基于磁共振运动敏感特性的高强度聚焦超声空化监控基础研究

Monitoring of high intensity focused ultrasound (HIFU) induced cavitation is the key problem to ensure effect and safety of HIFU therapy. However, MRI monitoring of HIFU induced cavitation still faces some challenges due to its low temporal and spatial resolution. This project plans to propose an MRI cavitation monitoring method based on MRI motion sensitivity. With sufficient researches on HIFU cavitation mechanisms and MRI physics, this method is trying to overcome the technical difficulty of MRI temporal and spatial limits, is aiming to clarify the key scientific problem of the MRI image contrast of cavitation induced micro movement and relative tissue elastography variations, and is attempting to build up a quantitative analysis method of cavitation based on MRI image. The main contents go as follow: 1) The correlation between cavitation dynamic features, tissue elastography variations and MRI motion sensitivity; 2) The development of HIFU cavitation detection sequence and its spatial and temporal resolution optimization; 3) The quantitative analysis method of cavitaiton based on MRI image. The implementation of this project is expected to push forward the MRI guided HIFU technology from physical mechanism, detection sequence and analysis method, and ensure HIFU safety and efficiency.

高强度聚焦超声（HIFU）治疗过程中的空化监控是保证HIFU治疗效果及安全的关键问题。然而受到常规磁共振成像时间、空间分辨率较低等特性的限制，利用其进行HIFU空化监控的研究仍面临不少挑战。本项目拟提出一种基于磁共振运动敏感特性的HIFU空化监控方法，在充分研究HIFU空化机制及磁共振物理的基础上，克服成像时空分辨率有限的技术难点，阐明空化微观运动特征及其引起的组织弹性改变在磁共振图像上的对比机制的关键科学问题，建立基于磁共振图像的空化定量分析方法。研究内容包括：1）空化动力学特点及其引起的组织弹性改变与磁共振运动敏感特性的相关性；2）适用于HIFU空化检测的磁共振序列设计及其时空分辨率优化；3）基于磁共振图像的空化过程定量分析方法。该项目的实施有望从基础理论、检测序列、定量分析方面推动磁共振监控HIFU技术的发展，保证HIFU治疗的安全性和有效性。

高强度聚焦超声（High intensity focused ultrasound, HIFU）已逐渐成为肿瘤治疗的一种重要手段，但由于HIFU焦域处的高温高压极易产生空化核，以及声波与组织内部空腔结构相互作用引发的空化效应，使得HIFU的安全性及其在多组织部位的广泛应用一直受到质疑。由于磁共振的高组织灵敏度、多方位体成像及其特有的温度成像功能，可为HIFU治疗提供术前、术中、术后的全面保障，已成为HIFU治疗监控技术发展的必然趋势。本项目提出基于磁共振位移敏感特性监控空化引起的组织弹性变化，该方法与传统磁共振成像技术不同，其获得图像的对比度来源于对象位置改变引起的相位变化，因此可直接检测由于HIFU辐射力引起的组织内微小位移，反应组织改变。本项目开发了多种磁共振位移成像序列，在提高监控的时间分辨率的同时，可保证图像质量，不会产生显著畸变影响定量结果；该方法对HIFU治疗引起的组织弹性变化敏感，可实现对HIFU治疗过程中产生的空化损伤和热损伤进行监控；本项目还开发了HIFU治疗过程中的多参数同步检测ARFI序列，包括T2定量与位移同步检测，及温度与位移同步检测序列，为磁共振引导的HIFU治疗过程中的全面监控提供了有效的监控手段。