用于根據(jù)剪切波成像進(jìn)行剪切模量和粘度的自動(dòng)評(píng)估的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了一種用于根據(jù)剪切波成像進(jìn)行生物組織的剪切模量和粘度的自動(dòng)非侵入評(píng)估的方法和系統(tǒng)。獲得剪切波圖像以評(píng)估患者器官的機(jī)械屬性。使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值在剪切波圖像中模擬組織中的剪切波傳播。使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波傳播與組織的剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較。評(píng)估針對(duì)組織的患者特異剪切波模量和粘度值以?xún)?yōu)化將所模擬的剪切波傳播與所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較的價(jià)值函數(shù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于根據(jù)剪切波成像進(jìn)行剪切模量和粘度的自動(dòng)評(píng)估的方法 和系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)械組織屬性的基于醫(yī)學(xué)圖像的評(píng)估，以及更加特別地，涉及根據(jù)剪 切波成像進(jìn)行組織的剪切模量和粘度的自動(dòng)評(píng)估。
[0002] 剪切波成像（SWI)是基于超聲的成像模態(tài)，其能夠提供關(guān)于組織結(jié)構(gòu)和完整性的 重要信息。在SWI中，超聲探頭被用來(lái)生成并追蹤生物組織中的傳播的剪切波。來(lái)自聲輻射 力脈沖(ARFI)的輻射力生成組織中的剪切波。測(cè)量組織中剪切波傳播的速度以及通過(guò)超聲 探頭捕獲圖像的時(shí)間序列，該圖像的時(shí)間序列示出了剪切波的位移。
[0003] 已經(jīng)導(dǎo)出針對(duì)SWI的定性度量，例如用以強(qiáng)調(diào)感興趣區(qū)域中的較硬或較軟組織。針 對(duì)SWI的臨床應(yīng)用是眾多的，尤其是在腫瘤學(xué)中，其中SWI能夠被用來(lái)區(qū)分惡性病變和良性 病變。然而，來(lái)自SWI的組織彈性和粘度的精確定量評(píng)估仍然是重大挑戰(zhàn)。雖然剪切模量能 夠直接涉及同質(zhì)各向同性實(shí)體內(nèi)的剪切波速度，但該關(guān)系在類(lèi)似生物組織的粘度介質(zhì)內(nèi)并 不成立，其中粘度也影響剪切波的速度。因此，考慮評(píng)估過(guò)程中的兩種屬性以便實(shí)現(xiàn)組織力 學(xué)的精確評(píng)定以及組織的構(gòu)成是重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了用于根據(jù)剪切波成像(SWI)評(píng)估生物組織的剪切模量和粘度的患者 特異值的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的實(shí)施例將軟性介質(zhì)中剪切波傳播的直接模型與優(yōu)化算法耦 合以自動(dòng)地根據(jù)剪切波圖像評(píng)估剪切模量和粘度。給定剪切模量和粘度，則根據(jù)剪切波傳 播的正演模型計(jì)算剪切波位移。然后例如使用無(wú)梯度優(yōu)化器來(lái)最小化評(píng)估計(jì)算機(jī)剪切波傳 播和剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播之間的差異的價(jià)值函數(shù)，從而評(píng)估組織的剪切模量 和粘度的個(gè)性化值。本發(fā)明的實(shí)施例能夠使用分級(jí)法，該分級(jí)法使得能夠?qū)崿F(xiàn)剪切模量和 粘度的空間映射的評(píng)估，該空間映射的評(píng)估隨后能夠被顯示至終端用戶(hù)用于診斷目的。使 用同質(zhì)組織近似從根據(jù)剪切波成像的剪切模量的初始評(píng)估獲得的映射也能夠被用作評(píng)估 剪切模量和粘度的建議方法的初始化。
[0005] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用剪切波傳播的計(jì)算模型、基于針對(duì)組織的剪切模 量和粘度值模擬患者組織中的剪切波傳播。使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波傳播與組織的 剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較。評(píng)估針對(duì)組織的患者特異剪切模量和粘度值 以?xún)?yōu)化將所模擬的剪切波傳播與所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較的價(jià)值函數(shù)。
[0006] 通過(guò)參考下面詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于生物組織的靶標(biāo)區(qū)域的剪切模量和粘度的非 侵入評(píng)估的方法；
[0008] 圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用剪切波傳播的計(jì)算模型用于根據(jù)剪切波圖像 評(píng)估患者特異剪切模量和粘度值的框架；
[0009]圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用剪切波傳播的計(jì)算模型用于根據(jù)剪切波圖像 評(píng)估患者特異剪切模量和粘度值的方法；
[0010]圖4圖示了在剪切模量和速度參數(shù)評(píng)估后的示例性觀察和模擬的剪切波傳播；以 及
[0011] 圖5是能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的計(jì)算機(jī)的高級(jí)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 本發(fā)明涉及根據(jù)剪切波成像(SWI)進(jìn)行生物組織的剪切模量和粘度的自動(dòng)評(píng)估。 本發(fā)明的實(shí)施例在本文中描述以給出用于評(píng)估組織區(qū)域的剪切模量和粘度的患者特異值 的方法的可視化理解。數(shù)字圖像通常由一個(gè)或多個(gè)對(duì)象(或形狀）的數(shù)字表示組成。對(duì)象的 數(shù)字表示通常在本文中根據(jù)識(shí)別和操縱對(duì)象來(lái)描述。這樣的操縱是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器 或其他電路/硬件中實(shí)現(xiàn)的虛擬操縱。因此，應(yīng)該理解的是本發(fā)明的實(shí)施例可以在計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)內(nèi)使用存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行。
