高强度聚焦超声热疗中组织损伤的一种监测方法

用特定频率和功率的高强度聚焦超声（HIFU）照射离体猪肉组织,研究了焦点区域的B超图像变化与HIFU导致的组织损伤之间的关系,并研究了M超信号变化和温度的相关性。结果表明：逐渐增加HIFU照射次数,焦点区域组织变性,B超图像发生明显改变。靶区内灰度超过设定的阈值的区域面积增大,区域内灰度升高,两者均与照射次数成近似线性关系;模拟加热实验中M超信号也随温度升高而变化,其变化较B超更显著。与以往的方法相比,实验系统可以实时地检测到组织损伤的程度和范围,提供了一种新的可视化的HIFU治疗实时监测方法。     

准实时高强度聚焦超声背向散射积分监控成像

提出一种基于超声背向散射积分(IBS)参数估计的减影成像方法,用于检测高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中的组织损伤.在构建的HIFU/B超准实时治疗监控成像系统上,进行了离体猪肝组织实验.得到了不同组织深度下,IBS值随治疗时间的增加而变化的情况,以及不同治疗时间的IBS减影图像.比较了两种获得减影图像的方法,讨论了空化效应对IBS值的影响.此外还采用了一种双向彩色编码模式用以识别组织运动伪像.结果表明,IBS值能够较好地检测组织的损伤,还能一定程度地反映空化效应的情况,采用时间相邻的序列减影图像的叠加所获得的减影图像效果较好,双向彩色编码模式能够较有效地识别组织运动伪像.     

基于水平集的组织热损伤区域自动检测

为超声引导的HIFU治疗系统设计一种自动检测凝固性坏死损伤区域的大小形状及位置的辅助诊断方法,本文提出一种基于水平集的HIFU损伤区域自动探测方法,利用超声剪影图像所含灰度变化信息,自动识别热损伤发生的位置,设置水平集函数的初始值,进而对热损伤区域的的边界进行检测.该算法分割出的组织损伤区域形状与大小均与组织剖面所见损伤区域相符,对连通或非连通区域均可进行很好的分割.     

基于边缘探测的密集颗粒图像分割方法

针对密集的颗粒图像提出了一种基于边缘探测的颗粒分割方法.该方法采用分块自适应的边缘检测算法实现对图像的边缘检测,并采用形态学方法去除边缘噪音;采用分水岭算法对图像进行初步分割,根据分割区域自动选取种子点,并利用区域面积对种子点进行修正,然后从种子点发射探测线探测边缘位置,记录边界点,通过判断机制判别出由于边缘不完整或噪...     

基于变差函数的噪声图像的多尺度边缘检测

基于区域化变量理论,针对受噪声污染的图像,本文提出了一种基于变差函数的多尺度边缘检测新方法.该方法根据图像各个不同区域的数据的不同方向的变差函数值来判断该区域是否存在边缘以及边缘的方向性,然后根据该区域边缘的方向性,在水平和垂直方向分别进行不同尺度的小波变换,进而达到在确保边缘定位准确的同时,尽最大可能去除由于噪声以及图像灰度不均匀产生的伪边缘点.仿真实验表明,本文算法在对受高斯白噪声污染较严重的图像进行边缘检测时能有效的去除噪声对图像边缘检测的影响,从而证明了该方法的可行性、有效性.     

基于B样条插值的图像边缘检测的硬件实现

为了能高速、高质量地进行图像边缘检测,提出了一种新的基于B样条插值的边缘检测方法.该方法采用了三次B样条插值原理,对图像的像素点灰度值进行插值运算,提出了基于B样条插值的一阶和二阶微分算子,并引入数字滤波技术加以实现.还利用B样条的可分离特性,实现了2维空间中基于B样条插值的连续图像的重构函数,在此基础上提出了用于边缘检测的基于3次B样条的一阶微分模板和二阶微分模板.设计出一套基于DSP FPGA的实时图像处理和显示系统.     

基于融合的SAR图像海洋溢油边缘检测算法及MATALAB实现

为准确地提取出SAR图像中溢油区域边缘轮廓信息,提出一种融合分水岭及canny算子的SAR图像边缘检测算法。该算法首先使用形态学重建技术对前景图象进行标记,并进行开关操作,去除边缘无关信息,然后对前景进行区分操作。利用分水岭算法及canny算子较为精确地提取出溢油区域边缘轮廓信息并用MATALAB仿真实验,结果表明,与经典的边缘检测方法相比,该方法在精确定位图像边缘的同时能更精确、更完整地检测出目标的边缘特征。     

复杂背景下的人耳检测方法

本文在借鉴人脸检测算法的基础上,对现有的人耳检测方法进行研究,针对人耳区域小、共性特征少、复杂背景下难以检测等特点,提出了一种分阶段优化的静态彩色复杂背景下的人耳检测方法.首先采用肤色分割将检测范围缩小至肤色区域;接着利用侧脸的先验知识再次筛选;然后对图像进行边缘提取,在边缘图像中利用人耳含有丰富边缘信息的特点进行区域搜索以确定人耳.在该方法中,彩色图像的肤色信息和灰度图像的多尺度边缘以及人耳自身特征被结合起来,对解决人耳共性特征在复杂背景下难以被提取的问题具有较好的效果.实验结果表明,该算法在复杂背景下是有效的.     

