[发明专利]基于声辐射力脉冲响应的激光测振监测HIFU损伤粘弹性方法

说明书

本发明公开一种基于声辐射力脉冲响应的激光测振监测HIFU损伤粘弹性方法，包括以下步骤：1)控制HIFU换能器产生激励脉冲作用于被测组织内部的激励点；激光测振设备对被测组织内部检测点的振动进行跟踪；记录每个检测点的振动曲线；2)根据振动曲线，计算剪切波速度及频率，然后进行粘弹性拟合。本发明采用单脉冲对透明组织内部进行激励以产生剪切波运动，利用激光测振设备对剪切波传播方向上点的振动进行跟踪，通过分析每个标记点的运动信息即剪切波速及频率来进行粘弹性估计，进而实现对透明组织内部HIFU损伤的实时监控与评价。

技术领域

本发明属于生物医学测量技术领域，特别涉及一种监测高强度聚焦超声(HIFU)损伤粘弹性方法。

背景技术

高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)，是一种无创、安全和高效的治疗方法，它通过放置在体外的HIFU换能器使高能量超声束聚焦，并在聚焦区域内产生生物学改变以实现疾病的治疗。为了有效地引导HIFU的治疗焦域、控制超声治疗剂量、保证HIFU能有效安全地应用于临床，需要对HIFU的治疗过程进行实时监控和评价。在HIFU治疗过程中，由于组织的耗散作用，使得超声束在传播过程中动能转化为热能，位于焦区的组织细胞被破坏，蛋白质变性从而形成不可逆转的凝固性坏死，引起组织硬度变化从而改变其力学特性。因此，可以通过对损伤区域的力学特性尤其是粘弹性特性进行实时监控来评价治疗效果。

剪切波散射超声振动测量(Shear wave Dispersion Ultrasound Vibrometry,SDUV)方法是一种基于声辐射力剪切波的方法，既可以分离粘性和弹性，又可以得到它们各自的量化值，是一种非常有效的检测方法，已经被应用在离体和活体组织中。

现有的SDUV方法采用幅度调制的连续波将局部组织激励到稳态响应，以产生谐波剪切波运动，然后分别测量不同频率下的剪切波速，再通过计算得到组织的剪切粘性和弹性模量。James F.Greenleaf等人的发明专利US8659975B2，专利名称“Vibrationgeneration and detection in shear wave dispersion ultrasound vibrometry withlarge background motions”中，给出了一种相干成像应用于SDUV的系统及方法，该方法采用一个超声换能器分别对组织进行激励和运动检测。通过施加一定频率的连续波激励组织产生谐波剪切波运动，再采用相干平面波获取超声传播方向上两个不同位置的谐波剪切波运动信号，通过分析不同频率的谐波剪切波运动信息如幅度和相位等便可以进行粘弹性估计。在该方法中通过修改卡尔曼滤波参数来同时确定多个谐波运动频率，并在滤波期间将背景运动建模为随机过程来补偿SDUV中的大背景运动。在Shigao Chen等人的专利US20110263978A1，专利名称“Method for shear wave ultrasound vibrometry withinterleaved push and detection pulses”中也是采用连续波对组织进行激励。不同的是该方法中将激励信号与检测信号相间发射，从而可以得到较大的振动位移且检测过程中的超声辐射剂量不会超出FDA的安全阈值。然而，现有的SDUV方法需要采用连续波将组织激励到稳态响应，这个过程需要消耗大量时间，不利于实时使用。