基于超聲成像的HIFU治療效果實時評價中的關(guān)鍵問題研究.pdf

1、治療效果的實時無損評價是高強度聚焦超聲（High Intensity Focused Ultrasound，HIFU）治療中的一個急需解決的問題，也是一個集超聲學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、計算機科學(xué)、智能信息處理、數(shù)字圖像處理以及數(shù)學(xué)等眾多領(lǐng)域在內(nèi)的多學(xué)科交叉的前沿課題，有著巨大的應(yīng)用需求。 本論文針對當(dāng)前HIFU治療效果評價方法實時性不強的缺點，提出了利用超聲成像方式對HIFU治療效果進行實時評價。并重點研究了HIFU治療效果實時評價中的三

2、個關(guān)鍵問題，即：1）超聲圖像中斑紋噪聲的抑制；2）HIFU輻射后焦域組織溫度的無損測量；3）組織損傷情況的無損監(jiān)控方法。 對于斑紋噪聲的抑制，本論文提出了采用獨立分量分析方法去除同場景多幅圖像中斑紋噪聲的方法。同場景多幅圖像中的圖像信號和噪聲信號被認為是相互獨立的，獨立分析方法則可以用來對這些圖像進行分解，并將噪聲信號從圖像中得到有效地分離，以達到濾除圖像中的斑紋噪聲。實驗結(jié)果表明，該方法能有效地濾除超聲圖像中的斑紋噪聲，同時能

3、較好地保留圖像中的細節(jié)信息。 對于無損測溫，本論文利用實值離散Gabor變換對HIFU輻射前后的差圖像進行變換后，能將反映組織溫度變化的信息有效地提取出來。采用實值Gabor變換低頻系數(shù)能量作為無損測溫的手段，并利用離體豬骨骼肌和豬肝進行實驗。實驗證明，超聲圖像的實值離散Gabor系數(shù)能量和組織內(nèi)溫度之間的呈準(zhǔn)線性關(guān)系，且具有較高的溫度分辨率，比灰度平均值的無損測溫能力要強，可以作為HIFU無損測溫的方法。 HIFU輻射

4、后，組織損傷必然會引起B(yǎng)超圖像的變化。對于監(jiān)控組織損傷，本論文提出對HIFU焦域附近的差圖像進行處理和分析，利用聯(lián)合主分量分析和線性判別分析（combining Principal Component Analysis with Linear Discriminant Analysis，PCA-LDA）方法和自組織映射（Self-Organizing Maps，SOM）方法分別對差圖像進行特征提取，以識別HIFU輻射后焦域組織是否已經(jīng)受

5、到損傷。在對離體豬骨骼肌組織和離體豬肝組織進行了組織損傷識別實驗。實驗結(jié)果比較分析認為，SOM方法能得到最好的識別率，對于豬骨骼肌組織樣本識別率高達96.1％，對于豬肝組織樣本識別率高達91.7％。PCA-LDA方法的識別要低于SOM方法，這是因為PCA-LDA方法中的分類規(guī)則采用的是線性分類，而由SOM方法的聚類結(jié)果可以看到，組織損傷的特征并不是絕對線性可分的。 對HIFU治療效果實時評價中的臨床方案做了總體設(shè)計，并討論了在臨