窗口调制结合高斯多项式拟合监测射频消融设备及方法技术

本发明专利技术涉及医学图像处理、超声波温度成像，为提出一种提高监测射频消融手术电极位置和加热范围的分辨率的方法。该方法可以有效提高监测射频消融手术中加热范围，提高射频消融手术的杀死癌细胞范围的准确性，有效改善监测效果。为此，本发明专利技术采用的技术方案是，窗口调制结合高斯多项式拟合监测射频消融设备，在超声波仪器的换能器上设置有如下模块：(1)帧数据设置模块；(2)包络图像获取模块；(3)Nakagami图像形成模块(4)复合Nakagami图像获取模块；(5)时间复合图像ImgT(temporal compounding image)获取模块；(6)对得到的时间复合图像ImgT应用一维高斯多项式进行后处理，得到的图像用来监测射频消融。本发明专利技术主要应用于图像处理。

【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，基于窗口调制Nakagami成像和高斯多项式拟合的监测射频消融设备及算法研究。
技术介绍
在医学研究上，超声波图像主要应用于胎儿产检、乳房超声波检测[1]、观测血管中血液流动和观察内脏器官的运动[2,3]等；超声波仪器的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模式(amplitudemodulation)、B模式(brightnessmodulation)、M模式(motionmodulation)与多普勒模式；其中尤以B模式的应用最为广泛。超声波图像的工作原理主要是由换能器发送超声波信号，然后超声波信号由器官组织反射之后，再由脉冲反射技术(pulseechotechnique)将这些超声波反射信号回传至超音波换能器，经由换能器然后经过算法处理之后在仪器上成像。原发性肝癌是最目前最常见的肝脏恶性肿瘤，其发病率在世界范围内日益增加，因为乙型和丙型肝炎病毒感染的发病率越来越高。手术切除和肝移植被认为是目前治疗肝细胞癌的主要治疗方法。然而，只有少数患者适合手术。因此，制定一个有效的和安全的治疗肝癌的治疗策略是至关重要的[1-3]。射频消融疗法(radiofrequencyablation)是一种创伤小、造价低、并应用于临床的最成功的治疗原发性肝癌的热治疗法之一[4]。在治疗的过程中，医生会把一个消融电极插入到病人的癌变部位，然后通过仪器控制功率来对病人的癌变部位治疗。因此在治疗过程中观察电极加热的范围的大小至关重要，必须把加热范围控制到最合适的范围才能保证对病人造成最小的术后创伤。而Nakagami成像方式是现在监测视频消融的成像方法中的精度较高的一种成像算法。超声Nakagami参数图的有效描述了肝组织的统计性质，之前的研究也充分验证了使用在Nakagami图像上使用滑动窗口来监测射频消融的方法的可行性。同时，基于Nakagami分布统计模型的Nakagami成像也是一种有效补充常规B模型的方法[5]。之前有过研究采用Nakagami成像结合多项式逼近法成功地应用于监测射频消融。但是该方法存在着很多受限的地方[6]。首先，虽然多项式应用Nakagami图像可以有效的拟合射频消融区域，但是不可避免的会影响射频区域的检测。因此，我们应该对其他拟合方法如高斯近似和最小二乘近似的可行性进行评估。其次，此研究应用的是传统Nakagami成像算法，因为使用的窗口较大，传统的Nakagami影像不提供高图像分辨率和平滑，导致手术中监测图像质量差。参考文献：1.H.Tsukuma,T.Hiyama,S.Tanaka,M.Nakao,T.Yabuuchi,T.Kitamura,K.Nakanishi,I.Fujimoto,A.Inoue,H.YamazakiandT.Kawashima,“Riskfactorsforhepatocellularcarcinomaamongpatientswithchronicliverdisease,”NEnglJMed.,328(25):1797-801,1993。2.F.X.Bosch,J.Ribes,M.DíazandR.Cléries,“Primarylivercancer:worldwideincidenceandtrends,”Gastroenterology,127:S5-S16,2004。3.F.X.Bosch,J.Ribes,M.DíazandR.Cléries,“Primarylivercancer:worldwideincidenceandtrends,”Gastroenterology,127:S5-S16,2004。4.TonyHsiu-Hsi,C.,Chien-Jen,C.,Ming-Fang,Y.,Sheng-Nan,L.,Chien-An,S.,&GuanTarn,H.,etal.