生物组织内声吸收能量分布测量方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术属于检测技术领域，具体涉及生物组织内声吸收能量分布测量方法、系统、设备及介质，该生物组织内声吸收能量分布测量方法，包括获取待测生物组织在聚焦超声场作用下的媒质位移数据；获取不同生物组织仿体或离体生物组织在不同分布的聚焦超声场作用下的媒质位移数据和声强分布数据，构建训练集；通过构建好的训练集，对声场分布预测模型进行训练；基于训练好的声场分布预测模型和媒质位移数据，预测待测生物组织的声强分布数据；根据声强分布数据，计算待测生物组织内声吸收能量分布，本申请基于在不同分布的聚焦超声场产生的声辐射力的媒质位移数据和声强分布数据构建训练集，继而构建声场分布预测模型，声场分布预测模型的适用范围广。测模型的适用范围广。测模型的适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
生物组织内声吸收能量分布测量方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于检测
，具体涉及生物组织内声吸收能量分布测量方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]聚焦超声消融手术(focused ultrasound ablation surgery，FUAS)是一种利用高功率超声聚焦作用，以靶向高温杀灭肿瘤细胞的治疗方法，其通过将体外多束低能量超声波聚焦于体内靶区，形成高强度的声能量焦点，进而产生声机械效应、声热能效应、声空化效应等多种物理效应，以达到治疗疾病的目的。
[0003]聚焦超声消融手术已用于临床治疗肝癌、乳腺癌、肾癌、骨肿瘤等疾病，并展示出良好的有效性和安全性。在聚焦超声消融手术中，超声治疗剂量的评估和投放是提高聚焦超声消融手术的安全性和疗效的关键，准确的术前剂量评估和有效、可靠的投放方法有助于提高治疗的安全性和疗效。
[0004]与传统肿瘤治疗方式相比，聚焦超声消融手术具有诸多技术优势，但是目前其应用并不广泛，治疗方案的制定严重依赖于操作者的临床经验，不同操作者设置的超声参数变动范围很大，直接导致了在不同医院取得的治疗效果差异显著，也造成难以正确评估超声治疗的真实疗效。类比于广泛使用的放射性治疗，治疗前操作者需要根据每个病患的生理结构和病灶特征，计算放射剂量、射线入射角度、辐射时间等，定制放疗方案。这种规范性的流程与操作成为行业统一标准，被全球放射科采纳。相比之下，影响聚焦超声消融手术标准方案制定的关键因素是难以评估病患体内超声能量的分布与吸收。又由于病患间巨大的个体性差异，评估必须针对每个病患定制相应的超声治疗方案。目前的诊断设备(如MRI、B型超声成像)能够清晰地显示生物体的三维生理结构，但还不能完全反映聚焦超声消融手术的声通道中声性能(如声速、声衰减、声阻抗等)。聚焦超声消融手术中高能量的声波在生物组织中非线性传播引起波形畸变和产生高次谐波，使声场分布更加复杂。基于线性声传播理论构建的B型超声成像技术，也难以准确测量生物组织的非线性效应和高次谐波下的声学性能。
[0005]目前，采用水听器三维扫描技术可以测量自由场中(水槽中)的声波波形和声场分布，但该方法不能应用于体内的声场测量，且该方法存在以下缺陷：
[0006]1)获取聚焦声场三维分布的过程十分耗时；
[0007]2)焦域的声强能量过大时，易导致水听器的损坏；
[0008]3)由于有限振幅波在传播过程中会产生波形畸变，产生谐波、声衰减等非线性现象，若水听器的带宽有限，得到的结果存在较大误差。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本申请提供一种生物组织内声吸收能量分布测量方法、系统、设备及介质，以解决现有技术中检测生物组织内声吸收能量分布耗时、易损坏设备、误差较大等技术
问题。
[0010]第一个方面，本申请提供一种生物组织内声吸收能量分布测量方法，所述生物组织内声吸收能量分布测量方法包括：
[0011]获取待测生物组织在聚焦超声场作用下的媒质位移数据；
[0012]获取不同生物组织仿体或离体生物组织在不同分布的聚焦超声场作用下的媒质位移数据和声强分布数据，构建训练集；
[0013]通过构建好的训练集，对声场分布预测模型进行训练；
[0014]基于训练好的声场分布预测模型和所述媒质位移数据，预测待测生物组织的声强分布数据；
[0015]根据声强分布数据，计算待测生物组织内声吸收能量分布。
[0016]在本申请的一示例性实施例中，构建训练集包括：
[0017]获取不同生物组织仿体或离体生物组织在不同分布的聚焦超声场作用下的实际媒质位移数据以及理论媒质位移数据和理论声强分布数据集；
[0018]将生物组织仿体或离体生物组织对应的实际媒质位移数据与理论媒质位移数据媒质位移数据进行比较，从数据集中选取符合预设条件的理论媒质位移数据和对应理论声强分布数据，构建所述训练集。
[0019]在本申请的一示例性实施例中，获取实际媒质位移数据包括：
[0020]获取生物组织仿体或离体生物组织在聚焦超声场作用前的原始射频信号，以及在聚焦超声场作用后的射频信号；
