组织B型超声图像灰度与其温度相关性研究

本文研究了生物组织B型超声图像灰度与其温度的相关性.以新鲜的离体猪肝为研究对象,采集离体猪肝在不同温度(28℃～45℃)下的B超图,再利用图像处理技术提取不同温度下的B超图像灰度值,从而确定猪肝组织B超图像灰度与其温度的相关性.实验结果表明:猪肝B超图像中AOI(area ofinterest)的平均灰度与温度存在明显的相关性,当猪肝温度发生变化时,其B超图像灰度也发生变化.利用生物组织B超图像灰度的温度相关性可无创检测癌微波热疗中的组织温度.     

碱金属热消融特性的超声图像纹理刻画

目的碱金属热消融方法为肿瘤微创治疗提供了一种有效手段,该疗法结合了热疗与化疗的双重优势,具有显著的临床实用价值,但在热疗过程中无创监测热凝固区,并在热消融后判别热凝固区进行疗效评估是此消融手术的一个关键。本文拟采用超声图像对热疗进行评估,并选取出变化较大的纹理特征参数作为疗效评估手段。方法首先采集碱金属消融后猪肉组织的B超图像与正常组织的B超图像,利用图像纹理特征分析方法,评估灰度直方图、灰度共生矩阵等19个参数,统计20例实验结果,获得消融后变化率较大的参数,作为组织是否热凝固的判断依据。结果统计数据表明,碱金属热消融前后图像纹理特征变化较大的有灰度直方图中的灰度均值、灰度标准差以及灰度共生矩阵中0°和45°的对比度等4个参数。超声图像纹理特征可间接反映碱金属热消融的效果,并可作为热凝固区的判别依据。当灰度值增大50%及以上、灰度标准差增加100%及以上、灰度共生矩阵中对比度增加30%及以上时,可判定此时组织为凝固组织。结论本文为碱金属热消融方法的疗效评估及实时监测提供了一种有效手段,可为该疗法的快速实用化提供参考。     

肾脏射频消融中超声图像特征参数与温度关系的研究

为探索肾脏射频消融中超声图像特征参数与温度的相关性，设计并进行了新鲜离体猪肾脏射频消融实验。记录热 消融过程中的温度（侵入式热电偶测量）和B超影像数据，采用将温度探针视为圆形的方法和阈值分割法去除感兴趣区域 中的探针，提取灰度均值、灰度标准差和灰度梯度值等特征参数，使用MATLAB软件对得到的灰度均值、灰度标准差和温 度作回归分析，采用连续分段函数模型进行数据拟合。证明了阈值分割法可用于探针去除，肾脏射频消融中的超声图像 特征参数与温度具有相关性，得到拟合良好的灰度均值-温度、灰度标准差-温度模型。但所得模型中的参数会随图像增 益、消融组织差异变化，在后续研究中应排除此类干扰，得到更具有临床价值的温度测量模型。     

肝组织超声图像特征参数与温度相关性研究

热疗过程中对组织温度进行实时无创监测是近年来研究的热点和难点.本文对新鲜离体猪肝进行水浴加热实验并采集超声图像;分析了固定感兴趣区域数字减影图像的灰度直方图、灰度共生矩阵和灰度-梯度共生矩阵特征参数与温度的相关性.分析结果表明,其中灰度均值、灰度标准差、灰度熵;4个方向（0°,45°,90°,135°）上的角二阶矩、对比度、逆差矩、相关;灰度分布不均匀性、能量、混合熵、惯性在26～45℃范围内与温度具有较高的相关性.以上11个图像特征可为选择测温模型参数提供参考,并有望应用于组织高温热疗凝固区检测等实际问题.     

组织超声回波时移温度相关性及其无创测温研究

研究生物组织超声回波时移的温度相关性,以期利用这种相关性实现癌热疗中组织温度的无创检测.以去气水和新鲜离体猪肝为实验研究对象,采集其在一定温度范围（20℃～50℃）内的组织背向反射超声回波信号,通过信号分析探寻超声回波时移与温度的相关性,并利用这种相关性进行无创测温.实验结果表明：①组织内超声声速随温度的变化而变化,它与加热区域内的组织热膨胀共同引起了回波时移的变化;②回波时移的变化与温度变化之间有明显的相关性,且具有较为稳定的线性相关函数;③利用组织超声回波时移的温度相关性进行无创测温是可行的.     