[0013] 本發(fā)明的實(shí)施例利用逆建模方法來(lái)使用剪切波傳播的正演模型根據(jù)剪切波圖像 評(píng)估患者特異剪切模量和粘度值。給定一組剪切模量和粘度參數(shù)，以及初始條件，采用剪切 波傳播的正演模型來(lái)計(jì)算其范圍覆蓋所觀察域的多維網(wǎng)格架(2D/3D)內(nèi)的剪切波位移。所 計(jì)算的剪切波傳播然后與剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較。根據(jù)所選擇的價(jià)值 函數(shù)，在所計(jì)算的剪切波傳播不匹配所觀察的剪切波傳播的情況下，采用優(yōu)化器處理來(lái)自 動(dòng)地評(píng)估最佳剪切模量和粘度。例如，在可能的實(shí)施方式中，歸一化互相關(guān)度量能夠被用作 價(jià)值函數(shù)來(lái)比較所計(jì)算的和所觀察的剪切波傳播，但也能夠使用任意相似的度量?？墒褂?無(wú)梯度優(yōu)化器來(lái)執(zhí)行優(yōu)化處理，但本發(fā)明不限于此。能夠使用分級(jí)法來(lái)評(píng)估組織的靶標(biāo)區(qū) 域上方針對(duì)剪切模量和粘度的空間變化值。能夠通過(guò)使用剪切波速度來(lái)獲得剪切模量評(píng)估 的第一映射，其涉及非粘性介質(zhì)中的剪切模量。該映射能夠被用于初始化評(píng)估程序，而且還 能被用于識(shí)別具有變化生物機(jī)械屬性的區(qū)域。
[0014] 圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于生物組織的靶標(biāo)區(qū)域的剪切模量和粘度的非 侵入評(píng)估的方法。在步驟102，接收剪切波圖像。經(jīng)由剪切波成像(SWI)獲得剪切波圖像，剪 切波成像(SWI)使用超聲探頭來(lái)生成并追蹤生物組織中的傳播的剪切波。來(lái)自聲輻射力脈 沖(ARFI)的輻射力生成組織中的剪切波，以及通過(guò)超聲探頭捕獲圖像的時(shí)間序列，該圖像 的時(shí)間序列示出了組織中的剪切波隨時(shí)間推移的位移。剪切波圖像能夠是二維(2D)圖像的 時(shí)間相關(guān)序列或二維(3D)圖像的時(shí)間相關(guān)序列。剪切波圖像能夠直接從超聲探頭接收，或 能夠通過(guò)加載來(lái)自計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器或儲(chǔ)存器的先前獲得的剪切波圖像來(lái)接收，或通過(guò) 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接收先前獲得的剪切波圖像來(lái)接收。剪切波圖像能夠包括患者組織的靶標(biāo)區(qū)域。 例如，剪切波圖像能夠包括其中存在腫瘤或病變的組織區(qū)域。
[0015] 在步驟104,使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于剪切波圖像評(píng)估針對(duì)靶標(biāo)區(qū)域中組 織的患者特異剪切模量和粘度值。組織的靶標(biāo)區(qū)域能夠指代剪切波圖像中的所有組織或能 夠指代剪切波圖像內(nèi)特定感興趣區(qū)域。圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用剪切波傳播的 計(jì)算模型用于根據(jù)剪切波圖像評(píng)估患者特異剪切模量和粘度值的框架。如圖2中所示，模型 202是剪切波傳播的正演計(jì)算模型。給定靶標(biāo)區(qū)域中針對(duì)組織的剪切模量和粘度值(μ η，ηη)， 以及初始條件，模型202生成靶標(biāo)區(qū)域中剪切波傳播的模擬206。利用初始的剪切模量和粘 度值μ〇，η。來(lái)初始化剪切模量和粘度評(píng)估框架。價(jià)值函數(shù)204將模擬206與剪切波圖像中所觀 察的地面真值剪切模量傳播208進(jìn)行比較，并將該比較結(jié)果發(fā)送至優(yōu)化器210。優(yōu)化器210計(jì) 算針對(duì)剪切模量和粘度的新參數(shù)值以最小化價(jià)值函數(shù)204,并將針對(duì)剪切模量和粘度的新 參數(shù)值發(fā)送至模型202,模型202使用新參數(shù)值生成另一模擬206?；谕ㄟ^(guò)價(jià)值函數(shù)204所 計(jì)算的比較結(jié)果，在優(yōu)化器210確定針對(duì)剪切模量和粘度的最佳值已經(jīng)被找到時(shí)(該最佳值 最小化價(jià)值函數(shù)204)，優(yōu)化器210輸出針對(duì)剪切模量和粘度的最佳值。在針對(duì)圖3的方法的 描述中，更加詳細(xì)地描述了模型202、價(jià)值函數(shù)204、以及優(yōu)化器210。
[0016] 圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用剪切波傳播的計(jì)算模型用于根據(jù)剪切波圖像 評(píng)估患者特異剪切模量和粘度值的方法。圖3的方法能夠被用于實(shí)施圖1的步驟104。在步驟 302,使用剪切波傳播的計(jì)算模型模擬靶標(biāo)區(qū)域中的剪切波傳播。剪切波傳播的計(jì)算模型計(jì) 算針對(duì)給定剪切模量和粘度的剪切波位移。為此，能夠使用針對(duì)橫波的下述偏微分方程：
[0017]
[0018]其中μ是剪切模量，η是粘度，P是密度(其在生物組織中能夠被假定為等于i〇7〇kg/ m3)，以及u是組織剪切位移。波在根據(jù)諾依曼、0-狄里克雷的、或根據(jù)SWI采集的建立限定的 絕對(duì)邊界條件的1 -、2-或3-維空間中傳播。在可能的實(shí)施方式中，能夠默認(rèn)地采用諾依曼或 絕對(duì)邊界條件。在另一實(shí)施例中，根據(jù)超聲B模式圖像分割感興趣器官。結(jié)果得到的邊界被 用于設(shè)定合適的剪切波邊界條件(例如，諾依曼），而在無(wú)邊界可見(jiàn)的SWI的區(qū)域中，使用絕 對(duì)邊界條件。在探頭在兩次采集之間不移動(dòng)的情況下，B模式和SW圖像通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)準(zhǔn)。這能 夠通過(guò)硬件對(duì)用戶(hù)完全透明地完成。所述計(jì)算模型能夠計(jì)算其范圍覆蓋剪切波圖像中組織 的靶標(biāo)區(qū)域的域的多維網(wǎng)格架(2D/3D)上的剪切波位移。如上文所述的，組織的靶標(biāo)區(qū)域能 夠是整個(gè)剪切波圖像或剪切波圖像中限定的感興趣區(qū)域。
[0019] 在可能的實(shí)施方式中，通用值，諸如來(lái)自文獻(xiàn)的值或存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中來(lái)自已知情 況的平均值，能夠被用于組織的剪切模量和粘度的初始值。在另一可能實(shí)施方式中，能夠從 剪切波圖像中的剪切波的速度直接評(píng)估剪切模量。在該情況下，粘度能夠被指定為零或通 用值的初始值，諸如來(lái)自文獻(xiàn)的值或數(shù)據(jù)庫(kù)中已知情況的平均值。
[0020] 針對(duì)剪切波傳播計(jì)算確定初始邊界條件。在有利的實(shí)施例中，所獲得的剪切波圖 像的前N幀被用于建立初始條件(例如，N= 2)。特別地，剪切波圖像的前N幀中所觀察剪切波 的位移提供了初始邊界條件，以及然后將計(jì)算模型用于剪切波的模擬傳播。這確保了剪切 波圖像中地面真值觀察的剪切波和所計(jì)算的剪切波精確地在相同狀態(tài)開(kāi)始，以及防止所觀 察剪切波和所計(jì)算剪切波之間的時(shí)間偏移。在另一可能實(shí)施例中，采用ARFI脈沖的直接模 型來(lái)確定剪切波傳播的初始條件。在該實(shí)施例中，超聲探頭的參數(shù)被直接用于計(jì)算由ARFI 脈沖引起的力。
[0021] 在有利的實(shí)施方式中，有限元法(FEM)能夠被用于計(jì)算1-、2_或3-維空間上的剪切 波傳播。隱式時(shí)間步進(jìn)法能夠被用于增加的穩(wěn)定性。然而，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不限于采 用隱式時(shí)間步進(jìn)法的FEM來(lái)計(jì)算剪切波傳播，而諸如顯式FEM或有限差分法的其他方法也能 夠被用于計(jì)算剪切波傳播。此外，本發(fā)明不限于使用上述用于橫波的差分方程作為剪切波 傳播模型，并且還能夠使用基于更復(fù)雜的粘彈性材料模型的其他剪切波傳播模型。
