超声引导下pHIFU软件系统设计与实现

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高强度聚焦超声是一种非侵入式、微创且高效的物理治疗技术,其原理是:将高能超声波束从体外汇聚到人体内靶组织,引起靶组织焦点处温度在数秒内升至56oC以上,导致组织发生凝固性坏死,同时不影响周围正常组织。相控型高强度聚焦超声利用雷达相控阵原理,通过调制超声相控阵列内各路阵元驱动信号的幅度和相位,实现超声波束的聚焦和偏转,无需机械移动,使得不同聚焦模式间切换更加方便和快速。医学成像系统引导的高强度聚焦超声系统,根据图像内容对靶区组织进行术前定位、术中监测和术后评估,从而有效完成靶区消融。目前图像引导方式主要分有两种:超声成像和磁共振成像。本文主要围绕超声引导相控型高强度聚焦超声治疗系统作了以下研究:围绕超声引导相控型高强度聚焦超声系统进行了文献和现有商用机型的调研,确定了超声监测图像与治疗图像相互垂直,以及引导探头绕声束传播轴旋转扫描的监测方式。随后采用了C#语言、WPF界面工具和软件设计模式,搭建了系统软件框架,并在此基础上,实现了超声图像的实时获取和定时保存的功能以及主控机与工供机之间的数据通讯。针对相控型高强度聚焦超声治疗系统对多模态医学图像的需求,设计了用于收发DICOM医学图像并能与算法系统相交互的软件服务中间件。该软件服务是Windows Service服务应用程序,能够开机自动侦听与检测。结合适配器设计模式,设计了DICOM图像输入和输出适配器,实现了DICOM图像有选择性的保存、算法服务模块交互和结果输出等功能。针对本系统特殊的超声引导方式,完成了对子宫肌瘤靶区组织的三维重建工作,并在三维重建图像中截取横截面图像用于制定治疗计划。具体工作包括:对旋转所得的多帧图像进行了三维方向性滤波、上下文量化增强处理以及通过双曲线插值的方法、设计构造表来完成扇扫重构,最后将得到的体数据信息运用最简单的Ray-casting光线合成方法完成体绘制、面绘制、最大最小值绘制等任务。
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