一种仰卧体位压迫乳房成像方法与流程

本发明属于微波成像技术领域，涉及一种微波乳房内肿瘤成像方法。

背景技术：

乳腺癌对女性生命健康威胁很大，手术治疗是国际上根治乳腺癌的通用方法。早发现早手术被认为是提高乳腺癌治愈率、防止乳腺癌复发的有效手段。但是，面对小尺寸肿瘤，医生手术时往往无法确定肿瘤的准确位置，只能扩大手术创口，在一定范围内寻找肿瘤。过大的创口极大地削弱了患者术后恢复力，患者抵抗肿瘤复发的能力大大减弱，导致手术无法达到预期目的，降低了手术效费比。因此，乳房内肿瘤手术实时检测变得非常重要，现有的乳房检测手段如核磁共振、x射线、超声等因其设备体积、射线伤害、图像不直观等因素无法作为有效的手术实时检测设备。超宽带微波乳房内肿瘤成像技术因其设备体积小，价格低廉，长时间使用对人体无伤害等诸多优点有望成为手术实时检测设备。微波乳房内肿瘤成像主要基于雷达近场成像原理，微波信号经发射天线入射至乳房内，由于肿瘤同正常组织存在介电特性差异，入射信号遭遇肿瘤后的反射信号可携带差异信息并最终被接收天线接收。这种差异信息经信号处理后，可以显示肿瘤位置。

技术实现要素：

本发明提供一种处于手术仰卧体位的乳房内肿瘤成像方法，技术方案如下：

一种仰卧体位压迫乳房成像方法,人体处于仰卧体位时，使用平板阵列天线压置于乳房表面，在乳房皮肤近似平面的情况下，寻找位于阵列天线正下方的肿瘤准确位置，方法如下：

1)选用乳房mri影像图组进行乳房受压迫建模，对于乳房边界低于压缩面的列像素进行向上压缩处理，设某列像素起始点为空气中的a点，终止点为胸腔内的c点，压缩终点置为b点，对该列像素ac段上的所有像素点进行移位处理，使ac段上像素点压缩至bc段内，对每列像素进行压缩处理后，对mri影像图进行适当的横向展宽后完成整个压缩过程；

2)对mri影像图组的每一张图都进行上述压缩处理，每张图的皮肤压缩终点都选取同一位置c点，将所有压缩后的图按顺序叠放、通过像素点灰度映射导出乳房受压迫的三维模型；

3)对于乳房进行仿真成像时，先对不含肿瘤的乳房模型进行一次仿真检测，再对含肿瘤的乳房模型进行一次仿真检测。两次检测信号相减获取纯肿瘤响应信号

4)利用共焦成像算法将纯肿瘤响应信号共焦处理。

附图说明

图1乳房压迫建模的mri图像处理示意图

图2受压迫的乳房mri图像

图3受压迫的乳房模型示意图

图4患者仰卧体位受压迫乳房模型切片图

图5患者仰卧体位乳房模型内肿瘤成像图

具体实施方式

仰卧时，乳房因其自身的多脂肪结构在重力的作用下会趋向于平坦。此时，肿瘤距离乳房皮肤距离减小，距离减小将导致阵列天线聚焦性能大幅度下降，阵列天线适当压迫乳房即能保障天线聚焦成像的性能达标，又能保证乳房皮肤被有效压成平面，便于阵列天线同乳房皮肤紧密接触。具体方案如下：

仿真实验使用乳房mri影像图组进行乳房受压迫建模。如图1所示对于乳房边界低于压缩面的列像素进行向上压缩处理。设某列像素起始点为a点(空气)，终止点为c点(胸腔)，压缩终点置为b点。对该列像素ac段上的所有像素点进行移位处理，使ac段上像素点压缩至bc段内。对每列像素进行压缩处理后，对mri影像图进行适当的横向展宽后完成整个压缩过程，如图2所示。

对mri影像图组的每一张图都进行上述压缩处理。每张图的皮肤压缩终点都选取同一位置c点。将所有压缩后的图按顺序叠放、通过像素点灰度映射导出乳房受压迫的三维模型，如图3所示。

图3中皮肤表面圆点表示超宽带阵列天线的位置，本仿真成像共使用32个超宽带天线，天线环形排布在皮肤平面上，中间空出乳头的位置。每个天线即可作为发射天线，也可作为接收天线使用，信号经某一发射天线发出后，发射天线位置被记录，同时接收反射信号的天线位置也被记录，两个位置代入共焦成像算法的公式(1)中，使信号共焦。乳房模型经过轻度压缩，压缩比约为26％。经压缩后，患者乳房模型在横向上有所增大，乳房皮肤被压缩为一个平面。半径为2mm的球形肿瘤模型被放置在乳房内x＝22mm,y＝73mm,z＝50mm位置处，肿瘤位置如图4所示。进行成像仿真时，首先使用有肿瘤乳房模型进行超宽带检测，获得接收信号。然后，使用不带有肿瘤的乳房模型再进行一次检测获取参考信号。用有肿瘤情况下的接收信号减去无肿瘤情况下的参考信号获取纯肿瘤响应。

使用公式(1)～(3)所示的共焦成像算法将信号共焦处理：

其中i代表成像区域共焦点r处的像素强度，rm代表发射天线的位置是m点，rn代表接收天线的位置是n点，τ代表肿瘤信号从rm点处发射天线发出经共焦点r再到达rn点处接收天线的总传播时间，v代表信号在乳房模型内平均传播速度，c代表光速，εfat表示乳房内脂肪的介电常数。

图5给出了仰卧体位乳房模型内肿瘤成像仿真结果图。成像结果显示肿瘤位置为x＝16mm，y＝72mm，z＝49mm，同预设的肿瘤位置相符合。可以看出，在受阵列天线轻度压迫下，受压迫的乳房仍可接受超宽带微波检测并正确成像，成像位置较准确。在俯视乳房的情况下，在俯视平面的两个方向肿瘤成像偏差(y向和z向，而x向表示肿瘤深度)仅为1mm，非常准确地定位了乳腺肿瘤在体内位置，而手术下刀一般向下碰触肿瘤即可，所以肿瘤深度(x向)偏差为6mm对手术影响非常小。

综上，在乳房受压迫的情况下，即使肿瘤距离阵列天线较近的情况下，肿瘤成像位置在俯视平面十分准确，对于增强手术下刀准确性，减小创口具有重要意义。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种仰卧体位压迫乳房成像方法,方法如下：选用乳房MRI影像图组进行乳房受压迫建模，对于乳房边界低于压缩面的列像素进行向上压缩处理，对每列像素进行压缩处理后，对MRI影像图进行适当的横向展宽后完成整个压缩过程；对MRI影像图组的每一张图都进行上述压缩处理，每张图的皮肤压缩终点都选取同一位置C点，将所有压缩后的图按顺序叠放、通过像素点灰度映射导出乳房受压迫的三维模型；对于乳房进行仿真成像时，先对不含肿瘤的乳房模型进行一次仿真检测，再对含肿瘤的乳房模型进行一次仿真检测。两次检测信号相减获取纯肿瘤响应信号；利用共焦成像算法将纯肿瘤响应信号共焦处理。

技术研发人员：肖夏;王梁
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2017.05.11
技术公布日：2017.09.29