一種用于生物組織彈性測量的剪切波速度估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于生物組織彈性測量的剪切 波速度估計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聲輻射力脈沖彈性成像技術(shù)可實現(xiàn)生物組織的實時、定量檢測，應(yīng)用于肝纖維化 分期、乳腺癌檢測、聚焦超聲等方面，為臨床綜合判斷組織病變提供依據(jù)。它的基本原理是： 利用超聲探頭向生物組織發(fā)射超聲脈沖，在剪切應(yīng)力的作用下，特定區(qū)域組織發(fā)生微小變 形產(chǎn)生沿橫向傳播的剪切波，然后利用高幀頻超聲掃描波束去跟蹤微小形變，計算出剪切 波橫向傳播的速度，利用生物組織彈性和剪切波速度之間的理論關(guān)系，由剪切波速度定量 估算生物組織的彈性，以此判定該生物組織是否病變。
[0003] 因此，剪切波速度估計方法在基于剪切波速度的生物組織彈性測量中具有重要作 用。剪切波在生物組織傳播的復雜性直接影響到剪切波速度測量的準確性，常規(guī)的剪切波 速度估計方法對于低信噪比信號的效果并不理想。
[0004] 剪切波在組織的傳播過程中，引起組織發(fā)生形變，這一形變可以利用超聲回波信 號觀察并測量得到。通常在生物組織彈性測量中，為檢測生物組織在有剪切波傳播時所 發(fā)生的形變會設(shè)置多個橫向檢測位置，也就是在這些橫向檢測位置檢測生物組織的形變信 號，并將剪切波通過多個橫向檢測位置的平均速度作為這一區(qū)域剪切波的傳播速度。以 下假設(shè)有N個橫向檢測位置，在每個橫向檢測位置都可以得到一個形變信號組成的矩陣， 其橫坐標表示不同時間，縱坐標表示不同深度，每一個元素表示檢測到的形變信號，即"時 間-深度-形變"矩陣。因此，在剪切波速度估計算法開始前，有N個這樣的形變信號矩陣。
[0005] 現(xiàn)有的剪切波速度估計方法主要有（1)基于Time-T0-Peak (TTP)算法的 Time-of-Flight (TOF)方法；（2)基于"時間-位置-形變"矩陣和拉東變換的方法。
[0006] (1)基于 Time-To-Peak(TTP)算法的 Time-of-Flight (TOF)方法：從 N 個形變信 號矩陣中，抽取代表某一個深度的形變信號向量。按照橫向檢測位置距離剪切波波源從近 到遠的距離，從上到下排列為一個新的形變矩陣，其橫坐標表示不同時間，縱坐標表示不同 橫向檢測位置，即"時間-位置-形變"矩陣。在矩陣的每一的行向量中，搜索該行形變的 最大值，再記錄該最大值所對應(yīng)的時間，即為剪切波波峰到達該橫向檢測位置的時間。根據(jù) 在N個橫向檢測位置所得到的N個波峰到達時間，利用線性擬合算法畫出"時間-距離"斜 線，該斜線的斜率的倒數(shù)就是所求的剪切波的速度。
[0007] (2)基于"時間-位置-形變"矩陣和拉東變換的方法：
[0008] 拉東變換是對上述的"時間-位置-形變"矩陣中的形變信號沿著某一直線路徑 求和的變換方法。拉東變換通過遍歷從起點位置（Xstart，tstart)到終點位置（x md，tmd)所確 定的解空間中的所有直線路徑，對沿直線路徑上的所有X = xn，t = tn處位置的形變（其中 Xstart彡X X md，tstart彡t t md)進行求和。當某一直線路徑上求和結(jié)果最大時，意味著 該直線路徑穿過的矩陣元素最接近對應(yīng)于N個橫向檢測位置、不同時間時的剪切波波峰， 因此，拉東變換所得到的最大值所對應(yīng)的直線路徑就是剪切波傳播的最優(yōu)估計路徑。
【主權(quán)項】
