（毕业论文51页18602字+图+程序）摘 要：人体无损温度监测一般有超声、核磁共振、电阻测量法等，后两种方法有成本过高、分辨率过低或不能区域性测温的缺点，现在最常用的是超声测温，测量原理包括透射衰减法、透射时移法、发射衰减法、反射时移法、反射频移法等。本文基于反射衰减法提出一种新的直接对B超图像进行处理得到温度的监测方法，无须增加其他附加设备。本方法通过在限定实验条件下测得温度与B超图像灰度值之间的对比数据，利用最小二乘法得到灰度-温度方程，再加入其他组织参数修订温度－B超图像灰度值关系式，可根据B超图像和不同的组织参数计算出温度的分布。设计了图像分割流程图来自动分割B超图像上代表不同组织器官的区域，设计的总体方案可根据提取的组织B超图像纹理特征和训练人工神经网络分析不同组织参数下的温度分布。该方法具有成本低、操作简单、安全性高、可区域性监测温度的特点，其应用前景较好。

关键词：无损温度监测；最小二乘法；B超图像

Research on Method of Ultrasonic Noninvasive Body Temperature Monitoring

Abstract：Generally human noninvasive temperature measurement methods refer as Ultrasonic, nuclear magnetic resonance, residence measurement and so on, the last two methods have the disadvantages of high cost, low resolution or can’t measure regional temperature. Ultrasonic is the most common used method, which includes theories such as transmission attenuation, transmission time shift, emission attenuation, reflection time shift, reflection frequency shift and so on. This paper proposed a new monitoring method based on reflection attenuation, which computes temperatures directly from the B-ultrasonic images and needs no more other equipments. After contrast dada of temperature and B-ultrasonic images is measured under limited experiments conditions, the least-squares method is used to get gray-temperature equation. Other tissue parameters are added to amend the relation equation between temperature and the image gray value. Image segmentation flowchart was designed to partition the different tissue organ area in B-ultrasonic images automatically. The overall program was designed to analyze temperature distribution of different tissues by extracting texture characteristics in ultrasonic images and training artificial neural network. This method has characteristics of low cost, simple operability, high safeness, regional temperature monitoring and has good application prospect.
Keywords: noninvasive temperature monitoring, least-squares method, B-ultrasonic images

目    录

第一章  绪  论 1
1.1  组织温度检测技术的研究现状 1
1.2  肿瘤热疗 1
1.3  肿瘤热疗中的测温技术 2
1.4  本文研究的内容 3
第二章  常用超声测温方法简述 4
2.1  超声测温方法 4
2.1.1  利用声速的温度相关性测温 4
2.1.2　利用超声非线性参数的温度相关性测温 5
2.1.3  利用超声回波频移的温度相关性测温 6
2.1.4  利用超声回波时移的温度相关性测温 6
2.2  超声测温方法的优缺点分析 7
第三章  基于声衰减特性的超声图像测温 8
3.1  离体猪肝实验 8
3.2  超声图像与温度的理论关系研究 10
3.3  超声在肌肉组织测温中的应用 12
第四章  超声测温误差分析 14
4.1  引言 14
4.2  体积和形状造成误差 14
4.3  组织差异造成的误差 14
4.4  超声探头与皮肤的耦合误差 15
4.4.1  位移产生的误差 15
4.4.2  超声探头与被测者皮肤的耦合度不同产生的误差 15
4.5  被测者体温异常导致的误差 16
第五章  软件设计 17
5.1  B超图像的输入 17
5.2  区域分割 17
5.3  组织的标定 21
5.4  求解各个区域的灰度相关性函数 22
5.5  重建温度分布 22
5.6 程序流程 22
第六章  与其他超声测温方法的优缺点比较 24
6.1  精确度对比 24
6.2  区域温度监测性 24
6.3  使用成本较低 24
6.4  操作较简单 25
6.5  安全性高 25
结   论 26
致  谢 27
参 考 文 献 28
附    录 30
 
