[发明专利]一种利用超声反射回波实时测量体内声场的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学以及声动力学领域，具体涉及一种利用反射回波对组织内超声声场强度进行实时测量的方法。

背景技术

声动力疗法技术(Sonodynamic Therapy,SDT)是指通过超声激活声敏剂、利用组织氧产生活性氧进而发挥生物学作用的技术。SDT涉及三个基本要素：超声、声敏剂和氧。只有在超声能量输入时，声敏剂才能被激活产生活性氧，声敏剂浓度一定时，声场强度越高，产生的活性氧浓度越大，对相关组织细胞活性的影响也越大。因此，组织中特别是病变区域的声场强度是影响SDT效果的关键因素，它决定了治疗所需的具体时间等参数，同时，正常区域所受的超声辐射应尽量最小化以减少治疗的副作用。这就要求在治疗过程中对声场覆盖区域组织内的声场进行在体实时测量，防止过治疗或欠治疗等情况出现，并为声场控制提供反馈，防止焦点偏移等原因导致正常组织承受过高的超声辐射强度。

然而，目前SDT只对超声发射强度进行控制，并未对组织内声场强度进行测量，由于组织内部声学参数的不均匀性以及其多层多界面特征，声波在其中传播时将有较大的衰减，同时伴随多次反射、折射、畸变等现象，因此病变区域的声场强度并不可知，这就给SDT研究和临床治疗带来很大的不稳定性。目前声场强度的测量方法有辐射力天平法、光学法、热学法、全息法和互易法等。其中辐射力天平法是目前公认的标准方法，经过德国物理技术研究院等机构的大量研究，目前，其精度与量程已可满足高强度聚焦超声(HIFU)的声场测量要求。然而，此方法需要精密的辐射力天平，测量时将探头安装于其上，且对操作要求较高，因而不适于实时在体监测。而光学法、热学法和全息法各自均需要一套复杂的外在装置，测量精度一般需要与辐射力法对比校准，因而均难以实现组织内声场的实时监测。

互易法也是一种声场强度测量方法，它通过对回波参数测量而间接得到声场强度，不需要附加其他装置，有可能实现声场的实时测量。然而，上述测量是在单层均匀介质(水)中，理想反射表面(单一平面)条件下进行的，且测量的是探头的发射声场强度。实际人体组织内部性能参数并不均匀，并存在多个反射界面，且界面形态不能视为理想表面，因此，要对组织内部的声场进行实时测量，需要在互易法基础上克服上述难点开发一种新的测量方法。

发明内容

本发明提供一种利用超声反射回波实时测量体内声场的方法，用以利用超声反射回波对组织内超声声场强度进行实时测量。

为达到上述目的，本发明提供了一种利用超声反射回波实时测量体内声场的方法，其包括以下步骤：

S1：确定声动力治疗的目标区域S并针对目标区域S构建一空间直角坐标系O-xyz；

S2：构建目标区域S内部每一点的坐标(x,y,z)与对应的声阻抗Z之间的函数关系Z＝f(x,y,z)；

S3：对目标区域S中的一预设位置P进行激励，其中，预设位置P位于人体内两种组织之间的分界面处，入射至预设位置P处的超声波的方向与分界面垂直；

S4：监测预设位置P处的反射超声波强度I₁；

S5：根据Z＝f(x,y,z)计算预设位置P入射侧的声阻抗Z₁和透射侧的声阻抗Z₂；

S6：根据下式计算预设位置P处的超声反射系数R：

S7：根据下式计算入射至预设位置P处的超声强度I₂：

S8：根据下式计算预设位置P反射侧的第一层组织中，位于反射路径上且到预设位置P的距离为x处的声场强度：

其中，α_n为位于预设位置P反射侧的第一层组织的声衰减系数。

在本发明的一实施例中，步骤S2是通过对目标区域S构建三维声学模型来实现，三维声学模型包含目标区域S的影像数据以及目标区域S中各组织的声阻抗和声衰减系数。

在本发明的一实施例中，影像数据是通过二维阵列相控阵成像而获取。

在本发明的一实施例中，所述组织包括皮肤、脂肪、肌肉、结缔组织以及各组织之间的连接部分。

在本发明的一实施例中，于步骤S4中，预设位置P处实际的反射超声波强度I₁为监测到的反射超声波强度I₁加上反射路径上的衰减量。

在本发明的一实施例中，所述衰减量包括反射路径上各组织内传播造成衰减以及各组织之间的分界面处的反射造成的衰减。