基于复合平面波超声的脑胶质瘤成像方法研究

发布时间：2020-05-12 22:17

【摘要】：胶质瘤是颅内肿恶性肿瘤中比较常见的一种,发病率占颅内原发性肿瘤的80%。它是一种高度血管型肿瘤,具有很强的侵袭性和浸润性。研究证明,肿瘤在生长过程中与其新生血管的生成有重要联系。目前临床上也主要通过切除手术结合后期化疗等方法来进行治疗。但是,由于胶质瘤具有复杂的解剖学结构,以及其周围丰富的功能型组织,如何最大程度切除肿瘤防止复发,但同时又尽可能保存患者神经功能,是目前临床上切除术面临的巨大挑战。现有的手术引导方法,例如MRI,都只能区分出肿瘤的边界,无法分辨出肿瘤内外的血管网络细节。所以在临床上,为肿瘤切除术提供血流分布的影像学指导具有一定的临床价值。超声是一种实时而且安全的医学影像方法。近年来提出的基于平面波的功率多普勒血流成像技术,所有的超声换能器阵元能同时接受和发送数据,一次扫描即可获得一帧全幅图像,极大地提高了超声成像的帧频和对微小血流检测的灵敏度。同时利用多个角度的平面波采集的数据进行相干复合,可以弥补单角度平面波成像中图像对比度和分辨率较低的缺点。本文提出了利用多角度平面波相干复合多普勒血流成像技术来获得高分辨的血流图,并对胶质瘤模型大鼠的肿瘤血管分布进行可视化分析。同时,通过将这种成像方法与MRI图像和组织切片染色效果进行比较,验证了这种成像方法评估小动物脑肿瘤的可行性。为了更直观的分析肿瘤血管的分布,本文还对脑血流的三维结构进行了重建。利用复合平面波功率多普勒成像方法可以获得较好的的全脑血流图,但是图像分辨率始终受到了衍射极限的限制。近年提出的超分辨成像技术利用了超快超声的高帧频来捕捉注射到生物体内的造影剂微泡。所以在此基础之上,本文还尝试用对脑血流进行超分辨成像,利用微泡对超声的反射信号强、空间相干性低和去相关性强的特点,定位微泡并多帧图像叠加重建出血管结构,以此提高图像分辨率。本文已经在仿体和在体实验中初步实现超分辨。有望后续可以更进一步的得到脑胶质瘤的的超分辨率图,辅助分析肿瘤血管特性。
【图文】：

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着临床超声对成像帧频要求的提高，超声平面波成像技术(Tanter and Fink, 2014)Plane Wave Imaging, PWI）得到了迅速的发展。这种成像方法同时激励所有阵元射和接收脉冲信号，，由于阵元之间的间距较小，声场叠加之后波阵面近似为一个面。这种扫描方式一次发射就可以完成对整个感兴趣区域（Regions of Interest,OI）的成像，所以成像速度远远高于传统聚焦超声。但是，成像速度快带来的另个缺点就是图像的分辨率和对比度都较低。如图 1.1 所示，图(a)是传统聚焦超声用 4 个聚焦深度和 512 个波束扫描得到的图像；图(b)是用一个角度平面扫描得的图像。明显地，图(b)的分辨率远远不如图(a)。随后 Fink 等人(Montaldo,Tanter,ercoff et al., 2009)提出的多角度平面波相干复合成像（MAPWI, Multi-Angle Planeave Imaging）技术，采用多个角度的平面波采集图像，然后通过相干叠加来得到终的图像，这种方法弥补了单平面波图像质量不好的缺点。如图 1.1 所示，图像分辨率相比于图(b)得到了大大提高。

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图 1.2 大鼠脑超声功能成像(Macé, Montaldo, Cohen et al., 2011) 1.2 Functional ultrasound imaging on the rat brain(Macé, Montaldo, Cohen et al., 20外，香港大学的研究团队利用超声平面波技术对血流流动变化进行彩色快速变化的血流可视化(Yiu and Yu, 2013)；丹麦等国家的超声领域的研究利用还技术去分析血流的流速和方向等信息，获得了血流向量图(Ekns, Segers et al., 2013; Udesen, Gran, Hansen et al., 2008)。声平面波成像技术已经广泛应用于血流检测的各个领域，这以技术的应用多突出的进展。但是目前国内外上尚没有将超声平面波血流成像技术应用肿瘤血管分布的成果。超分辨率的研究
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R739.4;TP391.41

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