基于三维图像匹配方法的肿瘤热疗技术的研究

摘要

热疗作为一种自古以来便广为流传的治疗方法，在人类的发展历史中发挥了一定的作用。近年来随着医疗技术的发展肿瘤热疗技术取得了长足的发展，其中微波热疗技术以其良好的效果和较小的副作用等优点而广受人们的关注并成为了当前研究的热点。微波热疗是在现有医学成像技术的辅助下，对肿瘤个体信息进行分析和定位，通过深入人体组织或直接作用于人体外部的方式，对病灶进行一段时间的持续加热，通过高温使肿瘤组织变性坏死，由于与放疗、化疗等方式相比较其成本低，效果好，副作用小，近年来被越来越多的应用于临床。然而在应用中，微波辐射器的加热范围与肿瘤形状很难实现完全匹配，并且热疗过程中达到对温度的完全控制尚存在一定的困难，致使对健康组织造成不可逆转的破坏。因此通过设计不同的辐射天线来适应肿瘤形状已经成为一个热点研究方向，本文主要研究了通过设计比较两种三维图像匹配方法的匹配效果，使肿瘤与有效温度能够更好的进行匹配，以减小对健康组织的损伤。
　　本文通过电磁仿真软件HFSS设计仿真了一种应用于浅层肿瘤治疗的微带螺旋天线，在医用频率2450MHz下模拟仿真出天线作用于模拟人体肌肉组织中的SAR场分布，并根据生物热传导方程模拟出不同时长，不同频率下作用后的人体肌肉组织的温度分布，将得到的不同的温度分布经过数字图像处理，获得以41℃为分界线的有效温度范围的二值图像。将大量的二值图像存入图像库中。利用MATLAB提取图像的特征值进行匹配检索，从图像库中检索出与肿瘤图像最为近似的有效温度图像，以确定治疗方案。
　　在对肿瘤图像与有效温度场的匹配过程中，本文设计了两种三维图像匹配方法，即三维温度匹配方法和序列温度匹配方法，前者是分别选取三个维度中最大截面作为该维度的匹配面进行分析，后者是沿着一个方向序列选取若干层图像作为匹配面进行分析，通过分析对比两种三维图像匹配方法得到的治疗方案的有效温度温度覆盖率确定序列温度匹配方法结果更为有效，即使用序列温度匹配方法作为本次研究的分析方法。
　　最终通过设计实施微波体模实验，分析验证了在仿真实验中设计的治疗方案与实际微波体模实验中获得的实验结果近似一致，说明了本文中使用的序列温度匹配方法作为三维图像匹配的分析方法有效可行。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 本文研究主要内容及文章结构安排

1.3 本章小结

2微波热疗技术

2.1热疗技术的发展

2.2 微波热疗技术发展的国内外研究现状

2.3 微波热疗理论

2.4 本章小结

3 微波热疗天线的设计

3.1 微带热疗天线

3.2 微波天线模型的仿真方式

3.3微带热疗天线的数值仿真方法

3.4 单臂螺旋天线的仿真设计

3.5 本章小结

4 图像处理匹配与研究方法

4.1 温度图像及肿瘤CT图像的预处理

4.2 有效温度图像及肿瘤图像匹配

4.3 三维匹配方法的研究

4.4 三维匹配方法比较

4.5 本章小结

5 微波热疗实验

5.1微带螺旋天线的制作与调试

5.2人体肌肉模型的配置

5.3 实验方案与结论

5.4本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