基于模型的磁共振乳腺温度成像方法

为解决传统相位法和波谱法在乳腺热疗温度监控应用中的局限,提出一种基于内在参照物模型的磁共振乳腺温度成像方法。通过扩展原有温度模型并结合频率辨识算法,使该方法能够在多成分乳腺频谱中筛选出水和脂肪频率,进而计算温度。4名志愿者参加了实验。常温下初步测温结果表明:该方法能减少运动等因素干扰,测温误差比仅使用水质子频率时显著降低,空间分辨率达到2mm×2mm×5mm,而温度空间分布不均匀性在±10℃左右。     

基于有限元方法的不同类型肿瘤微波消融区域分布

为了研究微波消融技术在不同类型肿瘤中治疗效果,基于有限元分析方法,建立耦合电磁场和生物传热过程的微波消融模型,研究了单缝同轴微波消融天线在脑白质肿瘤、脑灰质肿瘤、乳腺脂肪肿瘤、乳腺腺体肿瘤、肾脏肿瘤、肺部肿瘤(充气和未充气状态下)、肝脏肿瘤和肌肉瘤中比吸收率、消融区域温度分布及消融灶形态。结果表明:由于各种类型组织热物性的不同,导致微波消融天线在不同类型的肿瘤组织中消融灶的形态和有效损毁区域的覆盖范围存在显著差异,其中微波消融天线在由脂肪组织包围的乳腺癌肿瘤中形成的消融灶呈水滴状,消融区域完全覆盖肿瘤,但沿着消融天线的穿刺方向存在尾迹;天线在未充气状态下的肺部组织中形成的消融区域对健康组织的损伤要大于充气状态下,同时消融天线在其他实质型组织中形成的消融区域基本呈现椭圆形,消融区域整体小于肺部和乳腺的消融灶,可见微波消融天线在乳腺和充气状态下肺部组织的肿瘤消融治疗中可以获得更加有效的治疗效果。     

集束型水冷微波消融天线的热场特性

 单一发射极的水冷却微波天线对于直径<3 cm 的肿瘤已有很好的治疗效果,但是对于体积较大的肿瘤治疗效果并不理想.本研究基于一种新型集束型微波天线,讨论在不同功率和时间下,有效消融区域的形态、温度分布等特性.采用不同微波功率和时间对离体牛肝进行消融,记录测温点的温度上升曲线,并测量消融尺寸.结果表明:15 min 内,40 W 最大消融面积为25.627±2.400 cm²,最大消融体积为81.655±3.500 cm³,消融区域横纵比0.660±0.020.15 min 内,60 W 最大消融面积为49.803±2.900 cm²,最大消融体积为244.965±4.000 cm³,消融区域横纵比0.777±0.010.当肿瘤横径<5.3 cm,纵径<6.9 cm时,建议使用40 W 的加热功率.当消融肿瘤体积较大,肿瘤形状为类圆形时,建议使用60 W 的加热功率.进行消融手术尽量使用小功率、长时间的治疗方式,可使临床医生准确控制消融范围,避免消融其他器官组织.     

红外热成像系统温度漂移补偿算法研究

针对红外焦平面阵列(infrared focal plane arrays, IRFPA)响应输出易受到环境温度变化的影响,且长时间工作后易发生温度漂移,导致红外热成像系统测温误差大,为此提出了一种红外热成像系统温度漂移补偿算法。该算法建立了红外焦平面阵列响应输出随环境温度变化的补偿模型,利用该模型对IRFPA每个像素响应输出值进行逐一修正。将该补偿算法加入红外热成像系统中,进行红外目标的温度显示实验。实验结果表明,该算法能够有效减少环境温度变化引起的测温误差,提高红外热成像系统的测温精度。     

一种有效的低场磁共振系统的水脂分离成像方法

提出了一种基于Dixon算法的磁共振水脂分离成像改进方法.该方法分别采集人体组织中的水和脂肪同相位和反相位的磁共振图像,利用化学位移效应所产生的相位差分离出水和脂肪的图像.采用了改进的区域增长算法进行相位校正,为了在低场、较高噪声时获得更好的稳定性,为感兴趣区域和背景噪声分别开辟两类不同的多个堆栈,并设定感兴趣区域的增长优先级总是高于背景噪声,使得由背景噪声引起的误差传播被有效抑制.实验结果证明,改进算法在低场高噪声条件下比原算法更稳定,并在0.3 T低场永磁型磁共振系统上对水模、膝关节与人脑等部位获得了满意的水脂分离图像.     

