基于组织b超特征的癌热疗无创检测实验.doc

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基于组织B超特征的癌热疗无创检测实验
基于组织B超特征的癌热疗无创检测实验

摘要：随着我国科学技术的不断发展，实用临床监控技术也得到了医院相关部门的高度重视。基于组织B超特征的无创检测实验主要是在相关原理分析的基础上设计出来的实验系统，实验中主要采用水域和微波介入两种加热方式来对热疗中生物组织B超特征参数的变化进行研究，从而获取相应的B超图，并且分析其温度相关性，实现热疗中深部组织温度的无创检测。本文通过对基于组织B超特征的癌热疗无创检测实验进行详细的介绍，为今后临床监控技术的发展提供一定的参考依据。

关键词：癌热疗无创检测温度相关性
肿瘤热疗，又称温热治癌、高热治癌，是一种物理疗法，其主要是通过高频电磁波、超声波以及热水浴等方法使组织加热，当加热的温度超过癌细胞的耐热温度，就会致使肿瘤组织变形或损坏，继而使肿瘤的体积变小或消除，而且不会对人体正常组织造成损伤，从而实现对恶性肿瘤的治疗。目前，随着临床应用日趋广泛，肿瘤热疗也得到了相关人员的高度重视，就我国目前肿瘤热疗的使用现状来看，缺乏对治疗区域内组织温度状态的了解成为了提高疗效的重大障碍。
一、原理与方法
1.1实验原理
超声波在生物组织中传播的时候，温度对其速度所产生的影响是不容忽视的。通常情况下，在固体介质中，其纵向传播速度的表达式可以表示为：C=1/。其中，C、k以及p分别代表的是声波的速度、绝热压缩系数和密度。由于绝热压缩系统和密度会受到温度的影响已经成为事实，因此，与二者相关的声波的速度也必然会受到温度的影响。通过实验，可以发现软组织中，超声波的传播速度会随着温度的变化而产生一定程度的单调变化。除此之外，由于发射系数与声阻抗有一定的关系，而温度又会对声阻抗造成影响。所以，温度对超声波的发射系统也会造成一定的影响，即超声放射强弱随介质温度的不同而发生变化。B超图像就是对超声反射回波信号进行调节之后的结构图，当温度发生变化的时候，与温度有关的参数就会受到不同程度的影响，从而直接影响超声波的回波信号。
1.2实验系统
实验系统主要分为水域加热和植入式微波加热两种方式。所谓的水域加热，指的就是将组织的温度从其原有的温度进行加热，直到组织温度达到40°左右为止，相关的实验系统结构如图1所示：
水域加热实验系统结构图中，B超仪采用的主要是由中国航空工业总公司开发研制的MBC-I型多媒体超声诊断仪，这种仪器主要由通用多媒体计算机、超声诊断套件以及专用多媒体B超软件几个部分组成，主要利用文件的形式来对实验过程中收集到的图像进行存盘，这种仪器具有很大的精确性。
植入式微波加热主要是将针式天线插入组织内部，利用微波的热效应来实现组织短时间的高温固化。相关的实验系统结构如图2所示：
植入式微波加热实验系统中所采用的主要仪器是由南京庆海微波研究所所研制的MTC-3型微波治疗仪，仪器中所设定的微波频率以及植入式热电阻数值都在很大程度上提高了仪器的精确性。同时，由于仪器所采用的是高绝缘材料灌封，因此，也确保了对实时数据采集的准确性。
1.3材料方法
材料方法主要包括温热疗法和介入微波热凝固两种。采用温热疗法如图1所示，为了能够对不同温度下的猪肝B超图像进行准确记录，对B超探头的位置设置就必须科学合理，一般情况下，B超探头应该放在容器顶部，这样就可以确保超声波由上向下发出。然后利用加热方式对恒温水箱进行加热，直到其热度达到48℃，实验人员在恒温水箱加热期间，应该做到各个阶段B超图像的准确记录。所谓介入微波热凝固，其主要目的就是为了观察组织热凝固区域的完整形状，如图2所示，在实际操作的时候，将牛肝作为主要的实验对象，采用特定的坐标支架来对热电阻和微波电极进行确定，同时要根据实验的实际情况对加热天线的能量作用给予合适的临床常用组合方式。确保数据采集器能够以间隔1s的速率对组织的内部温度进行实时记录。
二、结果与分析
2.1图像预处理
一般来说，在进行此类相关的实验中，组织B超图出现斑点噪声的情况并不是固定的，而是随机出现的，呈现出高频特性，实验人员如果想要将组织B超图的斑点噪声去除，可以通过下面的线性卷积来实现：
在上述公式中，Ω、（x，y）、f（x，y）、f0（x，y）以及G（x，y）分别代表的是整个图像的平面、图像相关的像素坐标、去噪后得到的图像、含噪声的图像以及滤波算子。实验人员如果想要更好的对相关图像的信息进行保存，那么也可以采用3乘3窗口的高斯低通滤波器来实现对图像的平滑工作，相关的滤波算子为：
2.2微波加热的B超组织定征
微波加热的B超组织定征主要体现在图像的灰度上，在温热疗实验的基础上进一步模拟微波热凝固治疗。采用微波天线植入牛肝短时加热，减少生物组织膨胀变质对实验结果的影响.利用温度探针Pt100做侵入测量。直接分析AOI区域温度与其B超图像