磁共振引导相控HIFU系统的软件设计与开发
发布时间：2020-03-21 08:27
【摘要】：相控HIFU(HighIntensityFocusedUltrasound,高强度聚焦超声)通过控制声束在靶组织内聚焦，使靶区温度快速上升到65摄氏度以上，造成靶组织的急性热损伤而不伤及靶区周围的正常组织，达到治疗肿瘤的目的。由于肿瘤一般位于体内，无法直接观察，采用相控HIFU治疗时，需要在较高分辨率的肿瘤影像的帮助下实施，并且相控HIFU治疗肿瘤采用热消融机制，精确的温度控制同样重要。 在众多临床影像设备中，磁共振成像(MagneticResonanceImaging,MRI)对人体几乎无任何伤害，同时可以快速、准确成像。在相控HIFU治疗过程中，采用MRI作为影像提供手段是必然的趋势，同时，MRI可以作为相控HIFU治疗过程需要的测温手段。与其它测温方式相比，MRI可以在任意层面进行测温，能较准确地显示组织对热疗的反应。国内外已有不少学者和研究团队致力于MRI引导相控HIFU技术的研究。本文介绍了以实验室自主研制的相控HIFU设备为基础，与MRI厂 商合作共同研制MRI引导相控HIFU治疗系统的软件设计和开发。根据系统硬件结构的调整，通过需求分析，将MRI引导相控HIFU软件分为三个独立的软件，运行在不同的电脑上完成各自的功能，分别为：图像处理机、相控HIFU工控机以及系统主控机。根据软件工程的思想，对每个软件都做了详细的需求分析和说明，明确开发目标。根据MRI厂商提供的MRI操作接口，通过开发通信模块，将两个系统有机结合起来，实现了MRI对相控HIFU系统在治疗过程中的引导。在软件开发中，采用了模块化处理，根据高内聚、低耦合的思想将软件开发划分为多个不同功能的模块。这样可以最大程度发挥开发人员 的特长，并且方便软件的升级和移植。同时采用了单例模式，状态模式等设计模式，可以提高代码质量，减少错误，并对开发中用到的一些关键技术做了详细的介绍，通过一些截图展示每个模块的运行效果。 最后通过代码评审和单元测试，检验软件的正确性和可行性，确保软件的质量，并与合作的MRI厂商进行系统联调和实验，结果证明在该系统框架下，设计和开发的软件可以完成MRI与相控HIFU的交互以及控制HIFU完成治疗，验证了软件的安全性，稳定性，为下一步在MRI引导相控HIFU系统上进行更多的实验研究奠定了基础。
【图文】：
述 原 理 9 0 年代 发 展起 来 的 一种 真 正 意 义上 的 非 侵入 能量 的 超 声声 束 以 某种 方 式 在 靶区 组 织 内（ 在短 时 间 内迅 速 升 高， 造 成 靶 组织 急 性 热损 术在 国 内 外引 起 了 研究 者 的 高 度关 注 ， 并进 慰的 是 ， 这项 技 术 并不 局 限 于 治疗 肿 瘤 ，在 关注 和 认 可， 比 如 止血 、 溶 栓 、治 疗 心 律失 药物 输 送以 及 基因 治 疗 等 [ 1- 6 ] 。 用 电 子 聚 焦 控 制 阵 元 激 励 信 号 的 相 位 ，， 驱 动所示 。相 控 HI F U 具有 许 多优 点 [7 - 1 0] ，如 它 有 确， 可 以 灵活 的 切 换焦 点 ； 可 以通 过 相 控使 如 骨 骼 ，肺 等 。
上海 交 通大 学 硕士 学 位论 文 计划 ； 将 制 定好 的 治 疗计 划 发 送给 工 控 机 ，并 计 算 所需 的 相 位 信息 发送 到 下 位 机， 经 过 相控 信 号 驱动 系 统 产 生可 聚 焦 的超 声 ， 开 始治 程中 由 温 度 图像 采 集 反馈 系 统 实时 获 取 治 疗区 域 的 温度 ， 上 位 机根 温 度， 调 整 治 疗状 态 实现 闭环 控 制 。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP311.52;R445.2
本文编号：2593061
【图文】：
述 原 理 9 0 年代 发 展起 来 的 一种 真 正 意 义上 的 非 侵入 能量 的 超 声声 束 以 某种 方 式 在 靶区 组 织 内（ 在短 时 间 内迅 速 升 高， 造 成 靶 组织 急 性 热损 术在 国 内 外引 起 了 研究 者 的 高 度关 注 ， 并进 慰的 是 ， 这项 技 术 并不 局 限 于 治疗 肿 瘤 ，在 关注 和 认 可， 比 如 止血 、 溶 栓 、治 疗 心 律失 药物 输 送以 及 基因 治 疗 等 [ 1- 6 ] 。 用 电 子 聚 焦 控 制 阵 元 激 励 信 号 的 相 位 ，， 驱 动所示 。相 控 HI F U 具有 许 多优 点 [7 - 1 0] ，如 它 有 确， 可 以 灵活 的 切 换焦 点 ； 可 以通 过 相 控使 如 骨 骼 ，肺 等 。
上海 交 通大 学 硕士 学 位论 文 计划 ； 将 制 定好 的 治 疗计 划 发 送给 工 控 机 ，并 计 算 所需 的 相 位 信息 发送 到 下 位 机， 经 过 相控 信 号 驱动 系 统 产 生可 聚 焦 的超 声 ， 开 始治 程中 由 温 度 图像 采 集 反馈 系 统 实时 获 取 治 疗区 域 的 温度 ， 上 位 机根 温 度， 调 整 治 疗状 态 实现 闭环 控 制 。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP311.52;R445.2
【参考文献】
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1 吉翔;沈国峰;白景峰;李德辉;余瑛;乔杉;陈亚珠;;Multi-element Ultrasound Phased Array Applicator for the Ablation of Deep-seated Tissue[J];Journal of Shanghai Jiaotong University(Science);2011年01期
2 ;High-intensity focused ultrasound with large scale spherical phased array for the ablation of deep tumors[J];Journal of Zhejiang University(Science B:An International Biomedicine，Biochemistry & Biotechnology Journal);2009年09期
3 张胜发;沈国峰;吉翔;李德辉;蔡鸿斌;陈亚珠;;相控型HIFU系统软件的开发与应用[J];中国医疗器械杂志;2010年04期
4 徐遄,吴勇,贾克斌,陈刚,李会通;数字医学影像与通信的重要标准——DICOM标准[J];中国医学影像技术;2002年09期
5 刘文杰;沈国峰;吴昊;陈亚珠;;基于FPGA技术的P-HIFU系统相控信号发生器的研制[J];中国医疗器械杂志;2012年01期
本文编号：2593061
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