[發明專利]一種實時監測高強聚焦超聲治療聲空化的方法

有效

• 申請號: 201810128430.X
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN108392751B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 黃品同
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61N7/02
• 分類號: A61N7/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

本發明公開了一種實時監測高強聚焦超聲治療聲空化的方法，屬于HIFU治療聲空化監測技術領域，首先對體外仿體進行HIFU輻射，并采用B超圖像采集器觀測并記錄仿體中空化氣泡群的時空行為；對B超圖像采集器采集的關于空化氣泡群時空行為的視頻圖像進行處理；在處理后的每一幀B超圖像中選取感興趣區和參考區；將每一幀B超圖像中感興趣區與參考區進行比較，計算反映每一幀圖像聲空化強度的相對p值；根據所述步驟四得到的各幀B超圖像對應的相對p值，由此判斷空化氣泡群的時空行為。該方法能夠實現對聲空化的生成過程以及演變情況的精確監測，監測準確性高，監測效果好，并保證了HIFU治療的安全性、有效性及可重復性。

技術領域

本發明屬于HIFU治療聲空化監測技術領域，具體是涉及一種實時監測高強聚焦超聲治療聲空化的方法。

背景技術

高強度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)的治療源為超聲波。與太陽灶聚焦陽光在焦點處產生巨大能量原理類似，該技術將體外低能量超聲波聚焦于體內靶區，在腫瘤內產生瞬態高溫(60℃以上)、空化、機械作用等生物學效應，殺死靶區內的腫瘤細胞。高強度聚焦超聲(HIFU)可以精確地將聲能量集中于病人體內預先確定的治療區域中，并且不損傷該區域周圍的正常組織器官。這些特點使得HIFU在治療腫瘤、止血和基因/藥物轉染等方面得到廣泛應用。在HIFU治療中，當HIFU脈沖的負聲壓相部分穿過液體或組織時，先前存在的蒸汽、氣體空隙，抑或溶液中抽出的氣體都能導致空化氣泡的產生。研究人員指出，空化現象在HIFU治療中可顯著提高聲能吸收，導致局部組織溫度快速升高、血管崩潰、細胞膜瞬間穿孔等生物效應，從而對增強HIFU療效起到重要作用，但在某些情況下，HIFU引發的空化現象也可能存在潛在的副作用。例如，不可預知的組織損傷、對正常組織的不良熱損傷或不可逆的細胞損傷等。因此，為了保證HIFU治療的安全性、有效性及可重復性，亟需發展實時監控和定量評價超聲空化的相關技術。在此基礎上，通過調整超聲參數來實現對HIFU引發的聲空化行為的諸多物理特性(如空間分布、產生時間、強度、持續時間等)和空化效應的有效調控。

一維被動空化探測(PCD)技術采用一個單陣元寬帶傳感器來探測由空化泡劇烈塌縮時產生的寬頻噪聲信號，但無法提供空化泡群的空間信息；近年來提出的二維被動空化映射技術可用于監測局部聲空化活動，然而，由于HIFU脈沖和監控設備的非同步性，該技術的縱向分辨率仍然存在一定的局限。

B超成像技術能夠極好地提供人體組織內時空變化情況，所以空化氣泡通過B超成像后，能夠提供空化氣泡的時空行為，從而能夠監控HIFU治療中高回聲區域的時空行為，但HIFU脈沖與B超成像系統掃描聲波之間的干涉問題會影響B超成像系統監控HIFU引發的空化行為的活動，造成B超成像對于聲空化產生閾值的靈敏度較低，B超成像的灰度圖片不能很好地反映聲空化產生閾值；Vaezy等通過同步HIFU脈沖信號與超聲成像掃描聲波，建立了關于HIFU治療的實時B超成像系統，信號同步之后，可以產生一個穩定而清晰(無干涉條紋)的B超成像窗口來實現對HIFU引發的產生的高回聲區域的可視化，然而，該方法具有一定缺陷，必須對臨床使用的B超儀器或HIFU系統進行改裝以添加相應的電子同步單元，增加了整套系統的復雜性且降低了系統之間各設備的兼容性，因而阻礙系統在不同需求的臨床治療中的實際應用不具有可擴展性。