[0022] 在步驟304,使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波傳播與剪切波圖像中觀察的剪切波 傳播進(jìn)行比較。通過(guò)最小化計(jì)算所計(jì)算的（模擬的）剪切波傳播和剪切波圖像中測(cè)量的（觀 察的）剪切波傳播之間的相似度(或差異）的價(jià)值函數(shù)來(lái)評(píng)估剪切模量和粘度。在第一實(shí)施 例中，所計(jì)算的剪切波傳播與剪切波圖像中所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比較。根據(jù)有利 的實(shí)施方式，歸一化互相關(guān)(NCC)能夠被用作測(cè)量所計(jì)算的和所觀察的剪切波傳播之間的 相似度的價(jià)值函數(shù)。然而，本發(fā)明不限于NCC，而是諸如距離平方和的任意其他價(jià)值函數(shù)，該 價(jià)值函數(shù)能夠類(lèi)似地被用于測(cè)量所計(jì)算的和所觀察的剪切波傳播之間的相似度。NCC價(jià)值 函數(shù)能夠被表示為：
[0023]
[0024] 其中〇t是所測(cè)量剪切波傳播t(x，y)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，〇f是所計(jì)算剪切波傳播f(x，y)的 標(biāo)準(zhǔn)偏差，f是所測(cè)量數(shù)據(jù)集的平均值，/是模擬集的平均值，以及η是被比較元的數(shù)量。在 可能的實(shí)施方式中，在用戶(hù)定義(或自動(dòng)選擇的）時(shí)間幀處、在靶標(biāo)區(qū)域的整個(gè)域上方計(jì)算 NCC。在該情況下，η指代位置(像素/體素）的數(shù)量，表示為上述等式中的(x，y)，在該處在特 定時(shí)間點(diǎn)將所模擬的剪切波位移與所觀察的剪切波位移進(jìn)行比較。
[0025] 在可替代實(shí)施方式中，在用戶(hù)定義(或自動(dòng)選擇的）空間位置處、在整個(gè)時(shí)域上方 計(jì)算NCC。在該情況下，η指代將針對(duì)特定空間位置的所模擬剪切波位移與所觀察剪切波位 移比較的時(shí)間步長(zhǎng)的數(shù)量。在另一可能的實(shí)施方式中，在整個(gè)空間-時(shí)間域上方計(jì)算NCC。
[0026] 在第二實(shí)施例中，作為直接比較所模擬和所觀察剪切波傳播的價(jià)值函數(shù)的替代， 能夠直接在射頻(RF)空間中工作以執(zhí)行間接評(píng)估。直觀地，通過(guò)射頻信號(hào)中的偏移來(lái)捕獲 剪切波位移。通過(guò)追蹤隨時(shí)間推移的這種偏移，能夠評(píng)估剪切波位移以及隨后顯示給用戶(hù)。 在該模式中，能夠通過(guò)最小化作為特定位置處所模擬剪切位移的幅度差異獲得的、所測(cè)量 RF偏移和所計(jì)算RF偏移之間的差異來(lái)評(píng)估剪切模量和粘度。直接在RF空間中工作的一個(gè)優(yōu) 點(diǎn)是在評(píng)估剪切波位移時(shí)價(jià)值函數(shù)不受RF信號(hào)上完成的任意后期處理影響。直接在RF空間 中工作的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所測(cè)量的剪切波位移能夠在剪切模量和粘度評(píng)估后（即，一旦所模 擬的剪切波傳播收斂至所測(cè)量的剪切波傳播)通過(guò)擬合模型自動(dòng)地平滑。
[0027]在步驟306,確定所模擬的剪切波傳播是否已經(jīng)收斂至所觀察的剪切波傳播。例 如，如由價(jià)值函數(shù)計(jì)算的、所模擬和所觀察剪切波傳播之間的差值能夠與預(yù)定閾值進(jìn)行比 較。在差值小于閾值時(shí)則確定所模擬的剪切波傳播已經(jīng)收斂至所觀察的剪切波傳播。否則， 則確定所模擬的剪切波傳播沒(méi)有收斂至所觀察的剪切波傳播。另外，在可能的實(shí)施方式中， 達(dá)到預(yù)定最大數(shù)量的迭代是所模擬的剪切波傳播能夠被認(rèn)為是已經(jīng)收斂至所觀察的剪切 波傳播。如果確定所模擬的剪切波傳播沒(méi)有收斂至所觀察的剪切波傳播，該方法行進(jìn)至步 驟308。如果確定所模擬的剪切波傳播已經(jīng)收斂至所觀察的剪切波傳播，則該方法行進(jìn)至步 驟 310。
[0028]在步驟308,通過(guò)最小化價(jià)值函數(shù)來(lái)評(píng)估靶標(biāo)區(qū)域中組織的剪切模量和粘度參數(shù)。 無(wú)梯度優(yōu)化器能夠被用于計(jì)算最小化價(jià)值函數(shù)的剪切模量和粘度的新值。在有利的實(shí)施例 中，組織的剪切模量和粘度值是能夠使用分級(jí)、由粗到細(xì)法來(lái)計(jì)算的靶標(biāo)區(qū)域，從而評(píng)估針 對(duì)剪切模量和粘度的空間變化參數(shù)。在這樣的分級(jí)法中，在第一步驟中，假定靶標(biāo)區(qū)域中的 組織是同質(zhì)的以及針對(duì)整個(gè)靶標(biāo)區(qū)域的剪切模量、粘度中的每個(gè)計(jì)算單個(gè)值。然后，靶標(biāo)區(qū) 域的空間域基于模擬誤差的空間分布(例如，距離平方和或在空間域中每個(gè)點(diǎn)處所計(jì)算和 所測(cè)量的剪切波傳播之間的NCC誤差測(cè)量)劃分為子區(qū)域，針對(duì)每個(gè)子區(qū)域單獨(dú)地評(píng)估剪切 模量和粘度值。特別地，在同質(zhì)組織的假設(shè)下，在剪切模量和粘度的初始評(píng)估后，通過(guò)使用 更新的剪切模量和粘度值的計(jì)算模型執(zhí)行剪切波傳播的另一模擬，以及在空間域中的每個(gè) 點(diǎn)處計(jì)算所計(jì)算和所觀察的剪切波模型之間的誤差(例如，方差和或NCC)。在有利的實(shí)施方 式中，與用于計(jì)算的價(jià)值函數(shù)(例如，NCC、方差和等)相同的度量能夠被用于計(jì)算誤差，但本 發(fā)明不限于此，并且還可能的是差分度量能夠被用于該步驟中的價(jià)值函數(shù)評(píng)估和誤差計(jì) 算。通過(guò)將空間域中的每個(gè)點(diǎn)處所計(jì)算的誤差值映射至空間域的圖像，能夠生成誤差映射。 例如，誤差映射能夠是一幅圖像，其中每個(gè)像素處的強(qiáng)度或顏色取決于該像素處所計(jì)算的 誤差。誤差映射被分割以識(shí)別具有相似誤差值的誤差映射區(qū)域。誤差映射能夠使用任意自 動(dòng)的或半自動(dòng)的圖像分割技術(shù)來(lái)分割，諸如強(qiáng)度閾值、區(qū)域生長(zhǎng)、圖形分割、隨機(jī)游走分割 等。一旦識(shí)別了誤差映射中的不同區(qū)域，則能夠使用多元優(yōu)化來(lái)評(píng)估每個(gè)所識(shí)別空間區(qū)域 的不同剪切模量和粘度參數(shù)，從而最佳地最小化將所計(jì)算的剪切波傳播與所觀察的剪切波 傳播進(jìn)行比較的價(jià)值函數(shù)。在可能的實(shí)施方式中，該優(yōu)化可僅針對(duì)具有高誤差值(例如，高 于閾值)的區(qū)域執(zhí)行。生成誤差映射、將誤差映射分割以識(shí)別具有不同誤差值的區(qū)域、以及 計(jì)算針對(duì)所識(shí)別區(qū)域的剪切模量和粘度參數(shù)的步驟能夠被重復(fù)，以及在每次迭代，在先前 迭代中識(shí)別的區(qū)域可被劃分為更小區(qū)域。這些步驟能夠被迭代直至空間域中所識(shí)別的多個(gè) 不同區(qū)域收斂，即，平均或最大全局誤差低于特定閾值。
[0029] 一旦評(píng)估了針對(duì)靶標(biāo)區(qū)域中組織的空間變化剪切模量和粘度參數(shù)，該方法就返回 至步驟302,并且以更新的剪切模量和粘度參數(shù)重復(fù)302、304和306。特別地，計(jì)算模型被用 于以更新的剪切模量和粘度值模擬剪切波傳播(步驟302)，使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切 波傳播與剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較(步驟304)，以及確定所模擬的剪切 波傳播是否已經(jīng)收斂至所觀察的剪切波傳播(步驟306)。