(2002).Ultrasoundscreeningandriskfactorsfordeathfromhepatocellularcarcinomainahighriskgroupintaiwan..InternationalJournalofCancerJournalInternationalDuCancer,98(2),257–261。5.H.C.Holfman,StatisticalMethodsonRadioWavePropagation,NewYork:PergamonPress,1960。6.C.Y.Wang,X.Geng,T.S.Yeh,H.L.LiuandP.H.Tsui,“MonitoringradiofrequencyablationwithultrasoundNakagamiimaging,”Med.Phys.,40:072901,2013。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出一种提高监测射频消融手术电极位置和加热范围的分辨率的方法。该方法可以有效提高监测射频消融手术中加热范围，提高了射频消融手术的杀死癌细胞范围的准确性，有效改善监测效果。为此，本专利技术采用的技术方案是，窗口调制结合高斯多项式拟合监测射频消融设备，在超声波仪器的换能器上设置有如下模块：(1)帧数据设置模块，通过超声波成像系统得到M帧超声波信号数据，并且设置第一帧数据为j＝1；(2)包络图像获取模块，通过希尔伯特转换转换，取转换信号的绝对值，从而得到消融组织的射频信号的包络图像；(3)Nakagami图像形成模块，利用N个窗来形成Nakagami图像：假设W(x,y)为Nakagami图像，x和y分别代表Nakagami图像的横纵坐标，坐标原点为左上角，并且Wj1(x,y),Wj2(x,y),Wj3(x,y),…,和WjN(x,y)代表第j个数据帧中，滑动窗从1增加到N倍的换能器的脉冲长度计算得到的Nakagami影像。然后，第j帧的窗口复合Nakagami图像Wjm(x,y)通过以下公式获得：Wjm(x,y)=1NΣi=1NWji(x,y)---(1)]]>(4)复合Nakagami图像获取模块，用于在j从2增加到M，重复调用模块(2)和(3)，然后就得到了M帧窗口复合Nakagami图像:W1m(x,y),W2m(x,y),W3m(x,y),…,和WMm(x,y)；(5)时间复合图像ImgT(temporalcompoundingimage)获取模块，是通过将所有的由(4)步得到的窗口复合Nakagami图像相加并求均值得到时间复合图像ImgT；(6)对得到的时间复合图像ImgT应用一维高斯多项式进行后处理，得到的图像用来监测射频消融。窗口调制结合高斯多项式拟合监测射频消融方法，步骤是，(1)通过超声波成像系统得到M帧超声波信号数据，并且设置第一帧数据为j＝1；(2)通过希尔伯特转换，取转换信号的绝对值，从而得到消融组织的射频信号的包络图像；(3)利用N个窗来形成Nakagami图像：假设W(x,y)为Nakagami图像，并且Wj1(x,y),Wj2(x,y),Wj3(x,y),…,和WjN(x,y)代表第j个数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种窗口调制结合高斯多项式拟合监测射频消融设备，其特征是，在超声波仪器的换能器上设置有如下模块：(1)帧数据设置模块，通过超声波成像系统得到M帧超声波信号数据，并且设置第一帧数据为j＝1；(2)包络图像获取模块，通过希尔伯特转换转换，取转换信号的绝对值，从而得到消融组织的射频信号的包络图像；(3)Nakagami图像形成模块，利用N个窗来形成Nakagami图像：假设W(x,y)为Nakagami图像，x和y分别代表Nakagami图像的横纵坐标，坐标原点为左上角，并且Wj1(x,y),Wj2(x,y),Wj3(x,y),…,和WjN(x,y)代表第j个数据帧中，滑动窗从1增加到N倍的换能器的脉冲长度计算得到的Nakagami影像。然后，第j帧的窗口复合Nakagami图像Wjm(x,y)通过以下公式获得：Wjm(x,y)=1NΣi=1NWji(x,y)---(1)]]>(4)复合Nakagami图像获取模块，用于在j从2增加到M，重复调用模块(2)和(3)，然后就得到了M帧窗口复合Nakagami图像:W1m(x,y),W2m(x,y),W3m(x,y),…,和WMm(x,y)；(5)时间复合图像ImgT(temporal compounding image)获取模块，是通过将所有的由(4)步得到的窗口复合Nakagami图像相加并求均值得到时间复合图像ImgT；(6)对得到的时间复合图像ImgT应用一维高斯多项式进行后处理，得到的图像用来监测射频消融。...