1. 一種用于生物組織彈性測量的剪切波速度估計方法，其特征在于，包括： 在生物組織彈性測量過程中，針對每一個橫向檢測位置，獲取該橫向檢測位置對應(yīng)的 "時間-深度-形變"矩陣；對所述"時間-深度-形變"矩陣進行拉東變換，求取元素之和 最大的路徑，得到初次估計路徑；利用所述初次估計路徑，確定剪切波波峰抵達該橫向檢測 位置的時間；其中，所述"時間-深度-形變"矩陣中，行坐標軸和列坐標軸分別對應(yīng)在該橫 向檢測位置執(zhí)行檢測的時間和深度，元素表示檢測得到的形變信號； 根據(jù)各橫向檢測位置之間的距離，以及剪切波波峰抵達各橫向檢測位置的時間，計算 剪切波傳播速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的利用所述初次估計路徑，確定剪切 波波峰抵達該橫向檢測位置的時間，包括： 確定所述初次估計路徑的起始時間和終止時間； 將所述初次估計路徑的起始時間和終止時間的中間時刻確定為剪切波波峰抵達該橫 向檢測位置的時間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的利用所述初次估計路徑，確定剪切 波波峰抵達該橫向檢測位置的時間，包括： 確定所述初次估計路徑的起始時間和終止時間； 將所述初次估計路徑的起始時間和終止時間的中間時刻確定為初次估計時刻； 在所述"時間-深度-形變"矩陣中，確定該初次估計時刻對應(yīng)的列； 將該初次估計時刻對應(yīng)的列及其兩側(cè)設(shè)定數(shù)目的列，確定為二次未插值估計矩陣； 通過插值運算在所述二次未插值估計矩陣中的各列之間插入新的行或列，得到二次估 計矩陣； 對所述二次估計矩陣進行拉東變換，求取元素之和最大的路徑，得到二次估計路徑； 利用所述二次估計路徑，確定剪切波波峰抵達該橫向檢測位置的時間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的利用所述二次估計路徑，確定剪切 波波峰抵達該橫向檢測位置的時間，包括： 確定所述二次估計路徑的起始時間和終止時間； 將所述二次估計路徑的起始時間和終止時間的中間時刻確定為剪切波波峰抵達該橫 向檢測位置的時間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的利用所述初次估計路徑，確定剪切 波波峰抵達該橫向檢測位置的時間，包括： 確定所述初次估計路徑的起始時間和終止時間； 將所述初次估計路徑的起始時間和終止時間的中間時刻確定為初次估計時刻； 在所述"時間-深度-形變"矩陣中，確定該初次估計時刻對應(yīng)的列； 將該初次估計時刻對應(yīng)的列及其兩側(cè)設(shè)定數(shù)目的列，確定為二次未插值估計矩陣； 通過插值運算在所述二次未插值估計矩陣中的各列之間插入新的行或列，得到二次估 計矩陣； 將所述二次估計矩陣中對應(yīng)于同一時間的各列元素沿列方向累加求和，得到一個行向 量； 確定所述行向量中各元素的最大值； 計算所述最大值與設(shè)定百分比的乘積，得到一閾值； 將所述行向量中大于所述閾值的元素，確定為三次估計元素集合； 確定所述三次估計元素集合所對應(yīng)的時間段范圍，將其中的最早時間和最晚時間的中 間時刻確定為剪切波波峰抵達該橫向檢測位置的時間。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于生物組織彈性測量的剪切波速度估計方法，應(yīng)用于醫(yī)療診斷技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：在生物組織彈性測量過程中，針對每一個橫向檢測位置，獲取該橫向檢測位置對應(yīng)的“時間-深度-形變”矩陣；對“時間-深度-形變”矩陣進行拉東變換，求取元素之和最大的路徑，得到初次估計路徑；利用初次估計路徑，確定剪切波波峰抵達該橫向檢測位置的時間；根據(jù)各橫向檢測位置之間的距離，以及剪切波波峰抵達各橫向檢測位置的時間，計算剪切波傳播速度。本發(fā)明通過拉東變換直接判斷剪切波波峰的傳播情況和到達各橫向檢測位置的時間，提高了剪切波速度測量的準確度及穩(wěn)定性，減少了計算量，提高了計算效率。
【IPC分類】A61B8-08
【公開號】CN104546014
【申請?zhí)枴緾N201410822138
【發(fā)明人】王叢知, 鄭海榮, 楊戈, 肖楊, 邱維寶
【申請人】中國科學院深圳先進技術(shù)研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月25日