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肿瘤是当今危害人民健康的最严重的疾病之一,但现有的治疗方法如外科手术、放疗、化疗等存在复发率高、副作用大等问题,因此近年来微创乃至无创治疗肿瘤的方式备受关注。高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound,HIFU)治疗肿瘤是将超声波聚焦到体内组织的病灶区域形成局部热能量,这种热能量可使病灶区域组织温度瞬间达到65 C,从而使病灶组织产生不可逆的凝固性坏死。为了保证HIFU治疗的精确性和安全性,需要对HIFU治疗过程进行影像监控。目前临床上主要采取B超成像的实时监控方法,但B超图像的灰度值大小不能反映实际组织损伤程度。本文对HIFU治疗中三种超声监控成像算法:弹性成像、Nakagami参量估计成像和背向散射积分成像进行研究和优化,提高了监控图像质量和损伤区域监测的准确性,具体内容如下:(1)在弹性成像研究中,本文首先在COMSOL软件上通过生物力学分析将组织的硬度与位移/应变建立关系,运用该关系对损伤进行超声弹性监控成像。通过硬芯仿体实验和HIFU辐射牛肝实验研究并优化了传统的弹性成像算法,实现了一种基于数据预处理和弹性成像后处理相结合的弹性成像方法来估计组织的弹性分布。这种优化后的算法很大程度上能够正确反映组织内部硬度信息,从而监测出组织中的损伤区域。(2)在Nakagami参量估计成像研究中,首先通过Field II仿真了两种损伤模型,然后运用仿真模型数据对Nakagami参量估计成像进行研究,分析对比了回波信号对数压缩前、后对Nakagami参量估计成像的影响。本文实现的基于金字塔的Nakagami参量估计成像算法是对传统Nakagami参量估计成像算法的优化。将该优化算法和传统的Nakagami参量估计成像算法分别通过仿真模型数据和HIFU辐射牛肝实验数据进行成像并对结果加以对比。结果表明这种优化算法得到的监测图像提高了损伤与组织区域的对比度、突出了损伤区域的轮廓信息并且更能直观的观察到损伤情况。(3)在背向散射积分成像研究中,首先通过HIFU辐照牛肝实验分别研究了背向散射积分成像和数字减影成像。比较了数字减影成像中常见的三种方法得出平方差值求和(SSD)方法抗噪效果较强的结论。将背向散射积分与SSD方法相结合后的背向散射积分减影成像算法用于对HIFU辐照牛肝实验数据进行损伤监测,并分析了影响背向散射积分减影成像效果的因素。最后将背向散射积分减影成像得到的损伤区域结果进行彩色编码后叠加到B超图像上以便于对损伤情况的观察。结果表明得到的背向积分减影成像结果降低了组织背景的噪声影响,突出了损伤区域的位置和形状。本文主要是从不同的监控成像原理出发对弹性成像、Nakagami参量估计成像和背向散射积分成像三种超声监控成像方式进行研究和优化,多角度的提高监控图像的质量和损伤区域监测的准确性,可为精准的HIFU治疗提供参考。