微波消融有效消融体积模型实验研究

针对微波消融治疗需要监测消融区域的温度变化状态和获取有效消融体积的问题,通过离体猪肝实验,分析了消融区域的温升规律并建立了微波消融有效消融体积的数学模型。共进行了112例离体猪肝实验,采用40~70 W的不同微波功率和300~600 s的不同作用时间进行微波消融。实验在70 W微波功率作用下,实时采集了距离微波消融针5、10、15、20 mm处的毁损区域温度,对采用不同微波功率和作用时间得到的有效消融区域的短径、长径及体积数据进行了分析,并利用1stopt软件进行拟合。结果显示,消融区域不同位置的升温速度不同,距离微波针5 mm位置的升温速度为20 mm处的10倍左右;得到了有效消融区域的短径、长径和体积有关微波功率和作用时间的离体组织数学模型。消融区域的温升状态监测和有效消融体积模型的建立,有助于优化微波消融的术前治疗计划和进行实时消融治疗的效果评估。     

基于超声图像的纹理特征分析算法的应用

探讨纹理特征分析算法在超声图像定量分析中的应用。提取了正常肝脏与脂肪肝B超图像的近远场平均灰度比特征,以及用于超声医学图像分析的纹理特征模型—灰度共生矩阵和灰度游程矩阵,并用基于假设检验的特征选择方法进行了对比研究。结果表明:近远场灰度比(MIR)、灰度共生矩阵的角二阶矩(ASM)、对比度(CON)、熵(ENT)和反差分矩(IDM)、灰度游程矩阵的灰度分布的不均匀性特征(GLN)6个特征量可以描述肝脏超声图像。说明全面分析超声图像的纹理特征,对B超图像的定量分析有很大帮助。     

利用超声回波特征无创监测微波热疗的实验研究

寻找一种合适的方法区别正常组织与坏死组织,是癌微波热疗应用中所面临的重要难题.本研究探讨微波热疗过程中组织回波时域的变化,以寻找合适的参数,无创监测热疗组织状态的变化.在原理分析的基础上设计了实验系统,采用微波介入的加热方式,采集超声回波信号,对变性区域做回波幅值时域积分、幅值平方时域积分(能量)和损伤数字减影积分,并分析它们的变化趋势.实验结果表明:生物组织回波的不同方式积分值与加热过程中的组织变性具有相关性,微波热疗前后组织回波的幅值、能量、不均匀性均有增大的趋势.利用超声背向散射积分和反应不均匀度的参数进行监测,可得到较理想的结果.     

基于动态生物组织参数的微波热消融仿真研究

本研究采用基于实验数据的以温度为自变量的动态组织参数,建立了临床常用微波针的仿真模型,并在仿真过程中循环更新组织参数值以实现微波消融过程的动态仿真计算。仿真结果表明该模型的计算结果与实验数据具有较高的一致性,消融区域大小和形状及温度变化与实验结果相吻合。因此,该方法建立的微波消融动态模型,为临床微波消融治疗的手术计划制定、治疗温度实时监控及疗效评估提供了新的依据。     

超声弹性成像在肿瘤热疗无创监测中的应用

微波或射频热消融已成为肿瘤治疗的一种重要手段。实时准确地监测肿瘤热消融温度和热凝固区变化是保证治疗安全、取得良好疗效的关键。肿瘤热疗超声无创监测技术一直是国内外研究的热点。超声弹性成像作为一种新的超声组织定征技术,在肿瘤热疗无创监测方面正受到越来越多的关注。本文介绍了基于静态弹性成像、声辐射力弹性成像以及运动电极弹性成像进行肿瘤热疗无创监测的原理及方法,概述了国内外研究现状,并从以下方面总结了发展方向：如何实现活体内监测、如何结合现有的商业超声诊断系统、如何实现测温和凝固区监测的有效结合、如何提高抗运动伪影能力,以及如何提高监测的实时性和精确性。     

A Study on the Temperature Correlation of B-mode Ultrasonic Image Gray for Noninvasive Temperature Monitoring in Hyperthermia

INTRODUCTIONThe microwave hyperthermia(MH)has become an important tumor treatment method in recentyears.The basic technical principle of MHis to heat tumor tissues up to therapeutic temperature(over42-43℃)to kill cancer cells withoutoverheatingthe surroundingnormal tissue.For an effective MHitisimportant to monitor temperature changes in treated tissue.Atpresentthe invasive thermometers are clin-ically used for MHpurpose.However the invasive method for temperature measurement is relat…     

Real-time sonoelastography of hepatic thermal lesions in a swine model

Sonoelastography has been developed as an ultrasound-based elasticity imaging technique. In this technique, external vibration is induced into the target tissue. In general, tissue stiffness is inversely proportional to the amplitude of tissue vibration. Imaging tissue vibration will provide the elasticity distribution in the target region. This study investigated the feasibility of using real-time sonoelastography to detect and estimate the volume of thermal lesions in porcine livers in vivo. A total of 32 thermal lesions with volumes ranging from 0.2 to 5.3 cm3 were created using radiofrequency ablation (RFA) or high-intensity focused ultrasound (HIFU) technique. Lesions were imaged using sonoelastography and coregistered B-mode ultrasound. Volumes were reconstructed from a sequence of two-dimensional scans. The comparison of sonoelastographic measurements and pathology findings showed good correlation with respect to the area of the lesions (r2 = 0.8823 for RFA lesions, r2 = 0.9543 for HIFU lesions). In addition, good correspondence was found between three-dimensional sonoelastography and gross pathology (3.6% underestimate), demonstrating the feasibility of sonoelastography for volume estimation of thermal lesions. These results support that sonoelastography outperforms conventional B-mode ultrasound and could potentially be used for assessment of thermal therapies.     

