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微波消融因其具有微创、安全可靠、疗效好等特点,已成为一种重要的肿瘤治疗方法。但该方法不仅能杀死肿瘤细胞,同时可能也会导致肿瘤周围正常组织的损伤。因此,建立有效的实时监测及疗效评估系统是肿瘤微波消融进一步发展的关键。
目前,临床常用的测温方法是有创测温法,即将测温针直接插入加热组织获得组织温度。这种方法只能获得有限点温度,不仅给患者带来痛苦,而且还可能引起癌细胞的转移。因此,很多研究人员不断探索无创监测方法。超声测温是利用超声波的某些声特性参数与温度的相关性以获取组织温度信息,相比其它无创测温方法有更好的优越性。由于实际微波消融过程中多用B超进行监测,因此,本文将研究基于图像的微波消融实时监测及疗效评估方法。
本文研究B超图像纹理特征与组织温度的相关性、并利用这些特征对消融组织进行凝固区识别,在此基础上建立疗效评估系统。主要研究内容如下:
(1)研究生物组织B超图像纹理特征与其温度的相关性。以新鲜的离体猪肝为研究对象,建立微波消融实验系统,获取加热过程中的肝脏B超图像,利用图像处理方法提取灰度直方图、灰度共生矩阵和灰度梯度共生矩阵的特征参数。实验结果表明:在15℃~90℃范围内,多个组织B超图像纹理特征与温度具有明显的相关性,其中灰度均值、灰度熵、对比度、角二阶矩、逆差矩、梯度分布不均匀性、能量、梯度熵和混合熵的温度相关系数均大于0.9;其变化总趋势是随着温度的升高成线性变化。
(2)采用支持向量机对微波消融区域进行凝固区识别。选取消融前后最能表征组织性能变化的纹理特征进行组合,使用支持向量机建立分类模型,将凝固区域从B超图像中识别出来。分析结果表明,结合上述研究中与温度相关性好的纹理特征参数作为特征向量集合,利用支持向量机检测B超图像中的凝固区域,检测出的凝固区形状和尺寸与实际凝固区基本一致。因此利用B超图像纹理特征和支持向量机识别微波消融凝固区是可行的。
(3)设计微波消融超声评估系统。根据以上研究结果,分别利用MATLAB和VC++两个平台开发微波消融疗效评估软件。实现了微波消融术后凝固区识别,为探索利用B超图像实现肿瘤消融的凝固区实时监测奠定了基础。