專利名稱：一種實(shí)時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)超聲彈性成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種實(shí)時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)超聲弾性成像方法。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期的臨床實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，生物組織的硬度或彈性的變化往往暗示著病變的發(fā)生，這很大程度上跟生物組織的分子構(gòu)成和組合形式有夫。例如，常見(jiàn)的乳腺癌、腎臟癌、前列腺癌以及肝轉(zhuǎn)移等惡性疾病通常表現(xiàn)為組織上的硬化，其硬度明顯大于病變前的正常組織。因此，生物組織的硬度或弾性信息對(duì)于疾病的檢測(cè)，尤其是腫瘤的檢測(cè)診斷，有著非常重要的參考意義。然而，傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)成像方式，包括X射線成像、CT、MRI以及傳統(tǒng)B超成像等， 都不能直接地將這一信息反映在醫(yī)學(xué)圖像上。為了檢測(cè)生物組織的硬度和弾性，臨床上使用較多的方法是觸診，即臨床醫(yī)生直接用手對(duì)待測(cè)部位進(jìn)行擠壓，通過(guò)手指的觸感來(lái)判定組織的硬化程度，進(jìn)而輔助癌癥腫瘤的檢測(cè)和診斷。然而，觸診有很大的局限性。首先，對(duì)于病變的結(jié)果判定很大程度上依賴于臨床醫(yī)生的主觀經(jīng)驗(yàn)；其次，很多分布于組織深處或大小較小的腫瘤并不能通過(guò)手部觸碰而感受到。超聲準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像(以下簡(jiǎn)稱超聲弾性成像)的概念最早由Ophir等人于1991年首次提出，其目的是借助超聲成像儀對(duì)生物組織的硬度信息、弾性參數(shù)進(jìn)行成像顯示。它的主要步驟包括1)用超聲探頭記錄待測(cè)生物組織在某一時(shí)刻的一幀超聲信號(hào)；2)利用超聲探頭擠壓待測(cè)組織，同時(shí)記錄組織受擠壓后的超聲信號(hào)；3)比對(duì)所記錄的兩幀超聲信號(hào)，采用位移估計(jì)算法(如經(jīng)典的互相關(guān)算法)計(jì)算出待測(cè)組織在受擠壓后的位移場(chǎng)；4)通過(guò)對(duì)組織位移場(chǎng)的分析，計(jì)算出最終的彈性圖(可以是應(yīng)變圖也可以是彈性模量圖)。在超聲弾性成像系統(tǒng)中，如何快速準(zhǔn)確地估計(jì)出生物組織在受到壓力后的運(yùn)動(dòng)位移是最為核心的問(wèn)題。因此，在近20年的研究當(dāng)中，運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法最受到相關(guān)研究人員的關(guān)注。利用互相關(guān)算法來(lái)估計(jì)超聲RF信號(hào)時(shí)延的方法是公認(rèn)適用于超聲弾性成像技術(shù)比較準(zhǔn)確的方法，目前已有很多的位移估計(jì)算法都是基于信號(hào)互相關(guān)技木。由于超聲成像系統(tǒng)尤以其成像實(shí)時(shí)性為優(yōu)勢(shì)，因此在研究超聲弾性成像時(shí)，人們對(duì)成像方法的實(shí)時(shí)性要求也較為關(guān)注?？梢哉f(shuō)，提高超聲弾性成像中的位移估計(jì)算法的計(jì)算效率也是實(shí)現(xiàn)成像系統(tǒng)臨床應(yīng)用實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵。由于信號(hào)的互相關(guān)是一系列的積分操作，因此會(huì)引入較大的運(yùn)算量。在早期，硬件條件無(wú)法提供有力支持的情況下，互相關(guān)方法其實(shí)并不適用于實(shí)時(shí)成像。另ー方面，也有不少研究人員受到超聲多普勒血流成像技術(shù)的啟發(fā)，提出了基于相位信息的位移估計(jì)算法。這些算法雖然在穩(wěn)定性上相對(duì)弱于時(shí)域互相關(guān)算法，但是計(jì)算速度較快，能達(dá)到實(shí)時(shí)成像的要求。但是由于相位信息具有周期性，因此當(dāng)組織位移大于信號(hào)波長(zhǎng)的1/4時(shí)，需要采取相位解調(diào)措施來(lái)避免相位信息錯(cuò)亂的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種實(shí)時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)超聲弾性成像方法，能夠克服其易于發(fā)生相位信息錯(cuò)亂的缺陷，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)控生物組織在受到壓カ后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。