【技术实现步骤摘要】
技术介绍
本专利技术涉及机械组织属性的基于医学图像的评估,以及更加特别地,涉及根据剪切波成像进行组织的剪切模量和粘度的自动评估。剪切波成像(SWI)是基于超声的成像模态,其能够提供关于组织结构和完整性的重要信息。在SWI中,超声探头被用来生成并追踪生物组织中的传播的剪切波。来自声辐射力脉冲(ARFI)的辐射力生成组织中的剪切波。测量组织中剪切波传播的速度以及通过超声探头捕获图像的时间序列,该图像的时间序列示出了剪切波的位移。已经导出针对SWI的定性度量,例如用以强调感兴趣区域中的较硬或较软组织。针对SWI的临床应用是众多的,尤其是在肿瘤学中,其中SWI能够被用来区分恶性病变和良性病变。然而,来自SWI的组织弹性和粘度的精确定量评估仍然是重大挑战。虽然剪切模量能够直接涉及同质各向同性实体内的剪切波速度,但该关系在类似生物组织的粘度介质内并不成立,其中粘度也影响剪切波的速度。因此,考虑评估过程中的两种属性以便实现组织力学的精确评定以及组织的构成是重要的。
技术实现思路
本专利技术提供了用于根据剪切波成像(SWI)评估生物组织的剪切模量和粘度的患者特异值的方法和系统。本专利技术的实施例将软性介质中剪切波传播的直接模型与优化算法耦合以自动地根据剪切波图像评估剪切模量和粘度。给定剪切模量和粘度,则根据剪切波传播的正演模型计算剪切波位移。然后例如使用无梯度优化器来最小化评估计算机剪切波传播和剪切波图像中所观察的剪切波传播之间的差异的价值函数,从而评估组织的剪切模量和粘度的个性化值。本专利技术的实施例能够使用分级法,该分级法使得能够实现剪切模量和粘度的空间映射的评估,该空间映射 ...
【技术保护点】
一种用于基于组织的剪切波图像评估患者组织的剪切模量和粘度的方法,包括:使用剪切波传播的计算模型基于针对组织的剪切模量和粘度值模拟组织中的剪切波传播;使用价值函数来将所模拟的剪切波传播与组织的剪切波图像中所观察的剪切波传播进行比较;以及评估针对组织的患者特异剪切模量和粘度值以优化将所模拟的剪切波传播与所观察的剪切波传播进行比较的价值函数。
【技术特征摘要】
2015.04.22 US 14/6930801.一种用于基于组织的剪切波图像评估患者组织的剪切模量和粘度的方法,包括:使用剪切波传播的计算模型基于针对组织的剪切模量和粘度值模拟组织中的剪切波传播;使用价值函数来将所模拟的剪切波传播与组织的剪切波图像中所观察的剪切波传播进行比较;以及评估针对组织的患者特异剪切模量和粘度值以优化将所模拟的剪切波传播与所观察的剪切波传播进行比较的价值函数。2.权利要求1所述的方法,还包括:通过生成剪切模量和粘度的空间映射来可视化所评估的患者特异剪切模量和粘度值。3.权利要求1所述的方法,其中使用剪切波传播的计算模型基于针对组织的剪切模量和粘度值模拟组织中的剪切波传播包括:基于针对组织的剪切模量和粘度值计算空间域中对应于多个时间步长的每个处的剪切波图像的至少一个区域的组织的剪切位移。4.权利要求3所述的方法,其中基于针对组织的剪切模量和粘度值计算空间域中对应于多个时间步长的每个处的剪切波图像的至少一个区域的组织的剪切位移包括:通过在每个时间步长处求解来计算空间域中的组织的剪切位移,其中μ是剪切模量,η是粘度,ρ是组织的密度,以及u是组织的剪切位移。5.权利要求1所述的方法,其中使用剪切波传播的计算模型基于针对组织的剪切模量和粘度值模拟组织中的剪切波传播包括:采用针对组织的预定初始化的剪切模量和粘度值使用剪切波传播的计算模型来模拟组织中的剪切波传播。6.