[发明专利]一种基于B超图像实现HIFU治疗时声空化的时空量化监控系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及HIFU声场测量技术领域，更具体地说，涉及一种基于B超图像实现HIFU治疗时声空化的时空量化监控系统及方法。

背景技术

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，液体或组织中先前存在的蒸汽、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、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脉冲和监控设备在时间上存在非同步性，该二维被动空化探测装置的纵向分辨率仍然存在一定的局限，不利于空化泡群的定位。B超成像能够提供人体组织内极好的时空可视化，从而监控高回声区域的时空行为。但HIFU脉冲与成像系统扫描声波之间的干涉问题会影响B超成像监控HIFU引发的空化行为。Vaezy等(Vaezy S,Shi X,Martin R W,et al.Real-time visualization of high-intensity focused ultrasound treatment using ultrasound imaging.Ultrasound Med Biol,27:33-42(2001))通过设定触发脉冲来同步HIFU脉冲信号与超声成像扫描声波，建立了一个基于实时B超成像的HIFU治疗系统。超声成像扫描声波与HIFU脉冲信号同步之后，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引发的空化气泡产生的高回声区域的可视化。然而，该方法必须对临床使用的B超仪器或HIFU系统进行改装以添加相应的电子同步单元，增加了系统的复 杂性且降低了系统兼容性，因而阻碍其在不同需求的临床治疗中的实际应用。

经检索，中国专利申请号200610041834.2，申请日为2006年2月27日，发明创造名称为：基于超高速摄影技术的超声场中微泡行为分析系统和方法，该申请案公开了一种基于超高速摄影技术的生物医学超声场(包括医学诊断、控制药物释放、声化学反应、加热治疗、超声碎石以及高强度聚焦超声场)中微泡(空化微泡和造影微泡)行为分析的系统和方法。具体包括：提出了用于观察超声场中微泡群的超高速摄影系统以及用于观察单个微泡的显微超高速摄影系统；给出了分析微泡在自由场、组织附近、微管内行为的方法；并在对微泡群分析的基础上提出了控制微泡群产生和破裂的方法，在获得的单个微泡高速摄影图像的基础上提出了微泡应变估计的方法。该申请案不失为一种研究空化气泡的好方法，但该申请案重点在于利用超高速摄影系统全面分析生物医学超声场中微泡行为，不能很好地解决由于HIFU脉冲和监控设备在时间上存在非同步性而导致的空化泡群定位、量化不准确的问题。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有监控高强聚焦超声(HIFU)空化现象的方法由于HIFU脉冲和监控设备在时间上存在非同步性而导致的空化泡群定位、量化不准确的问题，提供了一种测量准确，容易实施的基于B超图像实现高强聚焦超声(HIFU)治疗时声空化的时空量化监控方法。本发明通过B超成像技术实现了对局部空化活动的检测，并通过图像处理算法去除了由B超扫描频率与HIFU脉冲频率不一致导致的干涉条纹，实现了对空化气泡群面积的精确量化，且无需提升系统的复杂性或牺牲系统兼容性。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种基于B超图像实现HIFU治疗时声空化的时空量化监控方法，其步骤为：

步骤一、对体外仿体进行HIFU辐射，并使用B超图像采集系统采集体外仿体视频图像；