基于压缩感知的 HIFU 回波信号降噪研究

由于传统的降噪处理方法很难干净地去除高强度聚焦超声(HIFU)信号中的噪声,提出利用压缩感知(CS)对 HIFU 回 波信号进行降噪。 在观测矩阵的设计中将传统的高斯随机观测矩阵改进为稀疏循环结构化矩阵,减少了构造观测矩阵和重构 信号的时间。 仿真实验表明,与带通滤波器、小波降噪方法和经验模态分解(EMD)降噪方法相比,该方法得到的信号的重构信 噪比(RSNR)更高,重构均方差(RMSE)和最大误差(ME)更小。 用不同方法对不同温度下获得的 HIFU 回波信号进行去噪并提 取二次谐波激发效率,发现采用该方法得到的二次谐波激发效率曲线方差和波动更小,验证了该降噪方法在实测信号中的优 越性。     

界面层对高强度聚焦超声所致焦斑的影响

用纳米铁磁性颗粒胶合体制作界面层,用同一剂量高强度聚焦超声(HIFU)在该界面层下方不同深度定点辐照.结果显示:焦点上缘与声学界面重合时,HIFU所致焦斑/损伤点(lesion)的体积增大,说明声学界面能够提高治疗效率；当焦点距离界面层10mm时,焦点处HIFU所致焦斑/损伤点的大小和形态与对照组相似,而界面处出现另一...     

高强度聚焦超声肿瘤治疗仪控制系统设计及功能测试

用高强度聚焦超声(HIFU)治疗肿瘤近年来受到越来越多的关注。目前已有的HIFU肿瘤治疗仪采用的是湿式设计，将病灶部位浸入水槽内，探头由下至上进行治疗。这样不仅不方便且对一些特殊部位——如颈部无法进行治疗。文章介绍的HIFU肿瘤治疗仪成功采用干式设计，将探头放入一水囊内，由上至下经水囊耦合对病灶区进行治疗，增加了对控制系统的控制精度、速度与可靠性的要求。文章首次设计了一块DSP电路板作为可独立运行的HIFU前端控制器，在该板上集成了控制步进电机、脉冲编码器、超声功率放大器及实时控制策略运算等HIFU肿瘤治疗所有控制功能。DSP板可通过：RS232接口与后端PC主机通讯，并经过光电隔离、电平转换后与步进电机等外围器件连接。该仪器已通过了功能测定，并已进行了离体试验，测定与试验结果令人满意。     

基于小波系数Hu矩的生物组织损伤监测方法

提出了一种基于B超图像的小波系数Hu矩特征值并结合支持向量机监测生物组织损伤的方法。利用高强度聚焦超声(HIFU)对新鲜离体猪肉组织进行辐照,实时获取辐照前后的B超图像,并对其进行预处理获取减影图像。提取减影图像的Hu矩、小波系数均值和基于小波系数的Hu矩3个特征值,分别利用支持向量机对生物组织样本进行学习、分类处理。结果表明:小波系数Hu矩特征值比Hu矩和小波系数均值的总辨识率分别高出2.70%和2.05%,从而可以更有效地监测HIFU治疗中生物组织损伤情况。该方法可以帮助临床医生客观地监控HIFU治疗过程,对提高HIFU疗效有实际意义。     

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。     

双频高强度聚焦超声换能器应用研究进展

高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)消融实体肿瘤已在临床治疗中展示出良好的应用前景。HIFU消融肿瘤技术由于其使靶区肿瘤组织瞬时升温至60℃以上,产生不可逆性凝固性坏死,同时不影响靶区外正常组织而被广泛应用。目前治疗用超声主要使用单频率高强度聚焦超声,但其临床应用的主要限制是靶区组织消融时间较长,靶区外正常组织损伤风险较大。缩短靶区组织消融时间,对于提高HIFU治疗效率,更好地应用于临床较为关键。在总结HIFU换能器的特性和影响HIFU治疗因素的基础上,综述了应用不同类型的双频HIFU换能器强空化和缩短靶区组织消融时间等方面的研究进展。     

腔内高强度聚焦超声肿瘤治疗的实验研究

本文作者对于利用高强度聚焦超声（ＨＩＦＵ）进行肿瘤腔内治疗作了许多理论计算和试验工作,比较了两种换能器的聚焦特性并研制了一种既能监视又能治疗的高强度聚焦超声换能器,利用此换能器对人工模及活体肿瘤进行了一系列加热实验,验证了高强度聚焦超声治疗肿瘤的可行性。为加热治疗机的开发提供了依据。     

离体肝脏组织声学参量的温度特征研究

随着高强度聚焦超声(HIFU)广泛地被应用于临床治疗,更多的研究着眼于寻找监控被照射部位的温度的方法。本文研究了通过检测生物组织的声速和声衰减来监控HIFU治疗的温度,这种方法将为更好的治疗带来极大便利。文章提供了离体猪肝的声速和声衰减随温度变化的关系曲线。该曲线反映了当温度达到70°C～75°C左右,声速和声衰减曲线斜率发生很大变化,而蛋白质变性温度是63°C,由此可以满足监控HIFU治疗已达到使病灶部位蛋白质变性的要求。     

HIFU中的运动控制装置设计

本文针对HIFU(High Intensity Focused Ultrasound)中的运动控制系统。采用了分布式多轴运动控制方案，设计了基于Atmegal28单片机芯片的运动控制装置的硬件和软件，并通过试验验证了该方案的有效性。     

改进的分水岭算法在超声肿瘤图像分割中的应用

在高强度超声聚焦(HIFU)治疗中,图像自动导航是整个治疗过程的关键步骤.针对超声肿瘤图像分割提出了两种算法,分别为梯度阈值法和区域合并法.其中梯度阈值法针对分水岭过分割的缺陷,选取小于设定的梯度阈值的点作为分水岭变换的种子点,从而很好地抑制了过分割现象;区域合并法首先通过分水岭变换将图像过分割成许多具有区域均质性的超像素,然后基于最小描述(MDL)原则进行合并,将拥有相似纹理特征的小区域聚类在一起,达到抑制过分割的目的.实验结果表明这两种算法有效地解决了分水岭变换过分割的问题,同时能够很好地应用到超声肿瘤图像分割中.