近日，上海科技大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院程冰冰課題組在學(xué)術(shù)期刊iRADIOLOGY上發(fā)表題為“Systematic review of phase aberration correction algorithms for transcranial focused ultrasound”的綜述論文，系統(tǒng)闡述了精準(zhǔn)經(jīng)顱聚焦超聲相位校正算法的研究現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展方向。

聚焦超聲是一種新興的疾病治療技術(shù)，具有無(wú)創(chuàng)性和高精準(zhǔn)性等優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多種治療功能，包括血腦屏障開(kāi)放、熱消融及神經(jīng)調(diào)控等。目前，經(jīng)顱聚焦超聲已應(yīng)用于特發(fā)性震顫、腦腫瘤等多種腦部疾病的治療，展現(xiàn)出廣闊的臨床應(yīng)用前景。然而，由于顱骨形狀復(fù)雜、內(nèi)部結(jié)構(gòu)異質(zhì)性較大，顱骨與軟組織在密度和超聲傳播速度等方面差異明顯，超聲波在穿過(guò)顱骨后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的相位畸變（圖1 a）。這種畸變會(huì)導(dǎo)致聚焦超聲出現(xiàn)聲壓下降、焦點(diǎn)偏移、焦域擴(kuò)大以及旁瓣增強(qiáng)等現(xiàn)象，進(jìn)而影響治療的精準(zhǔn)性和效果。為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)顱聚焦超聲的精準(zhǔn)有效治療，常采用結(jié)合相位校正算法的相控陣超聲換能器，對(duì)發(fā)射的超聲波進(jìn)行調(diào)整，以減少相位畸變帶來(lái)的影響（圖1 b）。

圖1. 畸變的聲場(chǎng)與校正后的聲場(chǎng)

文章系統(tǒng)總結(jié)了當(dāng)前主流的14種相位校正算法及其5類(lèi)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)不同算法在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)分析（圖2）。研究?jī)?nèi)容涵蓋算法在校正前后聲壓和聲強(qiáng)變化、焦點(diǎn)位置偏差、焦域尺寸、峰值旁瓣比以及計(jì)算效率等方面的表現(xiàn)。結(jié)果表明，不同算法在各項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下表現(xiàn)各有優(yōu)劣，實(shí)際應(yīng)用應(yīng)根據(jù)具體需求選擇最適合的算法。此外，作者還深入探討了經(jīng)顱聚焦超聲技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，人工智能技術(shù)在MRI圖像合成CT圖像和經(jīng)顱聚焦超聲數(shù)值仿真等方面展現(xiàn)出一定的應(yīng)用潛力。目前，相位校正算法仍需經(jīng)過(guò)多個(gè)計(jì)算步驟才能獲取由顱骨引起的相位畸變。未來(lái)，端到端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有望通過(guò)單次計(jì)算直接生成相位畸變結(jié)果，大幅提升效率。該工作為領(lǐng)域內(nèi)的研究者選擇適合的相位校正算法提供了重要的理論支持和實(shí)踐依據(jù)。

圖2. 相位校正算法在不同評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下的表現(xiàn)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)被劃分為五類(lèi)，每個(gè)扇形區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)具體指標(biāo)。色塊距離中心越遠(yuǎn)，表明該色塊對(duì)應(yīng)顏色所代表的校正方法在該指標(biāo)下的表現(xiàn)越優(yōu)異

上?？萍即髮W(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院程冰冰教授為通訊作者，碩士研究生王明宇和博士研究生徐洲陽(yáng)為共同第一作者，上?？萍即髮W(xué)為第一完成單位。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/ird3.112