高强度聚焦超声治疗剂量控制方法研究

高强度聚焦超声（HIFU）治疗近年发展迅速并已广泛用于临床，治疗剂量的控制是确保治疗安全和高效的关键。本项目基于B超监控方式，将理论研究与实验研究结合，分析各种因素对HIFU剂量选取的影响，探索HIFU治疗中剂量控制方法。理论研究时将考虑声的非线性，采用包含血管的分层组织模型通过数值计算研究血管和血流率、靶区位置和空化及生物组织特性等因素对HIFU加热效果和热剂量分布的影响，确定热剂量模拟的有效方法；实验研究时将用不同剂量的HIFU辐照生物组织，研究热剂量与组织损伤程度的关系，并通过分析B超图像和超声回波信号特征确定组织损伤程度分级评价及组织凝固坏死的判定方法；最后建立热剂量模拟、B 超监控数据处理及声源激励信号参数选取之间的联系，实现治疗过程中HIFU剂量的优化控制。研究成果对提升HIFU设备性能有重要作用，并有很好的推广应用价值。

高强度聚焦超声（HIFU）治疗的剂量控制是其应用中的难点问题，也是亟待解决的关键问题。该项目建立了多层结构组织模型，确定了声场、温度场、热剂量的计算方法，并通过仿真研究了血管、血流、组织特性及声的非线性等各种因素对热剂量分布的影响，为剂量控制提供了理论依据。针对相控聚焦源，研究了单点及多点聚焦时声聚焦控制方式，提出了一个多层媒质中的相位补偿因子，然后结合伪逆矩阵算法确定各阵元激励方式，改善了声聚焦效果。HIFU辐照的直接效果为生物组织升温，项目研究了HIFU治疗过程中温度控制方法，建立了一种自适应温度控制模型，通过调节聚焦超声换能器的声强及辐照时间来调控治疗区的温度，避免了出现温度过冲及振荡现象，达到了较理想的控制效果。项目基于B超监控方式，研究了HIFU有效治疗区的确定及治疗效果的可视化表示；并通过对B超图像和超声回波信号特征提取，结合聚类分析方式研究了组织损伤程度的分级评价；同时，还研究了图像和信号特征与温度的相关性。项目最后建立了一套基于图像处理的HIFU治疗监控系统，为HIFU治疗剂量控制提供了支持。