實驗名稱：基于(yu)連續式自感知超聲(sheng)的焦域損傷實時監(jian)測

　　實驗原理：HIFU損傷(shang)形成(cheng)的(de)(de)監(jian)測(ce)(ce)對于(yu)治療的(de)(de)精準性和可調控(kong)性非常重要(yao)，聚焦(jiao)超聲的(de)(de)臨床(chuang)治療中(zhong)常依(yi)靠(kao)在(zai)(zai)治療的(de)(de)間隙(xi)通過(guo)B超影(ying)像特征(zheng)來判斷焦(jiao)域凝固性壞(huai)死(si)的(de)(de)形成(cheng)，但B超影(ying)像通常會受到空化/沸騰泡的(de)(de)影(ying)響，依(yi)靠(kao)臨床(chuang)醫生的(de)(de)主觀經驗更不(bu)可靠(kao)；HIFU的(de)(de)損傷(shang)實(shi)時監(jian)測(ce)(ce)是目前的(de)(de)一大研究(jiu)熱點，也(ye)是迫切需(xu)(xu)要(yao)解決(jue)方案的(de)(de)關鍵(jian)問題。已有(you)研究(jiu)利用HIFU換能(neng)器兩端的(de)(de)電(dian)壓(ya)信(xin)號的(de)(de)幅值來監(jian)測(ce)(ce)空化泡的(de)(de)活動(dong)，通過(guo)HIFU換能(neng)器來實(shi)現HIFU輻照的(de)(de)自(zi)感知監(jian)測(ce)(ce)具有(you)實(shi)時性好、成(cheng)本低、易(yi)于(yu)融合的(de)(de)優點，只需(xu)(xu)在(zai)(zai)HIFU換能(neng)器輸出的(de)(de)過(guo)程中(zhong)提取(qu)驅(qu)動(dong)電(dian)壓(ya)與(yu)電(dian)流信(xin)號并對其頻域與(yu)時域進行(xing)分析，開展了基(ji)于(yu)自(zi)感知超聲監(jian)測(ce)(ce)系統(tong)在(zai)(zai)離體牛(niu)肝(gan)組織中(zhong)的(de)(de)損傷(shang)監(jian)測(ce)(ce)實(shi)驗。

　　測試設備：ATG-2021B功(gong)率信(xin)號(hao)源、超聲換(huan)能器、MATLAB軟件開發(fa)平(ping)臺(tai)、聲輻(fu)射力天秤(cheng)、示波器、牛肝(gan)組(zu)織

　　圖一實驗原理圖

　　實驗過程：本實驗的(de)離體(ti)牛(niu)肝放置在一個內徑114mm×100mm×120mm的(de)聚甲(jia)基丙乙烯甲(jia)酯有(you)(you)機玻璃盒(he)子中，盒(he)子底部面(mian)向(xiang)(xiang)HIFU換能(neng)器方(fang)向(xiang)(xiang)。為(wei)了盡量(liang)接近(jin)臨床環(huan)境帶有(you)(you)包膜的(de)牛(niu)肝表(biao)面(mian)正對HIFU換能(neng)器；使用(yong)(yong)ATG-2021B驅(qu)動換能(neng)器，在B超的(de)引導下，選(xuan)擇(ze)不同的(de)輻(fu)照(zhao)(zhao)點使用(yong)(yong)聲(sheng)功率為(wei)60W的(de)連續波持續作用(yong)(yong)于離體(ti)牛(niu)肝組織，觀察GUI界(jie)面(mian)中HIFU換能(neng)器驅(qu)動電壓、電流的(de)相(xiang)位差，當相(xiang)位差出(chu)現大幅波動時，停止治(zhi)療；保存輻(fu)照(zhao)(zhao)前與(yu)輻(fu)照(zhao)(zhao)結束后的(de)B超圖像(xiang)，并觀察前后的(de)灰度有(you)(you)有(you)(you)無變化(hua)，與(yu)該方(fang)案的(de)準確(que)性進行對比；輻(fu)照(zhao)(zhao)結束后，將離體(ti)牛(niu)肝沿聲(sheng)軸(zhou)方(fang)向(xiang)(xiang)按(an)薄片切開，并尋找最(zui)大損(sun)傷界(jie)面(mian)，使用(yong)(yong)生理鹽水擦洗后拍照(zhao)(zhao)存檔。

　　將電(dian)壓(ya)(ya)與電(dian)流探頭(tou)分別連接(jie)在(zai)Pico的(de)(de)兩個采集通道上，在(zai)開啟HIFU換能器的(de)(de)輸出前運行采集程(cheng)序；對采集到的(de)(de)數據進行標準差(cha)計(ji)算，觀察整個輻(fu)(fu)照過程(cheng)中的(de)(de)標準差(cha)的(de)(de)變化趨勢；對離體牛肝組織進較行長時間輻(fu)(fu)照，直至B超出現灰度(du)變化時停止功率源的(de)(de)輸出，將換能器的(de)(de)電(dian)壓(ya)(ya)信號(hao)分別濾除基波(bo)、2-5次諧波(bo)后使(shi)用(yong)如下式子計(ji)算背景(jing)噪(zao)聲(sheng)的(de)(de)能量，即均方根值(zhi)：

　　并與未出現灰度(du)變(bian)化(hua)的(de)對(dui)照(zhao)組的(de)背(bei)景(jing)噪(zao)聲(sheng)進(jin)行(xing)對(dui)比，觀察到發生空化(hua)時換能器的(de)背(bei)景(jing)噪(zao)聲(sheng)能量的(de)變(bian)化(hua)。

