超声弹性成像在HIFU温度监测中的应用研究

摘要

高强度聚焦超声治疗技术是上世纪90年代兴起的一种非介入性治疗手段，其焦点温度可达65℃以上，目前主要应用于前列腺癌、胰腺癌、肝癌、膀胱癌和子宫肌瘤的治疗。由于缺乏稳定性、可靠性的无创测温技术，在临床HIFU实际治疗过程中，焦点区域的实际温度并不清楚，使得HIFU的量化治疗十分困难。不了解靶区实际温度值就持续加温可能会给患者带来痛苦，而过低温度又可能达不到治疗的要求，因此研究并开发实用的无创测温技术迫在眉睫。直观有效的热安全情况量化监测指标，将有助于形成更为完善的HIFU临床治疗标准，降低治疗风险，提高治疗效果。 目前，市场上各种基于超声成像设备引导的HIFU治疗系统中，都还缺少对靶区热安全情况和组织凝固性坏死度进行监测和评估的关键功能，无法确保治疗的安全性和有效性。又由于HIFU形成的组织损伤主要表现在细胞核碎裂或者固缩、蛋白质变性、细胞结构破坏以及周围组织水肿等方面，这些组织病理变化直接导致了组织弹性的改变，表现为HIFU热消融区域组织的硬度明显大于周围正常组织，并且测量粘弹性变得很困难，稳定性变差。因此，本文基于所掌握的超声声辐射力二维定量彩色弹性成像核心技术基础上，整合和改进目前已有的其他超声无创测温方法，建立有针对性的病理组织的“温度-黏弹性”定标曲线和相应的快速算法，从中获取超声能量治疗过程中靶区及周边健康组织的热分布和热扩散等热安全信息。基于超声声辐射力的二维定量超声弹性成像算法将有利于实现HIFU治疗术中实时热安全监控和术后疗效评估。针对病变病理组织建立起其黏弹性随温度变化的规律曲线，并研究生物组织黏弹性与其凝固性坏死程度之间的关系。这是研究超声引导和监控的HIFU治疗系统的一个新的思路和研究方向。同时改进稳定性和可靠性较好的二维实时剪切波速度估计算法来提高测量的稳定性、可靠性也是是一个很值得研究的方向，有必要进行系统的专研与探究。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景及意义

1．1．1课题的研究背景

1．1．2课题的研究意义

1．2国内外研究现状及应用

1．2．1国外研究现状

1．2．2国内研究现状

1．2．3 HIFU温度监测的方法介绍

1．3超声弹性成像测温概述

1．3．1超声弹性成像测温原理介绍

1．3．2超声弹性成像在HIFU温度监测的临床现状

1．4本文研究内容

第2章超声弹性成像概述

2．1超声弹性成像简介

2．2弹性成像基本原理

2．3超声波力学效应-声辐射力

2．4超声弹性成像分类

2．4．1传统的静态型弹性成像

2．4．2基于剪切波的弹性成像技术

2．4．3实时剪切波弹性成像技术

2．4．4实时剪切波弹性成像(SWE)的基本原理与方法

2．4．5 2D-剪切波弹性成像技术步骤

2．5一维位移／应变估计的基本算法

2．5．1时域互相关算法

2．5．2基于射频信号的一维时域伸展

2．6一维位移／应变估计的基本算法

2．6．1块匹配算法

2．6．2多尺度光流法

2．7本章小结

第3章算法改进研究

3．1 Radon Transformation(拉东变换)的数学基础

3．2改进Radon算法的目的

3．3研究方法介绍

3．3．2类型(Ⅱ)：基于t-z位移矩阵进行拉东变换的方法

3．3．3两种方法测量可靠性和计算速度的比较

3．4实验结果分析

3．5实验结果分析

3．6本章小结

第4章实验结果与验证

4．1水浴猪肝实验

4．1．1实验目的

4．1．2实验设备

4．1．3实验设备

4．1．4实验内容

4．1．5实验结果

4．2本章小结

第5章总结与展望

5．1总结

5．2展望

参考文献

研究成果

致谢