基于超声回波信号的组织损伤程度评价方法研究

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1、分类号工鳗墨1学校代码——10542密级学号201102111016基于超声回波信号的组织损伤程度评价方法研究TheMethodofEvaIuatingTissueDamageDegreeBasedonUItrasoniCEchoSignaI指导教师姓名、职称垡盛塞塾撞湖南师范大学学位评定委员会办公室二零一四年五月中文摘要高强度聚焦超声(HIFU)是一种治疗恶性肿瘤的非侵入式治疗手段。超声聚焦于肿瘤靶区组织能够产生瞬间高温，使靶区组织发生不可逆的凝固性坏死。在治疗过程中实时监控组织损伤程度从而调整HIFU剂量是HIFU研究的一个重要方面。本文以HIFU辐照新鲜离体猪肉组织实

2、验为基础，将超声打击猪肉组织前后获得的散射回波通过A／D转换输入到计算机。对回波信号进行采集和预处理并提取其特征参量，据此对组织损伤程度进行辨识。主要工作有：1．研究了所采集信号中有用信号界面点确定、信号滤波等预处理方法。引入小波熵的概念，基于高强度聚焦超声散射回波的特点，用小波时间熵对超声散射回波界面点进行了准确的定位，相对于以往依据经验确定界面点的方法而言更准确可靠，能够有效截取组织部分对应的回波信号。2．用不同方法对回波信号进行分析，提取了回波能量、声衰减系数、小波能量和小波熵特征参量，研究了各参量的温度相关性及在各损伤级的分布情况。结果表明：各特征参量随温度上升而增

3、大的趋势明显，且在55。C以下温度段的相关性优于55。C以上温度段。依据各参量在不同损伤级的分布情况，确定各损伤级对应的参量取值区间。综合所有参量对验证样本进行损伤级归类，获得了较好的归类效果。3．提出用BP神经网络来实现组织损伤级的自动辨识。利用单个参量作为神经网络的输入样本进行训练，再将验证样本输入各自训练好的神经网络进行损伤级辨识，辨识效果不理想。利用多个参量构成矢量矩阵输入神经网络，训练完成后对验证样本进行损伤级辨识，总的辨识率达到91．23％，相对于仅使用某种特征参量而言对组织的总辨识率有明显提高。本文从信号处理的角度出发研究了HIFU治疗中组织损伤程度的监测方法

4、，为HIFU治疗过程监控提供了一种新的思路。关键词：高强度聚焦超声；信号处理；组织损伤；神经网络ABSTRACTHighIntensityFocusedUltrasound(HIFU)isanon—invasivetreatmentofcancer．Ultrasoundfocusingontumortargettissuecanproduceinstanthightemperature，SOthatirreversiblecoagulationnecrosisoftargettissueoccur．IntheprocessofHIFUtreatment，thekeyofHI

5、FUresearchistoreal—timemonitortissuedamagedegreeandadjustHIFUtreatmentdosage．OnthebasiSofHIFUirradiationoffreshporktissueinvitroexperiments，thescatteringechosignalisdetectedbeforeandafterthefreshporktissueishitbyHIFU，andthesignalisinputtothecomputerthroughA／Dconversion．Afteracquisitionandp

6、re—processingtothesignal，relevantsignalcharacteristicparametersareextracted，andthetissuedamagedegreecanbeidentified．Themaincontentsareasfollows：1．Somepreprocessingtothecollectedsignalhasbeenachieved，suchasdeterminetheusefulsignalinterfaceandsignalfiltering．Introducingtheconceptofwaveletent

7、ropy，basedonthecharacteristicsofHIFUscatteringecho，theaccurateechointerfacehasbeenlocatedusingwavelettimeentropy．Comparedwiththepreviousmethodsbasedontheexperience，thewavelettimeentropycaneffectivelyinterceptthecorrespondingechosignalscatteringfromtissue．ⅡI2．A