CN114533247A - 一种基于光声成像引导的三维磁热控制方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光声成像引导的三维磁热控制方法，涉及图像处理技术领域，主要包括步骤：获取注射装置将纳米探针注入目标检测物后的确认信号；根据确认信号控制激光探头激发目标检测物中的纳米探针，并基于光声成像获得目标检测物的光声图像；根据光声图像提取目标检测物中的初始目标区域；根据初始目标区域光声图像的图像参数和预设参数对照表，获取图像参数所对应的初始参数；根据当前参数调整目标区域内作用在纳米探针各方向上的磁场，并基于磁热效应对当前目标区域进行热消融。本发明基于光声成像对三维磁热效应进行引导，将光声成像和磁热效应相结合，实现了高精度、高灵敏度的坐标级控制。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种基于光声成像引导的三维磁热控制方法与系统。
背景技术
与可特异性富集在异常生物组织的具有磁热效应的纳米材料探针配合使用，在高频交变磁场(AMF)下，通过Neel-Brownnian弛豫转换为热能，提高局部生物组织的组织温度诱导细胞死亡。其相较于物理手段的异常生物组织剔除，优势在于没有刺穿深度的限制。但也存在一定的劣势，例如作用面积广、精度低且灵敏度低。此外如果没有实时检测手段，在实际操作过程中需要依赖于操作者自身的主观经验，对于新手来说上手难度较大。
因此，如何提高磁热的精度与灵敏度，同时降低对操控人员经验的硬性要求，使其拥有更高的普及率，就是本发明所要解决的问题。
发明内容
针对上述问题，为了更好的将磁热运用到异常生物组织消除的场景，本发明提出了一种基于光声成像引导的三维磁热控制方法，包括步骤：
S1：获取注射装置将纳米探针注入目标检测物后的确认信号；
S2：根据确认信号控制激光探头激发目标检测物中的纳米探针，并基于光声成像获得目标检测物的光声图像；
S3：根据光声图像提取目标检测物中的初始目标区域；
S4：根据初始目标区域光声图像的图像参数和预设参数对照表，获取图像参数所对应的初始参数；
S5：根据当前参数调整目标区域内作用在纳米探针各方向上的磁场，并基于磁热效应对当前目标区域进行热消融。
进一步地，所述初始参数包括各方向上的磁场强度、各方向上的磁场作用距离、磁热作用时间、预设温控范围和相应的预期效果。
进一步地，所述S5步骤中，对于磁场的调整具体包括如下步骤：
S5a：判断当前目标区域各坐标点的温度是否处于预设温控范围内，若是，保持当前各方向上的磁场强度，若否，通过调整作用在纳米探针各方向上的磁场强度对异常坐标点处的温度进行调整；
S5b：判断当前热消融区域相较于目标区域是否发生范围偏移，若否，保持当前各方向上的磁场作用距离，若是，通过调整作用在纳米探针各方向上的磁场作用距离调整当前热消融区域的范围。
进一步地，所述S5步骤之后还包括步骤：
S6：获取当前状态下目标检测物的光声图像，并根据光声图像提取目标检测物中的实时目标区域；
S7：判断当前热消融后实时目标区域的图像参数是否满足预期效果，若是，关闭激光探头，若否，返回S5步骤。
本发明还提出了一种基于光声成像引导的三维磁热控制系统，包括：
注射平台，用于放置目标检测物，并在为目标检测物注射纳米探针后反馈确认信号至激光发生器；
激光发生器，用于根据确认信号控制激光探头激发目标检测物中的纳米探针；
成像显示器，用于根据光声成像原理，获取纳米探针激发后目标检测物的光声图像；
区域划分模块，用于根据光声图像提取目标检测物中的初始目标区域；
参数设定模块，用于根据初始目标区域光声图像的图像参数和预设参数对照表，获取图像参数所对应的初始参数；
磁热发生器，用于根据当前参数调整目标区域内作用在纳米探针各方向上的磁场，并基于磁热效应对当前目标区域进行热消融。
进一步地，所述初始参数包括各方向上的磁场强度、各方向上的磁场作用距离、磁热作用时间、预设温控范围和相应的预期效果。
