Nichtinvasive Ultraschallthermometrie für das HIFU-Monitoring in Phantomen: Vergleich von Echoverschiebungs- und Grauwertmethode

Problemstellung: Der Einsatz hochintensiven fokussierten Ultraschalls (HIFU) für die thermische Ablation menschlichen Gewebes erfordert eine sichere echtzeitfähige Überwachung der Läsionsbildung um Schädigungen des umgebenden gesunden Gewebes zu verhindern und die erzeugten Temperaturerhöhungen zu kontrollieren. Neben MR-Bildgebung kann für die Temperaturüberwachung diagnostischer Ultraschall eingesetzt werden. Es wurden Temperaturmessungen in Agarphantomen unter Verwendung zweier verschiedener Erfassungsmethoden durchgeführt, um die Eignung für Therapieplanung, Dosiserfassung und Qualitätssicherung zu untersuchen. Patienten und Methode: Die Echoverschiebungsmethode basiert auf zwei verschiedenen physikalischen Phänomenen: der lokalen Änderung der Schallausbreitungsgeschwindigkeit und der thermischen Expansion des Ausbreitungsmediums bei Temperaturänderungen. Ein Kreuzkorrelationsalgorithmus wurde verwendet, um die Hochfrequenzechodaten eines modifizierten kommerziellen Sonografiegerätes auszuwerten. Bei der mittleren Grauwertmethode als zweite Erfassungstechnik erfolgte die Temperaturbestimmung durch Detektion von Helligkeitsänderungen im B-Mode Bild, zunächst in einer Kalibriermessung und dann während der HIFU Beschallung. Zusätzlich Validierungsmessungen wurden mit im Phantom eingebetteten Thermoelementen durchgeführt. Ergebnisse: Die Temperaturmessungen wurden in Experimenten mit verschiedenen Anregungsspannungen des HIFU-Wandlers durchgeführt. In der höchsten verwendeten Einstellung bei einer akustischen Leistung von 60 W betrug die maximale Temperatur 45 °C. Abgesehen von spezifischen Unterschieden, wie zum Beispiel bezüglich räumlicher Auflösung und Messunsicherheit, waren die Messungen mit beiden Methoden konsistent mit maximalen Abweichungen von etwa 8%. Die Vergleichsmessungen mit Thermoelementen lieferten eine Übereinstimmung mit Abweichungen bis zu 9%. Schlussfolgerungen: In Verbindung mit geeigneten Gewebephantomen kann die ultraschallgestützte Thermometrie zur Kontrolle der Schallabgabe klinischer HIFU Geräte vor der Behandlung von Patienten und zum routinemäßigen Check im Rahmen der Qualitätssicherung eingesetzt werden. Die Methode der mittleren Grauwertänderungen benötigt weniger Systemanforderungen, liefert allerdings ein geringeres räumliches Auflösungsvermögen.