基于超声图像的HIFU治疗过程监测方法研究

发布时间：2020-05-09 07:19

【摘要】：高强度聚焦超声(HIFU)治疗作为一种新发展的临床诊疗技术,由于其具有无创治疗、对患者造成创伤小、安全高效等优点已广泛应用于医疗临床。HIFU治疗是利用超声波在患者体内瞬间产生的高温让组织变性坏死,因而在对患者治疗过程中,必须有效地对HIFU治疗过程进行监测。超声图像监测技术因具备对患者危害小、技术成本低、与热疗设备兼容等优点成为高强度聚焦超声治疗监测的一种重要方法。本文利用高强度聚焦超声换能器对新鲜离体猪肉组织进行辐照,再通过B超实时获取辐照前后的超声图像,利用超声图像对HIFU治疗过程进行监测研究。主要工作有:1.介绍了 HIFU技术的原理和国内外发展概况,并着重阐述了国内外基于超声图像对HIFU治疗过程监测方法的研究现状,进一步突出本课题的研究意义。2.详细介绍了本文实验系统的设计方案和超声图像采集流程。介绍了超声图像的预处理方案:主要是对图像灰度化处理、小波滤波、超声图像的差值处理等,为后续超声图像纹理特征的提取做进一步的准备。3.围绕超声无损测温展开研究。提取差值处理后的超声图像的灰度均值、分形盒维数以及Gabor变换后的归一化灰度梯度共生矩阵(GGCM)二阶参数梯度平均、混合熵、逆差矩等特征参量,利用最小二乘法拟合原理对特征参量和温度进行线性拟合,并加入线性相关系数均值作为拟合程度的评价标准。实验结果表明:灰度均值、分型盒维数、梯度平均、混合熵、逆差矩和温度之间均存在一定的线性相关性;其中,灰度均值和分形盒维数都只能在低温阶段良好的反映温度信息,而随着温度的升高,组织变性加剧,不能再有效地反映温度;采用Gabor-GGCM方法提取的混合熵在低温阶段能较准确地反映温度变化信息,梯度平均则在高温段能更好地反映温度的变化信息;并且采用Gabor-GGCM方法提取的梯度平均、混合熵以及逆差矩三个二阶参数和温度的线性相关系数均值分别为0.9804、0.9854和-0.9644,高于灰度均值法和分形盒维数。本文提出的基于Gabor变换和灰度梯度共生矩阵超声无损测温法为超声无损测温提供了一种新的途径。4.围绕组织损伤评价展开研究。提取超声图像的灰度均值、信息熵、条件熵、线性相关系数等特征参量,结合支持向量机分别对组织损伤进行评价。实验结果表明:灰度均值、信息熵、条件熵、相关系数这四个特征参数对检测组织是否损伤都具有一定的辨识能力且具有不同的阈值区间,充分训练后这四个特征参量都可以用于组织损伤阈值的划分。其中,灰度均值、条件熵这2个特征参量对组织损伤的总辨识度要低于信息熵和线性相关系数;条件熵、信息熵、线性相关系数对未损组织辨识效果要高于灰度均值;灰度均值、信息熵、线性相关系数对损伤组织辨识效果比条件熵更佳。本文以超声图像为研究基础,分别从超声无损测温和组织损伤评价两个角度展开了一定的研究,为HIFU治疗过程监测方法提出了新的思路。
【图文】：

超声图像,超声换能器,实验设备

图２－４邋ＨＩＦＵ实验系统界面逡逑其中，超声图像采集系统包括有计算机、图像采集卡、Ｂ超探头、Ｂ超仪和逡逑离体猪肉组织，系统工作过程中，Ｂ超探头通过向离体猪肉组织发射超声回波信逡逑号，并接收由猪肉组织反射回的超声回波信号传回至Ｂ超仪形成超声图像，计逡逑

实验装置,预处理

２－６所示：逡逑图像采集＋原始Ｂ超图像图像纹理特征提取４进行仿真＾结果分析逡逑图２－６实验基本流程处理图逡逑２．２超声图像预处理逡逑原始超声图像由于超声成像时各散射波随机相位叠加具有相干特性，这让超逡逑声图像一般都具有较为严重的噪声干扰［３８］，而这些噪声往往和图像的细节杂糅在逡逑一起，这大大影响我们对图像细节的提取。逡逑为了更快速、精确地对ＨＩＦＵ治疗进行监测，需要将超声图像进行相应预处逡逑理。本文将对ＨＩＦＵ辐照前后的原始超声图像进行图像灰度化处理、小波滤波处逡逑理、图像差值处理等相关预处理工作，，从而获取数据量小、损伤细节更为突出、逡逑噪声干扰更小的超声差值图像。具体超声图像预处理流程如图２－７所示：逡逑１１逡逑
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;R445.1

【参考文献】