肿瘤热疗超声无创监测技术研究进展

 肿瘤热疗是用加热方式杀死癌细胞,已成为肿瘤治疗的一种重要手段.肿瘤热疗分为传统热疗(41～45℃)和热消融治疗(>60℃).在肿瘤热疗中,对治疗区组织温度及热凝固区进行无创测控是保证热疗安全和提高疗效的关键,本文综述肿瘤热疗超声无创测温及热凝固区检测技术的研究进展.超声无创测温主要基于声速和热膨胀、超声衰减系数、背向散射能量、B 超图像纹理等参数的温度相关性.热凝固区超声检测主要基于超声组织定征技术,包括Nakagami 统计模型、超声衰减、超声背向散射积分、超声弹性成像、组织散射子平均间距、次谐波低频声发射等.提出了肿瘤热疗超声无创监测技术的未来发展方向,包括监测精度验证方法的研究、针对组织个体差异自适应调整参数的研究、减少组织运动干扰的方法研究、多维多参数监测方法研究、实时计算技术的研究及肿瘤热疗实验数据共享中心的建立.     

基于Kalman滤波和生物传热模型的实时磁共振温度成像精度提升

磁共振温度成像能够为肿瘤热疗消融提供实时、全局的温度场监控,是保障消融安全、有效进行的重要技术手段。然而,临床中磁共振温度成像信噪比较低,该现象在选用快速成像序列时尤为严重。针对这一问题,该文提出了基于Kalman滤波和生物传热模型对磁共振温度成像进行滤波的方法。该方法将生物传热模型改写成Kalman滤波方法的状态转移矩阵形式,并将模拟温度和磁共振测温值相结合,以获得具有高精度和高信噪比的估计温度。临床仿真实验表明,该方法能将测温均方根误差从6℃降至2℃;仿体实验表明,测量值与真实值的均方根误差从1.927℃下降到0.735℃,且信噪比显著提升。     

微波辐射对水与油温度的影响及其响应机理

主要研究植物油与水的温度在微波场中的响应规律，研究发现，二者的温度及其响应规律随微波辐射强度而变化，根据测温结果还就微波辐射对金属温度传感器的测温原理进行了分析。     

射频消融下的超声温度成像的可靠性评估

探讨超声温度成像中回波时移图像和背向散射能量(CBE)图像的可靠性。准备四块猪肝作为样本,利用射频消融系统加热3 min,并在组织样本的正前方放置红外成像仪,作为温度成像的参考,观看其回波时移图像和CBE成像,以此来评估两种超声成像方法在可靠性。实验结果表明超声回波时移图像仅当温度在45℃温度以下时,才可准确反映消融区域,CBE图像在整个加热过程中一直表现良好的优势,比超回波时移图像稳定性更好,可以作为描述温度分布场的参考工具。     

基于双侧TIC定量特征的乳腺肿瘤良恶性鉴别

基于DCE-MRI提出了一种利用双侧乳腺对称区域的TIC定量特征识别乳腺肿瘤良恶性的方法.使用三维区域生长算法提取乳腺的病灶区,基于病灶区及其对侧乳腺对应的ROI的TIC曲线分别提取29个特征,并定义双侧差异特征参数,经SFFS方法筛选后得到7个有效特征.使用SVM进行特征训练,基于交叉验证方法得到分类结果.本研究随机选取回顾性病例112例(良性67例,恶性45例),得到肿瘤良恶性平均分类准确率为88.39%.实验结果表明:此方法对乳腺肿瘤的良恶性鉴别有较高的准确率,对辅助医生进行乳腺病变组织的良恶性鉴别具有重要价值.     

基于结构补偿的非线性全局场磁化率反演方法

定量磁化率成像是近年来磁共振成像领域中一项热门研究技术.定量磁化率成像技术通过逆向求解磁化率与相位的关系表达式,可定量地计算生物组织内部的信息变化,为相关的疾病诊断提供有效的辅助手段.定量磁化率成像需经过背景场去除、反演等多步计算,由此可导致误差的逐级传导并累加,从而降低定量磁化率重建精度.本文提出一种基于结构补偿的非...     

高速电主轴单元温度测点优化新方法

针对电主轴热变形建模技术中温度测点的分布和数量问题,提出优化热关键点的新方法.根据测得的温度和热变形数据序列,该方法采用模糊聚类法将测温点进行分组,建立灰色关联分析模型综合分析和评价电主轴温度场分布中各测点对主轴热变形的影响程度并将其排序,最后采用修正可决系数进行优化选择.通过与已有文献结论的比较,说明该方法的可行性和有效性.该方法减小了温度变量和建模所需的时间,也为工程经验提供了理论支撑.     