区域生长和C-均值聚类结合的图像分割方法

结合边缘检测的模糊C-均值聚类图像分割方法,本文提出一种基于区域生长和模糊C-均值聚类相结合的图像分割方法.采用与区域生长类似的方法,寻找图像中封闭边缘围成的相互独立的区域,根据物理就近原则对边缘点进行归类,完成图像的分割.经实验验证:目标区的分割相对完整.     

一种改进的Snake眼睛边缘检测算法

提出了一种应用于彩色图像的改进的Snake眼睛边缘检测算法.该算法首先将输入图像从RGB空间转换到YCbCr和YCb'Cr'空间,依据肤色点在Cb'Cr'空间中的聚类性提取人脸候选区域;然后通过在人脸候选区域上生成眼睛图(EyeMap)提取眼睛候选区域并计算候选区域Cr2图像的距离势能力场.采用两段首尾相连的抛物线进行初始化并从外部对Cr2图像的距离势能力场进行活动轮廓模型(Snake)匹配,在匹配过程中不断进行修正使检测结果更接近真实边缘.实验结果证明,该算法能精确地检测出眼睛的边缘并节省匹配时间.     

A High-Precision US-Guided Robot-Assisted HIFU Treatment System for Breast Cancer

Breast cancer is the most commonly diagnosed cancer in women. A strong treatment candidate is high-intensity focused ultrasound (HIFU), a non-invasive therapeutic method that has already demonstrated its promise. To improve the precision and lower the cost of HIFU treatment, our group has developed an ultrasound (US)-guided, five-degree-of-freedom (DOF), robot-assisted HIFU system. We constructed a fully functional prototype enabling easy three-dimensional (3D) US image reconstruction, target segmentation, treatment path generation, and automatic HIFU irradiation. The position was calibrated using a wire phantom and the coagulated area was assessed on heterogeneous tissue phantoms. Under the US guidance, the centroids of the HIFU-ablated area deviated by less than 2 mm from the planned treatment region. The overshoot around the planned region was well below the tolerance of clinical usage. Our system is considered to be sufficiently accurate for breast cancer treatment.     

HIFU治疗中生物组织对声学焦域及声的非线性影响的研究

生物分层组织是高强度聚焦超声治疗中最常见的声通道组织。通过研究生物组织对声学焦域的影响,可以为高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)治疗安全性和可靠性提供理论依据。基于Westervelt方程,利用频域和时域有限元算法仿真HIFU治疗过程中超声透过分层组织后的焦域变化,并用新鲜离体猪肉组织进行实验验证。结果表明:生物组织声学特性的差异性和结构的不均一性使HIFU的声学焦域位置发生改变,尤其在声焦平面内,相对2.5mm的焦域宽度,1mm的偏移量将会对HIFU治疗精准性产生影响;声通道中存在生物组织,超声声束不会发生扩散,没有散焦现象,焦域宽度维持在2.38~2.79mm范围内;HIFU透射生物组织,声学焦域的非线性有明显的减弱,谐波次数越高,衰减程度越大,实验中基波声衰减值为9.97dB,二次谐波声衰减值为22.33dB,三次谐波声衰减值为28.05dB,四次谐波声衰减值为31.06dB,五次谐波已衰减消失。     

高强度聚焦超声治疗的实时被动空化检测系统及其实验研究

高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound,HIFU）所致空化效应在临床应用中扮演着重要角色,对HIFU临床治疗过程中的空化活动进行实时监测,结合数据分析与治疗过程中实时反馈,可进一步提高HIFU治疗的安全性和有效性。在现有HIFU临床治疗系统的基础上,将两个被动空化检测探头与HIFU换能器集成。在Matlab环境下开发了独立的上位机控制系统,基于以太网通信和虚拟仪器技术,实现了上位机的自动测试,融合被动空化检测系统与HIFU临床治疗系统,对空化所致声发射信号进行实时监测。通过HIFU辐照离体组织实验对该系统进行了测试验证,各种声功率条件下的超声辐照离体组织监测过程中,次谐波幅值与宽带噪声的均方根被实时可视化,用于监测空化的发生;次谐波与宽带噪声均方根的积分曲线斜率用于表征组织焦域处的相对空化强度。实验结果表明,该系统可满足临床治疗过程中对空化活动进行实时监测和数据分析处理的需求,为深入研究实际临床治疗中空化效应和实时反馈提供了一种有力的研究手段。     

