HIFU治疗中超声测温技术的研究

论文摘要

高强度聚焦超声(HIFU)治疗可一次成功又无副作用，被认为是二十一世纪最有应用潜力的肿瘤局部治疗新技术之一。在HIFU治疗过程中进行温度监控是确保治疗高效和安全的关键。由于有损测温方法会给病人带来痛苦且应用受到限制，因此无损测温方法成为人们研究的焦点。超声无损测温方法因其相对低的成本，且易与治疗系统兼容而受到特别关注。本文充分利用现有HIFU治疗监控设备B超建立了一套HIFU治疗测温系统，并用该系统参照实际治疗条件进行了大量的离体实验，通过用不同方法对HIFU辐照获取的超声回波信号进行分析，探讨揭示组织温度及特性变化的合适途径。主要内容有：1对HIFU辐照区信号的提取方法进行了研究。通过分析信号的时、频域特征，确定了信号滤波、截取等预处理方法。2用互相关函数分析了HIFU辐照后组织温度变化对超声回波信号时移的影响。研究发现：互相关函数方法重复性较差，仅在小范围内具有较好的规律性。3分别从回波信号幅度和小波系数角度分析了回波信号的能量变化，结果表明37℃～60℃间回波能量的相对变化随温度增加接近线性增加，但温度在60℃以上则显得无规律。4分析了超声回波信号的幅度及中心频率分量的衰减。结果表明：45℃以下组织中声衰减特性的变化很小，在45℃～65℃间从衰减角度能较准确地反映温度变化信息。研究发现不同方法都能从一定角度揭示超声回波信号特性参量随组织温度变化的趋势，但均只在一定温度范围内有较好的重复性。虽然实现精确测温非常困难，但这些方法均能较准确地反映出组织变性状况。此研究结果对HIFU治疗中用超声进行治疗区温度监测及组织凝固坏死点的确定均具有重要的参考价值。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 肿瘤热疗法
• 1.1.1 超声温热疗法
• 1.1.2 高强度聚焦超声（HIFU）疗法
• 1.2 热疗中的有损测温方法
• 1.3 热疗中的无损测温方法
• 1.3.1 电阻抗成像（EIT）法
• 1.3.2 微波测温法
• 1.3.3 核磁共振成像（MRI）法
• 1.3.4 超声无损测温法
• 1.4 本文的主要工作及内容安排
• 第二章 B超和HIFU源的工作原理
• 2.1 B超工作的基本原理
• 2.1.1 历史回顾
• 2.1.2 超声诊断技术
• 2.1.3 超声波在介质中传播的数学描述
• 2.1.4 超声波的反射、透射和折射
• 2.1.5 超声波的吸收和衰减
• 2.1.6 超声波与生物组织相互作用的主要机理
• 2.2 HIFU源工作的基本原理
• 2.2.1 单元声透镜聚焦换能器
• 2.2.2 多元小平面换能器几何聚焦超声刀
• 2.2.3 多元阵双重聚焦超声刀
• 2.3 本章小结
• 第三章 超声测温实验系统及方法
• 3.1 超声测温实验系统
• 3.1.1 B超信号提取
• 3.1.2 数据采集方法
• 3.1.3 HIFU源
• 3.2 测试方法及过程
• 3.3 测试信号预处理
• 3.3.1 信号特征分析
• 3.3.2 数字滤波方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 实验数据分析及结果
• 4.1 基于时域互相关的分析法
• 4.1.1 理论基础
• 4.1.2 结果与分析
• 4.2 基于能量的分析方法
• 4.2.1 理论基础
• 4.2.2 结果与分析
• 4.3 基于小波的分析方法
• 4.3.1 理论基础
• 4.3.2 结果与分析
• 4.4 基于衰减系数的分析方法
• 4.4.1 理论基础
• 4.4.2 结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