[發明專利]一種基于超聲成像估計體內熱源分布的方法及裝置

在審

• 申請號: 202210003913.3
• 申請日: 2022-01-04
• 公開（公告）號: CN114299125A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 郭霞生;尹楚豪;章東;屠娟
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06T7/30
• 分類號: G06T7/30;G06T7/32;G06T5/50;G06T3/40;A61B5/01
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務所 32346
• 代理人: 金龍

1.一種基于超聲成像估計體內熱源分布的方法，其特征在于，包括以下步驟：

采集步驟：利用熱療方法對靶區加熱，對活體熱療靶區進行超聲圖像采集，獲得數字超聲圖像序列I；

成像步驟：根據靶區位置選取感興趣區域，通過相關性分析、基于感興趣區域的圖像配準、熱應變成像，將圖像序列I劃分到對應于不同運動相位的多個線程u中(u＝1,2,…,U)，U為線程的總數目，得到對應線程的熱應變圖像序列S_u；根據線程間相關性構建去噪函數對S_u降噪，得到更新后的S_u；

擬合步驟：對S_u進行二維軸對稱曲面擬合，得到各線程的熱源中心位置P_u；

校準步驟：通過移動各線程對應的熱應變圖像序列S_u，使各線程u的熱源中心位置P_u坐標一致；

平均步驟：基于時域有限差分方法和生物熱傳導方程，在熱源分布與熱應變分布之間建立定量關系，估計各線程的熱源分布，將所有線程的估計結果平均得到平均熱源分布。

預測步驟：基于實際熱源的位置和平均步驟中所得平均熱源分布和熱源分布與熱應變分布之間的定量關系，對隨時間變化的熱應變和溫度場分布進行實時的預測。

2.如權利要求1所述的一種基于超聲成像估計體內熱源分布的方法，其特征在于，所述擬合步驟的具體實現方式為：

在任意時刻，將線程u的熱應變分布記為S_u(x,y；t)(u＝1,2,…,U，U為總線程數)，x、y、t分別為橫向、縱向和時間坐標；

線程u最后一幀圖像的熱應變分布為S_u(x,y；T_u)，T_u為對應的時間坐標；

對S_u(x,y；T_u)進行二維軸對稱曲面擬合，得到各線程的熱源中心位置P_u；

或

將ln[S_u(x,y；T_u)](ln是以常數e為底的對數函數)按照如下函數f(x,y)進行多項式最小二乘擬合，

f(x,y)＝ax²+by²+cx+dy+e， (1)

得到擬合參數a、b、c、d、e；則熱源中心位置P_u的縱、橫坐標分別確定為

3.如權利要求1所述的一種基于超聲成像估計體內熱源分布的方法及裝置，其特征在于，校準步驟的具體實現方式為：

以任意線程為基準，將其它線程的熱應變圖像在(x,y)平面上移動，直至所有線程的熱源中心坐標一致。

4.如權利要求1所述的一種基于超聲成像估計體內熱源分布的方法及裝置，其特征在于，校準步驟的具體實現方式為：

對各線程對應的數字超聲圖像、熱應變圖像序列基于滑動窗的互相關計算得到位移場，根據位移場移動S_u，使各線程u的熱源中心位置P_u坐標一致。

5.如權利要求1、3、4任一所述的一種基于超聲成像估計體內熱源分布的方法及裝置，其特征在于，采集步驟中，對活體熱療靶區進行超聲圖像采集時，在開始加熱前采集、存儲多個呼吸周期的超聲圖像序列，使得各線程的首幀圖像發生在加熱前。

6.如權利要求1、3、4任一所述的一種基于超聲成像估計體內熱源分布的方法及裝置，其特征在于，如果采集步驟中在加熱后才開始進行進行超聲圖像采集，那么在校準步驟的最后，還需要補償各線程的起始時刻應變，補償方法為：

以起始時間最早的線程為源線程，其它線程分別為目標線程，利用源線程的第一和第二幀熱應變圖像，在目標線程第一幀熱應變圖像所處時刻進行時域線性內插，得到的圖像作為補償圖像；

或

通過目標線程的第一和第二幀熱應變圖像沿t的負方向對源線程的第一幀熱應變所處時刻進行時域的線性外插，得到圖像取負作為補償圖像；

將補償圖像與目標線程的所有熱應變圖像相加，則目標線程的熱應變圖像序列S_u更新為補償后結果。