[0030] 在步驟310,一旦確定了所模擬的剪切波傳播已經(jīng)收斂至剪切圖像中所觀察的剪 切波傳播，圖3的方法就結(jié)束并且返回剪切模量和粘度參數(shù)的最終評(píng)估值。
[0031] 返回至圖1，在步驟106,輸出針對(duì)靶標(biāo)區(qū)域的所評(píng)估的剪切模量和粘度值。所評(píng)估 的剪切模量和粘度值能夠通過(guò)可視化1D、2D、或3D映射上的剪切模量和粘度值來(lái)輸出，其能 夠被顯示在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的顯示設(shè)備上。例如，針對(duì)組織的靶標(biāo)區(qū)域的空間域中每個(gè)位置的 所識(shí)別的剪切模量值能夠被映射至靶標(biāo)區(qū)域的圖像，其被顯示在顯示設(shè)備上。使用相應(yīng)彩 色映射能夠可視化剪切模量值和粘度值，其中空間域中每個(gè)像素或體素處的顏色(或強(qiáng)度） 取決于該位置處所計(jì)算的剪切模量值或粘度值。在可能的實(shí)施方式中，圖3的步驟308中生 成的誤差映射能夠被用于生成這些彩色映射，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)被劃分為這樣的區(qū)域，針對(duì)該 區(qū)域已經(jīng)計(jì)算了剪切模量和粘度的共同值。
[0032]剪切模量和粘度的空間映射能夠被顯示給用戶(hù)（例如，醫(yī)生、技術(shù)人員等）用于診 斷目的。例如，在腫瘤學(xué)應(yīng)用中，剪切波圖像中的靶標(biāo)區(qū)域可包括病變或腫瘤，以及針對(duì)病 變或腫瘤的所評(píng)估的患者特異剪切模量和粘度值能夠使得用戶(hù)能夠診斷病變或腫瘤為惡 性或良性。在可能的應(yīng)用中，針對(duì)病變或腫瘤和/或周?chē)鷧^(qū)域的剪切模量和粘度的值能夠被 用作特征并被饋入訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的分類(lèi)器，諸如支持向量機(jī)(SVM)，該分類(lèi)器然后能 夠自動(dòng)地分類(lèi)病變或腫瘤。例如，基于所評(píng)估的剪切向量和粘度值，所訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí) 的分類(lèi)器能夠?qū)⒉∽兓蚰[瘤分類(lèi)為惡性或良性，能夠?qū)⒉∽?腫瘤分類(lèi)為特定類(lèi)型的病變/ 腫瘤，或能夠?qū)⒉∽?腫瘤分類(lèi)來(lái)為該病變/腫瘤分配特定等級(jí)。應(yīng)該理解的是，本文中所述 的腫瘤學(xué)應(yīng)用不旨在限制本發(fā)明，并且圖1的方法也能夠被應(yīng)用至其他應(yīng)用。
[0033] 除了剪切模量和粘度的空間映射之外，還能夠例如在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的顯示設(shè)備上顯 示所模擬的剪切波傳播以及示出所觀察剪切波傳播的剪切波圖像，以及顯示圖3的步驟308 中生成的誤差映射。圖4圖示了示例性所觀察的和所模擬的剪切波傳播。如圖4中所示，圖像 402示出了針對(duì)剪切波圖像的整個(gè)空間域的剪切波圖像中的所測(cè)量(所觀察)剪切波傳播， 以及圖像404示出了用于價(jià)值函數(shù)評(píng)估的感興趣區(qū)域的所測(cè)量(所觀察)剪切波傳播。圖像 406示出了整個(gè)空間域中所模擬的剪切波傳播以及圖像408示出了用于價(jià)值函數(shù)評(píng)估的感 興趣區(qū)域中所模擬的剪切波傳播。在圖4的示例中，剪切波圖像的前兩個(gè)幀被用作剪切波傳 播的模擬的初始條件，以及僅部分空間(感興趣區(qū)域)被用于評(píng)估價(jià)值函數(shù)以最小化邊界條 件效應(yīng)。感興趣區(qū)域中組織屬性的地面真值是4kPa的剪切模量和OPa. s的粘度。針對(duì)該示例 使用圖1和3的方法的評(píng)估結(jié)果是4. OlkPa的剪切模量和4.4eT1()Pa. s的粘度。全空間（圖4的 圖像402和406)示出了針對(duì)波的傳播的差異，但該方法仍然設(shè)法來(lái)評(píng)估接近地面真值數(shù)值 的值，因?yàn)樵u(píng)估在遠(yuǎn)離邊界條件的感興趣區(qū)域中執(zhí)行（圖4的圖像404和408)。
[0034] 能夠在使用公知的計(jì)算機(jī)處理器、存儲(chǔ)器單元、存儲(chǔ)設(shè)備、計(jì)算機(jī)軟件、及其他部 件的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行用于基于剪切波成像(SWI)的生物組織的患者特異剪切模量和粘度值的 非侵入評(píng)估的上述方法。圖5中圖示了這種計(jì)算機(jī)的高級(jí)框圖。計(jì)算機(jī)502包含處理器504， 該處理器通過(guò)執(zhí)行限定這種操作的計(jì)算機(jī)程序指令來(lái)控制計(jì)算機(jī)502的整個(gè)操作。計(jì)算機(jī) 程序指令可以被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備512(例如，磁盤(pán)）中并在需要執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序指令時(shí)被加 載到存儲(chǔ)器510中。因此，圖1、2和3的方法步驟可由存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器510和/或儲(chǔ)存器512中的 計(jì)算機(jī)程序指令限定并由執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序指令的處理器504控制。超聲采集設(shè)備520,諸如 超聲探頭，能夠被連接至計(jì)算機(jī)502以獲得剪切波圖像并將剪切波圖像輸入至計(jì)算機(jī)502。 還可能的是超聲采集設(shè)備520和計(jì)算機(jī)502通過(guò)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線地通信。在可能的實(shí)施例中，計(jì)算 機(jī)502能夠關(guān)于超聲采集設(shè)備520遠(yuǎn)程地定位，并且方法步驟能夠由作為服務(wù)器或基于云的 服務(wù)的一部分的計(jì)算機(jī)502來(lái)執(zhí)行。計(jì)算機(jī)502還包括一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口 506用于與其他 設(shè)備經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)通信。計(jì)算機(jī)502還包括其他輸入/輸出設(shè)備508,該輸入/輸出設(shè)備使得用戶(hù) 能夠與計(jì)算機(jī)502交互(例如，顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、揚(yáng)聲器、按鈕等）。這樣的輸入/輸出設(shè)備 508可連同一組計(jì)算機(jī)程序被用作標(biāo)注工具以標(biāo)注從圖形采集設(shè)備520接收的體積。本領(lǐng)域 技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是實(shí)際計(jì)算機(jī)的實(shí)施方式也能夠包含其他部件，并且圖5是這種計(jì)算 機(jī)的一些部件的高級(jí)表示以用于說(shuō)明目的。
