灰度相关函数应用于HIFU监控的离体研究

目的探讨在高强度聚焦超声(HIFU)辐照过程中,超声图像与HIFU辐照产生凝固性坏死的关系,以提高监控超声对HIFU凝固性坏死的判断灵敏度。方法在相同声强、辐照时间、辐照深度情况下,HIFU定点辐照离体牛肝,观测靶区辐照前及辐照结束后即刻、1、2、3、4、5 min的声像图变化和灰度值变化,并进行靶区声像图相关函数运算,用支撑矢量机(support vector machine,SVM)筛选参数并得到决策超平面。结果超声图像相关系数可以评价HIFU凝固性坏死情况,其灵敏度高于用灰度评价(χ~2=18.716,P0.05)。结论声像图相关系数判断HIFU辐照的靶组织有无凝固性坏死优于灰度评价。     

Tamura纹理分析在声像图监控HIFU消融兔VX2乳腺肿瘤中的应用

目的探讨Tamura纹理参数对声像图监控高强度聚焦超声(HIFU)辐照下靶组织凝固性坏死情况的评价效果。方法根据HIFU辐照兔VX2乳腺肿瘤的辐照强度,将120只新西兰白兔随机分为90W、120W、150W组,每组40只,辐照时间均为3s。采集辐照前和辐照后即刻的声像图,提取Tamura纹理参数中的方向度、粗糙度和对比度;通过支撑适量机筛选,获得决策超平面,并对结果进行分析。结果 Tamura判断凝固性坏死的敏感度为89.71%(61/68),特异度为69.23%(36/52),准确率为80.83%(97/120);灰度判断凝固性坏死的敏感度为57.35%(39/68),特异度为63.46%(33/52),准确率为60.00%(72/120),前者的敏感度和准确率均明显高于后者(P均<0.001)。90 W组中,Tamura判断凝固性坏死的准确率为77.50%(31/40),高于灰度(20/40,50.00%,P=0.011);120 W组中,Tamura判断凝固性坏死的准确率为80.00%(32/40),高于灰度(22/40,55.00%,P=0.017)。结论声像图Tamura纹理分析判断凝固性坏死是可行的,且较之灰度具有一定优越性。     

相关函数应用于HIFU辐照兔VX2乳腺肿瘤的监控声像图研究

目的 探讨在高强度聚焦超声(HIFU)辐照后,声像图相关函数与HIFU辐照发生凝固性坏死的关系,以提高监控超声的判断灵敏度. 方法 120只兔VX2乳腺移植性肿瘤随机分为4组,在相同辐照时间、不同辐照强度下,采用HIFU定点辐照,观测靶区辐照前后声像图变化和灰度值变化,并对靶区声像图进行相关函数运算,用支持向量机(support vector machine,SVM)筛选参数得到其最佳决策超平面. 结果 监控声像图相关函数处理可以评价HIFU辐照组织的凝固性坏死情况,其灵敏度高于用声像图灰度评价(P＜0.05). 结论 声像图相关函数判断HIFU辐照的靶组织有无凝固性坏死比灰度评价更为准确可靠.     

基于二维超声图像纹理分析判断HIFU凝固性坏死

目的 探讨在高强度聚焦超声(HIFU)治疗中,利用二维超声监控图像在多分辨率下的纹理参数,对HIFU所致凝固性坏死组织进行评价,提高对凝固性坏死判断的敏感度.方法 在相同声强、功率和深度条件下,选用点打的方式辐照新鲜离体牛肝,采集辐照前以及辐照后即刻、1 min、2 min和3 min的二维声像图和灰度图像,利用小波变换提取二维超声图像在多分辨率下的纹理参数,建立支撑矢量机(SVM),对样本进行分析判断.结果 多分辨率下的纹理参数比灰度对HIFU凝固性坏死的判断敏感度要高,且差异有统计学意义(P<0.05).结论 利用多分辨率下的纹理参数来评价HIFU凝固性坏死的方法是可行的,且敏感度高于灰度对凝固性坏死的评价.     

