[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

本發明公開了一種基于非線性熱膨脹評估溫度變化的超聲方法及系統，屬于超聲檢測領域，其針對目前各種基于對體內組織加熱的方式治療疾病的方法中無法有效監測靶區溫升的問題，建立了利用B超原始回波信號評估生物組織溫度變化的方法。該方法對生物組織利用聚焦超聲、射頻、微波等方法進行局部加熱，用B型超聲對靶區進行成像并收集其原始回波信號，基于B超時序圖像，利用動態選幀算法選取目標幀對活體噪聲進行抑制，并計算超聲經過組織時的時間延遲圖像；進而根據熱膨脹和聲速的非線性模型由此得到溫度變化圖像；本方法在溫升30℃范圍內誤差不超過3℃，其將推動B超的溫升監控技術在熱療中的應用，可顯著提高熱療的安全性和有效性。

技術領域

本發明涉及超聲檢測領域，更具體地說，涉及一種基于非線性熱膨脹評估溫度變化的超 聲方法及系統。

背景技術

在腫瘤的臨床治療中，熱療已引起廣泛關注，并被認為是具有重要意義的微創或非侵入性 手術方法。在治療過程中，溫度過高可能會對周圍正常的細胞造成損傷，產生嚴重的副作用。 而若溫度達不到臨床要求，則可能顯著降低療效，甚至導致治療失敗。考慮熱療的安全性和 有效性，在對治療過程中對生物組織的溫度變化過程進行監控具有很大的必要性。

與其他溫度成像方法相比，由于具有無電離輻射，靈活，易操作，低成本，便攜性和良好 的兼容性等優勢，超聲溫度評估法作為一種比較有前景的溫度評估方法。其原理主要基于溫 度的變化會引起超聲在傳播過程中物理特性的變化。最近的研究表明：背向散射能量的變化 量可以作為評估溫度變化的參量。用超聲信號的頻域的信息也可以對溫度進行很好的評估， Maraghechi將諧波幅度的變化量與溫度的變化量建立了聯系。但就溫度評估效果而言，基于 組織的熱膨脹和聲速變化的時域模型達到了很高的溫度評估精度。

最近的研究表明，局部熱膨脹以及聲速的變化可能與組織溫度變化有關。對于小范圍的 溫度變化，具有較好的溫度評估效果.在之前的研究中，Claudio Simon等人在凝膠中進行實 驗，在4.22℃變化范圍內溫度評估誤差小于0.5℃。Dalong Liu等針對豬心臟組織，借助GPU 運算進行了溫度實時監控實驗。為了模擬活體環境下呼吸及心跳引起組織移動的問題，Josquin Foiret等對有相對移動的仿體進行溫度評估，將測量誤差縮小到了±0.3℃。但是當組織溫度高 于50℃(高于基準溫度13℃)時，溫度基于超聲回波移位的評估模型可能不太準確。先前的 研究表明對于生物組織，其的理化性質是隨溫度變化的，因而生物組織體積和聲速隨溫度線 性變化的關系就會發生變化，k系數也就隨之發生改變。因此，對于更大范圍的溫度評估， 之前的線性溫度評估模型需要改進。