[发明专利]一种基于非线性热膨胀评估温度变化的超声方法及系统

权利要求书

1.一种基于非线性热膨胀评估温度变化的超声方法，步骤如下：

(1)通过机械或电子的方式，将加热源与超声成像仪的成像区域调整至同一范围，确保B超成像区域覆盖待测温区域；

(2)对目标区域进行加热，选取信号采集初始时刻的一帧回波信号作为参考帧；

(3)基于动态选帧算法，根据参考帧的时间序列，分别与后续生理周期内的每一帧计算相关系数，相关系数计算方式为：设BI_ref(x,y)为参考帧信号，BI_tar(x,y)为目标帧信号，(i₀,j₀)为ROI区域最左下角的像素点的坐标，ROI为感兴趣区域，对所有帧，确定B超图像的矩形ROI区域，ROI区域横向和纵向像素点数分别记为I和J；i、j为ROI区域最左下角起横向和纵向第i和第j个像素，ROI区域为整幅B超图像或B超图像中的局部；相关系数计算为：

其中，*表示共轭运算，对采集的每帧B超图像，将像素点在横向和纵向的坐标分别记为x和y；

(4)根据计算的互相关系数值，选取最大相关系数的对应帧作为目标帧进行后续温度计算；根据参考帧的时间序列，将其后一个生理周期内的信号帧作为目标帧的选取范围，或将整数个生理周期作为目标帧的选取范围；

(5)以评估点为中心在目标帧选取矩形窗1；评估点为所需要检测和评估的位置，在参考帧中以评估点为中心选取矩形窗2，使其横向尺寸和纵向尺寸均为矩形窗1的两倍或以上；在参考帧中移动尺寸与矩形窗1尺寸相同的矩形窗3使其遍历矩形窗2，每移动一次均计算矩形窗1与矩形窗3内图像的互相关系数；

(6)将温度变化评估的目标点遍历整个超声图像区域，得到整个成像区域的时间延迟量的二维分布；结合测温系数，

k₁＝α₂(z)-β₂(z)+β₁(z)(α₁(z)-β₁(z))

k₂＝α₁(z)-β₁(z)

其中α₁(z)表示线性热膨胀系数，α₂(z)是二阶非线性热膨胀系数，β₁(z)和β₂(z)分别是声速随温度变化的线性系数和二阶非线性系数；z是沿声传播方向的坐标；再根据温度变化和时间延迟的关系计算得到温度变化量的分布：

其中：δt(z)是时间延迟量，δT(z)为是温度变化量；

(7)将当前目标帧作为参考帧，重复步骤(3)-(6)，得到不同时刻对应的温度变化图像；

(8)将每个生理运动周期温度变化结果相加，得到成像区域温升值的分布图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于非线性热膨胀评估温度变化的超声方法，其特征在于，加热源包括聚焦超声、射频或微波。

3.根据权利要求1所述的一种基于非线性热膨胀评估温度变化的超声方法，其特征在于，步骤(3)利用动态帧选取法进行活体噪声的抑制。

4.根据权利要求1所述的一种基于非线性热膨胀评估温度变化的超声方法，其特征在于，步骤(5)，矩形窗1与矩形窗3内图像的互相关系数的计算公式如下：

其中，W_new和W_ref分别是矩形窗1和矩形窗3中包含的RF数据；m和n分别为矩形窗3的中心相比矩形窗1的中心在水平和垂直方向上偏离的像素值，当该系数γ达最大值时，由矩形窗1和矩形窗3中心点间距计算组织热膨胀导致的超声传输时间延迟。

5.根据权利要求1或3或4所述的一种基于非线性热膨胀评估温度变化的超声方法，其特征在于，步骤(6)所述温度变化和时间延迟标定的系数k₁范围为-1至1，k₂为-1000至1000，通过计算得到温度变化量的分布。

6.根据权利要求1所述的一种基于非线性热膨胀评估温度变化的超声方法，其特征在于，步骤(8)生理运动包括呼吸、心跳或血流运动。