癌热疗中超声无创测温方法的研究

癌热疗中组织温度的测控直接影响到热疗的效果 ,利用超声可以实现热疗中组织温度的无创检测。本文介绍了癌热疗中目前所采用的几种超声测温方法 ,对各种方法的原理及存在的问题进行了分析 ,概述了超声无创测温当前国内外的研究现状     

基于组织超声回波时移的无创测温技术及系统设计

寻找一种实时、无创的温度检测技术是目前癌热疗技术应用中面临的主要课题.在研究生物组织超声回波时移与其温度相关性的基础上,设计超声波高速数据采集与处理系统,利用这种相关性来无创检测癌热疗中组织温度的变化.该系统主要由超声发射接收器、高速AD采集卡和微型计算机组成,能检测不同温度下组织背向反射超声波的回波时间,实现了组织温度的实时测量与显示.     

利用超声射频实现肿瘤热疗实时无创测温方法

无创测温是肿瘤热疗的技术难题,超声射频测温技术是一种临床应用前景较好的无创测温方法。本文根据4种超声射频参数对超声射频测温方法进行了综述。诸多特征参数均与温度存在一定的相关性,测量方法中超声回波时移测温技术最为成熟,测温精度达到0．24℃。频移、能量、声衰减测温方法分别受不同因素的影响,定量测温尚存在一定困难。超声特征参数提取精度的提高将有效改善测温效果,多参数融合分析和凝固区定征识别也是超声无创测温技术的发展方向。     

癌热疗中超声无创监测技术的新进展

准确测量与控制组织的温度状态,是热疗应用和疗效评估面临的重要问题.本文跟踪国内外研究进展,对肿瘤热疗加热过程中利用组织超声特征参数无创监测的理论与实验研究进行综述.     

高频率微波信号对微波消融效果影响的仿真研究

生物体的介电常数能反映其对微波频率的响应程度,相同微波频率下,不同生物组织的介电常数存在差异,在不同频率的微波消融过程中,微波对消融对象的材料选择性也存在差异性。参照乳腺癌结构建立肿瘤、脂肪相接的生物模型,对比研究高频率微波(6、12、18 GHz)和传统微波(915、2 450 MHz)的消融特性,讨论高频率微波信号在微波消融领域应用的可行性。模拟结果显示,当消融时间达到600 s时,微波频率为12 GHz对正常组织损伤最少,相比正常组织误杀范围最大的2 450 MHz小61.6%;当肿瘤区域达到100%消融时,微波频率为6 GHz对正常组织损伤最少,相比正常组织误杀范围最大的2 450 MHz小71.4%;当肿瘤边缘温度达到52℃时,微波频率为18 GHz时肿瘤边缘两侧温差最大,6 mm区域内最大温差达111.2℃,相同区域内2 450 MHz温差仅为40.1℃。模拟结果表明,高频率微波对介电常数较高的肿瘤组织材料选择性较强,相对于传统的915和2 450 MHz的微波消融,高频率微波具有对周围正常组织的损伤低、消融范围集中的优点。     

3-Point support mechanical steering system for high intensity focused ultrasound

We have developed a simple approach for mechanically scanning a focused bowl ultrasound (US) transducer for either hyperthermia or tissue ablation therapies called the 3-point support (3PS) mechanical steering technique. The scanning involves translation of the required 3D motion of the ultrasound transducer to the more manageable linear movement of three support rods. It is a cost-effective alternative, especially compared with electronic scanning and other previous implementations of mechanically scanned systems. The 3PS approach is particularly well suited for integration with our microwave breast imaging technique--the combination of which could be an effective, low-cost thermal therapy/monitoring approach. The results show that the US focus can be moved laterally in a spiral pattern 3 cm below the surface in a gel phantom and that similar patterns can be moved to multiple locations within the phantom volume in succession. The feasibility of simultaneously acquiring microwave thermal images is also demonstrated.     

Ultrasound phase-contrast transmission imaging of localized thermal variation and the identification of fat/tissue boundaries

We present a new ultrasound technique for registering localized temperature changes in soft tissues. Conversely, small temperature changes may be induced in order to image tissue layers. The concept is motivated by the search for a compact, low cost method for guiding noninvasive thermal therapies; however its utility may extend to a wide range of imaging problems such as tumour imaging in the breast. This method combines ultrasound transmission imaging, planar projection techniques and phase-contrast theory. After outlining the theoretical foundation of the technique, its feasibility is tested by simulating localized heating within homogeneous tissue layers. Success of this imaging method is evaluated as a function of the ultrasound-imaging wavelength for a Gaussian-shaped heated region over the frequency range from 0.1 to 2 MHz. Furthermore we simulate two-dimensional image reconstruction from a receiving array. We conclude that thermal phase-contrast imaging in tissues is plausible for detecting the treatment spot in thermal therapies while operating at frequencies below 1 MHz. Additionally, it may also be possible to use the method for noninvasive thermometry. However, thermometry would require operation at higher frequencies at the tradeoff of increased attenuation and higher sensitivity to scattering, which needs to be further explored.