本发明专利技术涉及医学图像处理、超声波温度成像，射频烧灼技术领域，为提供实时超声波温度成像算法。通过自适应性系数k的变化，使得当温度T超过43℃时，温度图像仍然能很好的监控射频烧灼。并且当温度T低于43℃时，自适应性系数k能够对温度图像进行补偿，充分发挥回波信号偏移法高解析度的优势。为此，本发明专利技术采用的技术方案是，基于时间信号偏移的实时超声波温度成像方法及设备，包括超音波换能器、计算机，超音波换能器产生的图像信号经计算机上图像处理模块处理后在屏幕上成像；图像处理模块的处理步骤是，通过回音讯号偏移法的公式，推出完整随时间信号偏移变化的系数k曲线。本发明专利技术主要用于医学图像处理、超声波温度成像。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医学图像处理、超声波温度成像，射频烧灼
，特别是涉及用于射频烧灼手术中，基于时间信号偏移的实时超声波温度成像方法及设备。
技术介绍
一般用于医学诊断的超音波影像有胎儿产检、乳房超音波检测[1]、多普勒血液流量测量或观察心脏瓣膜的运动[2,3]等；其换能器中心频率介于5MHz到15MHz之间。其中用于图像监控的主要的成像方式包括A-Mode(amplitudemodulation)、B-Mode(brightnessmodulation)、M-Mode(motionmodulation)与多普勒模式；其中尤以B-Mode被广泛应用。超音波影像主要系利用换能器产生超音波脉冲，传入人体后，在器官边缘与组织内产生回音频号，再藉由脉冲回音技术(pulseechotechnique)将这些回音讯号回传至超音波换能器，经由换能器侦测并于内部讯号处理之后于仪器上成像。传统的超声波影像因具有实时性、操作方便与非侵入性等优点，于射频烧灼术中扮演的角色通常是指引电极插入路径或肿瘤位置[4,5]，但仅能以回波讯号强度来产生灰阶影像(grayscaleimage)，故无法显示温度的分布，若要得到温度分布则必须利用不同的物理特性将回波讯号加以处理方能达到；包括频率依衰减系数随温度的改变(changesinfrequencydependentattenuation)[6]，逆散射功率随温度改变(backscatteredpower)[7]，超音波声速随温度变化[8,9]，随温度组织产生热膨胀效应，以及声速改变与热膨胀效应结合行为等。目前较主流之超声波实时温度像的方法有三种，分别为时间信号便宜法(echoshift)、衰减系数法(attenuationcoefficient)与逆散射能量变化法(changeinbackscatteredenergy)。讯号偏移法主要是利用当温度改变时，声速会随之改变，且伴随组织的热膨胀现象[10-13]，两种原因结合，造成回波讯号的偏移(echoshift)，藉此现象计算出温度改变量；但不同组织有不同组织特性，故声速与热膨胀系数也不尽相同，如何事先获得大量相关参数遂成为此方法的一大课题。由于近年来计算器的快速发展，效能大幅提升，某程度上能够克服短时间内的大量运算，遂有许多研究以数值方法进行温度估测、仿真[14-15]。参考文献：1.E.A.Sickles,R.A.Filly,andP.W.Callen,\BenignBreast-Lesions-UltrasoundDetectionandDiagnosis.\Radiology,1984.151(2):p.467-470.2.TsuneoYoshida,MasayoshiMori,YasuharuNimura,Gen-ichiHikita,ShinpachiTakagishi,KatsumiNakanishi,andShigeoSatomura,\AnalysisofHeartMotionwithUltrasonicDopplerMethodandItsClinicalApplication.\AmericanHeartJournal,1961.61(1):p.61-75.3.T.Loupas,J.T.Powers,andR.W.Gill,\AnAxialVelocityEstimatorforUltrasoundBloodFlowImaging,BasedonaFullEvaluationoftheDopplerEquationbyMeansofaTwo-DimensionalAutocorrelationApproach.\IEEETansactionsonUltrasonics,1995.42(4):p.672-688.4.S.N.Goldberg,G.S.Gazelle,andP.R.Mueller,\ThermalAblationTherapyforFocalMalignancy:AUnifiedApproachtoUnderlyingPrinciples,Techniques,andDiagnosticImagingGuidance.\AmJRoentgenol,2000.174(2):p.323-331.5.D.E.Malone,L.Lesiuk,A.P.Brady,D.R.Wyman,andB.C.Wilson,\HepaticInterstitialLaserPhotocoagulation:DemonstrationandPossibleClin-IcalImportanceofIntravascularGas.\Radiology,1994.193:p.233-237.6.S.UenoandM.Hashimoto,\UltrasoundThermometryinHyperthermia.\UltrasonicSymposium,1990.3:p.1645-1652.7.W.L.StraubeandR.M.Arthur,\TheoreticalEstimationoftheTemperatureDependenceofBackscatteredUltrasonicPowerforNoninvasiveThermometry.\UltrasoundinMed.