一种用超声定位显微镜评估乳腺癌新辅助化疗疗效的方法技术

本发明专利技术公开了一种用超声定位显微镜评估乳腺癌新辅助化疗疗效的方法，包括如下步骤：S1:低剂量超声造影图像采集；对乳腺癌患者的乳腺肿块在新辅助化疗进行低剂量超声造影并进行图像采集；S2:MATLAB图像处理；使用MATLAB离线进行超声定位显微镜微血管成像处理得到微血管的超声超分辨图和流速图；S3:计算分析；通过微血管的超声超分辨图和流速图分别计算微血管形态学及血流动力学参数，最后根据化疗前、化疗中及化疗后提取的肿瘤内微血管参数动态变化，评估新辅助化疗疗效。为临床早期精准无创评估新辅助化疗疗效提供新方法和思路，为乳腺癌治疗升级和降级以及新疗法的开发提供指导，为临床个性化调整治疗方案提供科学依据，对改善患者治疗及预后具有重要价值。对改善患者治疗及预后具有重要价值。对改善患者治疗及预后具有重要价值。

【技术实现步骤摘要】
一种用超声定位显微镜评估乳腺癌新辅助化疗疗效的方法


[0001]本专利技术涉及超声定位显像
，具体涉及一种用超声定位显微镜评估乳腺癌新辅助化疗疗效的方法。

技术介绍

[0002]女性乳腺癌已超越肺癌成为全球癌症发病率最高的肿瘤，严重影响着女性的身心健康，新辅助化疗作为乳腺癌常见的治疗方式，及时评估化疗疗效对改善患者治疗及预后具有重要意义。研究证实乳腺癌微血管的大小形态、结构和分布等随着新辅助化疗治疗过程的时空变化影响着肿瘤的进展，早期识别微血管重构有利于乳腺癌新辅助化疗疗效评估。
[0003]目前常用的微血管检测技术主要包括超声造影及动态对比增强磁共振，可显示乳腺肿瘤的新生血管和血流灌注模式，并可生成新辅助化疗疗效评估的定量指标；但传统超声成像分辨率受衍射极限影响，无法对微米级(50
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100微米)的血管进行清晰成像；如公开号为CN115482229A的中国专利技术专利公开了一种常规超声和超声造影图像乳腺肿瘤识别方法及装置；具体公开了通过双路卷积神经网络(双路深度卷积神经网络)分别处理二维信息和三维信息，并对处理获得的两类特征进行融合，从而获得更高层次的特征表达，有利于提升识别结果的准确性；但是图像本身的清晰度较差，后期通过算法处理并不见得能获得与实际相符的清晰图像；此外，MRI检查因其费用昂贵，单次检查时间长等限制了其在新辅助化疗疗效评估中的应用。
[0004]因此，目前临床需要一种费用低、精准、无创的乳腺癌新辅助化疗疗效评估手段。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中癌症化疗评估采用的血管检测技术存在不能对微米级(50
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100微米)的血管进行清晰成像、检查费用昂贵，不利于乳腺癌新辅助化疗疗效评估的问题，本专利技术提供了一种用超声定位显微镜评估乳腺癌新辅助化疗疗效的方法，对乳腺癌肿块中超声微泡进行定位、跟踪等程序无创识别和显示微血管系统，突破超声衍射极限生成肿块内微血管图像，提取相应微血管形态学(血管直径、血管间距、血管密度、血管密度比及血管迂曲度)及血流动力学(平均速度、灌注指数、灌注比)参数，纵向监测新辅助化疗过程中微血管重构的动态变化过程，探究不同化疗疗效对应微血管重构规律；可为乳腺癌新辅助化疗疗效评估提供一种早期、精准预测的新方法，为临床个性化调整治疗方案提供技术指导，改善乳腺癌患者预后。
[0006]一种用超声定位显微镜评估乳腺癌新辅助化疗疗效的方法，包括如下步骤：
[0007]S1:低剂量超声造影图像采集；对乳腺癌患者的乳腺肿块在新辅助化疗前、中、后分别进行低剂量超声造影并进行图像采集；