[0035] 前述詳細(xì)描述應(yīng)該被理解為在每個(gè)方面是說(shuō)明性和示例性的，而非限制性的，并 且本文所公開(kāi)的本發(fā)明的范圍不由詳細(xì)描述所確定，而是由根據(jù)專(zhuān)利法所允許的所有方面 所解釋的權(quán)利要求來(lái)確定。應(yīng)該理解的是，本文所示出和所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明原理 的說(shuō)明，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不偏離本發(fā)明范圍和精神的情況下實(shí)現(xiàn)各種修改。本 領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在不偏離本發(fā)明范圍和精神的情況下實(shí)施各種其他特征組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于基于組織的剪切波圖像評(píng)估患者組織的剪切模量和粘度的方法，包括： 使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值模擬組織中的剪切波 傳播； 使用價(jià)值函數(shù)來(lái)將所模擬的剪切波傳播與組織的剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播 進(jìn)行比較；W及 評(píng)估針對(duì)組織的患者特異剪切模量和粘度值W優(yōu)化將所模擬的剪切波傳播與所觀察 的剪切波傳播進(jìn)行比較的價(jià)值函數(shù)。2. 權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 通過(guò)生成剪切模量和粘度的空間映射來(lái)可視化所評(píng)估的患者特異剪切模量和粘度值。3. 權(quán)利要求1所述的方法，其中使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量 和粘度值模擬組織中的剪切波傳播包括： 基于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值計(jì)算空間域中對(duì)應(yīng)于多個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的每個(gè)處的剪 切波圖像的至少一個(gè)區(qū)域的組織的剪切位移。4. 權(quán)利要求3所述的方法，其中基于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值計(jì)算空間域中對(duì)應(yīng) 于多個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的每個(gè)處的剪切波圖像的至少一個(gè)區(qū)域的組織的剪切位移包括： 通過(guò)在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)處求解杉計(jì)算空間域中的組織的剪切位 移，其中μ是剪切模量，η是粘度，P是組織的密度，W及U是組織的剪切位移。5. 權(quán)利要求1所述的方法，其中使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量 和粘度值模擬組織中的剪切波傳播包括： 采用針對(duì)組織的預(yù)定初始化的剪切模量和粘度值使用剪切波傳播的計(jì)算模型來(lái)模擬 組織中的剪切波傳播。6. 權(quán)利要求1所述的方法，其中使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量 和粘度值模擬組織中的剪切波傳播包括： 在組織為非粘性的假設(shè)下，基于剪切波圖像中所測(cè)量的剪切波速度來(lái)計(jì)算針對(duì)組織的 初始剪切模量值;W及 采用所計(jì)算的初始剪切模量值和預(yù)定初始粘度值使用剪切波傳播的計(jì)算模型來(lái)模擬 組織中的剪切波傳播。7. 權(quán)利要求1所述的方法，其中使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量 和粘度值模擬組織中的剪切波傳播包括： 基于剪切波圖像中前面多個(gè)帖確定組織中剪切位移的初始邊界條件；W及 使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值來(lái)模擬從用于組織中 的剪切位移的初始邊界條件開(kāi)始的組織中的剪切波傳播。8. 權(quán)利要求1所述的方法，其中使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量 和粘度值模擬組織中的剪切波傳播包括： 在剪切波圖像中使用被用于生成剪切波的聲福射力脈沖(ARFI)的直接模型來(lái)確定針 對(duì)剪切波傳播的初始邊界條件，其中ARFI的直接模型適于被用于獲得的剪切波圖像的超聲 探頭的當(dāng)前探頭參數(shù)；W及 使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值來(lái)模擬從初始邊界條 件開(kāi)始的組織中的剪切波傳播。9. 權(quán)利要求1所述的方法，其中使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波傳播與組織的剪切波 圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較包括： 使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波位移與剪切波圖像的空間域中針對(duì)多個(gè)位置的特定 時(shí)帖處所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比較。10. 權(quán)利要求9所述的方法，其中使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波位移與剪切波圖像的 空間域中針對(duì)多個(gè)位置的特定時(shí)帖處所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比較包括： 計(jì)算歸一化互相關(guān)價(jià)值函數(shù)，其將所模擬的剪切波位移與剪切波圖像的空間域中針對(duì) 多個(gè)位置的特定時(shí)帖處所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比較。11. 權(quán)利要求9所述的方法，其中使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波位移與剪切波圖像的 空間域中針對(duì)多個(gè)位置的特定時(shí)帖處所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比較包括： 計(jì)算距離平方和價(jià)值函數(shù)，其將所模擬的剪切波位移與剪切波圖像的空間域中針對(duì)多 個(gè)位置的特定時(shí)帖處所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比較。12. 權(quán)利要求1所述的方法，其中使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波傳播與組織的剪切波 圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較包括： 在多個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的每個(gè)處使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波位移與剪切波圖像帖的空 間域中針對(duì)特定位置所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比較。13. 