进一步地，所述参数设定模块中还包括参数调校单元，
用于在当前目标区域各坐标点的温度处于预设温控范围外时，通过调整作用在纳米探针各方向上的磁场强度对异常坐标点处的温度进行调整；
还用于在当前热消融区域相较于目标区域发生范围偏移时，通过调整作用在纳米探针各方向上的磁场作用距离调整当前热消融区域的范围。
进一步地，所述：
区域划分模块，还用于获取当前状态下目标检测物的光声图像，并根据光声图像反馈目标检测物中的实时目标区域；
激光发生器，还用于当前热消融后实时目标区域的图像参数满足预期效果后关闭激光探头。
进一步地，磁热控制过程中成像显示器实时进行光声图像的成像显示。
与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种基于光声成像引导的三维磁热控制方法与系统，基于光声成像对三维磁热效应进行引导，从而实现高精度、高灵敏度的坐标级控制；
(2)将光声成像和磁热效应相结合，实现对磁热效应的智能化操控，降低操控人员自身的经验要求，更有助于相关应用的推广。
附图说明
图1为一种基于光声成像引导的三维磁热控制方法的方法步骤图；
图2为一种基于光声成像引导的三维磁热控制系统的系统结构图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
对于磁热效应的操控不理想，导致其难以很好的运用于异常生物组织的热消融处理，这其中的关键问题就在于没有很好的数据引导。现有对于磁热处理的调节方法，仅仅是依托于操控人员的自身经验，因此常常容易陷入主观认知误导，导致实际操控中的效果并不理想。因此，如何实现对磁热效应的精确引导，使其能够根据客观准确的数据进行合理的强度、范围调整，就是本发明所要解决的问题。基于上述问题，本发明提出了通过光声成像来对磁热效应进行引导的这么一个方案，如图1所示，本发明提出了一种基于光声成像引导的三维磁热控制方法，包括步骤：
S1：获取注射装置将纳米探针注入目标检测物后的确认信号；
S2：根据确认信号控制激光探头激发目标检测物中的纳米探针，并基于光声成像获得目标检测物的光声图像；
S3：根据光声图像提取目标检测物中的初始目标区域；
S4：根据初始目标区域光声图像的图像参数和预设参数对照表，获取图像参数所对应的初始参数；
S5：根据当前参数调整目标区域内作用在纳米探针各方向上的磁场，并基于磁热效应对当前目标区域进行热消融。
需要了解的是，光声成像是一种依托于生物体组织对光的吸收分布，来实现组织结构无损成像的方法。当脉冲激光照射到生物组织中时，生物组织的光吸收域将产生超声信号，我们称这种由光激发产生的超声信号为光声信号。而生物组织产生的光声信号携带了组织的光吸收特征信息，通过探测光声信号就能够重建出生物组织中的光吸收分布图像，也即是光声图像。光声成像结合了纯光学生物组织成像中的高选择特性和纯超声生物组织成像中的深穿透特性两个优点，因此可以得到高分辨率、高对比度的生物组织图像，从原理上避开了光散射对成像的影响，突破了高分辨率光学成像的深度“软极限”(～1mm)，可实现50mm的深层活体内组织成像。
基于光声成像的上述成像特性，可以看出光声成像非常适用于对生物内组织的成像获取，能在避免对生物组织造成破坏的前提下，还能够获得高质量的生物组织图像。因此，本发明选用光声成像技术作为磁热效应的方向引导手段。为了将光声成像更好的运用到生物组织内成像上，本发明通过选用具有光声成像性质的磁热纳米材料进行纳米探针的制作，利用探针的光声成像性质辅助生物组织成像，从而更为容易的进行生物组织内光声成像的获取。而在获得目标检测物的光声信号后，经过相应转换，以及信号处理(如放大、滤波、数模信号转换等)，即可重建获得目标检测物内存在组织差异性区域(通过比较纳米探针注入目标检测物前后的图像像素差进行提取)的三维光声图像，也即是初始目标区域。
