高强度聚焦超声诱导的组织光学散射和吸收变化跨越九个数量级的热剂量

摘要： 在热消融过程中，组织的光学特性会发生变化。声光（AO）和光声（PA）成像等多模态方法可提供病灶形成的实时直接测量。此前已通过温度可控水浴暴露的有限热剂量范围测量了组织光学特性的基线变化，但关于高强度聚焦超声（HIFU）所创病灶的光学特性数据极少。本研究采用积分球分光光度法，测量了离体鸡胸肉经HIFU处理后400-1300纳米波段的光学散射与吸收系数，并通过红外相机监测HIFU诱导的时空温度升高来计算局部组织承受的热剂量。结果显示：当热剂量超过CEM43=600±81累积等效分钟时（覆盖9个数量级范围），HIFU照射会导致约化散射系数增大；HIFU热损伤会引起全光谱散射变化，超过70°C的热损伤区域散射强度增加2.5倍。热损伤组织的吸收系数同样增大，但其增幅强烈依赖光学波长且样本间差异显著，故未能确定热剂量阈值的存在。在以900纳米和1100纳米为中心的近红外波段发现了光学穿透深度最大的治疗窗口。这些数据为改进HIFU治疗中实时AO/PA病灶形成监测技术（作为温度测量的替代方案）提供了研究依据。