保证HIFU治疗的安全性、有效性及可重复性，亟需发展实时监控和定量评价超声空化的相关技术。在此基础上，通过调整超声参数来实现对HIFU引发的声空化行为的诸多物理特性(如空间分布、产生时间、强度、持续时间等)和空化效应的有效调控。

一维被动空化探测(PCD)技术采用一个单阵元宽带传感器来探测由空化泡剧烈塌缩时产生的宽频噪声信号，但无法提供空化泡群的空间信息；近年来提出的二维被动空化映射技术可用于监测局部声空化活动，然而，由于HIFU脉冲和监控设备的非同步性，该技术的纵向分辨率仍然存在一定的局限。

B超成像技术能够极好地提供人体组织内时空变化情况，所以空化气泡通过B超成像后，能够提供空化气泡的时空行为，从而能够监控HIFU治疗中高回声区域的时空行为，但HIFU脉冲与B超成像系统扫描声波之间的干涉问题会影响B超成像系统监控HIFU引发的空化行为的活动，造成B超成像对于声空化产生阈值的灵敏度较低，B超成像的灰度图片不能很好地反映声空化产生阈值；Vaezy等通过同步HIFU脉冲信号与超声成像扫描声波，建立了关于HIFU治疗的实时B超成像系统，信号同步之后，可以产生一个稳定而清晰(无干涉条纹)的B超成像窗口来实现对HIFU引发的产生的高回声区域的可视化，然而，该方法具有一定缺陷，必须对临床使用的B超仪器或HIFU系统进行改装以添加相应的电子同步单元，增加了整套系统的复杂性且降低了系统之间各设备的兼容性，因而阻碍系统在不同需求的临床治疗中的实际应用不具有可扩展性。