近日，上海科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院蔡夕然課題組與復(fù)旦大學(xué)智慧醫(yī)療超聲實(shí)驗(yàn)室、聯(lián)影醫(yī)療合作，在《IEEE超聲學(xué)、鐵電體技術(shù)與頻率控制匯刊》（IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control）期刊在線(xiàn)發(fā)表了題為“Single Probe Enabled Refraction-Corrected Transcranial Passive Acoustic Mapping Through Macaque Calvaria”的研究成果，提出了一種基于單一超聲探頭陣列、無(wú)需CT支持的經(jīng)顱折射校正被動(dòng)聲學(xué)成像（Transcranial Passive Acoustic Mapping, TPAM）新方法，可高效準(zhǔn)確定位微泡（Microbubble, MB）空化聲源，具備低成本、高準(zhǔn)確性等特點(diǎn)，為腦部超聲空化治療的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了全新的解決方案。

結(jié)合微泡空化的聚焦超聲（Focused ultrasound, FUS）治療技術(shù)，在血腦屏障開(kāi)啟、神經(jīng)調(diào)節(jié)、神經(jīng)再生以及腦部靶向藥物遞送等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景。為了確保治療的安全性和有效性，需要對(duì)微泡的空化行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以防止其對(duì)周?chē)窠?jīng)組織和血管造成不可逆的損傷。被動(dòng)聲學(xué)成像（PAM）作為一種無(wú)創(chuàng)、高靈敏度的成像手段，可實(shí)時(shí)捕捉微泡空化所產(chǎn)生的聲學(xué)信號(hào)，并重建其空間分布圖像，已成為FUS治療中監(jiān)測(cè)空化活動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)。然而，在穿越復(fù)雜的顱骨結(jié)構(gòu)時(shí)，顱骨異質(zhì)的聲速分布會(huì)引起顯著的聲波折射和相位畸變，降低空化源定位的精度、影響超聲聚焦定位與治療劑量控制，可能削弱治療效果、增加并發(fā)癥發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。目前校正顱骨畸變誤差的傳統(tǒng)方法通常依賴(lài)額外的CT掃描來(lái)構(gòu)建顱骨聲速分布圖，不僅增加了成像系統(tǒng)的硬件復(fù)雜度和成本，還面臨CT與超聲圖像配準(zhǔn)精度低、CT聲速估算依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系等問(wèn)題。

為克服上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種用于TPAM的全超聲解決方案（圖1）。方案通過(guò)純超聲手段構(gòu)建顱腦聲速分布并結(jié)合異質(zhì)角譜算法，成功實(shí)現(xiàn)了無(wú)CT條件下的高精度聲源定位。恒河猴顱骨實(shí)驗(yàn)證實(shí)方案顯著降低了聲源定位誤差，提升了成像清晰度與主瓣能量集中度，在經(jīng)顱聲空化成像中的實(shí)用性與準(zhǔn)確性得到驗(yàn)證（圖2）。本方法可用于小動(dòng)物及非人靈長(zhǎng)類(lèi)腦部超聲成像，具有一定可擴(kuò)展性和臨床轉(zhuǎn)化潛力。它為基于聲空化效應(yīng)的經(jīng)顱血腦屏障開(kāi)放監(jiān)控和神經(jīng)調(diào)控等研究方向提供了一種高效、無(wú)創(chuàng)、準(zhǔn)確的空化活動(dòng)可視化成像方案。未來(lái)有望擴(kuò)展至經(jīng)人顱骨的空化成像研究中，進(jìn)一步推動(dòng)FUS在腦疾病治療中的臨床轉(zhuǎn)化。

上?？萍即髮W(xué)是第一完成單位，上?？萍即髮W(xué)碩士畢業(yè)生、現(xiàn)羅切斯特大學(xué)博士生金高飛和上?？萍即髮W(xué)信息學(xué)院博士生曾一為共同第一作者，該工作由復(fù)旦大學(xué)他得安教授指導(dǎo)完成，蔡夕然教授和他得安教授為共同通訊作者。

文章鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11007027

DOI:10.1109/TUFFC.2025.3570971 

圖1.基于單個(gè)超聲探頭的經(jīng)顱折射校正被動(dòng)聲學(xué)成像重建方法。(a)數(shù)據(jù)采集與重建整體流程；(b)通過(guò)回波包絡(luò)峰值提取頭骨外邊界（紅色虛線(xiàn)）；(c)第一陣元激發(fā)后的接收信號(hào)中包含首波信息；(d)對(duì)應(yīng)的頻率-波數(shù)（f-k）圖，白色虛線(xiàn)擬合得到的斜率可轉(zhuǎn)換為顱骨等效聲速；(e)聚焦序列中，動(dòng)態(tài)聚焦波束沿外邊界軌跡移動(dòng)；(f)在典型掃描線(xiàn)上檢測(cè)顱骨內(nèi)外表面的兩個(gè)回波峰，用于厚度估算；(g)最終利用顱骨邊界、聲速和厚度重建聲速圖。

圖2.水聽(tīng)器和微泡空化實(shí)驗(yàn)的被動(dòng)聲成像結(jié)果。