[发明专利]一种超声精准自适应聚焦系统和方法

说明书

本发明公开了一种超声精准自适应聚焦系统和方法，所述系统包括：CT扫描装置、磁共振成像设备、第一计算器、第二计算器、相控阵换能器、控制器以及微泡注入装置。本发明所提出的基于MR图像和CT图像模式融合的超声精准自动聚焦系统和方法，能够用于在对人体如颅骨等具有强烈非均匀性和不规则结构的组织进行超声治疗时实现精准自动聚焦。相较于现有的技术，优点在于本发明能够消除直接利用超声产生空化微泡所估计信号参数时的误差带来的潜在危险，一方面通过利用建模仿真可以进一步提高对目标靶区初始定位的精度；另一方面可以通过所注射微泡造影剂的反射信号的参数信息，对相控阵各阵元发射信号进行自动调控，实现更加精准的聚焦。

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种基于MR图像和CT图像模式融合的超声精准自适应聚焦系统和方法。

背景技术

经颅聚焦超声(tsFUS：transcranial focused ultrasound)是一项目前正在蓬勃发展的面向脑部疾病的无创超声治疗技术。通过外部超声设备发射特定中心频率的超声波(目前最广泛采用的是中心频率在0.2～1.5MHz之间的超声波)，超声波在穿过颅骨后聚焦在颅骨内的目标病灶靶区并在目标病灶靶区产生热效应、力效应和空化效应等，从而实现对颅内病灶区域的直接或者间接的调控和治疗。相比于脑实质、肌肉和脂肪等生物软组织的声参数基本可以认为是均匀的，颅骨的声参数具有较强的非均匀性，从而导致超声在颅骨中发生强烈的折射和散射并在穿过颅骨后发生传播路径的偏转，进而引起实际焦点与预先设定的颅内目标靶区之间产生强烈偏移或者实际焦域的散焦。颅骨已经成为制约经颅聚焦超声技术发展和迈向临床应用的最大障碍。

为了克服人颅骨等强非均匀介质带来的声束路径的偏转，一种办法就是利用时间反转法，在目标靶区处放置声源发射超声波由相控阵接收，然后以所接收的信号反转作为发射信号进行发射，从而消除非均匀介质所引起的相差；但是在实际中不可能采用侵入性方式在目标靶区处放置声源。

另一种方法，可以使用完全无创的方法，即结合X射线计算机断层扫描(CT)的虚拟点源时间反转法来预测由非均匀介质所引起的波的畸变。实际上，根据CT扫描建立声学模型主要是基于经验公式，很难由该声学模型计算出足以实现高质量聚焦的阵元精确相位。

还有一种方法可以通过利用低频超声对目标靶区进行照射使其产生空化微泡，从而利用该微泡作为反射器对治疗过程中发射的超声波进行反射，根据反射波信息对换能器发射信号进行调控。但在实际中，无法对产生空化气泡的低频超声波的参数信息进行精确的估计，可能会产生较大的偏差，同时直接在目标靶区附近进行照射并激发微泡可能会对其周围正常组织产生额外的损伤。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明目的在于提供一种用于在对人体如颅骨等具有强烈非均匀性和不规则结构的组织时，通过利用医学图像融合方法将MR图像和CT扫描图像进行配准、融合得到目标靶区的位置和声学参数信息，结合声场建模仿真软件以及数值模拟编程软件以及微泡对超声的反射作用将超声波精准自适应地聚焦在目标靶区的系统和方法。

本发明的另一个目的在于治疗前利用MR图像和CT扫描图像进行医学图像配准、融合得到目标靶区的位置和声学参数信息，然后利用Rayleigh-Sommerfeld积分和基于相控阵的虚拟点源时间反转法对目标靶区进行建模仿真，进一步的减小聚焦偏差。

本发明的又一个目的在于可以实现一种精准的超声自适应聚焦方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种超声精准自适应聚焦系统，包括：

磁共振成像设备、CT扫描装置、第一计算器、第二计算器、相控阵换能器、控制器以及微泡注入装置。

进一步地，所述CT扫描装置可以是CT装置，磁共振成像设备可以是核磁共振仪。