[發明專利]一種基于非線性熱膨脹評估溫度變化的超聲方法及系統

有效

• 申請號: 202010059747.X
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111272305B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 郭霞生;范鵬飛;章東;屠娟
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01K11/22
• 分類號: G01K11/22;G01K7/02;G06K9/32;G06K9/40
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務所 32346
• 代理人: 金龍

1.一種基于非線性熱膨脹評估溫度變化的超聲方法，步驟如下：

(1)通過機械或電子的方式，將加熱源與超聲成像儀的成像區域調整至同一范圍，確保B超成像區域覆蓋待測溫區域；

(2)對目標區域進行加熱，選取信號采集初始時刻的一幀回波信號作為參考幀；

(3)基于動態選幀算法，根據參考幀的時間序列，分別與后續生理周期內的每一幀計算相關系數，相關系數計算方式為：設BI_ref(x,y)為參考幀信號，BI_tar(x,y)為目標幀信號，(i₀,j₀)為ROI區域最左下角的像素點的坐標，ROI為感興趣區域，對所有幀，確定B超圖像的矩形ROI區域，ROI區域橫向和縱向像素點數分別記為I和J；i、j為ROI區域最左下角起橫向和縱向第i和第j個像素，ROI區域為整幅B超圖像或B超圖像中的局部；相關系數計算為：

其中，*表示共軛運算，對采集的每幀B超圖像，將像素點在橫向和縱向的坐標分別記為x和y；

(4)根據計算的互相關系數值，選取最大相關系數的對應幀作為目標幀進行后續溫度計算；根據參考幀的時間序列，將其后一個生理周期內的信號幀作為目標幀的選取范圍，或將整數個生理周期作為目標幀的選取范圍；

(5)以評估點為中心在目標幀選取矩形窗1；評估點為所需要檢測和評估的位置，在參考幀中以評估點為中心選取矩形窗2，使其橫向尺寸和縱向尺寸均為矩形窗1的兩倍或以上；在參考幀中移動尺寸與矩形窗1尺寸相同的矩形窗3使其遍歷矩形窗2，每移動一次均計算矩形窗1與矩形窗3內圖像的互相關系數；

(6)將溫度變化評估的目標點遍歷整個超聲圖像區域，得到整個成像區域的時間延遲量的二維分布；結合測溫系數，

k₁＝α₂(z)-β₂(z)+β₁(z)(α₁(z)-β₁(z))

k₂＝α₁(z)-β₁(z)

其中α₁(z)表示線性熱膨脹系數，α₂(z)是二階非線性熱膨脹系數，β₁(z)和β₂(z)分別是聲速隨溫度變化的線性系數和二階非線性系數；z是沿聲傳播方向的坐標；再根據溫度變化和時間延遲的關系計算得到溫度變化量的分布：

其中：δt(z)是時間延遲量，δT(z)為是溫度變化量；

(7)將當前目標幀作為參考幀，重復步驟(3)-(6)，得到不同時刻對應的溫度變化圖像；

(8)將每個生理運動周期溫度變化結果相加，得到成像區域溫升值的分布圖像。

2.根據權利要求1所述的一種基于非線性熱膨脹評估溫度變化的超聲方法，其特征在于，加熱源包括聚焦超聲、射頻或微波。

3.根據權利要求1所述的一種基于非線性熱膨脹評估溫度變化的超聲方法，其特征在于，步驟(3)利用動態幀選取法進行活體噪聲的抑制。

4.根據權利要求1所述的一種基于非線性熱膨脹評估溫度變化的超聲方法，其特征在于，步驟(5)，矩形窗1與矩形窗3內圖像的互相關系數的計算公式如下：

其中，W_new和W_ref分別是矩形窗1和矩形窗3中包含的RF數據；m和n分別為矩形窗3的中心相比矩形窗1的中心在水平和垂直方向上偏離的像素值，當該系數γ達最大值時，由矩形窗1和矩形窗3中心點間距計算組織熱膨脹導致的超聲傳輸時間延遲。

5.根據權利要求1或3或4所述的一種基于非線性熱膨脹評估溫度變化的超聲方法，其特征在于，步驟(6)所述溫度變化和時間延遲標定的系數k₁范圍為-1至1，k₂為-1000至1000，通過計算得到溫度變化量的分布。

6.根據權利要求1所述的一種基于非線性熱膨脹評估溫度變化的超聲方法，其特征在于，步驟(8)生理運動包括呼吸、心跳或血流運動。