基于超声波背向散射能量的超声波射频消融温度成像方法与流程

本发明属于医学图像研究领域，涉及一种超声波射频消融温度成像方法。

背景技术：

当今社会，肿瘤是夺走人类生命的重要原因之一。因其还无法明确致病原因从而进行预防，从而对于肿瘤的治疗成为医学界关注的重点。传统的治疗方式多以手术切除为主，对病人的身体创伤很大。对于体积较小的肿瘤，目前可以使用消融的方式进行，有高能聚焦式超声波灼烧和射频消融等方法，其最大的优点是微创，因而受众范围可以很广。对灼烧过程中温度情况可以通过核磁共振、超声波、热电偶等观察，但超声波具有对人体无害、成本较低、操作简便等特点，因此具有很大研究价值。

利用超声波进行温度监测已有的方法包括回波时移、背向散射能量(ultrasonicbackscatteringenergy，简称cbe)等。回波时移的方法依靠灼烧区域组织温度升高引起的组织膨胀和声速变化情况对温度进行估计，但需要提前测定组织膨胀系数等参数，且温升最高至40℃。背向散射能量依靠加热过程中背向散射能量的变化监测温度，算法简便，适合于实时监测。

华盛顿大学的straube和arthur发现散射子有正负之分，正散射子背向散射能量值随温度升高而增大，在消融过程中显示为正值，负散射子的背向散射能量值随温度升高而减小，在消融过程中显示为负值。其在sigelment和reid的基础上，推算出单一散射子背向散射能量变化与温度变化关系的归一化模型[1-5]，如(1-1)式：

其中，α(t)为衰减系数，η(t)为背向散射系数。若散射子的尺寸小于超声波波长，则模型可简化为式(1-2)：

cbe＝η(t)/η(37)(1-2)

tsuiph等人研究发现，取消对原始数据的位移补偿也可得到背向散射能量与温度关系，且灵敏度更高，更节省时间[6]。

夏静静等人在以上理论基础上提出综合超声波背向散射能量(integratedultrasonicbackscatterenergy，简称icbe)和滑动窗的方法得到加热区域温度分布图像，综合背向散射能量将消融过程中负的背向散射能量取反，与正的背向散射能量一起进行温度分布显示。滑动窗每个窗内综合背向散射能量值：

综合超声波背向散射能量方法用于真实组织射频消融时发现，灼烧针下方会存在假影，影响综合超声波背向散射能量值与温度值的相关性，也严重影响了组织温度分布图像。

参考文献：

[1]straubewlandarthurrm,theoreticalestimationofthetemperaturedependenceofbackscatteredultrasonicpowerfornoninvasivethermometry,ultrasoundinmedicine&biology,1994,20(9):915～922.

[2]arthurrm,trobaughjw,straubewl,etal.,temperaturedependenceofultrasonicbackscatteredenergyinimagescompensatedfortissuemotion,2003ieeesymposiumonultrasonics,2003,1:990～993.

[3]arthurrm,trobaughjw,straubewl,etal.,temperaturedependenceofultrasonicbackscatteredenergyinmotioncompensatedimages,ultrasonics,ferroelectrics,andfrequencycontrol,2005,52(10):1644～1652.

[4]arthurrm,straubewl,starmanjd,etal.,noninvasivetemperatureestimationbasedontheenergyofbackscatteredultrasound,medicalphysics,2003,30(6):1021～1029.

[5]arthurrm,straubewl,trobaughjw,etal.,non-invasiveestimationofhyperthermiatemperatureswithultrasound,internationaljournalofhyperthermia,2005,21(6):589～600.

[6]po-hsiangtsui,yu-tingchien,etal,usingultrasoundcbeimagingwithoutechoshiftcompensationfortemperatureestimation,ultrasonics,2012,52:925–935.