乳腺组织温度分布的数值模拟研究

基于正常乳腺的解剖学结构和生理学特征,建立了一个乳腺组织多维热传递模型,采用有限元法求解热传导方程,获得乳腺组织的稳态温度分布.结果表明:乳腺浅表或深部组织的血液灌注和代谢产热等参数的变化均在一定程度上影响乳腺组织的温度分布,但相比之下,血液灌注的变化,尤其是浅表组织血液灌注的变化对乳腺皮表温度的影响更为显著.研究结果有望为乳腺热图像分析提供重要的参考.     

三点法无损测量生物活体组织热参数的分析

基于两点法测量原理,提出了一种通过三点测温无损确定柱状生物活体组织热参数的新方法,建立了该方法的理论模型,数值计算分析了导热系数、血液灌注率体积热容量等参数对温度变化的影响,以及这些热参数的灵敏度系数.研究结果表明,活体组织的上述热参数的灵敏度系数是线性无关的,可以通过所提出的三点法同时进行测量.     

射频电容热疗温度场的参数优化研究

根据高温治癌中对肿瘤组织靶区加热温度和避免正常组织过热的要求,引入加热治疗目标函数和有关权重系数,应用有限元法求解电磁场方程和生物传热方程,通过遗传算法迭代修正加热物理参数,使目标函数达到极小值,获得达到热疗理想热场分布的优化解.以两电容射频热疗装置为例,使用基于人体X光断层扫描的非均质组织模型,经仿真计算获得了较满意的优化结果.这种人体内温度场优化控制方法将对肿瘤热疗学研究有重要的科学意义和应用价值.     

双能量乳腺X射线成像噪声分析与评价方法

针对双能量乳腺X射线成像结果易受到成像噪声影响的问题,提出了一种新的用于评价成像噪声对双能量计算结果影响的方法.该方法首先采用乳腺体模在两台临床常用的乳腺X射线成像系统中用双能量曝光,计算出成像噪声大小,并根据双能量成像物理模型推导出双能量计算结果对成像噪声的敏感度指标公式,然后依据公式和成像噪声水平评价敏感度大小.使用该评价方法对成像噪声引起的钙化图像背景区域的波动值以及钙化点的对比度信噪比值进行研究,仿真结果表明,成像噪声对双能量计算结果的影响较大,对于Essential系统,成像噪声会给钙化图像背景区域带来100～120μm的波动;对于DS系统,波动为160～200μm.Essential系统的性能明显优于DS系统,更适合于双能量乳腺X射线成像.     

脉冲激光辐照生物组织的体内温度分布及其对消融的影响

基于光致热消融理论模型,对脉冲激光作用于生物组织的温度分布进行数值求解,得到不同脉冲持续时间和辐射波长辐照下生物组织体内温度的时间与空间分布规律.探讨激光脉冲持续时间和波长因素对组织消融效果和残余热损伤的影响.模拟结果表明:脉冲激光诱导生物组织体内的温度分布对组织消融的效果和残余热损伤程度等消融特性参数有着重要的影响.     

一种基于迭代低通滤波相位去卷绕的扩展两点Dixon算法

对低场MRI（磁共振成像）扩展两点Dixon算法进行了分析，提出了使用低通滤波代替多项式拟合进行水脂肪分离处理中的相位去卷绕，进而使用低通滤波相位去卷绕算法对发生了卷绕的误差相位进行迭代处理，实际MR图像水脂肪分离结果基于近代低通滤波相位去卷绕的扩展两点Dixon算法在降低计算复杂度的同时改善了水脂脑分离效果。     

双相不锈钢热变形行为研究

采用高温压缩实验方法研究了两种不同氮含量双相不锈钢00Cr22Ni5Mo3N和00Cr22Ni1Mo0.7N在1 000~1 200℃温度范围内、应变速率为0.01~30 s-1条件下的热变形行为.根据实验数据构建了两种双相不锈钢的热变形方程,两种双相不锈钢的形变激活能分别为534 kJ/mol和482 kJ/mol.通过对微观组织的观察和分析,确定了较高温度且较低应变速率区域为优化的热加工区域.在该优化的热加工区域进行变形时,奥氏体和铁素体发生充分的动态再结晶和动态回复;而在较低温度、较高应变速率区域进行变形时,微观组织呈现强烈的局部流变,甚至可以观察到裂纹.     

连铸中间包测温传感器热惯性响应函数的研究

中间包钢水黑体空腔连续测温传感器的保护套管由耐高温、耐冲刷材质构成,导致传感器在测量中存在热传导惯性,测温输出信号滞后于被测温度的变化,产生动态测量误差。针对于黑体空腔连续测温传感器的热响应惯性,根据传感器实际物理参数,运用有限元分析方法构建传感器的模型,建立传感器的热响应函数,进而根据传感器初始温度测量值对其钢水温度进行预估。最终为降低传感器温度测量动态误差、提高测量实时性提供了一种有效的补偿方法。