臺灣博碩士論文加值系統

超音波應變影像已被證實可用於熱治療中之溫升估測或彈性變異估測，因此有潛力對熱燒灼作監控。然而此二種估測技術各有瓶頸，如溫度估測易遭遇到聲速對溫度之變化之非線性影響以及熱膨脹因素造成溫度估測不準確，以及彈性估測時之特定性差還有必須術後評估等。本研究之目的在於整合超音波溫度影像估測與超音波彈性影像評估聚焦式超音波熱燒灼治療與燒灼焦斑估測的可行性。實驗中藉由一個聚焦式超音波換能器，使用不同功率對於離體組織進行熱燒灼，並以超音波成像系統利用互相關分析法做溫度及彈性估測。實驗後並將組織做樣本切片，並將燒灼後變性的區域大小，經量測後與兩種技術所估測面積作比較。實驗數據顯示，整合超音波溫度影像及超音波彈性影像，能降低面積估測的誤差。結果說明以超音波彈性影像於聚焦式超音波熱燒灼產生的焦斑估計與量測具可行性。未來研究方向亦可應用此分析技術監控其他燒灼術之有效燒灼區域。

Ultrasonic strain imaging has been shown to be effective in temperature change or elasticity change estimation and therefore is valuable for monitoring of thermal ablation process. However, temperature estimation encounters highly temperature-to-sound speed nonlinearity and irreversible thermal expansion, and elasticity estimation encounters low specificity and the strain can be only detected after the thermal ablation process. The purpose of this study is to integrate of ultrasonic temperature-change and elasticity-change to monitor high-intensity focused ultrasound thermal ablation process. A 2-MHz focused ultrasound transducer was employed to produce the thermal lesion ex-vivo. An ultrasound imaging system was employed to acquire RF data for post-processing based on a cross-correlation analysis technique. Estimated thermal lesion size was then quantified and then compared histologically. Preliminary results demonstrate that temperature estimation can be beneficial in the monitoring of the entire heating process and improve the specificity of thermal lesion detection. Moreover, the integration of lesion size determination can improve the thermal lesion size determination electrographic information.

目錄
指導教授推薦書 i
口試委員會審定書 ii
長庚大學博碩士論文著作授權書 iii
國家圖書館博碩士電子檔案上網授權書 iv
誌謝 v
中文摘要 vi
Abstract vii
目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 論文架構介紹 3
第二章 基礎理論與方法 5
2.1 超音波回波原理 5
2.2 應力造成超音波偏移的應變估測 5
2.3 互相關分析法應用於應變的估測 7
2.4 互相關分析法應用於應變的估測之數值實現 9
2.5 應變估測應用於超音波溫度量測 11
2.6 應變估測應用於超音波彈性估測 18
2.7 整合溫度與彈性影像對熱治療之監控 20
第三章 系統整合與實驗 22
3.1 理論分析 22
3.2 實驗目的 22
3.3 實驗架構 23
3.4 實驗儀器與設備 24
3.5 實驗流程 26
3.6 實驗步驟 28
3.7 溫度與聲速變化量測 28
3.7.1 實驗架構 28
3.7.2 實驗步驟 30
3.8 面積量測 30
3.8.1 溫度影像面積量測 30
3.8.2 彈性影像面積量測 32
3.8.3 整合溫度彈性面積量測 33
3.8.4 切片組織面積圈選與量測 34
第四章　實驗結果 35
4.1 聲速與溫度變化關係 35
4.2 演算法估測之結果 36
4.2.1 超音波溫度估測 36
4.2.2 超音波彈性估測 39
4.3 不同功率之溫度與彈性估測 41
4.3.1 5w燒灼結果 41
4.3.2 15w燒灼結果 44
4.3.3 25w燒灼結果 46
4.4 面積比較 48
4.5 利用不同加溫時間篩選彈性影像－面積比較 50
4.5.1 彈性影像面積 50
4.5.2 溫度影像面積 51
4.5.3 整合影像面積 52
第五章 結論與未來展望 54
5.1 結論 54
5.2 未來展望 55
參考文獻 56