權(quán)利要求1所述的方法，其中使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波傳播與組織的剪切波 圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較包括： 在多個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的每個(gè)處使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波位移與剪切波圖像帖的空 間域中針對(duì)多個(gè)位置中的每個(gè)所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比較。14. 權(quán)利要求1所述的方法，其中使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波傳播與組織的剪切波 圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較包括： 計(jì)算射頻空間中的價(jià)值函數(shù)，其將所觀察的剪切波傳播的所測(cè)量射頻偏移與所模擬的 剪切波傳播的所計(jì)算射頻偏移進(jìn)行比較。15. 權(quán)利要求1所述的方法，其中評(píng)估針對(duì)組織的患者特異剪切模量和粘度值W優(yōu)化將 所模擬的剪切波傳播與所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較的價(jià)值函數(shù)包括： 評(píng)估針對(duì)剪切波圖像的祀標(biāo)區(qū)域組織的初始剪切模量值和初始粘度值； 采用針對(duì)祀標(biāo)區(qū)域中組織的剪切模量和粘度的當(dāng)前值使用剪切波傳播的計(jì)算模型模 擬剪切波傳播； 生成誤差映射，該誤差映射示出使用剪切模量和粘度的當(dāng)前值的所模擬剪切波傳播和 所觀察空間傳播之間的誤差值的空間分布； 基于使用剪切模量和粘度的當(dāng)前值的所模擬剪切波傳播和所觀察空間傳播之間的誤 差值分割誤差映射W識(shí)別祀標(biāo)區(qū)域內(nèi)的組織子區(qū)域;W及 通過(guò)計(jì)算每個(gè)所識(shí)別組織子區(qū)域的剪切模量和粘度的單獨(dú)值來(lái)評(píng)估針對(duì)祀標(biāo)區(qū)域中 組織的空間變化剪切模量和粘度值W使用多元優(yōu)化來(lái)優(yōu)化價(jià)值函數(shù)。16. 權(quán)利要求15所述的方法，其中評(píng)估針對(duì)組織的患者特異剪切模量和粘度值W優(yōu)化 將所模擬的剪切波傳播與所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較的價(jià)值函數(shù)還包括： 重復(fù)采用祀標(biāo)區(qū)域中組織的剪切模量和粘度的當(dāng)前值，使用剪切波傳播的計(jì)算模型模 擬剪切波傳播、生成誤差映射、分割誤差映射、W及評(píng)估針對(duì)祀標(biāo)區(qū)域中組織的空間變化剪 切模量和粘度值的步驟直至祀標(biāo)區(qū)域中的多個(gè)子區(qū)域收斂。17. 權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 重復(fù)使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值模擬組織中的剪 切波傳播、使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波傳播與組織的剪切波圖像中所觀察的剪切波傳 播進(jìn)行比較、W及評(píng)估針對(duì)組織的患者特異剪切模量和粘度值W優(yōu)化將所模擬的剪切波傳 播與所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較的價(jià)值函數(shù)的步驟，直至所模擬的剪切波傳播收斂至剪 切波圖像中所觀察的剪切波傳播。18. 權(quán)利要求2所述的方法，其中針對(duì)組織的所評(píng)估的患者特異剪切模量值和粘度值是 空間變化的剪切模量值和粘度值，W及通過(guò)生成剪切模量和粘度的空間映射來(lái)可視化所評(píng) 估的患者特異剪切模量和粘度值包括： 通過(guò)將所評(píng)估的空間變化患者特異剪切模量值映射至剪切波圖像的空間域來(lái)生成剪 切模量彩色映射，并基于針對(duì)剪切模量彩色映射中的每個(gè)像素的所評(píng)估的患者特異剪切模 量值為每個(gè)像素分配顏色；W及 通過(guò)將所評(píng)估的空間變化患者特異粘度值映射至剪切波圖像的空間域來(lái)生成粘度彩 色映射，并基于針對(duì)粘度彩色映射中的每個(gè)像素的所評(píng)估的患者特異粘度值為每個(gè)像素分 配顏色。19. 一種用于基于組織的剪切波圖像評(píng)估患者組織的剪切模量和粘度的設(shè)備，包括： 用于使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值模擬組織中的剪 切波傳播的裝置； 用于使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波傳播與組織的剪切波圖像中所觀察的剪切波傳 播進(jìn)行比較的裝置；W及 用于評(píng)估針對(duì)組織的患者特異剪切模量和粘度值W優(yōu)化將所模擬的剪切波傳播與所 觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較的價(jià)值函數(shù)的裝置。20. 權(quán)利要求19所述的設(shè)備，還包括： 用于通過(guò)生成剪切模量和粘度的空間映射來(lái)可視化所評(píng)估的患者特異剪切模量和粘 度值的裝置。21. 權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中用于使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪 切模量和粘度值模擬組織中的剪切波傳播的裝置包括： 用于基于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值計(jì)算空間域中對(duì)應(yīng)于多個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的每個(gè)處 的剪切波圖像的至少一個(gè)區(qū)域的組織的剪切位移的裝置。22. 權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中用于使用價(jià)值函數(shù)來(lái)將所模擬的剪切波傳播與組織 的剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較的裝置包括： 用于使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波位移與剪切波圖像的空間域中針對(duì)多個(gè)位置的 特定時(shí)帖處所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比較的裝置。23. 權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中用于使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波傳播與組織的 剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較的裝置包括： 用于在多個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的每個(gè)處使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波位移與剪切波圖像帖 的空間域中針對(duì)特定位置所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比較的裝置。