聚焦超聲治療的焦域校準方法研究.pdf

1、高強度聚焦超聲(HIFU)治療在治療腫瘤中表現(xiàn)出諸多優(yōu)勢，然而研究者發(fā)現(xiàn)，由于人體組織的復雜性，超聲束在人體傳播中會發(fā)生折射、反射等物理現(xiàn)象，超聲束難以按照理想的傳播路徑聚焦到病灶點處，導致了聚焦點偏離病灶點處或散焦的問題。本文研究聚焦超聲治療的焦域校準方法，以提高治療精度。
　　 本文首先通過重建二維CT切片，建立與超聲傳播相關(guān)的人體三維物理模型。由于體數(shù)據(jù)中只包含了組織的CT值，并沒有提供組織的密度和超聲傳播特性等信息，因此

2、在獲得三維體數(shù)據(jù)后，需要建立CT值和超聲傳播速度的關(guān)系。本文通過二分法將不同的CT值和其對應的組織密度作一一映射，然后由組織信息推導出不同組織內(nèi)超聲波的傳播特性，該步驟是模擬超聲傳播的前期準備工作。
　　 然后模擬跟蹤超聲束在此三維模型上的傳播路徑。初始化一個超聲發(fā)射源的坐標、發(fā)射方向和病灶點的位置。超聲束沿著此方向在人體內(nèi)傳輸，傳播過程中遇到組織界面時發(fā)生折射，通過Neumann梯度估計法計算超聲傳播中的法向量，超聲在不同組織

3、中傳播速度已經(jīng)得到，根據(jù)Snell折射定律計算出折射后超聲束的傳播方向，直到超聲束穿出模擬數(shù)據(jù)，完成跟蹤過程。模擬實驗結(jié)果顯示，模擬超聲路徑與理想路徑存在較大的差異。
　　 最后在模擬跟蹤超聲傳播路徑的基礎(chǔ)上，研究焦域校準方法。該方法根據(jù)超聲波傳播路徑可逆性的原理，以焦域為參照點逆向追蹤超聲束來源方位。在病灶點處均勻的發(fā)射超聲束，跟蹤每束超聲在人體中的傳播，體外超聲波接收裝置記錄接收到的超聲束的空間坐標和傳播方向。實際治療時，如