&Biol,1994.20(9):p.915-922.8.R.L.Nasoni,T.Bowen,andW.G.Connor,\InVivoTemperatureDependenceofUltrasoundSpeedinTissueandItsApplicationtoNoninvasiveTemperatureMonitoring.\UltrasonicImaging,1979.1(1):p.34-43.9.U.Techavipoo,T.Varghese,Q.Chen,andT.A.Stiles,\TemperatureDependenceofUltrasonicPropagationSpeedandAttenuationinExcisedCanineLiverTissueMeasuredUsingTransmittedandReflectedPulses.\AcousticalSocietyofAmerica,2004.115(6):p.2859-2865.10.R.M.MorenoaandC.A.Damianou,\NoninvasiveTemperatureEstimationinTissueViaUltrasoundEcho-Shifts.PartI.AnalyticalModel.\AcousticalSocietyofAmerica,1996.100(4):p.2514-2521.11.C.Simon,P.VanBaren,andE.S.Ebbini,\Two-DimensionalTemperatureEstimationUsingDiagnosticUltrasound.\IEEEtransactionsonultrasonics,1998.45(4):p.1088-1099.12.R.Seip,P.VanBaren本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于时间信号偏移的实时超声波温度成像方法，其特征是，步骤如下：假设组织初始温度为T0，考虑位于轴向深度z处，回音讯号的时间延迟tc(z)如(1‑1)式:tc(z)=2∫0zdξc(ξ,T(ξ))---(1-1)]]>其中，T(ξ)＝T0+δT(ξ)，为深度ξ的温度；d为微分符号，而c(ξ,T(ξ))代表深度为ξ与温度为T(ξ)时的声速，下标c代表目前只考虑温度造成的声速变化，接着再加入考虑组织的热膨胀影响；定义一个热膨胀系数α(thermal expansion coefficient)，dξ＝(1+α(ξ)δT(ξ))dξ，代入(1‑1)得下式:t(z)=2∫0z1+α(ξ)δT(ξ)c(ξ,T(ξ))dξ---(1-2)]]>初始条件知道当时间＝0时，因此在深度ξ处的时间偏移等于下式:δt(z)=t(z)-t0(z)=2∫0z[1+α(ξ)δT(ξ)c(ξ,T(ξ))-1c(ξ,T0)]dξ---(1-3)]]>将两边对深度变数z微分可得:∂∂z(δt(z))=2[1+α(z)δT(z)c(z,T(z))-1c(z,T0)]---(1-4)]]>若假设温度改变造成的声速改变为线性关系，则可得下式:c(z,T(z))＝c0(z)(1+β(z)δT(z)) (1‑5)其中，c0(z)＝c(z,T0)，根据(1‑4)、(1‑5)与假设|β(z)δT(z)|＜＜1可求得δT(z)如下式:δT(z)=c0(z)2(1α(z)-β(z)).∂∂z(δt(z))---(1-6)]]>再令代入(1‑6)，最后得到:T(z)=c0(z)2k(z)·∂∂z(δt(z))+T0---(1-7)]]>此即为回音讯号偏移法的公式；其中δ为差分符号，T(z)为温度，c0(z)为初始声速，为时间偏移对轴向的微分，k(z)则为声速变化和热膨胀两种效应的共同作用而得到的参数。...
【技术特征摘要】
1.一种基于时间信号偏移的实时超声波温度成像方法，其特征是，步骤如下：假设组织初始温度为T0，考虑位于轴向深度z处，回音讯号的时间延迟tc(z)如(1-1)式:tc(z)=2∫0zdξc(ξ,T(ξ))---(1-1)]]>其中，T(ξ)＝T0+δT(ξ)，为深度ξ的温度；d为微分符号，而c(ξ,T(ξ))代表深度为ξ与温度为T(ξ)时的声速，下标c代表目前只考虑温度造成的声速变化，接着再加入考虑组织的热膨胀影响；定义一个热膨胀系数α(thermalexpansioncoefficient)，dξ＝(1+α(ξ)δT(ξ))dξ，代入(1-1)得下式:t(z)=2∫0z1+α(ξ)δT(ξ)c(ξ,T(ξ))dξ---(1-2)]]>初始条件知道当时间＝0时，因此在深度ξ处的时间偏移等于下式:δt(z)=t(z)-t0(z)=2∫0z[1+α(ξ)δT(ξ)c(ξ,T(ξ))-1c(ξ,T0)]dξ---(1-3)]]>将两边对深度变数z微分可得:∂∂z(δt(z))=2[1+α(z)δT(z)c(z,T(z))-1c(z,T0)]---(1-4)]]>若假设温度改变造成的声速改变为线性关系，则可得下式:c(z,T(z))＝c0(z)(1+β(z)δT(z))(1-5)其中，c0(z)＝c(z,T0)，根据(1-4)、(1-5)与假设|β(z)δT(z)|＜＜1可求得δT(z)如下式:δT(z)=c0(z)2(1α(z)-β(z)).∂∂z(δt(z))---(1-6)]]>再令代入(1-6)，最后得到:T(z)=c0(z)2k(z)·∂∂z(δt(z))+T0---(1-7)]]>此即为回音讯号偏移法的公式；其中δ为差分符号，T(z)为温度，c0(z)为初始声速，为时间偏移对轴向的微分，k(z)则为声速变化和热膨胀两种效应的共同作用而得到的参数。2.如权利要求1所述的于时间信号偏移的实时超声波温度成像方法，其特征是，延伸(1-6)式，能够反推出k值随温度变化的方法；由于烧灼电极尖端有热电偶，理论上能够得知此点任一时间的温度，合理假设此点温度总是温度分布的最大值，并且令k为时间信号偏移值的函数，由此点即可推出k值，依此列推，随着电极位...
【专利技术属性】
技术研发人员：李锵，刘一达，关欣，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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