圖目錄
圖2.1 Cross-correlation分析運算原理 9
圖2.2 訊號分析：(a)偏移前後超音波回波訊號、(b、c)片段訊號、（d、e）相對應片段互相關分析結果：相位偏移量測 10
圖2.3 溫度對組織超音波訊號改變示意圖 14
圖2.4 回波訊號相位變化分布圖 15
圖2.5 相位變化速率分布圖 16
圖2.6 相同彈簧模型：（a）壓縮前狀態；(b)壓縮後狀態；(c)應變表示圖 18
圖2.7 串連一不同彈性係數之彈簧。（a）壓縮前狀態；（b）壓縮後狀態；（c）應變表示圖；觀察應變軟性彈簧與硬彈簧的應變 19
圖2.8 B-mode影像：(a)15w燒灼前；(b)15w燒灼後 21
圖2.9 結合超音波溫度與彈性成像監測HIFU燒灼之概念圖 21
圖3.1 實驗系統架構圖 23
圖3.2 實驗平台 24
圖3.3 高能聚焦式超音波換能器 24
圖3.4 超音波影像系統 25
圖3.5 實驗儀器:(a)寬頻放大器(b)多功能訊號產生器;; (c)多點溫度控制記錄器; (d)電腦端控制平台 26
圖3.6 實驗流程圖 27
圖3.7 訊號輸出與存取示意圖 27
圖3.8 超音波脈衝產生器與波型產生器 29
圖3.9 波速量測實驗之架構圖 29
圖3.10 (a) B-mode原始大小圖像、(b)擷取興趣區間(ROI) 31
圖3.11 (a)溫度評估影像、(b)擷取溫度影像(T-ROI)、(c)圈選加熱至攝氏55℃以上面積、(d) 選加熱至攝氏40℃以上之面積 32
圖3.12 彈性影像面積估測：(a)彈性評估影像、(b)擷取彈性影像(E-ROI)、(c)圈選應變值比為0.15、(d) 圈選應力比值為0.10
33
圖3.13 彈性影像與溫度影像整合之面積估測；(a)溫度影像篩選面積；(b)彈性影像篩選面積；(c)溫度與彈性篩選面積 33
圖3.14 切片面積估測圖：(a)比例較正；(b)面積圈選；(c)面積計算 34
圖4.1 溫度對聲速關係圖 35
圖4.2 影像超音波所擷取出的b-mode影像 36
圖4.3 A-line 射頻訊號 37
圖4.4 溫度影像訊號處理流程 37
圖4.5 二維相位累積影像示意圖 38
圖4.6 二維溫度估測影像：(a)加熱後3秒；(b)加熱後15秒；(c)加熱後30秒及(d)加熱後60秒 39
圖4.7 時間偏移圖 40
圖4.8 彈性影像示意圖 41
圖4.9 功率5w升溫溫度評估圖。(a)燒灼前B-mode影像；(b)燒灼後B-mode影像；(c)加熱3秒；(d)加熱15秒；(e)加熱30秒；(f)加熱45秒；(g)加熱60秒，代表加熱結束時間；(h)彈性影像；(i)組織切片圖 42
圖4.10 功率5w降溫溫度評估圖：(a)降溫3秒；(b)降溫30秒；(c)降溫60秒；(d) 降溫90秒；(e) 降溫120秒，代表流程結束時間。 43
圖4.11 功率15w升溫溫度評估圖。(a)燒灼前B-mode影像；(b)燒灼後B-mode影像；(c)加熱3秒；(d)加熱15秒；(e)加熱30秒；(f)加熱45秒；(g)加熱60秒，代表加熱結束時間；(h)彈性影像；(i)組織切片圖 45
圖4.12 功率15w降溫溫度評估圖：(a)降溫3秒；(b)降溫30秒；(c) 降溫60秒；(d) 降溫90秒；(e) 降溫120秒，代表流程結束時間 46
圖4.13 功率25w升溫溫度評估圖。(a)加熱3秒；(b)加熱15秒；(c)加熱30秒；(d)加熱45秒；(e)加熱60秒，代表加熱結束時間；(f)彈性影像；(g)組織切片圖 47
圖4.14 功率25w降溫溫度評估圖。(a)降溫3秒；(b)降溫30秒；(c) 降溫60秒；(d) 降溫90秒；(e) 降溫120秒 48
圖4.15 彈性估測面積與實際面積比較圖 50
圖4.16 不同時間溫度估測面積與實際面積比較圖。(a)加熱第9秒面積估測；(b)加熱第15秒面積估測；(c)加熱第30秒面積估測 50
圖4.17 利用不同時間整合影像與實際面積比較圖。(a)整合第9秒面積估測；(b)整合第15秒面積估測；(c)整合第30秒面積估測 51
圖4.18 第15秒整合與綜合比較圖 52

參考文獻
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