检测剪切波在生物组织中传输速度的方法、检测生物组织弹性的方法及生物组织弹性成像方法技术

本发明专利技术公开了检测剪切波在生物组织中传输速度的方法、检测生物组织弹性的方法及生物组织弹性成像方法。本发明专利技术所述的检测剪切波在生物组织中传输速度的方法，其特征在于，利用待检测组织内沿剪切波传播方向上的任意两位置的距离和分别在该两位置上实时回波信号与原始回波信号的MAC值产生变化的时间差，计算该两位置间剪切波传播的速度。本发明专利技术中采用模态置信准则对剪切波进行跟踪，可以实现组织在剪切波作用下的微形变估计算，提高图像的信噪比、分辨率、对比度；灵敏度高。另一方面，模态置信准则是对超声回波射频信号的时域计算方法，计算流程一致性较好，可以允许多项连续的模态置信因子计算任务在相同时间的并发操作即并行计算使整幅弹性图像的复杂计算操作获得较高的加速比。因此，该方法可以有效的提高弹性成像算法的计算速度并实现剪切波的传播过程的实时跟踪。

【技术实现步骤摘要】
检测剪切波在生物组织中传播速度的方法、检测生物组织弹性的方法及生物组织弹性成像方法
本专利技术涉及检测剪切波在生物组织中传播速度的方法、检测生物组织弹性的方法及生物组织弹性成像方法。
技术介绍
在医学诊断中，生物组织的弹性信息对于诊断疾病具有非常重要的参考价值。一般认为，软组织病理的改变往往与组织的硬度相关。如组织的硬度或弹性会随着肿瘤在组织中的生长或扩散而改变。甚至在肿瘤在出现形态学改变前，其硬度已经发生变化，导致正常组织与病变组织之间存在较大的弹性差异。这种利用生物组织的力学特性的差异，通过区分外力作用下不同生物组织的响应(应变、位移等)而进行成像的方法即为弹性成像(elastography)。对目前的超声弹性成像技术来说，根据加载方式不同，可将其大致分为两类：静态/准静态超声弹性成像和动态超声弹性成像。目前发展较为成熟的超声弹性成像技术多属于静态/准静态超声弹性成像技术，其基本原理是利用采用手动加压的方法使待检目标发生变形，通过向变形前后的特检目标发射超声波并接收回波信号，经分析处理后获得位移、应变、应变率和速度等待检目标的响应参数，最终估计出待检目标的杨氏模量、剪切模量、泊松比和拉梅常数等材料力学属性的相对值，进而定性地了解目标不同组分的硬度差异，并根据这一差异诊断待检目标的病理状况。但类似的超声弹性成像方法对成像的深度和位置都会有限制。手动加压的加载方式决定了这种超声弹性成像方法不能对深层组织进行成像，相应产生的应变与位移也会受到施加压力的大小、加载时间的长短等人为因素的影响。所以类似方法只能定性的显示浅表组织的弹性信息，重复性差。为了上述缺陷，可行的方法之一是采用聚焦超声束激励的方法引起组织运动，再利用超声成像技术探测组织的运动，通过组织运动特性重建组织体弹性参数分布，即动态超声弹性成像技术。作为一种具有代表性的动态超声弹性成像技术，剪切波弹性成像技术(shearwaveelastography,SWE)是超声弹性成像技术的一种替代方案。其基本思想是通过检测声辐射力激发组织而产生的剪切波的传播特性进行成像的方法。一般是通过超声探头发射的强度在安全阈值内的声辐射脉冲在待检组织内形成声辐射力(AcousticRadiationForce)对下层组织进行施压，压力在声波传播方向上推动组织，组织相应地产生复原力，该复原力会产生机械波，尤其是沿组织横向传播的剪切波。而机械波的传播性质与材料的力学特征紧密相关，剪切波作为组织复原力产生的一种机械横波，其传播性质必然包含着组织内的诸多力学信息。简单地说，剪切波速度越快，说明组织杨氏模量值越大，即组织的硬度越大。利用这一性质，即可通过组织内传播的剪切波速度反推得到组织的杨氏模量绝对值。所以对剪切波弹性成像方法来说，其核心技术是跟踪剪切波在组织内的传播过程并据此计算其传播速度。剪切波在生物体内传播速度缓慢，一般为1～10m/s，故可利用超声成像方法捕捉剪切波的传播过程。对一般的动态超声弹性成像方法而言，其工作原理是通过检测声辐射力作用前后的超声回波信号，应用相应的变形估计算法对这些信号进行分析处理，进而根据胡克定理确定出待检对象弹性信息的空间分布。这类技术急待改进的方面主要体现在：改善系统的性能水平，有效提高超声换能器的电声转换效率，输出高能量的超声波信号产生更大的超声辐射力，实现待检材料弹性参数较大动态范围的检测，以进一步拓展该技术的应用空间；开发利用超声回波实现组织微小形变检测的计算方法，提高图像的信噪比、分辨率、对比度及帧频进而实现组织力学参数空间分布的实时检测，以提高该技术的临床应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是为了克服现有技术中的不足，提供一种可对深层生物组织检测的检测剪切波在生物组织中传播速度的方法。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：检测剪切波在生物组织中传播速度的方法，其特征在于，利用待检测组织内沿剪切波传播方向上的任意两位置的距离和分别在该两位置上实时回波信号与原始回波信号的MAC值产生变化的时间差，计算该两位置间剪切波传播的速度。优选地是，按照以下公式计算实时回波信号与原始回波信号之间的模态置信度MAC值：其中，ωk(n)代表窗口长度为n的第k个窗函数，ψij代表在第i次发射波束后第j个通道接收到的回波信号，代表t＝0时刻下，第j个通道采集的原始回波信号，MACijk代表通过ωk(n)截取的实时回波信号与ψij及的模态置信度。优选地是，根据对待检测组织各位置对超声回波信号的MAC值，组成矩阵；并记录在不同时刻下待检测组织各位置对超声回波信号的MAC值，分别组成矩阵；依据待检测组织内沿剪切波传播方向上的任意两位置的距离和分别在两位置上实时回波信号与原始回波信号的MAC值矩阵产生变化的时间差，计算该距离间剪切波传播的平均速度。优选地是，所述的实时回波信号为实时超声回波信号；所述原始回波信号为原始超声回波信号。优选地是，包括步骤：①.待检测组织发射超声波束，并接收超声回波信息作为参考的原始组织回波信号，记为②.对待检测组织发射聚焦波束，使待检测组织产生剪切波；③.在待检测组织产生剪切波后，对待检测组织的待检测区域发射超声波束并接收反射回来的回波信号；④.重复步骤③，对待检测区域多次发射超声波束，记录超声回波信号，记为ψij；直到剪切波传播至待检测区域之外；⑤.通过窗函数ωk对步骤④中实时接收的超声回波信号ψij和步骤①中记录原始超声射频回波信号进行多次截取，计算MAC值。优选地是，所述的步骤②中，对待检测组织发射声波，在组织内部产生声辐射力，利用声辐射力在声波传播方向上推动待检测组织，使待检测组织产生剪切波。优选地是，所述的步骤①中，通过超声仪器的发射端(12)控制阵列超声换能器(13)对待检测组织(14)发射超声波束，并通过接收端(15)和数据采集模块(16)记录不同通道接收到的超声回波信息作为参考的原始组织回波信号，记为并传回至数据存储器(17)；所述的步骤②中，通过发射端(12)控制阵列式超声换能器(13)对待检测组织(14)发射聚焦波束，在组织内部产生声辐射力，声辐射力在声波传播方向上推动待检测组织，使待检测组织产生剪切波；所述的步骤③中，在声辐射力对待检测组织进行激励后，控制发射端(12)对待检测组织的待检测区域发射超声波束并接收反射回来的超声回波信号；所述的步骤④中，重复步骤③，对待检测区域多次发射超声波束，通过数据采集模块(16)实时记录各通道接收到的超声射频回波信号并传回至数据存储器(17)，记为ψij，直到剪切波传播至待检测区域之外；所述的步骤⑤中，通过窗函数ωk(21)对步骤④中实时接收的超声射频回波信号ψij(23)和步骤①中记录原始超声射频回波信号(22)进行多次截取，并计算截取后的超声射频回波信号与原始回波信号之间的模态置信度MAC值。优选地是，所述生物组织为人体组织。优选地是，所述人体组织为深层组织。本专利技术的目的之二是为了克服现有技术中的不足，提供一种可对深层生物组织检测的检测剪生物组织弹性的方法。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：检测生物组织弹性的方法，其特征在于，采用前述的方法检测剪切波在生物组织中的传播速度，再利用剪切波在生物组织中的传播速度与弹性的线性关系计算得到组织的弹性特本文档来自技高网...

