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微波热疗因其安全可靠、稳定性等特点,已经成为一种重要的肿瘤治疗手段,但该方法会在杀死肿瘤细胞的同时,有可能对正常组织造成一定的伤害。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,临床多采用有创测温法进行术中温度监测,该方法虽能获得温度,但会给患者带来痛苦,同时可能把癌细胞从肿瘤中带入周围正常组织,导致癌细胞的扩散。超声监测是一种安全无创的监测方法,其使用成本低,实时性好,具有较好的人体穿透能力。本文基于水浴实验系统和微波实验系统研究了微波消融过程中超声监测及评估方法。主要内容有以下几个方面: 1.针对超声回波信号信噪比低、强反射点较多的特点,研究了局部分层小波阈值去噪法。根据实验中超声回波的特点,结合软阈值滤波和硬阈值滤波的优点,对不同的细节信号分别进行软阈值滤波和硬阈值滤波,最后通过重构获得滤波后的信号,为水浴实验和微波实验中回波信号的分析奠定了基础。 2.研究了组织声学特征参数的温度相关性。通过水浴实验,研究了超声回波时移和声衰减系数的温度相关性,得出如下结论: (1)在30℃~58℃时,回波时移与温度呈线性负相关,相关系数均在0.95以上; (2)在30℃~50℃时,衰减系数与温度呈现较好的增长关系,增长呈线性,在50℃以上时,增长率减小,逐渐趋于零,相关系数均在0.8以上。 3.研究了一种自动识别凝固区的新方法。在微波热疗实验的基础上,一方面对回波信号进行局部分层小波阈值滤波,识别凝固区边缘,进行二维成像;另一方面对回波信号B超成像;最后对二者进行叠加,得到识别后的B超图像。该方法首次提出通过对一维信号进行凝固区边缘识别,得到二维凝固区的算法,计算速度较快,但该方法得到的识别结果通常比实际凝固区域要偏小,识别精确度有待进一步提高。 4.设计了微波热疗超声无创监测系统。分别基于MATLAB和C++ Builder 2007两个平台设计了超声无创监测系统,该系统实现了回波数据的读取、成像,凝固区识别、B超图像显示及凝固区叠加等功能。 本文分析了超声回波时移和超声衰减系数的温度相关性,针对微波实验中超声回波的特点,研究了一种自动识别凝固区的新方法,并在此基础上设计了超声无创监测系统,不仅实现了微波消融术后的凝固区识别,还为探索利用B超实现肿瘤消融的凝固区实时监测奠定了基础。