高强度聚焦超声辐照离体组织靶区无灰度变化有坏死现象的研究

目的研究高强度聚焦超声(HIFU)辐照离体组织靶区时声像图无灰度变化而有坏死的现象。方法应用HIFU辐照新鲜离体牛肝组织,辐照剂量分别为2500,3000,3750,4200J,每个剂量又分为10个辐照功率时间组。超声实时监控HIFU辐照全过程,辐照结束后即刻采集靶区声像图,运用灰度测量软件读取靶区灰度值;重复实验5次。计算灰度增强出现几率。结果总剂量为2500J时,所有的功率时间组均未出现灰度增强;总剂量为3000J时,声功率≥200W出现灰度增强;总剂量为3750J时,声功率≥150W出现灰度增强;总剂量为4200J时,声功率≥120W出现灰度增强。经病理检查证实,各剂量组中,除2500J组辐照参数50W/50s和60W/41s未出现损伤外,其余均出现凝固性坏死。结论组织凝固性坏死后,声像图上多数有灰度增加,但部分没有灰度变化;声像图上显示的HIFU辐照后即刻的灰度增加并不是组织凝固性坏死的直接表现,提示在临床应用时,不要过分依赖声像图变化判断治疗效果。     

造影条件下声像图纹理分析评价HIFU消融兔VX2乳腺肿瘤的价值

目的 探讨高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中,纹理分析监控声像图对肿瘤凝固性坏死的判断,提高超声监控的灵敏度.方法 60只新西兰大白兔,左乳腺为造影剂组,右乳腺为非造影剂组.HIFU辐照在体兔VX2乳腺肿瘤,辐照强度80 W,辐照时间3s.采集辐照前后声像图,通过小波变换提取4个纹理参数作为纹理分析方法1;另提取Tamura纹理参数作为纹理分析方法2.运用支撑适量机(support vector machine,SVM)建立决策平面分析样本.结果 纹理分析方法运用于凝固性坏死的判断,造影和非造影条件下灵敏度和准确性均优于灰度评价,其差异有统计学意义(P＜0.05),2种纹理分析方法之间没有显著性差异.结论 纹理分析对凝固性坏死的判断,灵敏度和准确性较灰度评价更高.     

工作周期对脉冲高强度聚焦超声辐照离体牛肝的影响

目的探讨工作周期（即占空比）在脉冲高强度聚焦超声（HIFU）损伤组织的生物学效应中的作用。方法设置HIFU辐照参数使能量恒定,按不同工作周期与相应辐照时间分组,观察各辐照焦点温度、灰度以及组织学改变。结果HIFU辐照离体牛肝时,25%组、50%组、75%组和100%组最高温度大于85℃且有明显的凝固性坏死。1%组、5%组、15%组最高温度不高于56℃且无肉眼可见的坏死改变。15%组光镜下见细胞间裂隙增宽,肝细胞胞浆内见大小不等空泡。结论长工作周期易形成热凝固性坏死,而短工作周期则可能通过空化机械效应损伤组织。     

超声对高强度聚焦超声治疗的实时监控研究

目的　探讨在高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中,实时监控超声的图像变化与HIFU辐照产生的凝固性坏死灶大小之间的相关性。方法　观测在相同声强和辐照时间、治疗深度等指标情况下,HIFU定点辐照家兔肝脏,靶区辐照前及治疗结束后即刻、2min、5min、10min后的超声声像图变化和灰度值变化,进而观测超声声像图面积与生物学焦域面积的关系。结果　HIFU辐照后靶区超声回声强度明显增强,灰度值增高,但随着时间延长,灰度则逐渐减弱,声像图面积也随时间逐渐减小,但在 2min时趋于稳定。而损伤的凝固性坏死灶最大切面面积与不同时间的声像图面积比较,介于 2min和 5min的声像图面积之间,与两者比较,差异均无显著性意义(P>0. 05)。结论　通过观察HIFU活体治疗时的灰度值和声像图变化,可间接指导HFIU治疗剂量的选择和判断治疗的效果,为临床HIFU实时监控治疗提供理论和实验基础。     

