Noninvasive Estimation of Temperature Change Using Pulse-Echo Ultrasound

使用脉冲回波超声波无创估计温度变化

基本信息

  • 批准号:
    7943102
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 17.13万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-09-30 至 2011-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The broad, long-term objective of the proposed research is to develop an integrated system for monitoring and guidance of noninvasive and minimally-invasive thermotherapy devices. We consider the use of pulsed high intensity focused ultrasound (pHIFU) in single-shot mode and raster scanned mode to form volumetric lesions. Noninvasive estimation of tissue temperature in response to the application of therapeutic and sub-therapeutic pHIFU shots is a key to the wide spread acceptance of these devices in the clinic. Pulse-echo ultrasound has been shown to be suitable, in principle, as an image guidance modality with temperature imaging capability. However, noninvasive temperature imaging using pulse-echo ultrasound still suffers from limitations that hindered its adoption in clinical systems. This application addresses these limitations by proposing to develop an integrated imaging system with a variety of imaging modes designed to capture all the spatial and temporal dynamics of tissue deformations, whether native (e.g. due to breathing and cardiac cycle) or source induced. For a pHIFU source with single shots heating mm-size volumes, the mechanical stresses on the tissue due to radiation force effects may require M-mode imaging with high pulse repetition frequency (PRF) to capture the full dynamics of tissue deformation in response to therapeutic and subtherapeutic pulses. In raster-scan mode with relatively large heterogeneous heating field may require a number of A-lines to be acquired at high PRF to capture transient 2D tissue deformations in response to the pulsed source. For both of these modes, we propose new data acquisition protocols mixing full frame 2D RF data collection with M-mode for single-shot pHIFU and M2D-mode for raster-scan volumetric heating mode. By M2D-mode imaging we mean the collection of limited number of neighboring A-lines at the highest possible PRF. This will allow for simultaneous capture of tissue deformations with simultaneously high resolution in space and time to capture the dynamics of the complex temperature field. If successful, this research will lead to a robust real-time temperature imaging using diagnostic pulse-echo ultrasound. This will have significant impact on the clinical acceptance of pHIFU as a cost-effective and reliable modality for delivering thermal therapy to tumors and other tissue abnormalities. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: Robust temperature imaging is considered an "enabling technology" for minimally-invasive and noninvasive thermal therapy. Diagnostic pulse-echo ultrasound has the potential for imaging temperature changes in response to heating devices, but suffers from significant limitations that hindered its clinical acceptance. The proposed research addresses these limitations from the system and signal processing design perspectives. If successful, robust real-time temperature estimation for monitoring and guidance of thermal therapy will be developed and be ready for in vivo testing.
描述(由申请人提供):拟议的研究的广泛,长期目标是开发一个集成系统,以监测和指导非侵入性和微弱的热疗法设备。我们考虑使用单杆模式和栅格扫描模式的脉冲高强度聚焦超声(PHIFU)来形成体积病变。响应于治疗性和亚治疗性PHIFU射击的响应,对组织温度的无创估计是诊所中这些设备广泛接受的关键。脉冲回波超声已被证明是具有温度成像能力的图像引导方式。但是,使用脉搏回波超声检查的非侵入性温度成像仍然受到阻碍其在临床系统中采用的局限性。该应用程序通过提议开发具有多种成像模式的集成成像系统来解决这些局限性,旨在捕获组织变形的所有空间和时间动力学,无论是天然(例如,由于呼吸和心脏周期)还是引起的源。对于具有单镜头加热MM大小体积的PHIFU源,由于辐射力效应而引起的组织上的机械应力可能需要具有高脉冲重复频率(PRF)的M模式成像,以捕获对治疗性和亚胸腔脉冲的响应的全部动力学动力学。在栅格扫描模式下,具有相对较大的异质加热场可能需要在高PRF上获得许多A线,以捕获响应于脉冲源的瞬态2D组织变形。对于这两种模式,我们提出了新的数据采集协议,将全帧2D RF数据收集与M-Mode混合使用单杆PHIFU和M2D模式,以用于栅格 - 扫描体积加热模式。通过M2D模式成像,我们是指在最高可能的PRF处收集有限数量的相邻A线。这将允许同时捕获组织变形,并同时在空间和时间上分辨率高,以捕获复杂温度场的动力学。如果成功,这项研究将通过诊断脉冲回声超声导致稳健的实时温度成像。这将对PHIFU的临床接受是一种具有成本效益且可靠的方式,用于将热疗法提供给肿瘤和其他组织异常。 公共卫生相关性:可稳定的温度成像被认为是最小侵入性和非侵入性热疗法的“启示技术”。诊断脉冲回波超声有可能在响应加热设备的情况下进行成像温度变化,但受到严重限制,阻碍了其临床接受。拟议的研究解决了系统的这些局限性以及信号处理设计的角度。如果成功,将开发出强大的实时温度估计,以进行热疗法的监测和指导,并准备进行体内测试。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
In vivo ultrasound thermography in presence of temperature heterogeneity and natural motions.
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