[發明專利]使用基于卷積神經網絡提取超聲射頻信號中溫度信息的方法的超聲設備

有效

• 申請號: 202111077944.5
• 申請日: 2021-09-15
• 公開（公告）號: CN113749754B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 徐棟;鄭逸;鄭海榮;姚勁草;周雪芹;張其陽;鄭秋青;倪晨;孔祥凱
• 申請（專利權）人: 萬東百勝（蘇州）醫療科技有限公司;中國科學院腫瘤與基礎醫學研究所（籌）;中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: A61B18/04
• 分類號: A61B18/04;G01K11/22;G06N3/0464
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 施婷婷;張蘇沛

本發明公開了基于卷積神經網絡提取超聲射頻信號中溫度信息的方法，該方法將采集到的射頻信號劃分為多個區域，獲取區域溫度特征以減輕“熱聲透鏡效應”以及“聲遮擋”效應對治療區域后方的超聲回波信號產生的影響；采用卷積神經網絡的算法從超聲射頻信號中獲取溫度信息，解決了“熱聲透鏡效應”以及“聲遮擋”效應對治療區域后方的超聲回波信號產生影像的問題，提高了測溫的準確性和穩定性；使用非介入的方式就可以實時獲得消融時超聲影像中組織的溫度信息，有效地解決腫瘤熱消融時需要對消融區域的組織進行精準測溫的問題；此外，本發明中測溫的實時性和顯示方式也符合超聲介入消融時對目標病灶的消融情況進行監控的目的。

技術領域

本發明涉及醫用超聲射頻信號處理、提取醫用超聲射頻信號中表達的組織溫度的信息，尤其涉及采用卷積神經網絡的算法方案從醫用超聲的射頻信號中提取超聲介入消融時組織溫度的實時監測。

背景技術

超聲設備引導下的病灶熱消融是一種微創或無創的針對局部腫瘤的物理治療技術，目前常見的治療手段主要包括射頻消融、微波消融、高強度聚焦超聲以及激光消融等。消融治療中對人體目標組織溫度的監控非常重要。目前要做到對癌癥區域精準的消融，熟練的醫生會評測消融時消融區域的氣化區域來進行判別，這將容易導致消融時不能將腫瘤區域消融完全或者過度消融損害周邊的健康組織。因此治療過程中的溫度控制是關鍵。

目前國內常見的組織測溫都以介入式為主，需要有測溫光纖或者測溫針進入人體進行監測，問題在于只能對組織區域的單點位置進行測溫，無法監測整個人體目標組織區域的溫度。而非介入式的超聲無損測溫的方法也有相關的專利，比如超聲回波頻移的無損測溫方法、超聲回波時移方法、超聲散射回波功率譜，這里采用的算法皆為傳統信號處理的方式，比如中值濾波、負值校正、鄰近插值取代處理得到修正的時移值，然后與溫度進行線性相關性分析。但是熱消融時病灶區溫度升高會產生“熱聲透鏡效應”以及“聲遮擋”現象，導致治療區域后方的超聲回波信號發生變化。

發明內容

針對現有技術中存在的缺點與不足，本發明的目的在于提供一種基于卷積神經網絡提取超聲射頻信號中溫度信息的方法。該方法采用卷積神經網絡的方式對超聲射頻信號的內容進行分析。在感受野區域內對目標區域的射頻矩陣數據的特征進行提取，對不同感受野的特征進行分析，從而減輕“熱聲透鏡效應”以及“聲遮擋”效應對治療區域后方的超聲回波信號產生的影響，從而更準確的提取組織溫度信息。

本發明的技術方案如下：

基于卷積神經網絡提取超聲射頻信號中溫度信息的方法，包括：

(1)在熱消融的情況下，對離體的生物材料區域進行超聲掃查，獲取該區域超聲射頻信號數據；在相對于熱消融的消融針位置設有不同距離或不同角度的測溫通道；

(2)將超聲射頻信號數據轉變成M*N的矩陣格式，其中M為掃描線數，N為掃描點數，該超聲射頻信號的矩陣排布要符合超聲成圖的像素點排布方向；

(3)根據各測溫通道的溫度以及Pennes近似的生物熱方程對離體生物材料的傳熱模擬，得到同一個測溫平面所有區域的模擬溫度；

(4)將步驟(2)的超聲射頻信號的矩陣數據劃分為大小相同的多個超聲射頻信號矩陣區域；根據步驟(3)得到的模擬溫度，將所有溫度范圍劃分為數個溫度區間，將溫度區間對應到各個超聲射頻信號矩陣區域；

(5)將上述各個劃分的超聲射頻信號矩陣區域的數據以及對應的溫度區間輸入卷積神經網絡，用于特征提取；

(6)將步驟(5)特征提取后輸出進入全連接層進行特征連接，對全連接層的特征進入分類器訓練，從而得到溫度區間分類模型；

(7)采集待測活體組織的超聲射頻信號，輸入到步驟(6)訓練好的溫度區間分類模型中，最終可以得到待測組織的溫度信息。

進一步地，所述超聲射頻信號矩陣區域的大小和所述溫度區間分類模型的分辨率相同。