用于深脑神经调节的低强度经颅聚焦超声的磁共振成像引导方法

《International Journal of Imaging Systems and Technology》：Magnetic Resonance Imaging Guidance Method of Low-Intensity Transcranial Focused Ultrasound for Deep Brain Neuromodulation

LITFU结合矩形换能器与MRI声辐射力成像导航，通过k-Wave模拟和生物组织弹性模型优化超声参数，实现深部脑区（杏仁核）80mm深度、3MPa峰值声压精准刺激，验证了该导航方法的有效性及临床潜力。

　　

摘要

低强度经颅聚焦超声（LITFU）是一种备受期待的微创神经调控技术，其在目标定位精度、空间分辨率、刺激深度和可逆性方面表现出色。然而，LITFU仍面临一些挑战，最显著的问题是在深层组织中的定位精度较低，以及由于颅骨对声场的扭曲导致刺激深度受限。本研究提出了一种方法，利用矩形凹面超声换能器在磁共振成像（MRI）和声辐射力成像（ARFI）引导下实现深部脑刺激。首先，通过具有超短回波时间（UTE）序列的颅骨磁共振成像（MRI）进行k波仿真建模，以计算组织内的声压分布和最大值。然后，利用生物组织弹性变形模型计算达到最大组织位移所需的时间。基于位移和时间数据，优化运动编码梯度以获得更明显的相位对比度。我们在充满水的气球和离体猪脑上验证了该方法的可行性，并确定了优化的超声延迟时间系数，最终在人类志愿者的大脑中实现了对位于深处的杏仁核的精确LITFU聚焦。实验结果表明，矩形换能器的最大刺激深度为80毫米，最大峰值声压为3兆帕。对比了仿真结果和ARFI测量结果，证实了两者的一致性及差异。改进后的EPI-ARFI技术显著提高了测量灵敏度，将扫描时间缩短至24秒，并实现了三维成像。这项工作为基于MRI引导的LITFU提供了定位和验证方法，为未来临床应用中的深部脑刺激奠定了基础。

利益冲突

J.Z.、Y.D.和Q.H.受雇于上海联合影像医疗有限公司。其余作者声明没有利益冲突。