 
第一章  绪  论
1.1  组织温度检测技术的研究现状
    现今已有的温度检测方法都是为癌症热疗、微创激光手术、伽玛刀手术、以及聚焦超声治疗服务的。在临床应用的迫切需求下，出现各种热门的温度测量研究方法，从测温性质上来说分为有创测温和无创测温，无创测温由于其无创性和区域性测温的优点得到了更多的发展，而其中又属超声无创测温最受关注，现在超声测温中反射式测温由于其更加稳定的优点最受重视。而反射式测温又分为反射频移测温、反射时移测温以及反射衰减系数测温。现在采用最多的一般是反射频移测温和反射时移测温，这两种方法要想达到区域性测温的要求必须用到传感器阵列，但其成本还是比核磁共振低，而超声图像分析法虽然在发展上不如前两者，但是在区域性测温时不需要添加硬件设施，成本最低，一旦在精确度上获得突破，就会在热疗领域拥有一席之地，很有发展前景。
1.2  肿瘤热疗
 当前癌症的治疗主要是通过手术切除的方法,此外还有化疗,放疗和过热疗法等非手术治疗方法，而对于一些比较特殊的病例,如肝癌,由于肿瘤过大,肝硬化严重,肝功能代谢差,位置不当等原因,外科手术的方法疗效不佳,手术切除率一般不足20%,而且术后一年内复发率高达70%左右,因而一些非手术疗法迅速发展起来。化疗与放疗就是最流行的两种,但是放疗,化疗副作用大,寻求其他的辅助治疗是当今所面临的重要课题。肿瘤热疗是最新发展起来的一种有效的治疗方法,基本没有副作用,特别是介入式热凝固疗法对治疗更为有效。
 过热疗法指利用某种加热方法把肿瘤组织加热至超过其耐热温度(43℃左右),以杀死癌细胞,它是非手术治疗的一种有效手段,过热疗法自临床应用以来,显示出许多优点.首先,他本身的副作用极小;另外,根据不同分裂周期细胞对温热的敏感性不同,将 过热疗法与放疗或化疗结合使用,可以在时间上互补,实现癌细胞的全周期杀伤;根据肿瘤组织中心部位的乏氧细胞和癌变细胞边缘的富氧细胞对热疗及放疗,化疗适应性的差别,这种联合应用还可以实现空间上的互补性。因此,联合治疗不仅可以减少放疗,化疗药物剂量,从而减少放疗化疗的副作用,而且可以实现全周期,全空间对癌细胞的杀伤,大大提高疗效。
在肿瘤热疗法中,对肿瘤进行加热的主要方法有超声聚焦和微波加热。超声聚焦法是利用聚集超声照射肿瘤体对其进行加热,当温度达到癌细胞致死温度(约42.5℃)时使其致死,微波加热法是将微波射入肿瘤体内部,利用微波辐射对其进行加热至癌细胞的蛋白质凝固温度(约60℃),使其死亡，从而达到在不损伤健康细胞的情况下治愈癌症的目的。
 肿瘤热疗已经引起了人们的极大关注,但如何有效地对不同形状的癌组织实现适型覆盖加热,以及如何精确检测温度,在确保有效杀死癌细胞的同时,不损伤正常细胞,这两个问题已经成为研究的焦点。因此,精确测定肿瘤热疗中的温度,将极大的推进热疗治癌的临床推广。
1.3  肿瘤热疗中的测温技术
肿瘤热疗中的测温技术可分为有创温度测量和无创温度测量两类,当前使用中的温度检测一般采用有创测温,有创测温得到的是测量点的状况,无创测温除了可以获得测量点的温度外，还可以得到局部组织的温度分布。
有创测温方法也称为侵入式测温,即把热电偶,热敏电阻之类的温度传感器插入待测部位进行直接测量,主要方法有热敏电阻检测法,热电偶测定法和光学温度测定法,这种测量存在三个问题： 一是受加热的高频电磁波的影响而不能准确测定温度,甚至难以读数,二是传感器的引线可能干扰电磁场的分布,三是得到的是检测点的温度,难以得到温度分布,因而导致非癌区一些高热点漏测,造成局部良性组织灼伤引起疼痛,也可能造成癌区低热点漏测从而造成癌细胞残留引起复发。高阻导线传感器和光线温度传感器可以避免与加热高频电磁波的互相干扰,但仍不能得到温度分布[1]。       
无创测温测量方法大致有微波测量,核磁共振测量,电阻抗法测量和超声测量等四种类型。微波法的探测深度极限约为4CM,且深层的的分辨率明显降低；核磁共振法有很好的线性关系,且对不同的组织不太敏感,因而是一种有前途的方法,但成本太高,活组织有较高的电阻率温度系数(约2%),但电阻抗法尚需要一系列的基础研究(包括理论依据),且与微波法一样,对组织中血液的变化很敏感,甚至可能掩盖热疗中的温度变化。超声法的信息依据通常分别基于声速的温度相关性,声衰减系数的温度相关性和超声非线性参数B/A的温度相关性,如果能精确测得加热前后这些声学特性的变化就能实现超声测温,相比之下,使用超声测温有如下主要优点：相对低的成本,能实时进行数据采集和处理,有较深的人体穿透能力和较高的时空分辨率。
超声热疗是治疗肿瘤的有效方法之一，但需要准确地测温和控温，目前临床
上还没有十分有效的无损测温的方法。超声测温由于其无损性等多种优点，在肿
瘤热疗中具有重要的意义。
1.4  本文研究的内容
近年来研究者们提出多种超声无损测温技术，这些技术大多基于对反射超声进行分析，也有研究利用透射超声或超声图像的，还有的研究着重于用有限元法解生物热传导方程。但是现在关于图像分析的温度监测方法的研究很少，这方面的实际研究实验等很少，相关实验数据不够充分，并且即使进行试验，生物体的生理参数、化学参数、物力参数十分冗杂，测量不易，很难建立全面的，囊括各种组织参数的数据库，而要想结果越精确，所需要的参数就越多，因而要想把这种方法应用到实际临床中还有很多研究要做。
本文在其他超声图像研究的基础上[2]，利用了超声图像灰度值与温度之间相关性的结论，通过对不同的组织不同对待，采用不同的拟合方程进行运算，可以达到对温度的区域性监测。
本方法采用了计算机对超声图像中胃窦的自动分割算法，然后用纹理识别的方法进行自动识别，得出组织的类型，就可以实现对组织的温度监测。此方法具有成本低，监测区域大，应用方便，监测结果直观等优点。