[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 202210003913.3
• 申請日: 2022-01-04
• 公開（公告）號: CN114299125A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)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

本發(fā)明公開了一種基于超聲成像估計體內熱源分布的方法及裝置，屬于醫(yī)學圖像處理領域。本發(fā)明的方法為采集活體中的數(shù)字超聲圖像序列，進行多線程劃分、圖像配準、熱應變成像和基于空間相關性對熱應變圖像去噪，基于曲面函數(shù)擬合熱應變圖像中的熱源位置，并據(jù)此校正熱應變分布和補償各線程的起始應變值。隨后，通過時域有限差分方法實現(xiàn)由熱應變圖像序列對熱源分布的估計。對采用相同加熱方案的不同熱療過程，實現(xiàn)對組織中熱應變和溫度場分布的實時預測。本發(fā)明不需要借助侵入式監(jiān)控設備，可有效地估計組織中熱源的空間分布，并以此預測熱應變和溫度分布，可為臨床熱療提供重要的量效評估手段。

技術領域

本發(fā)明涉及醫(yī)學圖像處理領域，更具體地說，涉及一種基于超聲成像估計體內熱源分布的方法及裝置。

背景技術

目前臨床應用廣泛的癌癥治療方法如手術治療、藥物化療和放射性療法，這些療法存在毒副作用大、復發(fā)性高、專一性差等缺點。秉承著減小毒副作用、降低治療成本的目的，熱治療的發(fā)展在近年來備受關注。熱劑量是關乎熱治療有效性、安全性的一個重要指標，因此在臨床上，通過實時的溫度監(jiān)控來動態(tài)規(guī)劃、調整治療方案是亟待解決的問題。

生物熱傳導方程(也稱Pennes方程)是普遍適用于生物組織的傳熱模型。已知生物組織的密度、熱容、熱導率等參數(shù)，及熱源強度分布，通過生物熱傳導方程可以實時地預測組織中的溫度分布。但事實上，活體內的有效熱源分布往往和理論、模擬存在偏差，且由于存在生理運動，導致熱源強度分布難以被準確測量。

在現(xiàn)有技術中針對活體內的熱源測量，提出了一些技術方案。例如發(fā)明創(chuàng)造名稱為：基于點熱源模型的生物體內部熱源強度和溫度分布的分析方法與裝置(申請日：2017年9月29日；申請?zhí)枺?01710908792.6)，該方案公開了一種基于點熱源模型的生物體內部熱源強度和溫度分布的分析方法與裝置，其針對生物體內熱量往往無法用儀器設備進行活體測量的難點，基于穩(wěn)態(tài)和點熱源累加的溫度場假設，推導得到了點熱源與空間溫度場的關系式。隨后，使用紅外CCD探測器測量體表溫度，通過對其洛倫茲線性擬合得到熱源分布信息，最后基于熱源的位置、強度線性累加原則，得到三維的溫度場估計，該發(fā)明為生物醫(yī)學分析提供了客觀依據(jù)。其不足之處在于，僅考慮穩(wěn)態(tài)的生物熱傳導模型，對于熱治療的實時變化的溫度預測不適用。其次，其忽略了體表熱對流對溫度的影響，可能導致其基于體表溫度擬合體內熱源信息的誤差，從而導致體內溫度場估計發(fā)生錯誤。

綜上所述，如何對活體內的熱源有效測量，獲得熱源的位置、強度信息，并基于熱源信息進行準確的熱應變、溫度場預測，是現(xiàn)有技術亟待解決的問題。

發(fā)明內容

1.要解決的技術問題

針對現(xiàn)有技術中存在的活體組織內有效熱源難以被準確測量，且由于存在活體生理運動等因素導致熱源估計的誤差，進一步導致基于熱源的溫度場預測偏差的不足問題，本發(fā)明提供了一種基于超聲成像估計體內熱源分布的方法及裝置，它可以實現(xiàn)對熱源信息進行有效的估計，基于估計得到的熱源進而可以對隨時間變化的熱應變、溫度場實時的預測。

2.技術方案

本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)。

本發(fā)明提供一種基于超聲成像估計體內熱源分布的方法，包括以下步驟：

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

成像步驟：根據(jù)靶區(qū)位置選取感興趣區(qū)域，通過相關性分析、基于感興趣區(qū)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(shù)目，得到對應線程的熱應變圖像序列S_u；根據(jù)線程間相關性構建去噪函數(shù)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；