[0008]S2:MATLAB图像处理；使用MATLAB离线进行超声定位显微镜微血管成像处理得到微血管的超声超分辨图和流速图；
[0009]S3:计算分析；通过微血管的超声超分辨图和流速图分别计算血管形态及血流动力参数，最后根据化疗前、化疗中及化疗后提取的肿瘤内微血管参数(即血管形态及血流动力参数)，以病理学结果为金标准，统计分析，探索早期无创评价乳腺癌新辅助化疗疗效的新方法和新标准。
[0010]优选的，所述的步骤2具体包括：步骤S21，背景及噪声信号处理；步骤S22，超声定位处理；步骤S23，微泡信号追踪。
[0011]优选的，所述的步骤S21:背景及噪声信号处理；将超声诊断仪中的图像数据以DICOM格式导出，对于每个数据集中每一帧图像进行奇异值分解处理，而后再通过选择不同的奇异值阈值对组织背景信号和图像噪声信号进行处理；
[0012]优选的，所述的S22:超声定位处理；为了拒绝噪声并检测潜在的微泡信号，定位单个造影信号的坐标，首先通过高斯拟合得到超声定位显微镜图像，之后再根据其面积(A)、强度(I)和形状/偏心率(E)，将每个观察到的点扩散函数(PSF)与校准PSF进行比较；这些参数用于丢弃潜在的非微泡信号和噪音；所有观察到的具有相应三个属性的PSF被汇总到三个矩阵中；每个矩阵中的所有值都被归一化；分离的信号的位置通过“质心”方法计算；通过计算强度加权质心来计算每个局部信号的质心，来自所有图像的所有定位被组装成最终的超分辨率图像。
[0013]优选的，所述的步骤S23，微泡信号追踪；为了计算超分辨微血管流速，追踪相邻帧间的微泡信号，采用Kuhn
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Munkres算法将相邻两帧距离最近的造影信号配对，将相邻两帧各微泡距离作为权重，基于二分图的思想将相邻两帧微泡配对使得总权重最小，最后通过设定阈值去掉距离过大及距离为零的匹配，以实现二维平面内造影信号的追踪，生成微血管的超分辨流速图。
[0014]优选的，所述的步骤S21中奇异值分解处理时采用时空域奇异值分解滤波去除图像背景信号，可表示为M＝UDV*，其中，U和V是正交矩阵，U为空间奇异向量；V为空间奇异向量所对应的时间向量；D为一个特征值矩阵；被重新排序形成的Nz行Nx列的空间奇异向量可以被看作为是一个从数据当中获取的虚拟图片。
[0015]优选的，所述的步骤S22中高斯拟合的具体过程为，首先将标定的超声成像点扩散函数(PSF)进行高斯拟合，得到模板高斯核，再将模板高斯核与噪声处理后的造影剂图像序列执行归一化二维互相关：
[0016][0017]其中f表示处理后的造影剂图像，t表示所述模板高斯核图像，c表示互相关系数，x,y表示二维空间位置，f(x,y)表示所述造影剂图像中(x,y)坐标处的像素值，u,v分别表示造影剂模板图像在所述造影剂图像中沿x,y轴的平移量，表示当模板高斯核图像在造影剂图像中平移时，造影剂图像在所覆盖区域中像素的平均值；在得到相关系数后，设定阈值去除相关系数较低的部分，再将相关系数局部极大值的坐标作为造影剂的中心坐标，实现二维空间造影信号的定位，最后将每帧中定位的点累加，得到超声定位显微镜图像。
[0018]优选的，所述的血管形态参数包括血管直径与血管间距、血管密度、血管密度比、血管迂曲度。
[0019]优选的，所述的血流动力参数包括平均速度、血流灌注指数值、灌注比、方向熵。
