[发明专利]结合回波时移技术和2D热传导方程的超声波温度成像方法

摘要

一种结合回波时移技术和2D热传导方程的超声波温度成像方法，包括组织升温阶段和组织降温阶段，在组织降温阶段：获得烧灼停止时刻的原始射频信号；使用基于回波时移的超声波温度成像技术获得时刻tk的组织温度分布图；设计一个滑窗，估计tk+1组织温度分布。

主权项

一种结合回波时移技术和2D热传导方程的超声波温度成像方法，包括组织升温阶段和组织降温阶段：在组织升温阶段：A.在烧灼之前，获取超声波射频信号r(x,z,t0)，此时的超声波声速取c0＝1540m/s；B.开始烧灼；C.在时间点t＝ti，获取超声波射频信号r(x,z,ti)，对两个时间点ti‑1和ti的射频信号做一维互相关分析，得到射频信号在两个时间点的时间偏移累加的回波信号时间偏移图可以通过下式获得δt^(x,y,ti)=Σj=1iδt^incr(x,y,tj)---(1)]]>D.为了降低温度估计中出现的纹波效应，使用8阶低通巴特沃斯滤波器(Butterworth)对获得的回波信号时间偏移图进行轴向和侧向滤波；E.根据下列公式：δT(z)=c0(z)2·k(z)·∂∂z(δt(z))---(2)]]>其中k(z)=1α(z)-β(z)≈k---(3)]]>其中，T(z)为温度，c0(z)与T0为初始声速与初始温度，为时间偏移对轴向的微分，α(z)为是热膨胀系数，β(z)代表超声波声速变化与组织温度变化之间的线性关系；然后，将D步骤的计算结果对时间偏移图进行轴向微分，再乘上系数k和即可得到组织温度分布图，大小为m×n；在组织降温阶段：A.首先获得烧灼停止时刻的原始射频信号，记为r(x,z,tk)；B.使用基于回波时移的超声波温度成像技术获得时刻tk的组织温度分布图；C.根据以下公式：ui,jk+1=lui+1,jk+lui-1k+lui,j+1k+lui,j-1k+(1-4l)ui,jk---(4)]]>其中代表位置(xi,yj)在时刻tk的组织温度，l＝α2(tk+1‑tk)，为热扩散系数，k为热传导系数，c为介质比热容，ρ为介质密度，取α2＝0.586W/m·k；对于位置为(xi,yj)的像素点在时刻tk+1的温度可以通过该点以及该点周围的点在时刻tk的温度uk估计出：设计一个滑动窗使用该滑动窗扫描整个图像矩阵，估计时刻tk+1的温度图像中每一个像素点的温度值，另外，由于图像边缘的像素点使用滑动窗的时候会超出图像矩阵的索引范围，使用室内温度值T0对图像矩阵进行扩充，使图像的大小变为(m+2)×(n+2)；D.经过步骤C即可得到时刻tk+1的组织温度分布；然后对该图像重复步骤B即可得到下一时刻的组织温度分布图像。