在确定所需要进行磁热处理的初始目标区域后，就可根据初始目标区域光声图像的图像信息进行初始目标区域内生物组织异变程度的判断，并根据异变程度从预设参数对照表中选取当前状态下磁热效应所需的预设参数。其中，预设参数对照表是根据历史实验数据所创建的。在预设参数对照表中，包括不同异变程度在磁热处理过程中所需要的各方向上磁场强度、磁场作用距离，以及磁热作用时间、温控范围和与其效果。
在实际磁热处理的过程中，由于目标检测物并非处于完全静止状态，不可避免的会发生一些移动，因此在磁热处理过程中，需要时刻根据当前目标区域的移动进行磁场的实时范围调整(包括x、z、y方向，也即是立体的作用范围调整)。所以，在S5步骤中，对于磁场的调整包括：
S5b：判断当前热消融区域相较于目标区域是否发生范围偏移，若否，保持当前各方向上的磁场作用距离，若是，通过调整作用在纳米探针各方向上的磁场作用距离调整当前热消融区域的范围。
通过对磁场作用距离的实时调整，保证实际的热消融区域能够有效的覆盖住整个初始目标区域，从而实现磁场作用范围的精确调整。
而由于目标检测物的组织成分不同，其往往具有不同的物理特性，因此其对于磁热的应激反应程度并不是一致的，更为直观的反应就是加载磁场后所产生的温度不同。而温度达不到温控所要求的范围就难以对异常生物组织产生有效的热消融，因此，在S5步骤中，对于磁场的调整还包括：
S5a：判断当前目标区域各坐标点的温度是否处于预设温控范围内，若是，保持当前各方向上的磁场强度，若否，通过调整作用在纳米探针各方向上的磁场强度对异常坐标点处的温度进行调整。
通过对磁场作用强度的实时调整，保证实时目标区域内的温度能够始终处于预设温控范围内，从而实现磁场作用强度的精确调整。
需要注意的是，在磁热处理过程中，目标区域内生物组织的异变程度是实时变化的，为了避免过度热消融对正常生物组织的破坏，在S5步骤之后还包括步骤：
S6：获取当前状态下目标检测物的光声图像，并根据光声图像提取目标检测物中的实时目标区域；
S7：判断当前热消融后实时目标区域的图像参数是否满足预期效果，若是，关闭激光探头，若否，返回S5步骤。
而为了方便操作人员能够实时了解目标区域的热消融进度，实现成像与磁热处理的交互闭环，在磁热控制过程中会实时的进行光声图像成像显示，从而可以在机器判断失误时，通过人为介入对磁热效应的作用距离和强度进行调整。
实施例二
为了更好的对本发明的技术内容进行理解，本实施例通过系统结构的形式来对本发明进行阐述，如图2所示，一种基于光声成像引导的三维磁热控制系统，包括：
注射平台，用于放置目标检测物，并在为目标检测物注射纳米探针后反馈确认信号至激光发生器；
激光发生器，用于根据确认信号控制激光探头激发目标检测物中的纳米探针；
成像显示器，用于根据光声成像原理，获取纳米探针激发后目标检测物的光声图像；
区域划分模块，用于根据光声图像提取目标检测物中的初始目标区域；
参数设定模块，用于根据初始目标区域光声图像的图像参数和预设参数对照表，获取图像参数所对应的初始参数；
磁热发生器，用于根据当前参数调整目标区域内作用在纳米探针各方向上的磁场，并基于磁热效应对当前目标区域进行热消融。
进一步地，初始参数包括各方向上的磁场强度、各方向上的磁场作用距离、磁热作用时间、预设温控范围和相应的预期效果。
进一步地，参数设定模块中还包括参数调校单元，
用于在当前目标区域各坐标点的温度处于预设温控范围外时，通过调整作用在纳米探针各方向上的磁场强度对异常坐标点处的温度进行调整；
还用于在当前热消融区域相较于目标区域发生范围偏移时，通过调整作用在纳米探针各方向上的磁场作用距离调整当前热消融区域的范围。
进一步地，所述：
区域划分模块，还用于获取当前状态下目标检测物的光声图像，并根据光声图像反馈目标检测物中的实时目标区域；
激光发生器，还用于当前热消融后实时目标区域的图像参数满足预期效果后关闭激光探头。
进一步地，磁热控制过程中成像显示器实时进行光声图像的成像显示。
