一种用于模拟经颅MRI引导聚焦超声热消融的单元级方法
医学物理
2020-01-01 v1
摘要
本工作探索了一种单元级方法来模拟经颅MRI引导聚焦超声(TcMRgFUS)热消融，这是一种无创神经外科手术方法。相控阵换能器的每个单元被单独模拟并可同时载入计算机内存，从而能够快速计算用于波束转向和像差校正的不同相位偏移下的压力场。我们模拟了32名患者的431次声发射的压力分布，施加治疗期间使用的相位和幅度值，并估算由此产生的温升。我们系统地改变CT衍生的颅骨密度与声衰减和声速之间的关系，以使预测与MR温度成像(MRTI)之间达成最佳一致。该优化通过来自另外40次治疗的396次声发射的模拟进行了验证。优化后，预测与测量的加热吻合良好（R2：患者1-32为0.74；患者33-72为0.71）。模拟温度图中的加热尺寸和斜度与MRTI相关性良好（R2分别为0.62、0.74），但实测加热在空间上更为弥散。实现消融所需能量相差一个数量级（3.3-36.1 kJ）。尽管这种单元级方法前期需要更多计算时间，但可并行执行。它允许针对阵列上不同的相位和幅度值快速计算焦点处的三维加热。我们还展示了如何利用该方法优化CT衍生颅骨密度与声学特性之间的关系。尽管此处发现的关系需要在更大患者群体中进行进一步验证，这些结果证明了该方法在模拟TcMRgFUS方面的前景。
引用
@article{arxiv.1909.02372,
title = {An element-wise approach for simulating transcranial MRI-guided focused ultrasound thermal ablation},
author = {Nathan McDannold and P. Jason White and Rees Cosgrove},
journal= {arXiv preprint arXiv:1909.02372},
year = {2020}
}