基于组织内相变微泡振动模型参数反求的微弹性成像

In order to overcome the limits of common elastography, such as the need of external pressure or internal physiological fluctuations, are inapplicability for small targets in the body, this project (1) proposes to construct a bubble dynamics model for phase shift nano-emulsions within the tissue and the inverse solution of model parameters based on controlled particle delivery into the tissue and their size regulation. By this method, the relationship of bubble oscillation and the elasticity of surrounding tissue can be studied. (2) Based on phase shift nano-emulsions dynamics in tissue, this project wants to develop a micro-elastography technique with high signal to noise ratio, high resolution and high imaging speed, for sparse microbubbles in tissue. (3) It also aims to study the in vivo particle delivery technique, the inversion parameter solution of phase shift nano-emulsions model in tissue and micro-elastography technique which can guide treatment on thrombolysis of venous thrombus and vascular destruction of tumor neovascular. Thus, a micro-elastography technique which is quite different from the common elastography in physical mechanisms, theoretical approaches and applicant objects can be created. This technique has significant application value, and would promote development of tissue elastography.

基于现有组织超声弹性成像需外部施压或内部生理波动及不适用于体内小目标成像的局限，本项目（1）提出以组织内相变微粒导入及尺寸控制为基础的相变微泡动力学模型及模型参数反求理论方法，研究微泡振动过程与其周围微米尺度组织弹性的关系。（2）发展以组织内相变微泡动力学为基础的组织中稀疏微泡高信杂比、高分辨、高速超声成像及基于参数反求的微弹性成像技术。（3）针对静脉血栓超声溶栓及肿瘤新生微小血管毁损过程中的组织力学参数成像需求，研究相变微粒的在体导入及微泡信号检测技术，基于组织内相变微泡振动模型参数反求发展可指导治疗的微弹性成像技术。由此形成从物理机制、理论方法和应用对象等方面与现有弹性成像完全不同并具有重要应用价值的微弹性成像技术，推动组织弹性成像这一重要领域的发展。

本项目针对组织微弹性成像，特别是现有组织超声弹性成像存在需外部施压或内部生理波动以及不适用于体内小目标成像的问题，研究了基于组织内相变微泡振动模型参数反求的微弹性成像技术，使无法外部施压及无自主运动目标的弹性检测成为可能，并有效将检测分辨率提高至微米级别，同时在项目原定研究内容的基础上进行了扩展。主要研究内容和结果包括：.（1）发展了基于组织空化微泡子波变换的主动空化成像方法，并将该方法进一步与脉冲反转技术相结合。结果表明，相对于常规的超声B模式成像，该算法能大幅提高空化检测度，增加空化区域与组织背景的对比度。.（2）修订了现有的微泡振动方程，建立了组织内相变微泡的振动模型，进而构建了组织内相变微泡子波。结果表明，修正后的相变微泡振动模型可以更加准确地预测微泡的半径变化，所得微泡子波也可以有效地作为微泡母小波。 .（3）发展了基于组织内微泡振动模型参数反求的微弹性成像理论，探究组织粘弹性系数和母小波尺度因子对成像结果的影响，并在不同黏弹特性的组织仿体内对该方法进行验证。结果表明，组织粘弹性系数和母小波尺度因子可以显著影响图像质量，通过寻求最优成像参数可以有效反求出组织的黏弹特性。.（4）探究了相变液滴对超声治疗的影响，并发展了液滴声操控、超声实时监控、治疗效果评估等技术。结果表明，相变液滴可以显著增强超声治疗效率，借助声势阱可以对其进行有效调控，同时利用研究中所提方法可以实现对超声治疗过程血管损伤的实时监控，并且可以准确对治疗效果进行评定。 .本项目研究建立的基本理论与关键技术提供了一种从物理机制、理论方法和应用技术等方面与现有弹性成像不同但具有潜在应用价值的微弹性成像技术，同时发展了一系列液滴辅助超声治疗以及超声实时监控和治疗效果评估的方法，从而解决了现有弹性成像存在的问题，扩大了弹性成像技术的临床应用范围，并促进了超声在疾病的高效治疗、实时监控和效果评估等方面的应用。