综上所述，本发明所述的一种基于光声成像引导的三维磁热控制方法与系统，基于光声成像对三维磁热效应进行引导，从而实现高精度、高灵敏度的坐标级控制。将光声成像和磁热效应相结合，实现对磁热效应的智能化操控，降低操控人员自身的经验要求，更有助于相关应用的推广。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于光声成像引导的三维磁热控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1：获取注射装置将纳米探针注入目标检测物后的确认信号；
S2：根据确认信号控制激光探头激发目标检测物中的纳米探针，并基于光声成像获得目标检测物的光声图像；
S3：根据光声图像提取目标检测物中的初始目标区域；
S4：根据初始目标区域光声图像的图像参数和预设参数对照表，获取图像参数所对应的初始参数；
S5：根据当前参数调整目标区域内作用在纳米探针各方向上的磁场，并基于磁热效应对当前目标区域进行热消融。
2.如权利要求1所述的一种基于光声成像引导的三维磁热控制方法，其特征在于，所述初始参数包括各方向上的磁场强度、各方向上的磁场作用距离、磁热作用时间、预设温控范围和相应的预期效果。
3.如权利要求2所述的一种基于光声成像引导的三维磁热控制方法，其特征在于，所述S5步骤中，对于磁场的调整具体包括如下步骤：
S5a：判断当前目标区域各坐标点的温度是否处于预设温控范围内，若是，保持当前各方向上的磁场强度，若否，通过调整作用在纳米探针各方向上的磁场强度对异常坐标点处的温度进行调整；
S5b：判断当前热消融区域相较于目标区域是否发生范围偏移，若否，保持当前各方向上的磁场作用距离，若是，通过调整作用在纳米探针各方向上的磁场作用距离调整当前热消融区域的范围。
4.如权利要求2所述的一种基于光声成像引导的三维磁热控制方法，其特征在于，所述S5步骤之后还包括步骤：
S6：获取当前状态下目标检测物的光声图像，并根据光声图像提取目标检测物中的实时目标区域；
S7：判断当前热消融后实时目标区域的图像参数是否满足预期效果，若是，关闭激光探头，若否，返回S5步骤。
5.如权利要求1所述的一种基于光声成像引导的三维磁热控制方法，其特征在于，磁热控制过程中实时进行光声图像的成像显示。
6.一种基于光声成像引导的三维磁热控制系统，其特征在于，包括：
注射平台，用于放置目标检测物，并在为目标检测物注射纳米探针后反馈确认信号至激光发生器；
激光发生器，用于根据确认信号控制激光探头激发目标检测物中的纳米探针；
成像显示器，用于根据光声成像原理，获取纳米探针激发后目标检测物的光声图像；
区域划分模块，用于根据光声图像提取目标检测物中的初始目标区域；
参数设定模块，用于根据初始目标区域光声图像的图像参数和预设参数对照表，获取图像参数所对应的初始参数；
磁热发生器，用于根据当前参数调整目标区域内作用在纳米探针各方向上的磁场，并基于磁热效应对当前目标区域进行热消融。
7.如权利要求6所述的一种基于光声成像引导的三维磁热控制系统，其特征在于，所述初始参数包括各方向上的磁场强度、各方向上的磁场作用距离、磁热作用时间、预设温控范围和相应的预期效果。
8.如权利要求7所述的一种基于光声成像引导的三维磁热控制系统，其特征在于，所述参数设定模块中还包括参数调校单元，
用于在当前目标区域各坐标点的温度处于预设温控范围外时，通过调整作用在纳米探针各方向上的磁场强度对异常坐标点处的温度进行调整；
还用于在当前热消融区域相较于目标区域发生范围偏移时，通过调整作用在纳米探针各方向上的磁场作用距离调整当前热消融区域的范围。
9.如权利要求7所述的一种基于光声成像引导的三维磁热控制系统，其特征在于，所述：
区域划分模块，还用于获取当前状态下目标检测物的光声图像，并根据光声图像反馈目标检测物中的实时目标区域；
激光发生器，还用于当前热消融后实时目标区域的图像参数满足预期效果后关闭激光探头。
10.如权利要求6所述的一种基于光声成像引导的三维磁热控制系统，其特征在于，磁热控制过程中成像显示器实时进行光声图像的成像显示。
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