引言
在医学成像领域，超声成像因其无创性和实时性而被广泛应用。然而，传统的超声成像在温度测量方面存在局限性。最近，一项新的研究提出了一种基于热应变和短时恒定声爆的超声热成像方法，为超声成像在温度监测方面的应用带来了新的希望。这项研究由法国里昂的LabTAU、INSERM、Centre Léon Bérard和Université Lyon 1的研究团队完成，并发表在《Sensors》杂志上。
研究背景
在超声治疗领域，实时监测组织温度对于评估治疗效果至关重要。例如，在高强度聚焦超声（HIFU）和射频（RF）消融等热疗技术中，精确的温度测量可以显著提高治疗的安全性和有效性。目前，磁共振成像（MRI）是测量温度变化的金标准，但由于其高昂的成本和有限的可用性，限制了其在大多数热疗中的应用。因此，开发一种低成本、便携的超声成像技术来监测温度变化具有重要的临床意义。
研究方法
研究团队提出了一种新的超声热成像方法，该方法通过短时恒定声爆来测量温度。这种方法的核心在于利用热应变与温度之间的线性关系。具体来说，通过在组织中引入一个短暂的热脉冲，可以测量由此产生的热应变，进而推算出温度变化。
热应变的测量：热应变是指由于温度变化导致的组织尺寸变化。研究团队通过测量超声回波信号的位移来计算热应变。这种方法利用了组织在加热时的热膨胀和声速变化，从而实现了对温度的间接测量。
实验设计：研究团队在体外模型中进行了模拟和实验验证。他们使用了一种犬肝组织模型，通过模拟不同的温度条件（20°C至90°C），验证了热应变与温度之间的线性关系。此外，他们还在Zerdine组织模拟材料制成的幻影样本上进行了实验，进一步验证了该方法的可行性和准确性。
信号处理：为了提高测量的准确性，研究团队采用了一种两步相关法和幅度调制校正技术来计算时间延迟，并将其转换为位移和热应变。这种方法能够有效减少测量误差，提高温度估计的精度。
实验结果
实验结果表明，热应变与温度之间存在显著的线性关系。在模拟和实验中，研究团队均观察到了这种线性关系，并通过线性拟合成功地将热应变转换为温度。具体结果如下：
模拟结果：在犬肝组织模型中，热应变与温度之间的线性关系得到了验证。通过线性拟合，研究团队能够准确地估计出不同温度下的热应变值。
实验结果：在Zerdine幻影样本的实验中，研究团队同样观察到了热应变与温度之间的线性关系。通过实验测量的热应变值与温度之间的关系与模拟结果一致，进一步验证了该方法的准确性。
讨论
这项研究提出了一种新的超声热成像方法，通过短时恒定声爆测量热应变，从而实现对温度的直接测量。这种方法具有以下优点：
快速测量：该方法能够在大约100毫秒内完成温度测量，无需长时间跟踪和累积小温度变化。
无需初始温度和声速：与传统方法不同，该方法不需要知道初始温度和声速，只需通过测量热应变即可估计温度。
易于集成：该方法可以轻松集成到现有的超声设备中，无需额外的硬件支持。
然而，该方法也存在一些局限性。例如，在组织发生凝固时，声衰减可能会显著增加，这可能会影响温度测量的准确性。此外，组织的异质性也可能对热应变的测量产生影响。未来的研究需要进一步探索这些因素对温度测量的影响，并开发相应的校正方法。
结论
这项研究提出了一种基于热应变和短时恒定声爆的超声热成像方法，为超声成像在温度监测方面的应用提供了新的思路。通过模拟和实验验证，研究团队成功地展示了该方法的可行性和准确性。未来的研究将集中在进一步优化该方法，并探索其在生物组织中的应用潜力，特别是在HIFU治疗和RF消融中的实时温度监测。
参考文献
Arthur, M. Temperature Imaging Using Ultrasound. In Physics of Thermal Therapy; Moros, E., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2016; pp. 236–257. ISBN 978-0-429-19368-2.
Hanninen, M.; Yeung-Lai-Wah, N.; Massel, D.; Gula, L.J.; Skanes, A.C.; Yee, R.; Klein, G.J.; Manlucu, J.; Leong-Sit, P. Cryoablation Versus RF Ablation for AVNRT: A Meta-Analysis and Systematic Review. Cardiovasc. Electrophysiol. 2013, 24, 1354–1360.
Zulkifli, D.; Manan, H.A.; Yahya, N.; Hamid, H.A. The Applications of High-Intensity Focused Ultrasound (HIFU) Ablative Therapy in the Treatment of Primary Breast Cancer: A Systematic Review. Diagnostics 2023, 13, 2595.
Stanislavova, N.; Karamanliev, M.; Ivanov, T.; Yotsov, T.; Zhou, K.; Dimitrov, D. Is High-Intensity Focused Ultrasound (HIFU) an Option for Neoadjuvant Therapy for Borderline Resectable Pancreatic Cancer Patients?—A Systematic Review. Int. J. Hyperth. 2021, 38, 75–80.
Sehmbi, A.S.; Froghi, S.; Oliveira De Andrade, M.; Saffari, N.; Fuller, B.; Quaglia, A.; Davidson, B. Systematic Review of the Role of High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) in Treating Malignant Lesions of the Hepatobiliary System. HPB 2021, 23, 187–196.
Gao, X.; Yang, Y.; Wang, Y.; Huang, Y. Efficacy and Safety of Ultrasound-Guided Radiofrequency, Microwave and Laser Ablation for the Treatment of T1N0M0 Papillary Thyroid Carcinoma on a Large Scale: A Systematic Review and Meta-Analysis. Int. J. Hyperth. 2023, 40, 2244713.