权利要求1所述的方法,其中使用剪切波传播的计算模型基于针对组织的剪切模量和粘度值模拟组织中的剪切波传播包括:在组织为非粘性的假设下,基于剪切波图像中所测量的剪切波速度来计算针对组织的初始剪切模量值;以及采用所计算的初始剪切模量值和预定初始粘度值使用剪切波传播的计算模型来模拟组织中的剪切波传播。7.权利要求1所述的方法,其中使用剪切波传播的计算模型基于针对组织的剪切模量和粘度值模拟组织中的剪切波传播包括:基于剪切波图像中前面多个帧确定组织中剪切位移的初始边界条件;以及使用剪切波传播的计算模型基于针对组织的剪切模量和粘度值来模拟从用于组织中的剪切位移的初始边界条件开始的组织中的剪切波传播。8.权利要求1所述的方法,其中使用剪切波传播的计算模型基于针对组织的剪切模量和粘度值模拟组织中的剪切波传播包括:在剪切波图像中使用被用于生成剪切波的声辐射力脉冲(ARFI)的直接模型来确定针对剪切波传播的初始边界条件,其中ARFI的直接模型适于被用于获得的剪切波图像的超声探头的当前探头参数;以及使用剪切波传播的计算模型基于针对组织的剪切模量和粘度值来模拟从初始边界条件开始的组织中的剪切波传播。9.权利要求1所述的方法,其中使用价值函数将所模拟的剪切波传播与组织的剪切波图像中所观察的剪切波传播进行比较包括:使用价值函数将所模拟的剪切波位移与剪切波图像的空间域中针对多个位置的特定时帧处所观察的剪切波位移直接进行比较。10.权利要求9所述的方法,其中使用价值函数将所模拟的剪切波位移与剪切波图像的空间域中针对多个位置的特定时帧处所观察的剪切波位移直接进行比较包括:计算归一化互相关价值函数,其将所模拟的剪切波位移与剪切波图像的空间域中针对多个位置的特定时帧处所观察的剪切波位移直接进行比较。11.权利要求9所述的方法,其中使用价值函数将所模拟的剪切波位移与剪切波图像的空间域中针对多个位置的特定时帧处所观察的剪切波位移直接进行比较包括:计算距离平方和价值函数,其将所模拟的剪切波位移与剪切波图像的空间域中针对多个位置的特定时帧处所观察的剪切波位移直接进行比较。12.权利要求1所述的方法,其中使用价值函数将所模拟的剪切波传播与组织的剪切波图像中所观察的剪切波传播进行比较包括:在多个时间步长的每个处使用价值函数将所模拟的剪切波位移与剪切波图像帧的空间域中针对特定位置所观察的剪切波位移直接进行比较。13.权利要求1所述的方法,其中使用价值函数将所模拟的剪切波传播与组织的剪切波图像中所观察的剪切波传播进行比较包括:在多个时间步长的每个处使用价值函数将所模拟的剪切波位移与剪切波图像帧的空间域中针对多个位置中的每个所观察的剪切波位移直接进行比较。14.权利要求1所述的方法,其中使用价值函数将所模拟的剪切波传播与组织的剪切波图像中所观察的剪切波传播进行比较包括:计算射频空间中的价值函数,其将所观察的剪切波传播的所测量射频偏移与所模拟的剪切波传播的所计算射频偏移进行比较。15.权利要求1所述的方法,其中评估针对组织的患者特异剪切模量和粘度值以优化将所模拟的剪切波传播与所观察的剪切波传播进行比较的价值函数包括:评估针对剪切波图像的靶标区域组织的初始剪切模量值和初始粘度值;采用针对靶标区域中组织的剪切模量和粘度的当前值使用剪切波传播的计算模型模拟剪切波传播;生成误差映射,该误差映射示出使用剪切模量和粘度的当前值的所模拟剪切波传播和所观察空间传播之间的误差值的空间分布;基于使用剪切模量和粘度的当前值的所模拟剪切波传播和所观察空间传播之间的误差值分割误差映射以识别靶标区域内的组织子区域;以及通过计算每个所识别组织子区域的剪切模量和粘度的单独值来评估针对靶标区域中组织的空间变化剪切模量和粘度值以使用多元优化来优化价值函数。