研究背景高强度聚焦超声（High-intensity focused ultrasound,HIFU）作为一种无创治疗技术能完整地保留患者子宫,具有良好的安全性和有效性,目前已被广泛应用于子宫肌瘤的临床治疗。HIFU治疗的原理为:体外通过一定的聚焦方式将低能量超声束进行聚焦,通过皮肤、脂肪、肌肉等组织传播至病变区域,焦点处快速升温至65℃以上,致使靶区组织产生不可逆性凝固性坏死,而声波所经过的正常组织不受影响。但由于受到不同患者肌瘤位置、深度、类型、血流灌注以及脂肪层厚度等患者组织特异性的影响,每个患者的HIFU疗效存在差异。为了保证HIFU治疗的安全性和有效性,需要考虑不同患者的结构和组织特异性,实现HIFU治疗的个性化预测。传统的HIFU治疗剂量预测通常未考虑组织结构分布的影响,在仿真中将组织视为平行均匀多层层状结构。然而,在实际HIFU治疗过程中,超声束会经过皮肤、脂肪、肌肉等组织,每层组织的空间分布并不均匀,且边界不规则,采用平行均匀多层层状结构进行HIFU治疗剂量预测会产生一定的误差。为此,本文基于子宫肌瘤患者MRI影像数据建立HIFU治疗剂量的个性化预测,并与B超强回声面积、基于平行均匀多层层状结构建立的剂量预测进行对比研究,旨在为临床HIFU治疗剂量预测系统的建立提供参考依据。目的1、分别基于子宫肌瘤患者术前MRI影像、平行均匀多层层状结构实现HIFU消融的剂量预测,通过手术过程中采集的B超影像获得B超强回声面积,将基于患者影像、平行均匀多层层状结构的仿真损伤面积与B超强回声面积进行对比研究,验证仿真模型的准确性。2、探究患者腹壁厚度、子宫肌瘤层厚度及辐照剂量对HIFU治疗子宫肌瘤B超强回声面积和仿真损伤面积的影响关系,明确HIFU治疗剂量投放的影响因素。方法1.以2013-2018年间于重庆医科大学附属第一医院接受HIFU治疗的64例MRI T2WI等信号子宫肌瘤患者作为研究对象。基于患者治疗前的临床影像数据,分别实现基于子宫肌瘤患者MRI影像、平行均匀多层层状结构的剂量预测。2.基于子宫肌瘤患者MRI影像的数值计算网格绘制步骤如下:感兴趣区域的交互式提取,图像滤波处理锐化边缘并保留图像内部的纹理信息,图像形态学处理提取出对于表达和描绘区域形状有用的图像边界,对原图中的边界进行增强边界与内部区域的对比度,最后提取声通道不同的组织区域绘制数值计算网格。平行均匀多层层状结构的网格绘制基于临床B超影像数据,提取出声轴线上的组织厚度作为各层组织的厚度绘制理论计算网格。3.通过手术过程中采集的B超影像获得子宫肌瘤临床治疗首个治疗点焦域处的B超强回声面积。理论上,结合Westervelt非线性声传播方程和Pennes生物热传导方程,利用等效热剂量模型以240EM为损伤阈值,分别基于子宫肌瘤患者MRI影像、平行均匀多层层状结构进行剂量预测,获得首个治疗点的仿真损伤面积。进一步与B超强回声面积进行Sperman相关性分析和对比研究。4.进一步探究腹壁厚度、子宫肌瘤层厚度及辐照剂量与B超强回声面积、仿真损伤面积的相关性,分别从单因素和多因素的角度进行分析,进一步明确HIFU疗效的影响因素,验证基于患者MRI影像实现HIFU治疗剂量预测的精准性。结果1.64例患者首个治疗点的B超强回声面积为41.705±13.506mm~2,基于患者MRI影像和平行均匀多层层状结构的仿真损伤面积分别为41.725±18.472mm~2和39.854±17.094mm~2。首个治疗点处B超强回声面积与基于患者影像的仿真损伤面积、基于平行均匀多层层状结构仿真损伤面积的Sperman相关性系数分别为0.827（P=0.01）、0.692（P=0.01）。2.相比基于平行均匀多层层状结构得到的焦点声压分布,基于患者真实MRI影像数据仿真得到的焦点声压偏离预设焦点位置朝向换能器方向移动,波形产生了畸变,与基于理想平行均匀多层层状结构得到的结果差异较大。相应的温度及组织损伤结果可见,基于患者真实MRI影像数据得到的焦点温度低于平行均匀多层层状结构得到的焦点温度。由于组织非均匀性存在,导致损伤点偏离预设焦点区域,而基于平行均匀多层层状结构得到损伤范围均匀地分布于目标焦点周围。3.腹壁厚度、子宫肌瘤层厚度及辐照剂量与B超强回声面积、仿真损伤面积的相关性结果可见,在人体组织腹壁厚度（13～41.1mm）范围内,腹壁厚度对B超强回声面积及仿真损伤面积无统计学差异（P=0.636/P=0.984,P=0.000/P=0.000）;子宫肌瘤厚度与B超强回声面积有统计学差异（P=0.025,P=0.000）,与仿真损伤面积无统计学差异（P=0.222,P=0.000）;辐照剂量与B超强回声面积及仿真损伤面积有统计学差异（P=0.000）,呈正相关。结论1.基于患者影像的仿真损伤面积和B超强回声面积具有显著的一致性,验证了利用临床MRI患者影像数据构建的非均匀组织模型的有效性,有助于HIFU辐照剂量的个性化预测和剂量规划。2.在人体组织腹壁厚度（13～41.1mm）范围内,腹壁厚度对B超强回声面积及仿真损伤面积不具有显著性作用;子宫肌瘤厚度与B超强回声面积呈负相关,而子宫肌瘤厚度与仿真损伤面积无统计学差异;辐照剂量与B超强回声面积及仿真损伤面积呈正相关。