24. 權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中用于使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波傳播與組織的 剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較的裝置包括： 用于在多個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的每個(gè)處使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波位移與剪切波圖像帖 的空間域中針對(duì)多個(gè)位置中的每個(gè)所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比較的裝置。25. 權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中用于使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波傳播與組織的 剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較的裝置包括： 用于將所觀察的剪切波傳播的所測(cè)量射頻偏移與所模擬的剪切波傳播的所計(jì)算射頻 偏移進(jìn)行比較的裝置。26. 權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中用于評(píng)估針對(duì)組織的患者特異剪切模量和粘度值W 優(yōu)化將所模擬的剪切波傳播與所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較的價(jià)值函數(shù)的裝置包括： 用于評(píng)估剪切波圖像的祀標(biāo)區(qū)域組織的初始剪切模量值和初始粘度值的裝置； 用于采用祀標(biāo)區(qū)域中組織的剪切模量和粘度的當(dāng)前值使用剪切波傳播的計(jì)算模型模 擬剪切波傳播的裝置； 用于生成誤差映射的裝置，該誤差映射示出使用剪切模量和粘度的當(dāng)前值的所模擬剪 切波傳播和所觀察空間傳播之間的誤差值的空間分布的裝置； 用于基于使用剪切模量和粘度的當(dāng)前值的所模擬剪切波傳播和所觀察空間傳播之間 的誤差值分割誤差映射W識(shí)別祀標(biāo)區(qū)域內(nèi)的組織子區(qū)域的裝置;W及 用于通過(guò)計(jì)算每個(gè)所識(shí)別組織子區(qū)域的剪切模量和粘度的單獨(dú)值來(lái)評(píng)估祀標(biāo)區(qū)域中 組織的空間變化剪切模量和粘度值W優(yōu)化價(jià)值函數(shù)的裝置。27. -種存儲(chǔ)用于基于組織的剪切波圖像評(píng)估患者組織的剪切模量和粘度的計(jì)算機(jī)程 序指令的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)程序指令在由處理器執(zhí)行時(shí)致使處理器執(zhí)行 包括W下操作： 使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值模擬組織中的剪切波 傳播； 使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波傳播與組織的剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn) 行比較；W及 評(píng)估針對(duì)組織的患者特異剪切模量和粘度值W優(yōu)化將所模擬的剪切波傳播與所觀察 的剪切波傳播進(jìn)行比較的價(jià)值函數(shù)。28. 權(quán)利要求27所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述操作還包括： 通過(guò)生成剪切模量和粘度的空間映射來(lái)可視化所評(píng)估的患者特異剪切模量和粘度值。29. 權(quán)利要求27所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中使用剪切波傳播的計(jì)算模型基 于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值模擬組織中的剪切波傳播包括： 基于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值計(jì)算空間域中對(duì)應(yīng)于多個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的每個(gè)處的剪 切波圖像的至少一個(gè)區(qū)域的組織的剪切位移。30. 權(quán)利要求29所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中基于針對(duì)組織的剪切模量和粘 度值計(jì)算空間域中對(duì)應(yīng)于多個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的每個(gè)處的剪切波圖像的至少一個(gè)區(qū)域的組織的 剪切位移包括： 通過(guò)在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)處求解來(lái)計(jì)算空間域中的組織的剪切位 移，其中μ是剪切模量，η是粘度，P是組織的密度，W及U是組織的剪切位移。31. 權(quán)利要求27所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中使用剪切波傳播的計(jì)算模型基 于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值模擬組織中的剪切波傳播包括： 采用針對(duì)組織的預(yù)定初始化的剪切模量和粘度值使用剪切波傳播的計(jì)算模型來(lái)模擬 組織中的剪切波傳播。32. 權(quán)利要求27所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中使用剪切波傳播的計(jì)算模型基 于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值模擬組織中的剪切波傳播包括： 在組織為非粘性的假設(shè)下，基于剪切波圖像中所測(cè)量的剪切波粘度來(lái)計(jì)算組織的初始 剪切模量值;W及 采用所計(jì)算的初始剪切模量值和預(yù)定初始粘度值使用剪切波傳播的計(jì)算模型來(lái)模擬 組織中的剪切波傳播。33. 權(quán)利要求27所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中使用剪切波傳播的計(jì)算模型基 于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值模擬組織中的剪切波傳播包括： 基于剪切波圖像中前面多個(gè)帖確定組織中針對(duì)剪切位移的初始邊界條件；W及 使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值來(lái)模擬從針對(duì)組織中 的剪切位移的初始邊界條件開(kāi)始的組織中的剪切波傳播。34. 權(quán)利要求27所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中使用剪切波傳播的計(jì)算模型基 于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值模擬組織中的剪切波傳播包括： 在剪切波圖像中使用被用于生成剪切波的聲福射力脈沖(ARFI)的直接模型來(lái)確定針 對(duì)剪切波傳播的初始邊界條件，其中ARFI的直接模型適于被用于獲得的剪切波圖像的超聲 探頭的當(dāng)前探頭參數(shù)；W及 使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值來(lái)模擬從初始邊界條 件開(kāi)始的組織中的剪切波傳播。