基于超聲圖像數(shù)據(jù)挖掘的HIFU無損監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、超聲引導(dǎo)的HIFU治療系統(tǒng)以其無損，無輻射，價格相對低廉等獨特的優(yōu)點，在腫瘤臨床治療中有著廣闊的發(fā)展前景。作為HIFU相關(guān)技術(shù)中的熱點問題，對無損監(jiān)控及檢測治療效果的研究，雖然引起廣泛關(guān)注，并取得了一定的研究成果，但仍未見成熟的、可應(yīng)用于臨床的方法問世。 目前基于超聲信號及超聲圖像的無損測溫、測組織損傷程度方法，多建立在理想化的聲場或溫場模型基礎(chǔ)上，并要求預(yù)知各種組織的聲特性，給方法的實施帶來很大困難。而從大量的、不完全的、有噪

2、聲的、模糊的實際應(yīng)用數(shù)據(jù)中，提取隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，在醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析、內(nèi)在規(guī)律找尋的研究中表現(xiàn)出越來越強(qiáng)的優(yōu)越性。 對本課題的核心研究內(nèi)容為：挖掘?qū)Τ晥D像中蘊(yùn)含的可以輔助監(jiān)控、檢測HIFU治療效果的信息，尋找其中的規(guī)律，最終形成易于理解和接受的、可量化的HIFU治療效果評價。 作為一種高溫?zé)岑熓侄危委熯^程中靶區(qū)的溫度是臨床所關(guān)注的一個主要參數(shù)。論文對HIFU超聲圖像

3、信息中與溫度相關(guān)信息的挖掘建立在組織受熱會導(dǎo)致超聲圖像紋理發(fā)生改變這一假設(shè)的基礎(chǔ)上。采用多種紋理包括灰度共生矩陣、分形盒維數(shù)方法、小波分解等分析方法，分別提取HIFU輻照后各個溫度下組織超聲原始圖像，及其與基準(zhǔn)溫度(37℃)下的超聲圖像之間的減影圖像的紋理參數(shù)。結(jié)果表明：超聲原始圖像紋理參數(shù)與溫度間不存在明顯的、易于量化的函數(shù)關(guān)系；但是超聲減影圖像的紋理參數(shù)與溫度間均表現(xiàn)出了較好的相關(guān)性。對其中優(yōu)選參數(shù)進(jìn)行與溫度間的回歸分析表明，HIF

4、U焦域中心溫度與超聲減影圖像的灰度共生矩陣參數(shù)中的四個參數(shù)與小波分解系數(shù)能量參數(shù)在40℃-80℃之間存在線性關(guān)系。采用8個與溫度存在線性關(guān)系的紋理參數(shù)進(jìn)行基于主成分分析的多元線性回歸，40℃-70℃以下，回歸方程的精度為3℃。 HIFU監(jiān)控所關(guān)注的另一個參數(shù)是輻照對組織實際形成的損傷程度。本文提出一種亞象素級基于超聲圖像的HIFU束損傷監(jiān)控方法，通過追蹤特征點的位移及變化，并針對變化程度，定義了相關(guān)距離加以量化，來實現(xiàn)對HIF

5、U束損傷等級的評估。對溫度與組織損傷程度、劑量與組織損傷程度、組織損傷程度與相關(guān)距離的關(guān)系進(jìn)行了分析。實驗結(jié)論為：溫度與組織損傷等級，劑量與組織損傷等級間的關(guān)系難以量化；而輻照前后，HIFU焦域相關(guān)距離與HIFU束損傷等級之間表現(xiàn)出相關(guān)性，HIFU束損傷等級隨相關(guān)距離的增大而增大。采用支持向量機(jī)SVM分類方法，設(shè)計分類器，分類結(jié)果表明算法可有效識別HIFU束損傷的等級?？蔀镠IFU臨床劑量的選取提供參考。 除了針對溫度，組織損傷