一種實(shí)時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)超聲彈性成像方法，包括如下步驟(I)采用超聲探頭對(duì)待測(cè)生物組織進(jìn)行探測(cè)，連續(xù)采集得到多幀超聲射頻信號(hào)；所述的超聲射頻信號(hào)由若干條A線組成，每條A線都是由超聲探頭的ー個(gè)信號(hào)收發(fā)單元接收到的超聲回波信號(hào)，是關(guān)于時(shí)間t的函數(shù)。(2)基于超聲射頻信號(hào)的復(fù)數(shù)表達(dá)，建立連續(xù)兩幀超聲射頻信號(hào)的復(fù)數(shù)互相關(guān)函數(shù)；(3)對(duì)于任ー幀超聲射頻信號(hào)，利用所述的復(fù)數(shù)互相關(guān)函數(shù)求取其對(duì)應(yīng)的位移場(chǎng)分布圖，進(jìn)而根據(jù)所述的位移場(chǎng)分布圖求取超聲射頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的生物組織應(yīng)變分布圖；(4)根據(jù)步驟(3)，遍歷每ー幀超聲射頻信號(hào)，實(shí)時(shí)生成超聲射頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的生物組織應(yīng)變分布圖。所述的連續(xù)兩幀超聲射頻信號(hào)的復(fù)數(shù)表達(dá)如下
權(quán)利要求
1.一種實(shí)時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)超聲彈性成像方法，包括如下步驟 (1)采用超聲探頭對(duì)待測(cè)生物組織進(jìn)行探測(cè)，連續(xù)采集得到多幀超聲射頻信號(hào)；所述的超聲射頻信號(hào)由若干條A線組成； (2)基于連續(xù)兩幀超聲射頻信號(hào)的復(fù)數(shù)表達(dá)，建立連續(xù)兩幀超聲射頻信號(hào)的復(fù)數(shù)互相關(guān)函數(shù)； (3)對(duì)于任一幀超聲射頻信號(hào)，利用所述的復(fù)數(shù)互相關(guān)函數(shù)求取其對(duì)應(yīng)的位移場(chǎng)分布圖，進(jìn)而根據(jù)所述的位移場(chǎng)分布圖求取超聲射頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的生物組織應(yīng)變分布圖； (4)根據(jù)步驟(3)，遍歷每一幀超聲射頻信號(hào)，實(shí)時(shí)生成超聲射頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的生物組織應(yīng)變分布圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實(shí)時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)超聲彈性成像方法，其特征在于所述的連續(xù)兩幀超聲射頻信號(hào)的復(fù)數(shù)表達(dá)如下
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實(shí)時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)超聲彈性成像方法，其特征在于所述的步驟(3)中，利用復(fù)數(shù)互相關(guān)函數(shù)求取超聲射頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的位移場(chǎng)分布圖的方法為 1)將當(dāng)前幀超聲射頻信號(hào)及其下一幀超聲射頻信號(hào)中每條A線均分割成若干個(gè)信號(hào)片段； 2)對(duì)于當(dāng)前幀超聲射頻信號(hào)中的任一信號(hào)片段x(t)，確定其先驗(yàn)時(shí)間預(yù)估值tp;并從當(dāng)前幀超聲射頻信號(hào)的下一幀超聲射頻信號(hào)中提取與信號(hào)片段x(t)對(duì)應(yīng)的信號(hào)片段y (t)； 3)根據(jù)信號(hào)片段y(t)和復(fù)數(shù)互相關(guān)函數(shù)，計(jì)算出信號(hào)片段x(t)的相位差； 4)根據(jù)信號(hào)片段x(t)的相位差，計(jì)算出信號(hào)片段x(t)的位移值； 