[发明专利]一种医用微波热疗天线SAR图与肿瘤CT图像的匹配方法

说明书

技术领域

本发明属于医用成像技术领域，特别是涉及一种医用微波热疗天线SAR图与肿瘤CT图像的匹配方法。

背景技术

微波热疗已逐渐成为治疗肿瘤的一种重要的技术，而微波热疗技术中最关键的环节就是在热疗过程中杀死肿瘤细胞的同时降低对正常细胞的损伤。目前微波热疗中常采用微波热疗天线在体外进行热疗,一般针对的是浅表层的肿瘤,位置大约为皮下2～3cm,如皮肤癌、乳腺肿瘤、软组织肉瘤等。微波能量作用于肿瘤组织时，其在肿瘤组织中产生的高热效果能抑制肿瘤细胞的DNA和RNA的复制、蛋白质合成和肿瘤细胞的繁殖，能使肿瘤骨架散乱，细胞的许多重要功能受损，直接导致肿瘤细胞的死亡。

但是在微波热疗中，在长时间均匀加热的基础上，由于靠近辐射器的组织温度较高，所以对于除表浅肿瘤外，极有可能损伤到正常组织。另外一种肿瘤只采用一种辐射器，辐射器产生的热量分布范围与肿瘤并不能完全匹配，导致完全杀死肿瘤的概率降低。

现有的电磁仿真软件HFSS(High Frequeney Strueture Simulator)是Ansoft公司开发的可用于任意三维无源器件的高性能电磁场仿真软件，通过HFSS可以得到天线的微波辐射SAR图。国际上多采用比吸收率SAR描述生物组织对电磁场能量的吸收特性。SAR的定义是单位质量生物组织对电磁场能量的吸收率(单位时间内单位体积吸收的电磁能量)。生物组织吸收电磁波能量后产生热量，温度上升，因此SAR图可以近似的看作为生物组织受到微波辐射后的温度分布图。对于不同微波热疗天线或者天线阵列通过调节辐射频率、天线相位、辐射功率等参数可以产生不同的SAR图。

发明内容

本发明的目的在于提供一种医用微波热疗天线SAR图与肿瘤CT图像的匹配方法，该方法通过对微波热疗天线SAR图和肿瘤CT图像的匹配，可以有效地轮廓覆盖不同形状的肿瘤组织，降低对正常组织损伤。

本发明所采用的技术方案是：

本发明采用的微波热疗天线是微波阵列天线。

一种医用微波热疗天线SAR图与肿瘤CT图像的匹配方法，其特征在于，方法步骤如下：

1）建立图像库：在HFSS中进行微波SAR图像的采集，确定微波阵列天线参数，根据微波阵列天线参数确定SAR图像，通过数据处理构成图像库，所述微波阵列天线参数包括：功率、相位、频率和阵列数量；

2）图像匹配搜索：根据肿瘤CT影像，通过数据处理后，在图像库中找到与肿瘤CT影像完全匹配的SAR图像，再确定微波阵列天线参数；若在图像库中找到SAR图像与肿瘤CT影像低于相似度阈值时，则通过位移填充完成匹配，直到SAR图像与肿瘤CT影像符合设定的相似度后，再来确定微波阵列天线的功率、频率、相位和阵列数量参数值。

所述的相似度阈值为多个参数：1.SAR图和肿瘤CT面积相差的百分数（可设定1%-10%），2.SAR图和肿瘤CT周长相差的百分数（可设定1%-20%），3 SAR图和肿瘤CT长宽比相差的百分数（可设定1%-10%）。

所述微波阵列天线功率为0-100W。

所述微波阵列天线频率433MHz、915MHz或2450 MHz。

所述微波阵列天线的阵列数量为1-5个，阵列排列方式有1、1*1、1*3、2*2或2*3。

所述微波阵列天线的相位为0°-360°。

本发明图像数据处理包括下列步骤：1）图像转换：采用阈值将肿瘤CT图像和SAR图像转换为二值图像；

2）噪声消除：为了消除在边界或边界内部的“空洞”，先用填充函数将“空洞”进行填充，然后进行噪声消除，噪声消除采用均值滤波，用滤波函数滤波之后得到底图；

3）多边形近似：取滤波后底图，根据底图调用函数，把边界提取出来，呈现出一个多边形图片，最后通过这个多边形图片进行匹配，所述函数是根据最小周长多边形近似原理确定。

本发明图像匹配：利用特征匹配中的面特征，对肿瘤图像和SAR图进行提取，在两者的面特征即轮廓提取出来后，计算面特征的二值特征，然后根据二值特征设定检索条件把符合条件的SAR图呈现出来，并显示出它所标注的微波阵列天线类型，所述二值特征包括：面积、偏心率、周长、重心、长宽比。

本发明图像库内的每个SAR图上都标注出所对应的微波阵列天线具体参数。

本发明根据肿瘤CT影像，在SAR图像库中找到和肿瘤CT影像相匹配的SAR图像，并根据SAR图像来确定微波阵列天线的功率、频率、相位和阵列数量。