近日，上海科技大学生物医学工程学院程冰冰课题组在学术期刊iRADIOLOGY上发表题为“Systematic review of phase aberration correction algorithms for transcranial focused ultrasound”的综述论文，系统阐述了精准经颅聚焦超声相位校正算法的研究现状与未来发展方向。
聚焦超声是一种新兴的疾病治疗技术，具有无创性和高精准性等优势。该技术能够实现多种治疗功能，包括血脑屏障开放、热消融及神经调控等。目前，经颅聚焦超声已应用于特发性震颤、脑肿瘤等多种脑部疾病的治疗，展现出广阔的临床应用前景。然而，由于颅骨形状复杂、内部结构异质性较大，颅骨与软组织在密度和超声传播速度等方面差异明显，超声波在穿过颅骨后会产生严重的相位畸变（图1 a）。这种畸变会导致聚焦超声出现声压下降、焦点偏移、焦域扩大以及旁瓣增强等现象，进而影响治疗的精准性和效果。为了实现经颅聚焦超声的精准有效治疗，常采用结合相位校正算法的相控阵超声换能器，对发射的超声波进行调整，以减少相位畸变带来的影响（图1 b）。
图1. 畸变的声场与校正后的声场
文章系统总结了当前主流的14种相位校正算法及其5类评价标准，并对不同算法在实际应用中的表现进行了详细分析（图2）。研究内容涵盖算法在校正前后声压和声强变化、焦点位置偏差、焦域尺寸、峰值旁瓣比以及计算效率等方面的表现。结果表明，不同算法在各项评价标准下表现各有优劣，实际应用应根据具体需求选择最适合的算法。此外，作者还深入探讨了经颅聚焦超声技术的未来发展趋势，人工智能技术在MRI图像合成CT图像和经颅聚焦超声数值仿真等方面展现出一定的应用潜力。目前，相位校正算法仍需经过多个计算步骤才能获取由颅骨引起的相位畸变。未来，端到端神经网络有望通过单次计算直接生成相位畸变结果，大幅提升效率。该工作为领域内的研究者选择适合的相位校正算法提供了重要的理论支持和实践依据。
图2. 相位校正算法在不同评价标准下的表现。评价标准被划分为五类，每个扇形区域对应一个具体指标。色块距离中心越远，表明该色块对应颜色所代表的校正方法在该指标下的表现越优异
上海科技大学生物医学工程学院程冰冰教授为通讯作者，硕士研究生王明宇和博士研究生徐洲阳为共同第一作者，上海科技大学为第一完成单位。
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