hifu治疗系统中b超图像的雾状伪像分析

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1、HIFU治疗系统中B超图像的雾状伪像分析作者：宋志勇文玉梅徐颖李平【关键词】HIFU治疗系统；,,B超图像；,,雾状伪像,,,,,　　摘要：分析了高能聚焦超声（HIFU）治疗系统中B超图像特有的雾状伪像的物理成因，建立了雾状伪像的数学模型，据此分析了雾状伪像的主要运动特征，实现了对雾状伪像的自动定位。对大量临床图像的实验表明，分析结果与临床图像中的雾状伪像性质吻合，验证了雾状伪像成因分析与数学模型的正确性。　　关键词：HIFU治疗系统；B超图像；雾状伪像　　高能聚焦超声（HIFU）技术因其无创性，倍受医学界关注［1］。随着超声影像学的发展，

2、B超成像因其实时、可靠、方便等特点，已经成为了HIFU治疗系统中的监控和实时疗效评价的主要方法［2］。但是，B超图像中的伪像，特别是大范围存在于HIFU治疗系统特定应用环境下B超图像中云雾状分布的雾状伪像，掩盖了真实组织成像，影响了HIFU治疗系统在临床中的应用，因此研究雾状伪像的成因，并提出有效的消除方案，是HIFU技术应用需要解决的问题。由于雾状伪像的形成与HIFU治疗系统组合探头的特殊结构和特定的使用环境有关，而现有的　　图4雾状伪像的数学模型　略　　为了描述伪像的位置，需要确定延时Δti。以B超显像探头为原点，建立坐标系，如图4。因

3、为人体体表的曲率变化比较平缓，所以二阶拟合曲线与体表的形态已经能较好的吻合，即体表曲线方程可以表示为：k=al2+bl+c(3)任意选取一个超声波发射方向θ0，B超探头的成像范围决定θ0满足：π4≤θ0≤3π4。所以方向角为θ0的超声声线方程为：k=tg(θ0)・l(4)连立(3)式和(4)式，体表的超声入射点P0的坐标(lskin,kskin)为：lskin=(tan(θ0)-b)-(b-tan(θ0))2-4ac2a(5)kskin=tan(θ0)・lskin(6)入射超声在体表P0点产生的任意方向的漫反射超

4、声声线方程可以表示为：k-kskin=s1(l-lskin)(7)其中s1=tan(φlskin,kskin)，φlskin,kskin表示在体表P0点某一方向漫反射回波的方向角。从图4中可以知道，φlskin,kskin满足：φl≤φlskin,kskin≤φr(8)其中φl=arctan(kskin-kllskin-ll)，φr=π+arctan(kskin-krlskin-lr)漫反射回波会在治疗探头的表面发生完全的镜面反射，反射点可以通过治疗探头截面方程与漫反射回波声线方程确定。聚能器截面用圆方程表示：(l-lc)2+(k-kc)2

5、=r2ll　　3实验结果　　为了验证雾状伪像数学模型和其特征分析的正确性，对JC型HIFU肿瘤治疗系统采集的大量临床图像进行雾状伪像定位和运动特征分析。　　31定位结果以一幅肿瘤患者肝部的临床B超图像（图5）进行实验为例，B超成像参数为：成像超声频率为2.5MHZ，扫描方式为扇扫，扫描线数为192线，扫描方向为从右至左，最大扫描深度为17CM。从图5中可以看到，肝部的真实组织成像被雾状伪像遮盖。根据探头的实际尺寸以及雾状伪像的数学模型，对雾状伪像定位，结果如图6。将雾状伪像的定位结果与临床图像重叠，如图7，定位结果与临床图像中的雾状伪像区域

6、吻合。　　图5－图7略　　32雾状伪像的运动特征针对同一患者，将组合探头逐渐远离体表，并按相同间隔距离，采用与定位实验相同的成像参数采集一组图像（图8）进行分析。因为肝部真实组织被雾状伪像遮盖，所以我们以体表组织的成像作为参考，分析雾状伪像的运动特征。雾状伪像在临床图像中的表现与通过数学模型分析的运动特征基本一致：①在探头远离体表的过程中，雾状伪像与体表组织成像的间距增加，表明雾状伪像的移动速度大于组织成像移动的速度；②在探头远离体表的过程中，雾状伪像的强度在逐渐增强。　　图8探头到体表不同距离(d)时的实验结果　略　　4总结　　B超图像中

7、的伪像的形成是一个非常复杂的过程，不同的影响因素会形成不同的伪像。本研究就HIFU治疗仪器中B超图像中特有的雾状伪像进行物理成因分析，建立了雾状伪像的数学模型，并在MALTAB平台上实现了对雾状伪像的自动定位。通过定位雾状伪像位置以及对伪像运动特征的分析，并与临床图像中的伪像区域比较，验证了雾状伪像物理成因及其数学模型的正确性，有助于在诊断和治疗的过程中正确辨识B超图像和减少误诊，也为下一步提出有效的雾状伪像消除方案提供了理论依据。(致谢：感谢重庆海扶技术有限公司提供的实验B超图像；感谢林涛、吴丹丹和王明胜等人在研究过程中提供的帮助和支持。

8、)　　参考文献　　1冯若高强聚焦超声无创性外科的兴起临床超声医学杂志，1999，2：65~67　　2卢岷，邹建中高强度聚焦超声治疗肿瘤的术中影像学监控和疗效评价中华超声影像学杂志