用于监控射频消融手术的自适应超声波温度成像算法研究

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1、用于监控射频消融手术的自适应超声波温度成像算法研究StudiesonanAdaptiveUltrasoundTemperatureImagingAlgorithmforMonitoringRadiofrequencyAblation工程领域：电子与通信工程作者姓名：刘一达指导教师：李锵教授企业导师：侯瑞高级工程师天津大学微电子学院二零一七年十一月摘要射频消融手术作为治疗肝癌的一种有效疗法，在全球范围内已经得到了广泛的应用。监控组织的温度分布范围和控制组织的温度变化是该手术过程中需要注意的两个重要因素。

2、控制合适的温度分布范围可以做到杀死癌变部位而不伤害到正常的肝脏细胞，适宜的加热剂量才可以完全杀死癌变细胞而治疗肝癌。基于回波信号时间偏移检测的超声波温度成像算法以其在低温情况下的高精确性而得到了该领域研究学者的广泛关注。在该算法中，系数k是组织热膨胀效应和超声波在组织内的声速变化共同作用的结果。基于回波时移信号检测的超声波温度成像技术可以根据系数k估计出组织的温度变化，但是该系数对样本的依赖性较大。传统的基于回波信号时间偏移检测的超声波温度成像算法认为该系数在一定的温度范围内是一个常数。但是当组织温度

3、超过50℃之后，使用常数k估计的组织温度图像会存在较大的误差。同时，高温灼烧会导致组织的凝固型坏死，给组织带来不可逆转的声学特性变化，从而导致回波时移在组织坏死之后不能有效估计组织内部的温度变化。本论文提出了一种基于回波信号偏移检测的自适应性超声波温度成像算法，该算法使用自适应系数k代替原有的常数k估计组织温度，希望通过这种方式提高组织温度分布图的精度。为了验证该算法的有效性和可靠性，本文使用了活体猪肝作为实验样本，同时进行了10，15和20W三种功率的实验，每组实验使用5个猪肝样本。在射频消融阶段，

4、一个装备了7.5MHz线性超声波探头的医用超声波成像系统用于收集实验过程中反射的超声波原始信号，这些信号将会用于超声波温度成像算法。同时，为了验证超声波温度成像的结果和实际的组织烧灼情况的匹配度，本文创新性地使用红外成像设备结合热电偶的方式测量实际的组织温度分布情况。实验结果表明，使用自适应系数k估计的组织温度分布图像比使用常数k的结果与实际的组织温度分布图更加吻合，尤其是当组织温度超过50℃之后，自适应超声波温度成像算法明显有更高的精确度。希望在之后的研究当中，本文提出的自适应超声波温度成像算法能够

5、成为将来监控射频消融手术的一个有效的改进和替代方案。关键词：超声波温度估计，回波信号时间偏移，射频消融手术,自适应系数k，烧灼剂量IABSTRACTRadiofrequencyablation(RFA)hasbeenwidelyusedasanalternativetreatmentmodalityforlivertumors.MonitoringthetemperaturedistributioninthetissueduringRFAisrequiredtoassessthethermaldosa

6、ge.Ultrasoundtemperatureimagingbasedonthedetectionofechotimeshiftshasreceivedthemostattentioninthepastdecade.Thecoefficientk,connectingthetemperaturechangeandtheechotimeshift,isamedium-dependentparameterusedtodescribetheconfoundingeffectsofchangesinthes

7、peedofsoundandthermalexpansionastemperatureincreases.Thecurrentalgorithmoftemperatureestimatebasedonechotimeshiftdetectiontypicallyusesaconstantk,resultinginestimationerrorswhenablationtemperaturesarehigherthan50℃.Thisstudyproposesanadaptive-kalgorithmt

8、hatenablestheautomaticadjustmentofthecoefficientkduringultrasoundtemperaturemonitoringofRFA.Toverifytheproposedalgorithm,RFAexperimentsoninvitroporcineliversamplestotal(n=15)wereperformedusingablationpowersof10,15,and20W.DuringRF