聚焦超聲治療的焦域校準(zhǔn)方法研究.pdf

1、高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療在治療腫瘤中表現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)，然而研究者發(fā)現(xiàn)，由于人體組織的復(fù)雜性，超聲束在人體傳播中會(huì)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(diǎn)處，導(dǎo)致了聚焦點(diǎn)偏離病灶點(diǎn)處或散焦的問(wèn)題。本文研究聚焦超聲治療的焦域校準(zhǔn)方法，以提高治療精度。
　　 本文首先通過(guò)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(méi)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(guò)二分法將不同的CT值和其對(duì)應(yīng)的組織密度作一一映射，然后由組織信息推導(dǎo)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(zhǔn)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(gè)超聲發(fā)射源的坐標(biāo)、發(fā)射方向和病灶點(diǎn)的位置。超聲束沿著此方向在人體內(nèi)傳輸，傳播過(guò)程中遇到組織界面時(shí)發(fā)生折射，通過(guò)Neumann梯度估計(jì)法計(jì)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(jì)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(guò)程。模擬實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)方法。該方法根據(jù)超聲波傳播路徑可逆性的原理，以焦域?yàn)閰⒄拯c(diǎn)逆向追蹤超聲束來(lái)源方位。在病灶點(diǎn)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(biāo)和傳播方向。實(shí)際治療時(shí)，如