近日，上海科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院智能醫(yī)學(xué)信息研究中心蔡夕然課題組與復(fù)旦大學(xué)智慧醫(yī)療超聲實(shí)驗(yàn)室合作，在超聲空化治療三維監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中取得進(jìn)展，提出基于行列陣列（Row–Column Array，RCA）互譜估計(jì)的三維被動(dòng)空化成像新方法，可高質(zhì)量實(shí)時(shí)三維定位空化聲源，有望為聚焦超聲空化治療提供低成本、高幀率的三維可視化監(jiān)測(cè)能力。該工作以“Real-time 3D Passive Acoustic Mapping for Row-column Arrays with the Cross-spectrum method”為題發(fā)表于超聲工程領(lǐng)域知名期刊《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）。

基于被動(dòng)空化成像（Passive acoustic mapping, PAM）技術(shù)開(kāi)發(fā)聲空化活動(dòng)的精準(zhǔn)可視化和調(diào)控方法，是促進(jìn)聚焦超聲空化治療安全、高效的重要依托，對(duì)其臨床轉(zhuǎn)化具有重要意義。傳統(tǒng)三維被動(dòng)空化成像方案通常依賴(lài)高成本、高通道數(shù)的半球面陣列或二維面陣陣列超聲換能器。相比于傳統(tǒng)半球面陣列或二維面陣陣列，RCA陣列具備通道數(shù)量低、兼容臨床超聲成像設(shè)備等優(yōu)勢(shì)，在三維實(shí)時(shí)超聲成像方面有巨大的應(yīng)用潛力。蔡夕然課題組前期開(kāi)發(fā)了基于深度學(xué)習(xí)的RCA三維被動(dòng)空化成像方法，但存在泛化性能受限于可用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的問(wèn)題。為了克服上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)利用RCA陣列的正交特性及行列陣元信號(hào)的空間相干特征，通過(guò)計(jì)算變跡行陣列和列陣列孔徑所估計(jì)的兩個(gè)三維頻域聲場(chǎng)的互譜成像（圖1），顯著降低圖像偽影、實(shí)現(xiàn)聲源精確定位。與傳統(tǒng)基于二維面陣的三維被動(dòng)空化成像方法相比，該方法具備更低的計(jì)算復(fù)雜度，使用GPU并行加速可實(shí)現(xiàn)40幀/秒的三維圖像重建速度（400萬(wàn)個(gè)體素）。基于該方法，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)空化+B超雙模態(tài)三維實(shí)時(shí)成像，準(zhǔn)確定位和監(jiān)測(cè)微泡聲空化活動(dòng)（圖2）。這一技術(shù)為腫瘤等疾病的超聲空化治療提供了更具實(shí)用性和推廣價(jià)值的可視化監(jiān)測(cè)方案，有望在臨床轉(zhuǎn)化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

上海科技大學(xué)為第一完成單位，信息學(xué)院博士研究生朱卉為第一作者、博士研究生曾一為共同作者，信息學(xué)院蔡夕然教授和復(fù)旦大學(xué)許凱亮教授為共同通訊作者。此項(xiàng)工作得到了上?？萍即髮W(xué)電子學(xué)科平臺(tái)的設(shè)備支持和生命學(xué)院李劍峰教授的指導(dǎo)。

全文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11063451

圖1 基于行列陣列互譜估計(jì)的實(shí)時(shí)三維被動(dòng)空化成像方法概述。（a）接收點(diǎn)源發(fā)出的球面波的示意圖；（b）使用來(lái)自?xún)蓚€(gè)正交孔徑的波場(chǎng)通過(guò)互譜法進(jìn)行三維重建的流程圖。

圖2 單雙空化源仿體實(shí)驗(yàn)以及小鼠腫瘤空化治療（被動(dòng)空化成像+B超）雙模態(tài)圖像引導(dǎo)和監(jiān)測(cè)成像結(jié)果。