高强度聚焦超声联合微泡损伤山羊肝的增效性研究

目的 探讨超声造影剂SonoVue用于增强高强度聚焦超声(HIFU)损伤山羊肝组织的可行性.方法 南江黄羊15只,采用自身对照,分为HIFU治疗组(对照组)和HIFU联合造影剂治疗组(实验组).治疗深度30 mm,分别在声功率为150 W、250 W、350 W条件下对肝定点辐照15 S.辐照后24 h处死动物,解剖观察凝固性坏死情况,并作病理切片分析.结果 在相同声辐照参数下,实验组凝固性坏死发生率及凝固性坏死区域长、宽、厚、体积均明显大于对照组(P＜0.05),随功率增加实验组凝固性坏死体积增加幅度较对照组更明显,实验组能效因子(EEF)明显小于对照组.凝固性坏死区与正常肝组织分界清楚,且病理切片显示损伤为不可逆性,分界处可见大量空泡.结论 HIFU联合微泡造影剂能在山羊肝中形成完全的凝固性坏死,同时提高凝固性坏死的损伤率,增大凝固性坏死体积,提高HIFU治疗效率.     

HIFU联合氟碳乳剂损伤兔肝脏的实验研究

目的　探讨氟碳乳剂对高强度聚焦超声 (HIFU )损伤效率的影响。方法　使用同一聚焦超声换能器 ,辐照深度、功率一致条件下 ,静脉注射等量氟碳乳剂 (实验组 )或生理盐水 (对照组 )后 ,用 HIFU辐照兔肝脏 ,测量凝固性坏死体积 ,计算能效因子。结果　静脉注射生理盐水后 HIFU辐照兔肝脏所产生的凝固性坏死体积和灰度值小于注射实验组 ,能效因子和辐照时间大于实验组。结论　氟碳乳剂增强了 HIFU的损伤效率 ,使损伤后靶区的灰度值明显提高 ,有利于深部肿瘤的治疗和 HIFU治疗的实时监控。     

基于线性判别分析与超声图像特征的组织损伤检测方法

目的 探讨根据超声图像特征对高强度聚焦超声（HIFU）治疗中组织损伤情况进行无损检测的方法。方法 对HIFU辐照新鲜离体猪肉组织前后获取的超声图像进行特征参量提取,并对其用线性判别分析（LDA）方法进行处理,再用处理后的参量结合LIBSVM进行识别。结果 用LDA方法对减影图像的灰度均值和标准差处理后的参量进行识别,总识别率为86.07%;用LDA方法对HIFU辐照前后超声图像间的条件熵和相关系数处理后的参量进行识别,总识别率为92.62%。这两种方法所得到的识别率高于未用LDA方法。结论 基于LDA方法的识别率要高于仅依据单个图像特征参量或将两个不同特征参量直接结合的识别方法,单参量识别时相关系数具有较明显优势。     

基于超声图像处理的HIFU所致组织损伤自动检测方法:实验研究

目的 探讨基于超声图像处理的HIFU所致组织损伤的自动检测方法。方法 针对HIFU辐照后新鲜离体猪肉声像图中的ROI,通过搜索灰度极大区域自动定位图像中的所有亮斑,结合数学形态学、连通域标记和Canny边缘检测算法提取测试对象的边缘轮廓;根据亮斑中心至边缘轮廓的欧式距离去除边缘附近的亮斑噪声,获取HIFU损伤候选区;而后提取候选区特征参数,并结合支持向量机（SVM）识别HIFU损伤。结果 最大灰度值和矩形度两个特征参数的识别率分别为86.25%和93.33%。选用识别率更高的矩形度,可正确识别单处、多处HIFU损伤或无HIFU损伤的图像。结论 采用此法可直接分析HIFU辐照后超声声像图而自动检测HIFU损伤,无需依靠图像配准技术,可减少手动定位带来的误差。     

Potential use of ultrasound speckle tracking for motion management during radiotherapy: preliminary report