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够有效去除假影，使温度分布图像更准确、也更能符合温度值变化曲线的超声波射频消融温度成像方法，技术方案如下：

一种基于超声波背向散射能量的超声波射频消融温度成像方法，包括下列步骤：

1)利用超声波探头得到检测超声波背向散射信号，即初始数据；

2)对初始数据进行带通滤波以减少杂讯；

3)求得初始数据的包络；

4)通过滑动窗，在每个窗内计算时，用步骤3)求得包络平方得到该时刻能量，除以参考温度下包络的平方，此时仅保留正的背向散射能量，去掉负的背向散射能量，即得到正超声波背向散射能量的矩阵；

5)插值成原图像大小；

6)对不同时刻的图像进行组合去除部分杂讯，并且进行显示；

7)圈选感兴趣区域，将步骤4)得到的矩阵在感兴趣区域内的部分进行平均，求得感兴趣区域内的正背向散射能量值，也可进行后续的消融面积的计算。

本发明的有益效果如下：

1.综合超声波背向散射能量用于射频消融时，会在灼烧针下方产生严重假影。运用正超声波背向散射能量可以有效去除假影，使温度分布图像更准确，可以更好地运用于临床。

2.正超声波背向散射能量值与温度的拟合效果也优于综合超声波背向散射能量，因此，运用正背向散射能量可以更好地了解消融过程中温度值的变化。

附图说明

附图1为本发明方法流程图。

附图2为正超声波背向散射能量方法、综合超声波背向散射能量方法分别与温度曲线的对比图。

具体实施方式

本发明的基于超声波背向散射能量的超声波射频消融温度成像方法，利用正超声波背向散射能量(positiveultrasonicbackscatteringenergy，简称pcbe)的方法对射频消融过程中实时呈现的温度分布图像的假影问题进行改善，且正超声波背向散射能量的值更符合温度值的曲线。

在进行温度监测过程中，仅保留正的背向散射能量部分，而去掉负的背向散射能量部分，即仅利用正的背向散射能量进行温度分布图像的显示和背向散射能量值的计算，在射频消融的实时温度监测中可以有效改善灼烧针下方假影，并且正超声波背向散射能量值比综合超声波背向散射能量值更符合温度曲线。

具体步骤如下：

1)利用超声波探头得到检测超声波背向散射信号，即初始数据；

2)对初始数据进行带通滤波减少杂讯

3)求得初始数据的包络

4)通过滑动窗，在每个窗内计算时，用步骤3)求得包络平方得到该时刻能量，除以参考温度下包络的平方，此时仅保留正的背向散射能量，去掉负的背向散射能量，即得到正超声波背向散射能量的矩阵

5)插值成原图像大小

6)对不同时刻的图像进行组合去除部分杂讯并显示

7)圈选感兴趣区域，将步骤4)得到的矩阵在感兴趣区域内的部分进行平均，求得感兴趣区域内的正背向散射能量值。也可进行后续的消融面积等的计算

实施例如下：

将适当大小的猪里脊放置在亚克力盒内，射频灼烧针通过盒上的小洞插入里脊内部，灼烧针带水循环，温度用热电偶监测。用超声波探头找到针尖的切面，50w模式进行灼烧。每两秒记录一张初始数据，持续加热12min。

对得到的数据进行处理：以实验用超声波探头中心频率为准，对每一张数据进行滤波，去除带宽以外杂讯；将去除杂讯的数据进行希尔伯特变换得到信号包络；将图像分为许多大小相同的窗，得到每个窗内的正超声波背向散射能量值；对得到的矩阵进行插值，成为原图像大小；对不同时刻的数据进行复合，消除部分杂讯；对正超声波背向散射能量温度分布图像进行显示，并在此基础上求出感兴趣区域内正超声波背向散射能量的平均值与热电偶记录的温度值进行比较。

可将得到的结果与综合超声波背向散射能量(icbe)方法进行对比，验证正超声波背向散射能量(pcbe)在射频消融温度监测中的优势。