超声引导下pHIFU软件系统设计与实现

发布时间：2017-10-01 13:29

  本文关键词：超声引导下pHIFU软件系统设计与实现

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【摘要】：高强度聚焦超声是一种非侵入式、微创且高效的物理治疗技术，其原理是：将高能超声波束从体外汇聚到人体内靶组织，引起靶组织焦点处温度在数秒内升至56oC以上，导致组织发生凝固性坏死，同时不影响周围正常组织。相控型高强度聚焦超声利用雷达相控阵原理，通过调制超声相控阵列内各路阵元驱动信号的幅度和相位，实现超声波束的聚焦和偏转，无需机械移动，使得不同聚焦模式间切换更加方便和快速。医学成像系统引导的高强度聚焦超声系统，根据图像内容对靶区组织进行术前定位、术中监测和术后评估，从而有效完成靶区消融。目前图像引导方式主要分有两种：超声成像和磁共振成像。 本文主要围绕超声引导相控型高强度聚焦超声治疗系统作了以下研究： 围绕超声引导相控型高强度聚焦超声系统进行了文献和现有商用机型的调研，确定了超声监测图像与治疗图像相互垂直，以及引导探头绕声束传播轴旋转扫描的监测方式。随后采用了C#语言、WPF界面工具和软件设计模式，搭建了系统软件框架，，并在此基础上，实现了超声图像的实时获取和定时保存的功能以及主控机与工供机之间的数据通讯。 针对相控型高强度聚焦超声治疗系统对多模态医学图像的需求，设计了用于收发DICOM医学图像并能与算法系统相交互的软件服务中间件。该软件服务是Windows Service服务应用程序，能够开机自动侦听与检测。结合适配器设计模式，设计了DICOM图像输入和输出适配器，实现了DICOM图像有选择性的保存、算法服务模块交互和结果输出等功能。 针对本系统特殊的超声引导方式，完成了对子宫肌瘤靶区组织的三维重建工作，并在三维重建图像中截取横截面图像用于制定治疗计划。具体工作包括：对旋转所得的多帧图像进行了三维方向性滤波、上下文量化增强处理以及通过双曲线插值的方法、设计构造表来完成扇扫重构，最后将得到的体数据信息运用最简单的Ray-casting光线合成方法完成体绘制、面绘制、最大最小值绘制等任务。
【关键词】：高强度聚焦超声治疗系统 超声引导 三维重建 数据通讯
【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】：R445.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 高强度聚焦超声技术12-13
• 1.2 图像引导的相控型高强度聚焦超声技术13-15
• 1.2.1 相控型高强度聚焦超声技术13-14
• 1.2.2 相控型高强度聚焦超声技术的图像引导方式14-15
• 1.3 超声引导的高强度聚焦超声治疗系统15
• 1.4 本文主要工作15-17
• 第二章 超声引导 PHIFU 系统软件架构17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 需求分析17-20
• 2.2.1 临床需求17-18
• 2.2.2 系统设计18-20
• 2.3 系统功能概述20-22
• 2.3.1 系统概述20-21
• 2.3.2 硬件系统21-22
• 2.3.3 软件系统22
• 2.4 主控机软件系统22-25
• 2.4.1 系统业务流程图22-23
• 2.4.2 各子模块功能分析23-24
• 2.4.3 软件设计方案24-25
• 2.5 实施方案25-29
• 2.5.1 MVC 设计模式25-27
• 2.5.2 开发平台27
• 2.5.3 WPF 界面设计27-28
• 2.5.4 各子模块的部分代码接口说明28-29
• 2.6 本章小结29-31
• 第三章 超声实时数据处理与通讯设计及实现31-39
• 3.1 引言31
• 3.2 数据采集与读写31-36
• 3.2.1 便携式全数字彩色多普勒诊断系统32-33
• 3.2.2 视频采集卡及配置33-34
• 3.2.3 数据读写和处理34-35
• 3.2.4 数据保存和显示处理35-36
• 3.3 数据通讯控制模块36-38
• 3.3.1 数据传输36-37
• 3.3.2 通讯方式37
• 3.3.3 技术实现37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 DICOM 通讯协议与具体实现39-54
• 4.1 引言39-40
• 4.2 DICOM3.0 协议与 Dcmtk 开源库40-43
• 4.2.1 DICOM3.0 通讯协议40-41
• 4.2.2 开源库- DCMTK41-43
• 4.3 DICOM 适配器中间件技术43-52
• 4.3.1 适配器软件架构示意图44-45
• 4.3.2 创建和配置 DICOM 适配器服务45-50
• 4.3.3 DicomStore 适配器类设计50-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第五章 超声三维成像算法设计及实现54-76
• 5.1 引言54
• 5.2 超声三维成像技术54-59
• 5.2.1 超声三维成像技术发展55
• 5.2.2 超声三维成像技术特点55-56
• 5.2.3 超声三维重建常用技术56-57
• 5.2.4 HIFU 系统中重建方法的选择57-59
• 5.3 超声数据采集59-60
• 5.3.1 自由臂扫描方式59-60
• 5.3.2 两种数据源60
• 5.4 超声图像前期处理60-67
• 5.4.1 三维方向性滤波60-62
• 5.4.2 上下文量化图像增强方法62-63
• 5.4.3 自由臂扇扫重构63-67
• 5.5 超声图像三维重建67-69
• 5.5.1 超声图像层间插值67
• 5.5.2 表面重建方法67-68
• 5.5.3 融合重建方法68-69
• 5.5.4 最大最小值成像方式69
• 5.6 技术实现方案69-75
• 5.6.1 可视化环境架构70-72
• 5.6.2 编译平台及语言72
• 5.6.3 算法架构设计72-73
• 5.6.4 部分功能显示73-74
• 5.6.5 编程优化处理74-75
• 5.7 本章小结75-76
• 第六章 总结和展望76-78
• 6.1 总结76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-83
• 致谢83-85
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 崔洪瑜,张继武;用面向对象的方法开发DICOM通信软件[J];计算机应用与软件;2005年01期

2 鲍苏苏,王鸿樟;高强度相控聚焦超声肿瘤热疗仪研究和实现[J];声学技术;1996年01期

3 段隆焱;田文;徐漫涛;陈亚珠;;基于上下文量化和局部线性回归的医学图像增强算法[J];上海电机学院学报;2012年05期

4 伍烽,王芷龙,张U

本文编号：953736