16.权利要求15所述的方法,其中评估针对组织的患者特异剪切模量和粘度值以优化将所模拟的剪切波传播与所观察的剪切波传播进行比较的价值函数还包括:重复采用靶标区域中组织的剪切模量和粘度的当前值,使用剪切波传播的计算模型模拟剪切波传播、生成误差映射、分割误差映射、以及评估针对靶标区域中组织的空间变化剪切模量和粘度值的步骤直至靶标区域中的多个子区域收敛。17.权利要求1所述的方法,还包括:重复使用剪切波传播的计算模型基于针对组织的剪切模量和粘度值模拟组织中的剪切波传播、使用价值函数将所模拟的剪切波传播与组织的剪切波图像中所观察的剪切波传播进行比较、以及评估针对组织的患者特异剪切模量和粘度值以优化将所模拟的剪切波传播与所观察的剪切波传播进行比较的价值函数的步骤,直至所模拟的剪切波传播收敛至剪切波图像中所观察的剪切波传播。18.权利要求2所述的方法,其中针对组织的所评估的患者特异剪切模量值和粘度值是空间变化的剪切模量值和粘度值,以及通过生成剪切模量和粘度的空间映射来可视化所评估的患者特异剪切模量和粘度值包括:通过将所评估的空间变化患者特异剪切模量值映射至剪切波图像的空间域来生成剪切模量彩色映射,并基于针对剪切模量彩色映射中的每个像素的所评估的患者特异剪切模量值为每个像素分配颜色;以及通过将所评估的空间变化患者特异粘度值映射至剪切波图像的空间域来生成粘度彩色映射,并基于针对粘度彩色映射中的每个像素的所评估的患者特异粘度值为每个像素分配颜色。19.一种用于基于组织的剪切波图像评估患者组织的剪切模量和粘度的设备,包括:用于使用剪切波传播的计算模型基于针对组织的剪切模量和粘度值模拟组织中的剪切波传播的装置;用于使用价值函数将所模拟的剪切波传播与组织的剪切波图像中所观察的剪切波传播进行比较的装置;以及用于评估针对组织的患者特异剪切模量和粘度值以优化将所模拟的剪切波传播与所观察的剪切波传播进行比较的价值函数的装置。20.权利要求19所述的设备,还包括:用于通过生成剪切模量和粘度的空间映射来可视化所评估的患者特异剪切模量和粘度值的装置。21.权利要求19所述的设备,其中用于使用剪切波传播的计算模型基于针对组织的剪切模量和粘度值模拟组织中的剪切波传播的装置包括:用于基于针对组织的剪切模量和粘度值计算空间域中对应于多个时间步长的每个处的剪切波图像的至少一个区域的组织的剪切位移的装置。22.权利要求19所述的设备,其中用于使用价值函数来将所模拟的剪切波传播与组织的剪切波图像中所观察的剪切波传播进行比较的装置包括:用于使用价值函数将所模拟的剪切波位移与剪切波图像的空间域中针对多个位置的特定时帧处所观察的剪切波位移直接进行比较的装置。23.权利要求19所述的设备,其中用于使用价值函数将所模拟的剪切波传播与组织的剪切波图像中所观察的剪切波传播进行比较的装置包括:用于在多个时间步长的每个处使用价值函数将所模拟的剪切波位移与剪切波图像帧的空间域中针对特定位置所观察的剪切波位移直接进行比较的装置。24.权利要求19所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员:D·科马尼丘,范列湘,F·富洛,A·卡门,T·曼西,S·拉帕卡,
申请(专利权)人:美国西门子医疗解决公司,
类型:发明
国别省市:美国;US
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