Non-invasive transcranial ultrasound therapy based on a 3D CT scan: protocol validation andin vitroresults

脉冲(物理) 生物医学工程 经颅多普勒 颅骨 超声波 计算机科学 声学 材料科学 物理 放射科 医学 解剖 量子力学
作者
F. Marquet,Mathieu Pernot,Jean‐François Aubry,Gabriel Montaldo,Laurent Marsac,Mickaël Tanter,Mathias Fink
出处
期刊:Physics in Medicine and Biology [IOP Publishing]
卷期号:54 (9): 2597-2613 被引量:203
标识
DOI:10.1088/0031-9155/54/9/001
摘要

A non-invasive protocol for transcranial brain tissue ablation with ultrasound is studied and validated in vitro. The skull induces strong aberrations both in phase and in amplitude, resulting in a severe degradation of the beam shape. Adaptive corrections of the distortions induced by the skull bone are performed using a previous 3D computational tomography scan acquisition (CT) of the skull bone structure. These CT scan data are used as entry parameters in a FDTD (finite differences time domain) simulation of the full wave propagation equation. A numerical computation is used to deduce the impulse response relating the targeted location and the ultrasound therapeutic array, thus providing a virtual time-reversal mirror. This impulse response is then time-reversed and transmitted experimentally by a therapeutic array positioned exactly in the same referential frame as the one used during CT scan acquisitions. In vitro experiments are conducted on monkey and human skull specimens using an array of 300 transmit elements working at a central frequency of 1 MHz. These experiments show a precise refocusing of the ultrasonic beam at the targeted location with a positioning error lower than 0.7 mm. The complete validation of this transcranial adaptive focusing procedure paves the way to in vivo animal and human transcranial HIFU investigations.
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