超声波穿颅聚焦图像的模拟方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及超声波经颅治疗领域，尤其涉及一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、超声波经颅聚焦(transcranial focused ultrasound，简称tcfus)技术是一种利用超声波穿透颅骨并集中在特定脑区产生热效应的神经调控技术。该技术的发明背景涉及以下几个方面：

2、1.神经疾病治疗需求：神经疾病如帕金森病、癫痫等在临床上广泛存在，传统的治疗方法如药物治疗和手术切除存在一定的局限性。因此，需要寻求一种更加精准、非侵入性且可调控的治疗方式。

3、2.超声波技术发展：随着超声波技术的不断进步和成熟，人们开始尝试将其应用于神经调控领域。超声波具有穿透力强、无辐射、可调控性好等优势，成为一种有潜力的神经调控手段。

4、3.颅骨透射技术突破：颅骨作为一种障碍物，对超声波的传播具有一定的限制。然而，通过改进超声波传导途径、优化聚焦技术，科研人员逐渐克服了这一难题，使得超声波能够精确聚焦在脑部特定区域。

5、综上所述，超声波经颅聚焦技术的发明背景是基于对神经疾病治疗需求的探索和对超声波技术以及颅骨透射技术的突破。该技术的应用为神经调控提供了一种新的可能性，并在临床实践中得到了广泛研究和应用。

6、目前国内外均未有可用于临床的超声波经颅聚焦的设备，主要用于实验阶段，国外目前有对应的实验样机和软件，对应实验的软件主要用于模拟超声波经过头颅聚焦的仿真模拟，现有资料只有效果展示，国内并没有此类软件算法的开发，因此国内在此领域处于空白阶段。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法、装置、设备及介质，通过模拟超声波经过头颅后的效果，达到根据仿真结果确定超声波探头摆放位置的目的。

2、根据本发明说明书的一方面，提供一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法，包括：

3、获取头骨二维图像；

4、根据所述头骨二维图像的像素，设定不同介质的声速、密度及吸收率；

5、模拟探头产生超声波，获取超声波经过不同介质后产生的波形和声压，形成超声波模拟图像；

6、将所述超声波模拟图像与mri图像叠加，得到超声波在头骨内的焦点位置。

7、上述技术方案通过模拟探头产生的声源实时模拟计算出经过不同介质后产生的波形和声压，可以直观的看到产生的焦点位置；并且，开创性的采用头骨二维图像的像素颜色来设定介质声速、密度和吸收率，从而起到模拟现实超声波经颅聚焦的效果。

8、作为进一步的技术方案，还包括：

9、获取头骨mri图像；

10、将所述头骨mri图像输入训练好的深度学习模型，输出伪ct图像作为头骨二维图像。

11、作为进一步的技术方案，还包括：将所述头骨二维图像网格化，得到若干网格，每一网格对应一像素值。

12、作为进一步的技术方案，还包括：在网格点像素值处于第一预设范围时，将对应网格点设为头骨区域；在网格点像素值处于第二预设范围时，将对应网格点设为组织区域。

13、作为进一步的技术方案，还包括：根据每个网格的像素值，设定介质参数。

14、作为进一步的技术方案，还包括：设定所有网格均为接收器。

15、作为进一步的技术方案，还包括：以探头中轴线为基准将探头二维化，得到对应七段线的模拟声源，所述模拟声源的左右线段的激发时间相同。

16、根据本发明说明书的一方面，提供一种超声波穿颅聚焦图像的模拟装置，包括：

17、获取模块，用于获取头骨二维图像；

18、介质设定模块，用于根据所述头骨二维图像的像素，设定不同介质的声速、密度及吸收率；

19、模拟模块，用于模拟探头产生超声波，获取超声波经过不同介质后产生的波形和声压，形成超声波模拟图像；

20、图像叠加模块，用于将所述超声波模拟图像与mri图像叠加，得到超声波在头骨内的焦点位置。

21、作为进一步的技术方案，所述获取模块，还用于：

22、获取头骨mri图像；

23、将所述头骨mri图像输入训练好的深度学习模型，输出伪ct图像作为头骨二维图像。

24、根据本发明说明书的一方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的计算机程序，其中所述计算机程序被所述处理器执行时，实现所述的一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法的步骤。

25、根据本发明说明书的一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法的步骤。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

27、本发明通过模拟探头产生的声源实时模拟计算出经过不同介质后产生的波形和声压，可以直观的看到产生的焦点位置；并且，开创性的采用头骨二维图像的像素颜色来设定介质声速、密度和吸收率，从而起到模拟现实超声波经颅聚焦的效果。

28、本发明通过超声波经颅仿真来模拟超声波经过头颅后的效果，并根据仿真结果确定超声波探头摆放位置，便于操作者可以将超声波聚焦点位设定到指定区域，填补国内在此方向上的空白。

技术特征：

1.一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法，其特征在于，还包括：将所述头骨二维图像网格化，得到若干网格，每一网格对应一像素值。

4.根据权利要求3所述一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法，其特征在于，在网格像素值处于第一预设范围时，将对应网格划分为头骨区域；在网格像素值处于第二预设范围时，将对应网格划分为组织区域。

5.根据权利要求4所述一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法，其特征在于，还包括：根据每个网格的像素值，设定介质参数。

6.根据权利要求3所述一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法，其特征在于，还包括：设定所有网格均为接收器。

7.根据权利要求1所述一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法，其特征在于，还包括：以探头中轴线为基准将探头二维化，得到对应七段线的模拟声源，所述模拟声源的左右线段的激发时间相同。

8.一种超声波穿颅聚焦图像的模拟装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的计算机程序，其中所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1至7中任一项所述的一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7中任一项所述的一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法的步骤。

技术总结
本发明公开一种超声波穿颅聚焦图像的模拟方法、装置、设备及介质，方法包括：获取头骨二维图像；根据所述头骨二维图像的像素，设定不同介质的声速、密度及吸收率；模拟探头产生超声波，获取超声波经过不同介质后产生的波形和声压，形成超声波模拟图像；将所述超声波模拟图像与MRI图像叠加，得到超声波在头骨内的焦点位置。本发明通过模拟探头产生的声源实时模拟计算出经过不同介质后产生的波形和声压，可以直观的看到产生的焦点位置；并且，开创性的采用头骨二维图像的像素颜色来设定介质声速、密度和吸收率，从而起到模拟现实超声波经颅聚焦的效果。

技术研发人员：孙聪,蔡胜安,何利斌,葛康,陈志文,蔡宇霄,张正飞,曾瑞,邹峻
受保护的技术使用者：武汉资联虹康科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24