Feasibility of MR-temperature mapping of ultrasonic heating from a CMUT

In the last decade, high intensity focused ultrasound (HIFU) has gained popularity as a minimally invasive and noninvasive therapeutic tool for treatment of cancers, arrhythmias, and other medical conditions. HIFU therapy is often guided by magnetic resonance imaging (MRI), which provides anatomical images for therapeutic device placement, temperature maps for treatment guidance, and postoperative evaluation of the region of interest. While piezoelectric transducers are dominantly used for MR-guided HIFU, capacitive micromachined ultrasonic transducers (CMUTs) show competitive advantages, such as ease of fabrication, integration with electronics, improved efficiency, and reduction of self-heating. In this paper, we will show our first results of an unfocused CMUT transducer monitored by MR-temperature maps. This 2.51 mm by 2.32 mm, unfocused CMUT heated a HIFU phantom by 14 degrees C in 2.5 min. This temperature rise was successfully monitored by MR thermometry in a 3.0 T General Electric scanner.     

高强度聚焦超声损伤兔肌肉组织的超声影像学变化的初步研究

探讨高强度聚焦超声损伤兔肌肉组织的超声图像变化。采用高强度聚焦超声经皮照射20只新西兰大白兔双侧后肢肌肉,其中18只于照射前1d、照射后10min、照射后1d,3d,7d,14d,21d,28d进行二维超声、彩色多普勒和能量多普勒超声检查,并于照射后28天处死后测量凝固灶大小。另2只分别于照射后1d及照射后50d解剖,行病理学检查。(1)HIFU照射后凝固灶外周可见强回声带至低回声带的演变过程。(2)HIFU照射后第1d,测量的凝固灶体积最大(1476.59±308.64mm3),第3d～第21d,凝固灶体积逐渐缩小(612.47±127.98mm3)。第28d凝固灶体积最小(343.29±54.79mm3)。超声检查在兔肌肉组织HIFU照射后的随访中发挥了重要的作用,为监测HIFU治疗人体软组织肿瘤超声图像的变化提供了实验依据。     

超声造影早期评价HIFU治疗兔移植性骨肿瘤的初步研究

目的:观察兔VX2移植性骨肿瘤经高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)治疗前后超声造影的图像变化,以评价高强度聚焦超声治疗骨肿瘤的疗效。方法:将VX2瘤块植入20只兔的右侧胫骨髓腔内,三周后进行HIFU治疗。治疗前后均推注超声微泡造影剂,对肿瘤治疗前后的超声造影图像进行比较。结果:治疗前超声造影显示,右侧胫骨髓内肿瘤快速、明显强化,与周边组织分界清楚,测得病灶平均大小为,上下径(17.614±0.955)mm,前后径(10.414±1.142)mm。治疗后造影,治疗区域显示为造影剂灌注缺损区,平均范围为上下径(8.010±0.584)mm,前后径(7.540±0.499)mm,未经治疗的肿瘤组织仍有超声造影剂灌注。结论:超声造影成像清楚地显示肿瘤范围以及治疗后灌注缺损区的大小,通过反映治疗后肿瘤的血供改变来评价HIFU治疗肿瘤的疗效。     

高强度聚焦超声消融滋养动脉治疗子宫肌瘤的临床价值

目的：探讨高强度聚焦超声消融滋养动脉治疗子宫肌瘤的可行性及有效性。方法：47例直径4~10cm肌壁间肌瘤,高强度聚焦超声治疗前通过彩色多普勒及超声造影确定肌瘤滋养动脉的蒂,对该区域进行消融,观察治疗前后肌瘤内部彩色多普勒及超声造影等影像学变化、随访临床症状及并发症。结果：治疗后肌瘤体积有不同程度的缩小,瘤体假包膜环状血流信号消失,肌瘤内部处于持续无灌注状态,部分患者临床症状消失或明显改善。结论：HIFU消融滋养动脉治疗子宫肌瘤能够缩短治疗时间,减少并发症,是一种微创和有效的方法。     

高强度聚焦超声作用下的组织温度场测量技术的研究进展

高强度聚焦超声是近年来兴起的一种肿瘤无创治疗新技术,而温度监控是该治疗的关键,故温度场检测成为超声医学工程学研究的热点。该测量方法中的有损测温对实验操作要求较高,且易引起肿瘤细胞的转移;无损测温方法包括超声、微波辐射、电阻抗成像和MRI(磁共振)等,文章对这些新技术的优点和局限性作出综述。     

低场永磁MRI导引聚焦超声肿瘤消融系统的研究

研究了低场永磁磁共振(Magnetic Resonance Imaging,MRI)导引的高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)系统,使两者融合为一体。把磁共振的磁体设计为U字形,这样HIFU治疗头就可以放置于磁共振开口的上方;同时,在磁兼容、磁共振的快速成像、磁共振的测温、相控阵换能器、HIFU的治疗计划等方面做了一些研究。研究结果表明,在低场永磁的磁共振导引下,可以实现系统的所有设计功能,系统定位的图像比上一代B超导引的HIFU清晰,提高了实用性。