[发明专利]一种实现超声穿颅聚焦的方法以及电子设备

说明书

本发明实施例公开了一种实现超声穿颅聚焦的方法以及电子设备，无需对待治疗对象进行头部CT成像的情况下，只需将其头部核磁共振图像数据输入至由训练获得的目标模型，即可获取到所述目标模型输出的合成头部CT图像数据，电子设备即可根据所述头部三维数字模型和超声换能器阵列的三维数字模型生成超声发射序列，电子设备控制所述超声换能器阵列按照所述超声发射序列发射超声波，可对待治疗对象的头部实现穿颅聚焦，进行超声深部脑刺激或超声热消融等治疗。消除带治疗对象在CT成像过程中受到辐射引发癌症的风险，提高治疗的安全性，同时可以简化治疗步骤，大幅缩短治疗时间，降低治疗成本。

技术领域

本申请涉及医疗技术领域，尤其涉及的是一种实现超声穿颅聚焦的方法以及电子设备。

背景技术

随着社会老龄化和日渐加深的心理压力等因素的影响，世界范围内包括帕金森病、肌张力失常、强迫症、抑郁症、癫痫等神经精神疾病患者的数量急剧增加，目前全球患者已逾五亿六千万。德国的科学家报道了电刺激下犬的大脑皮层可引发特定的躯体反应。这一重大发现，在此后的一个世纪催生了大脑电刺激、磁刺激、神经植入等系列干预技术，极大促进了人们对脑皮层功能定位的认识和脑疾病研究仪器的研发，并开启了情感、记忆、认知等脑功能调控和心理、精神疾病干预治疗的新篇章。利用超声实现非侵入式的深脑神经刺激，不仅安全有效，还可以实现定点特异性神经网络调控、多点网络神经调控等其他方法难以实现的功能,有助于开发中枢神经疾病的潜在疗法，也为探索正常人脑功能，理解认知、决策与思维、精确掌握神经环路活动带来了强有力的新工具。此外，利用高强度聚焦超声(HIFU)对颅内的脑肿瘤或其他病灶组织进行消融治疗，可以有效治疗颅内恶性实体肿瘤、神经性震颤等疾病，也是极具发展潜力的前沿治疗技术。

利用经颅聚焦超声进行非侵入式深脑神经调节以及颅内消融治疗需要解决的关键问题之一，就是如何克服颅骨对超声的影响。颅骨的密度和声速都大约是其他人体软组织的两倍，声衰减系数则至少高出一个数量级，再加上颅骨具有多层、充液和多孔的非均匀性复杂结构，造成超声穿过颅骨后发生显著的相位畸变和能量衰减，超声焦域出现形状扭曲和位置偏移，以至无法进行精确有效的神经刺激和消融治疗。这一问题的常规解决方法是，首先，对患者进行头部三维CT扫描，通过CT图像估算颅骨的密度、声速等相关声学参数；然后，利用专门的计算机程序计算换能器各个阵元所发射的超声波穿过颅骨不同部位的过程中出现的相位畸变等波形变化情况；最后，根据所计算的波形变化情况对换能器各个阵元发射超声波的延时等参数进行修正，实现超声波的经颅聚焦。但这种方法需要患者进行三维CT扫描，一方面会增加患者所受到的辐射剂量，增加患者罹患癌症的风险(据统计，美国癌症患者中有0.4％的比例是由于照射CT引起的)；另一方面，无论是进行深脑神经刺激还是颅内HIFU治疗，都是在核磁共振(MRI)的引导下进行的，因此必须将CT图像和MRI图像进行精确配准才能保证治疗位置的准确性，这些额外步骤会增加治疗的成本、耗时和配准误差引起的附加风险。

发明内容

本发明实施例提供了一种实现超声穿颅聚焦的方法以及电子设备，其用于在超声深部脑刺激的过程中，避免对待治疗对象进行CT扫描。

本发明实施例第一方面提供了一种超声深部脑刺激方法，所述方法包括：

获取头部三维核磁共振图像数据，所述头部三维核磁共振图像数据为对待治疗对象的头部进行三维磁共振成像扫描所获取到的图像数据；

将所述头部三维核磁共振图像数据作为输入，输入至通过预先训练获得的目标模型中，所述目标模型用于根据所述头部三维核磁共振图像数据获得对应的合成头部电子计算机断层扫描CT图像数据；

根据所述头部三维核磁共振图像数据以及所述合成头部CT图像数据建立头部三维数字模型；

根据所述头部三维数字模型和超声换能器阵列的三维数字模型生成超声发射序列；

控制所述超声换能器阵列按照所述超声发射序列发射超声波，所述超声波用于对待治疗对象的头部实现穿颅聚焦，进行超声深部脑刺激或超声热消融治疗。