【技术保护点】
检测剪切波在生物组织中传输速度的方法，其特征在于，利用待检测组织内沿剪切波传播方向上的任意两位置的距离和分别在该两位置上实时回波信号与原始回波信号的MAC值产生变化的时间差，计算该两位置间剪切波传播的速度。

【技术特征摘要】
1.检测剪切波在生物组织中传播速度的方法，其特征在于，利用待检测组织内沿剪切波传播方向上的任意两位置的距离和分别在该两位置上实时回波信号与原始回波信号的模态置信度MAC值产生变化的时间差，计算该两位置间剪切波传播的速度；按照以下公式计算实时回波信号与原始回波信号之间的模态置信度MAC值：其中，ωk(n)代表窗口长度为n的第k个取样窗，ψij代表在第i次发射波束后第j个通道接收到的回波信号，代表t＝0时刻下，第j个通道采集的原始回波信号，MACijk代表通过ωk(n)截取的实时回波信号与ψij及的模态置信度；根据待检测组织各位置对超声回波信号的模态置信度MAC值，组成矩阵；并记录在不同时刻下待检测组织各位置对超声回波信号的模态置信度MAC值，分别组成矩阵；依据待检测组织内沿剪切波传播方向上的任意两位置的距离和分别在两位置上实时回波信号与原始回波信号的模态置信度MAC值矩阵产生变化的时间差，计算该距离间剪切波传播的平均速度。2.根据权利要求1所述的检测剪切波在生物组织中传播速度的方法，其特征在于，所述的实时回波信号为实时超声回波信号；所述原始回波信号为原始超声回波信号。3.根据权利要求1所述的检测剪切波在生物组织中传播速度的方法，其特征在于，包括步骤：①.对待检测组织发射超声波束，并接收超声回波信息作为参考的原始组织回波信号，记为②.对待检测组织发射聚焦波束，使待检测组织产生剪切波；③.在待检测组织产生剪切波后，对待检测组织的待检测区域发射超声波束并接收反射回来的回波信号；④.重复步骤③，对待检测区域多次发射超声波束，记录超声回波信号，记为ψij；直到剪切波传播至待检测区域之外；⑤.通过窗函数ωk对步骤④中实时接收的超声回波信号ψij和步骤①中记录原始超声射频回波信号进行多次截取，计算模态置信度MAC值。4.根据权利要求3所述的检测剪切波在生物组织中传播速度的方法，其特征在于，所述的步骤②中，对待检测组织发射声...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦阳，顾天明，崔崤峣，徐杰，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32