35. 權(quán)利要求27所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切 波傳播與組織的剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較包括： 使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波位移與剪切波圖像的空間域中針對(duì)多個(gè)位置的特定 時(shí)帖處所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比較。36. 權(quán)利要求35所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切 波位移與剪切波圖像的空間域中針對(duì)多個(gè)位置的特定時(shí)帖處所觀察的剪切波位移直接進(jìn) 行比較包括： 計(jì)算歸一化互相關(guān)價(jià)值函數(shù)或距離平方和價(jià)值函數(shù)中的一個(gè)，其將所模擬的剪切波位 移與剪切波圖像的空間域中針對(duì)多個(gè)位置的特定時(shí)帖處所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比 較。37. 權(quán)利要求27所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中使用價(jià)值函數(shù)來(lái)將所模擬的剪 切波傳播與組織的剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較包括： 在多個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的每個(gè)處使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波位移與剪切波圖像帖的空 間域中針對(duì)特定位置所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比較。38. 權(quán)利要求27所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切 波傳播與組織的剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較包括： 在多個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的每個(gè)處使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波位移與剪切波圖像帖的空 間域中針對(duì)多個(gè)位置中的每個(gè)所觀察的剪切波位移直接進(jìn)行比較。39. 權(quán)利要求27所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切 波傳播與組織的剪切波圖像中所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較包括： 計(jì)算射頻空間中的價(jià)值函數(shù)，其將所觀察的剪切波傳播的所測(cè)量射頻偏移與所模擬的 剪切波傳播的所計(jì)算射頻偏移進(jìn)行比較。40. 權(quán)利要求27所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中評(píng)估針對(duì)組織的患者特異剪切 模量和粘度值W優(yōu)化將所模擬的剪切波傳播與所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較的價(jià)值函數(shù) 包括： 評(píng)估針對(duì)剪切波圖像的祀標(biāo)區(qū)域組織的初始剪切模量值和初始粘度值； 采用祀標(biāo)區(qū)域中組織的剪切模量和粘度的當(dāng)前值使用剪切波傳播的計(jì)算模型模擬剪 切波傳播； 生成誤差映射，該誤差映射示出使用剪切模量和粘度的當(dāng)前值的所模擬剪切波傳播和 所觀察空間傳播之間的誤差值的空間分布； 基于使用剪切模量和粘度的當(dāng)前值的所模擬剪切波傳播和所觀察空間傳播之間的誤 差值分割誤差映射W識(shí)別祀標(biāo)區(qū)域內(nèi)的組織子區(qū)域;W及 通過(guò)計(jì)算每個(gè)所識(shí)別組織子區(qū)域的剪切模量和粘度的單獨(dú)值來(lái)評(píng)估針對(duì)祀標(biāo)區(qū)域中 組織的空間變化剪切模量和粘度值W使用多元優(yōu)化來(lái)優(yōu)化價(jià)值函數(shù)。41. 權(quán)利要求40所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中評(píng)估針對(duì)組織的患者特異剪切 模量和粘度值W優(yōu)化將所模擬的剪切波傳播與所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較的價(jià)值函數(shù) 還包括： 重復(fù)采用祀標(biāo)區(qū)域中組織的剪切模量和粘度的當(dāng)前值，使用剪切波傳播的計(jì)算模型模 擬剪切波傳播、生成誤差映射、分割誤差映射、W及評(píng)估針對(duì)祀標(biāo)區(qū)域中組織的空間變化剪 切模量和粘度值的操作直至祀標(biāo)區(qū)域中的多個(gè)子區(qū)域收斂。42. 權(quán)利要求27所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述操作還包括： 重復(fù)使用剪切波傳播的計(jì)算模型基于針對(duì)組織的剪切模量和粘度值模擬組織中的剪 切波傳播、使用價(jià)值函數(shù)將所模擬的剪切波傳播與組織的剪切波圖像中所觀察的剪切波傳 播進(jìn)行比較、W及評(píng)估針對(duì)組織的患者特異剪切模量和粘度值W優(yōu)化將所模擬的剪切波傳 播與所觀察的剪切波傳播進(jìn)行比較的價(jià)值函數(shù)的操作，直至所模擬的剪切波傳播收斂至剪 切波圖像中所觀察的剪切波傳播。43. 權(quán)利要求28所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中針對(duì)組織的所評(píng)估的患者特異 剪切模量值和粘度值是空間變化的剪切模量值和粘度值，W及通過(guò)生成剪切模量和粘度的 空間映射來(lái)可視化所評(píng)估的患者特異剪切模量和粘度值包括： 通過(guò)將所評(píng)估的空間變化患者特異剪切模量值映射至剪切波圖像的空間域來(lái)生成剪 切模量彩色映射，并基于針對(duì)剪切模量彩色映射中的每個(gè)像素的所評(píng)估的患者特異剪切模 量值為每個(gè)像素分配顏色；W及 通過(guò)將所評(píng)估的空間變化患者特異剪切粘度值映射至剪切波圖像的空間域來(lái)生成粘 度彩色映射，并基于針對(duì)粘度彩色映射中的每個(gè)像素的所評(píng)估的患者特異粘度值為每個(gè)像 素分配顏色。
【文檔編號(hào)】A61B8/00GK106073824SQ201610388858
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日 公開(kāi)號(hào)201610388858.9, CN 106073824 A, CN 106073824A, CN 201610388858, CN-A-106073824, CN106073824 A, CN106073824A, CN201610388858, CN201610388858.9
【發(fā)明人】D·科馬尼丘, 范列湘, F·富洛, A·卡門(mén), T·曼西, S·拉帕卡
【申請(qǐng)人】美國(guó)西門(mén)子醫(yī)療解決公司