5)根據(jù)步驟2)至4)，依次遍歷當(dāng)前幀超聲射頻信號(hào)中的每一信號(hào)片段，求取每一信號(hào)片段的位移值，從而得到當(dāng)前幀超聲射頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的位移場(chǎng)分布圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)超聲彈性成像方法，其特征在于所述的步驟I)中，根據(jù)以下公式確定信號(hào)片段x(t)的先驗(yàn)時(shí)間預(yù)估值tp tp = round (( τ ^ τ 2)/2) 其中ronnd為取整函數(shù)，τ i為同一 A線上信號(hào)片段x (t)的前一信號(hào)片段的時(shí)延值，τ2為信號(hào)片段x(t)所在A線的前一 A線上與信號(hào)片段x(t)對(duì)應(yīng)的信號(hào)片段的時(shí)延值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)超聲彈性成像方法，其特征在于所述的步驟4)中，根據(jù)以下公式計(jì)算出信號(hào)片段x(t)的位移值
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)超聲彈性成像方法，其特征在于所述的步驟I)中，確定信號(hào)片段x(t)的先驗(yàn)時(shí)間預(yù)估值tp的方法如下 B.首先^艮據(jù)公式、=!^!!!^“、+、)/^)計(jì)算出信號(hào)片段X(t)的先驗(yàn)時(shí)間預(yù)估值； b.然后，從當(dāng)前幀超聲射頻信號(hào)的下一幀超聲射頻信號(hào)中提取與信號(hào)片段X(t)對(duì)應(yīng)的信號(hào)片段y(t);進(jìn)而根據(jù)信號(hào)片段y(t)和復(fù)數(shù)互相關(guān)函數(shù)，計(jì)算出信號(hào)片段X(t)的相位差； C.將計(jì)算得到的相位差與給定閾值進(jìn)行比較，若相位差小于給定閾值，則確定步驟a計(jì)算得到的先驗(yàn)時(shí)間預(yù)估值為信號(hào)片段x(t)的先驗(yàn)時(shí)間預(yù)估值tp ;若相位差大于等于給定閾值，則執(zhí)行步驟d; d.對(duì)信號(hào)片段x(t)和信號(hào)片段y(t)進(jìn)行數(shù)值插值后返回執(zhí)行步驟a。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3或6所述的實(shí)時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)超聲彈性成像方法，其特征在于所述的復(fù)數(shù)互相關(guān)函數(shù)的表達(dá)式如下
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實(shí)時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)超聲彈性成像方法，其特征在于所述的步驟(3)中，根據(jù)位移場(chǎng)分布圖采用最小二乘擬合法求取超聲射頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的生物組織應(yīng)變分布圖。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)超聲彈性成像方法，包括(1)采集多幀超聲射頻信號(hào)；(2)建立復(fù)數(shù)互相關(guān)函數(shù)；(3)求取超聲射頻信號(hào)的位移場(chǎng)分布圖和應(yīng)變分布圖；(4)實(shí)時(shí)生成生物組織應(yīng)變分布圖。本發(fā)明超聲彈性成像方法利用超聲信號(hào)的相位域信息，建立信號(hào)的復(fù)數(shù)模型，通過(guò)計(jì)算信號(hào)的復(fù)數(shù)互相關(guān)函數(shù)來(lái)得到相位差，從而計(jì)算出位移分布值；相比于現(xiàn)有基于時(shí)域互相關(guān)的成像方法，本發(fā)明方法計(jì)算量明顯減小，運(yùn)算效率大大提高，適合應(yīng)用于實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)；同時(shí)，本發(fā)明方法利用生物組織位移場(chǎng)分布連續(xù)性的特征，引入先驗(yàn)時(shí)間預(yù)估值，解決了相位差混亂的問(wèn)題。
文檔編號(hào)A61B8/00GK102860842SQ20121036361
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者袁金偉, 劉華鋒 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)