基于电阻抗层析成像的高强度聚焦超声温度监测技术

摘要：

作为一种对正常组织无损伤且不易引起癌细胞转移的非入侵肿瘤治疗手段,高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中焦域的温度监测是实现剂量精准控制的关键.本文基于生物组织的温度-电阻抗的关系,将电阻抗层析成像(EIT)和HIFU治疗相结合,提出了一种利用组织焦平面的表面电压实现电阻抗重构的检测技术.建立了HIFU治疗和EIT综合系统模型,在考虑组织的声吸收条件下,对三维Helmholtz方程在柱坐标下的声场计算进行了二维简化,并引入Pennes生物热传导方程来计算HIFU焦域的声压和温升分布特性;引入生物组织的温度-电阻抗关系,基于麦克斯韦电磁场理论,建立了具有温度分布HIFU焦域的电流和电压计算模型,利用恒流注入的边界条件实现电场计算,获得焦平面的表面电压分布.在数值计算中,利用实验聚焦换能器参数,模拟了在固定声功率下组织焦域的声场和温度场分布,以及中心和偏心聚焦条件下不同治疗时刻的电导率分布;然后通过对称电极的循环电流注入,计算了组织模型焦平面内的电流密度和电势分布,获得了焦平面圆周分布的表面电极电压;进一步采用修正的牛顿-拉夫逊算法,利用32×32的表面电极电压实现了焦平面内电导率分布的重建.结果表明,基于温度-电阻抗关系的EIT电导率重建技术不但能准确定位HIFU焦域中心,还能恢复HIFU治疗中焦域的温度分布,证明了EIT用于HIFU治疗中温度监测的可行性,为其疗效评估和剂量控制提供了一种无创电阻抗测量和成像新方法.

关键词：高强度聚焦超声、电阻抗层析成像、温度监测、表面电极电压

所属期刊栏目：66

分类号：TN9;TP3

资助基金：国家自然科学基金11474166,11604156;江苏省自然科学基金BK20161013;国家博士后基金2016M591874;江苏高校优势学科资助的课题.Project supported by the National Natural Science Foundation of ChinaGrant .11474166,11604156;the Natural Science Foundation of Jiangsu Province,ChinaGrant BK20161013;the Postdoctoral Science Foundation of ChinaGrant 2016M591874;the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions,China

在线出版日期：2017-09-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共13页

页码：148-160