肿瘤超声热疗包括温热疗法(Hyperthermia)和高强度聚焦超声(HIFU)治疗。HIFU治疗肿瘤时,对组织温度的监控不像温热疗法那样严格,但是为了避免正常组织被烧伤,也需要对组织温度进行监控。当前主要的无损测温方法有:用X-RAY CT测定组织参数随温度变化的关系、核磁共振(NMR)、电阻抗成像法(EIT)等。超声无损测温以其对人体危害小、抗电磁干扰强等优点,被认为是最有应用前景的一种方法。生物组织中的声速随温度变化非常明显,这一结果常被用来变换到时域或频域来无损提取生物组织内的温度。本文基于生物组织离散随机起伏介质模型,从时移的角度,利用信号处理技术中的互相关函数分析方法,计算超声散射回波信号的时间延迟,通过分析超声散射回波峰值的时间延迟和组织温度的关系,提取生物组织的温度信息。
1 测温原理
基于随机起伏介质的生物组织超声散射模型的理论认为:人体是个复杂的非均匀体,人体内介质有一定随机起伏的特性。在超声脉冲波的扫描下,由于组织中声速和密度的随机不均匀起伏而导致的超声入射波的散射。在该模型下,长度为l(T)的生物组织,当声波以速度c(T)传播时,所需的时间为:
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