【技术特征摘要】
1.一种窗口调制结合高斯多项式拟合监测射频消融设备，其特征是，在超声波仪器的换能器上设置有如下模块：(1)帧数据设置模块，通过超声波成像系统得到M帧超声波信号数据，并且设置第一帧数据为j＝1；(2)包络图像获取模块，通过希尔伯特转换转换，取转换信号的绝对值，从而得到消融组织的射频信号的包络图像；(3)Nakagami图像形成模块，利用N个窗来形成Nakagami图像：假设W(x,y)为Nakagami图像，x和y分别代表Nakagami图像的横纵坐标，坐标原点为左上角，并且Wj1(x,y),Wj2(x,y),Wj3(x,y),…,和WjN(x,y)代表第j个数据帧中，滑动窗从1增加到N倍的换能器的脉冲长度计算得到的Nakagami影像。然后，第j帧的窗口复合Nakagami图像Wjm(x,y)通过以下公式获得：Wjm(x,y)=1NΣi=1NWji(x,y)---(1)]]>(4)复合Nakagami图像获取模块，用于在j从2增加到M，重复调用模块(2)和(3)，然后就得到了M帧窗口复合Nakagami图像:W1m(x,y),W2m(x,y),W3m(x,y),…,和WMm(x,y)；(5)时间复合图像ImgT(temporalcompoundingimage)获取模块，是通过将所有的由(4)步得到的窗口复合Nakagami图像相加并求均值得到时间复合图像ImgT；(6)对得到的时间复合图像ImgT应用一维高斯多项式进行后处理，得到的图像用来监测射频消融。2.一种窗口调制结合高斯多项式拟合监测射频消融方法，其特征是，包括如下步骤：(1)通过超声波成像系统得到M帧超声波信号数据，并且设置第一帧数据为j＝1；(2)通过希尔伯特转换，取转换信号的绝对值，从而得到消融组织的射频信号的包络图像；(3)利用N个窗来形成Nakagami图像：假设W(x,y)为Nakagami图像，并且Wj1(x,y),Wj2(x,y),Wj3(x,y),…,和WjN(x,y)代表第j个数据帧窗口边长Nakagami影像从1增加到N倍的换能器的脉冲长度，W代表第j个数据帧的Nakagami图像，并且伴随着窗口宽度从1增加到N倍的换能器脉冲长度，然后，第j帧的窗口复合Nakagami图像Wjm(x,y)可以通过公式(1)获得.(4)j从2增加到M，重复步骤(2)和(3)，然后就得到了M帧窗口复合Nakagami图像:W1m(x,y),W2m(x,y),W3m(x,y),…,和WMm(x,y)；(5)时间复合图像ImgT(temporalcompoundingimage)是通过将所有的由(4)步得到的窗口复合Nakagami图像相加并求均...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一达，李锵，杜衡，崔博翔，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12