We prospectively evaluated real-time ultrasound speckle tracking for monitoring soft tissue motion for image-guided radiotherapy. Two human volunteers and 1 patient with a proven hepatocellular carcinoma, who was being prepared for radiation therapy treatment, were scanned using a clinical ultrasound scanner modified to acquire and store radiofrequency signals. Scans were performed of the liver in the volunteers and the patient. In the patient, the speckle-tracking results were compared to those measured on a treatment-planning 4-dimensional computed tomogram with tumors contoured manually in each phase and with estimates made by hand on gray scale ultrasound images. The surface of the right lung and the prostate were scanned in a volunteer. The liver and lung surface were scanned during respiration. To simulate prostate motion, the ultrasound probe was rocked in an anterior-posterior direction. The correlation coefficients of all motion measurements were significantly correlated at all sites (P < .00001 for all sites) with 0 time delays. Ultrasound speckle-tracking motion estimates of tumor motion were within 2 mm of estimates made by hand tracking on gray scale ultrasound images and the 4-dimensional computed tomogram. The total tumor motion was greater than 20 mm. The angular displacement of the prostate was within 0.02 radians (1.1°) with displacements measured by hand. Speckle tracking could be used to monitor organ motion during radiotherapy.     

高强度聚焦超声治疗子宫肌瘤二维超声图像与坏死程度比较

目的 总结分析超声在HIFU治疗子宫肌瘤术中监控和治疗后的声像图特点,使超声在术中监控及评价疗效方面更加客观、准确.方法 对超声图像进行数字化处理,并把超声图像与MRI图像进行比较分析,比较不同坏死程度的肌瘤间超声图像的差异.结果 术中肌瘤灰度值增加明显表明治疗有效,而以团块状灰度增加更具特征性;完全坏死的肌瘤术后灰度值增加明显.结论 在术中,超声可以实时显示肌瘤的变化,并可通过这些改变反馈调整和控制辐照剂量.术后,超声也可以比较准确地评价疗效.     

Erythrocytes, as well as microbubble contrast agents, are important factors in improving thermal and therapeutic effects of high-intensity focused ultrasound

Erythrocytes, as well as microbubble contrast agents, are important factors in improving thermal effect of high-intensity focused ultrasound (US), or HIFU, and increasing the coagulation volume produced by HIFU irradiation. In vitro experiments used human plasma with various concentrations of human erythrocytes in combination with or without Levovist. In vivo experiments used eight Japan white rabbits with three degrees of anemia. Using a 2.17-MHz transducer, HIFU was applied for 60 s, and the temperature rise and the volume of coagulation necrosis was evaluated. There was a significant correlation between the HIFU-induced temperature rise and hematocrit, with a correlation coefficient of 0.998 (p=0.0001). Although the temperature rise was smaller at low hematocrit, it was significantly increased by adding Levovist in the suspension (p<0.01). The mean volume of coagulation necrosis was significantly greater in the rabbits with higher hematocrits (p<0.01), and that in the moderate anemia group was significantly increased by using Levovist (p<0.01).     

常规MRI在子宫肌瘤超声消融疗效评价及随访中的价值

目的 探讨常规MRI在评价超声消融治疗子宫肌瘤疗效及随访中的价值。方法 回顾性分析158例经超声消融治疗后6个月内接受MR检查的子宫肌瘤患者。所有患者均接受FS TSE T2W序列及增强前后T1W VIBE FS序列成像。分析超声消融后肌瘤的MR平扫图像信号改变,并与增强图像进行比较,观察信号变化规律,计算信号变化区域的体积及其相关性。结果 超声消融治疗后, VIBE FS T1WI上子宫肌瘤高信号区域与增强后所测坏死区域一致,二者间体积差异无统计学意义。单变量分析发现平扫VIBE FS T1WI上高信号区域的体积与增强图像上坏死区域的体积呈高度相关(r=0.99,P<0.001)。FS TSE T2WI可以确定子宫肌瘤的边界、大小。结论 常规MR平扫可准确评价超声消融治疗子宫肌瘤的疗效,T2WI可确定子宫肌瘤的边界、大小,T1WI可准确测量肌瘤坏死区域的体积。     

自适应非局域均值滤波的超声图像去噪

目的 提出一种去除超声图像噪声的新方法。方法 对超声图像进行非局域搜索,找到相似的图像块进行加权平均,降低噪声。通过定义一个特征强度,区分斑点噪声和图像边界;然后将特征强度引入非局域滤波方法中,对平坦区域和边界进行自适应滤波。结果 本方法可有效去除斑点噪声,提高噪声图像的峰值信噪比(PSNR)和结构相似度指数(SSIM),优于常规方法。结论 自适应非局域均值滤波可有效去噪,并保护超声图像特征。