[0021]将射频信号的目标区域划分为若干矩形块，采用二维块匹配方法确定原始射频信号和超声辐照后的射频信号的目标区域中各矩形块的平均位移矢量；
[0022]根据原始射频信号和超声辐照后的射频信号的目标区域各矩形块的平均位移矢量，计算各矩形块中媒质位移数据的方差；
[0023]比较各矩形块中媒质位移数据的方差计算结果，得到方差比较结果；
[0024]基于方差比较结果，获取方差最小值所对应的矩形块的位移矢量，得到实际媒质位移数据。
[0025]在本申请的一示例性实施例中，所述预设条件包括：实际媒质位移数据与理论媒质位移数据的相对误差不超过1μm。
[0026]在本申请的一示例性实施例中，，获取生物组织的理论媒质位移数据和理论声强分布数据包括：
[0027]获取生物组织仿体或离体生物组织所处的聚焦超声场的超声频率信息、声传播时间信息、生物组织仿体或离体生物组织的声传播介质速度信息、非线性系数信息、密度信息、声吸收系数信息、声吸收频率指数信息、等体积热容信息、等压热容信息、切变粘滞系数信息、膨胀粘滞系数信息、热传导系数信息、粘性系数信息和弹性系数信息；
[0028]根据声传播时间信息、声传播介质速度信息、非线性系数信息、密度信息、声吸收系数信息、等体积热容信息、等压热容信息、切变粘滞系数信息、膨胀粘滞系数信息和热传导系数信息，计算声压；
[0029]根据声压、声传播介质速度信息和密度信息，计算声强分布数据；
[0030]根据声强分布数据、超声频率信息、声吸收系数信息、声吸收频率指数信息、辐照
时间、粘性系数信息和弹性系数信息，计算理论媒质位移数据。
[0031]在本申请的一示范性实施例中，根据声强分布数据、超声频率信息、声吸收系数信息、声吸收频率指数信息、粘性系数信息和弹性系数信息，计算理论媒质位移数据，包括：
[0032]根据声强分布数据、超声频率信息、和声吸收系数信息和声吸收频率指数信息，计算声辐射力；
[0033]根据声辐射力、粘性系数信息和弹性系数信息，计算理论媒质位移数据。
[0034]第二个方面，本申请提供一种生物组织内声吸收能量分布测量系统，所述生物组织内声吸收能量分布测量系统包括：
[0035]采集模块，用于获取待测生物组织在聚焦超声场作用下的媒质位移数据；
[0036]训练集构建模块，用于获取不同生物组织仿体或离体生物组织在不同分布的聚焦超声场下的媒质位移数据和声强分布数据，构建训练集；
[0037]声场分布预测模型训练模块，用于通过构建好的训练集，对声场分布预测模型进行训练；
[0038]声强分布数据预测模块，基于训练好的声场分布预测模型和所述媒质位移数据，预测位待测生物组织的声强分布数据；
[0039本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物组织内声吸收能量分布测量方法，其特征在于，包括：获取待测生物组织在聚焦超声场作用下的媒质位移数据；获取不同生物组织仿体或离体生物组织在不同分布的聚焦超声场作用下的媒质位移数据和声强分布数据，构建训练集；通过构建好的训练集，对声场分布预测模型进行训练；基于训练好的声场分布预测模型和所述媒质位移数据，预测待测生物组织的声强分布数据；根据声强分布数据，计算待测生物组织内声吸收能量分布。2.根据权利要求1所述的生物组织内声吸收能量分布测量方法，其特征在于，构建训练集包括：获取不同生物组织仿体或离体生物组织在不同分布的聚焦超声场作用下的实际媒质位移数据以及理论媒质位移数据和理论声强分布数据集；将生物组织仿体或离体生物组织对应的实际媒质位移数据与理论媒质位移数据媒质位移数据进行比较，从数据集中选取符合预设条件的理论媒质位移数据和对应理论声强分布数据，构建所述训练集。3.根据权利要求2所述的生物组织内声吸收能量分布测量方法，其特征在于，获取实际媒质位移数据包括：获取生物组织仿体或离体生物组织在聚焦超声场作用前的原始射频信号，以及在聚焦超声场作用后的射频信号；将射频信号的目标区域划分为若干矩形块，采用二维块匹配方法确定原始射频信号和超声辐照后的射频信号的目标区域中各矩形块的位移矢量；具体的，根据原始射频信号和超声辐照后的射频信号的区域进行一一比较，假设前一个的位移有效且准确估计，粗位移估计可以被线性插值到更精细的尺度，并用于在下一个矩形块中移动后压缩矩形块的中心，并计算各组射频数据的方差；比较各矩形块中媒质位移数据的方差计算结果，得到方差比较结果；基于方差比较结果，获取方差最小值所对应的矩形块的位移矢量，此时我们认为压缩前后的区域匹配完成，得到实际媒质位移数据。4.根据权利要求3所述的生物组织内声吸收能量分布测量方法，其特征在于，所述预设条件包括：实际媒质位移数据与理论媒质位移数据的相对误差不超过1μm。5.根据权利要求2所述的生物组织内声吸收能量分布测量方法，其特征在于，获取生物组织的理论媒质位移数据和理论声强分布数据包括：获取生物组织仿体或离体生物组织所处的聚焦超声场的超声频率信息、声传播时间信息、生物组织仿体或离体生物组织的声传播介质速...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹铁，周宇峰，李发琪，
申请(专利权)人：重庆医科大学，
类型：发明
国别省市：