　　實驗結(jie)果：隨著輻(fu)(fu)照回(hui)(hui)合的增加(jia)，電壓與電流的相(xiang)(xiang)位(wei)出現由小(xiao)幅(fu)波(bo)(bo)動到大幅(fu)波(bo)(bo)動的變(bian)化過程，如(ru)圖(tu)(tu)(tu)二(er)(er)(a)所(suo)示(shi)(shi)。此時(shi)停(ting)止輻(fu)(fu)照可(ke)見焦域(yu)出現損傷(shang)，且(qie)損傷(shang)面(mian)積較小(xiao)如(ru)圖(tu)(tu)(tu)三(san)(a)所(suo)示(shi)(shi)。圖(tu)(tu)(tu)二(er)(er)(b)為第二(er)(er)回(hui)(hui)合與最后(hou)一(yi)回(hui)(hui)合的相(xiang)(xiang)位(wei)圖(tu)(tu)(tu)，從圖(tu)(tu)(tu)中(zhong)可(ke)以見后(hou)者(zhe)相(xiang)(xiang)位(wei)出現大幅(fu)波(bo)(bo)動，且(qie)后(hou)者(zhe)的標準差(cha)要遠大于前(qian)者(zhe)（分(fen)別為0.33和1.81）；對每一(yi)治療回(hui)(hui)合的相(xiang)(xiang)位(wei)進行標準差(cha)分(fen)析，如(ru)圖(tu)(tu)(tu)二(er)(er)(c)所(suo)示(shi)(shi)，可(ke)見相(xiang)(xiang)位(wei)的波(bo)(bo)動大小(xiao)呈上升趨勢。

　　圖(tu)二HIFU輻(fu)照中(zhong)(無空(kong)化時)相(xiang)位變化趨(qu)勢

　　(a)HIFU輻照過(guo)(guo)程(cheng)中相位變化過(guo)(guo)程(cheng)

　　(b)損(sun)傷前與損(sun)傷后相位波(bo)動對(dui)比(bi)

　　(c)輻照(zhao)期間每回合的相位標(biao)準差(cha)變化

　　圖三牛肝(gan)損(sun)傷(a)未空(kong)化時(shi)(b)空(kong)化時(shi)

　　圖(tu)(tu)四(si)(si)為出(chu)(chu)現(xian)(xian)空(kong)化(hua)(hua)時(shi)相位(wei)變化(hua)(hua)趨勢圖(tu)(tu)，可(ke)(ke)見當輻照(zhao)中出(chu)(chu)現(xian)(xian)空(kong)化(hua)(hua)時(shi)，相位(wei)相對(dui)無空(kong)化(hua)(hua)時(shi)會(hui)出(chu)(chu)現(xian)(xian)更(geng)大的(de)變化(hua)(hua)幅(fu)度，其相位(wei)標(biao)準差(cha)最大可(ke)(ke)達(da)3.43，對(dui)比圖(tu)(tu)四(si)(si)(a)與圖(tu)(tu)二(a)可(ke)(ke)見遠大于(yu)未(wei)發生空(kong)化(hua)(hua)時(shi)的(de)波動大小，且波動范圍增大；切開牛肝(gan)可(ke)(ke)見明顯機械損傷，如(ru)圖(tu)(tu)三(b)所示。

　　圖四HIFU輻照(zhao)中(zhong)出現空化(hua)時相位變化(hua)趨(qu)勢(shi)

　　（a）HIFU輻照過(guo)程中(zhong)相位變化(hua)過(guo)程

　　(b)損傷(shang)前與損傷(shang)后相位波動對比

　　(c)輻照(zhao)期間(jian)每回合的相位標準差變化

　　在HIFU離(li)體牛肝實(shi)驗中，焦域出(chu)(chu)現壞死前(qian)和壞死后(hou)的相(xiang)位(wei)波動(dong)強度有明(ming)顯變化，如圖五所示，在出(chu)(chu)現壞死前(qian)相(xiang)位(wei)標準差在0.5左右(you)，而出(chu)(chu)現壞死后(hou)其標準差可達1.0以上，與(yu)壞死前(qian)相(xiang)比會出(chu)(chu)現相(xiang)對(dui)較大的波動(dong)。基(ji)于(yu)該(gai)系統(tong)可穩定地檢測出(chu)(chu)HIFU輻照(zhao)過(guo)程(cheng)中的損傷(shang)，而此過(guo)程(cheng)中B超無明(ming)顯變化，圖六展示了以該(gai)系統(tong)為(wei)監控(kong)所檢測出(chu)(chu)的損傷(shang)，與(yu)B超監控(kong)相(xiang)比，可有效避免由于(yu)過(guo)度治療導致的大面積(ji)損傷(shang)。

　　圖五HIFU治(zhi)療(liao)中焦域出現壞(huai)死前(qian)與壞(huai)死后(hou)相位標(biao)準差對比

　　圖六(liu)該系統所檢測(ce)出的(de)離體牛肝組織損傷圖

　　圖：ATG-2021B功率信號源指標參數

　　本資料(liao)由Aigtek安泰電(dian)子整(zheng)理發布，更多(duo)案例(li)及(ji)產(chan)品詳情請持續(xu)關(guan)注(zhu)我們。西(xi)安安泰電(dian)子Aigtek已(yi)經成為在業界(jie)擁有廣泛產(chan)品線，且具有相當規(gui)模的(de)儀器設備供應商，樣機(ji)都支持免費試(shi)用。如想(xiang)了解更多(duo)功率放大(da)器等產(chan)品，請持續(xu)關(guan)注(zhu)安泰電(dian)子官網hkdyw.cn或(huo)撥打(da)029-88865020。