[0020]优选的，所述的步骤S3中的统计分析过程包括：(1)所有特征性参数评估新辅助化疗疗效的相关性分析，具体包括，计量资料用t检验，计数资料用卡方检验，验证所有参数在化疗有效组及无效组之间的差异；(2)评估超声定位显微镜对新辅助化疗疗效评价效果，具体包括结合所有对化疗有效意义参数，绘制超声定位显微镜的ROC曲线，并计算灵敏度、特异度、准确度及AUC；(3)分析新辅助化疗过程中微血管重构规律，具体包括，表征不同化疗阶段超声定位显微镜提取微血管参数的动态变化过程，总结新辅助化疗不同疗效所对应的微血管重构规律。
[0021]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0022]该方法通过超声定位显微镜检测微血管重构来评估新辅助化疗的疗效，聚焦乳腺癌新辅助化疗疗效评估的前沿热点问题，利用超声定位显微镜这项新技术，监测三阴性乳腺癌新辅助化疗过程中微血管重构的动态变化过程，探索早期预测三阴性乳腺癌新辅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用超声定位显微镜评估乳腺癌新辅助化疗疗效的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1:低剂量超声造影图像采集；对乳腺癌患者的乳腺肿块在新辅助化疗前、中、后分别进行低剂量超声造影并进行图像采集；S2:MATLAB图像处理；使用MATLAB离线进行超声定位显微镜微血管成像处理得到微血管的超声超分辨图和流速图；S3:计算分析；通过微血管的超声超分辨图和流速图分别计算微血管形态学及血流动力学参数，最后根据化疗前、化疗中及化疗后提取的肿瘤内微血管参数，以病理学结果为金标准，统计分析，探索早期无创评价乳腺癌新辅助化疗疗效的新方法和新标准。2.根据权利要求1所述的一种用超声定位显微镜评估乳腺癌新辅助化疗疗效的方法，其特征在于：所述的步骤2具体包括：步骤S21，背景及噪声信号处理；步骤S22，超声定位处理；步骤S23，微泡信号追踪。3.根据权利要求2所述的一种用超声定位显微镜评估乳腺癌新辅助化疗疗效的方法，其特征在于：所述的步骤S21:背景及噪声信号处理；将超声诊断仪中的图像数据以DICOM格式导出，对于每个数据集中每一帧图像进行奇异值分解处理，而后再通过选择不同的奇异值阈值对组织背景信号和图像噪声信号进行处理。4.根据权利要求2所述的一种用超声定位显微镜评估乳腺癌新辅助化疗疗效的方法，其特征在于：所述的S22:超声定位处理；首先通过高斯拟合得到超声定位显微镜图像，之后再根据其面积(A)、强度(I)和形状/偏心率(E)，将每个观察到的点扩散函数(PSF)与校准PSF进行比较；这些参数用于丢弃潜在的非微泡信号和噪音；所有观察到的具有相应三个属性的PSF被汇总到三个矩阵中；每个矩阵中的所有值都被归一化；分离的信号的位置通过“质心”方法计算；通过计算强度加权质心来计算每个局部信号的质心，来自所有图像的所有定位被组装成最终的超分辨率图像。5.根据权利要求2所述的一种用超声定位显微镜评估乳腺癌新辅助化疗疗效的方法，其特征在于：所述的步骤S23，微泡信号追踪；采用Kuhn
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Munkres算法将相邻两帧距离最近的造影信号配对，将相邻两帧各微泡距离作为权重，基于二分图的思想将相邻两帧微泡配对使得总权重最小，最后通过设定阈值去掉距离过大及距离为零的匹配，以实现二维平面内造影信号的追踪，生成微血管的超分辨流速图。6.根据权利要求3所述的一种用超声定位显微镜评估...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶华容，张舸，雷雨蒙，金志刚，余靖，雷炳松，王琦，余美慧，陈诺梅，胡君蕊，胡海曼，
申请(专利权)人：华润武钢总医院，
类型：发明
国别省市：