基于动态孔径控制的超声剪切波弹性成像方法技术

本发明专利技术提供了一种基于动态孔径控制的超声剪切波弹性成像方法，对不同的聚焦深度，开启对应的阵元数目，设置孔径大小，能有效消除栅瓣现象和位移场中的伪位移，得到的质点位移-时间曲线更符合单点激发剪切波随时间衰减的规律，提升了剪切波传播速度测量准确度。本发明专利技术解决了现有技术中在浅聚焦深度时，由于声辐射力栅瓣的影响，导致标记点位移——时间曲线发生畸变，降低剪切波传播速度测量准确度的技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声弹性成像
，具体涉及一种基于动态孔径控制的超声剪切 波弹性成像方法。
技术介绍
超声弹性成像是一种以检测生物组织弹性信息为目的的新兴技术，其成像原理 是，利用聚焦超声产生的声福射力（acoustic radiation force, ARF)激励生物组织，根据 声辐射力施加前后该组织的形变差求解弹性系数，进而弹性成像。根据声辐射力的施加方 式，超声弹性成像可分为三类：准静态法，例如诊断超声中的声流法（Acoustic Streaming in Diagnostic Ultrasound, ASIDU);瞬态法，例如声福射力脉冲成像（Acoustic Radiation Force Impulse Imaging, ARFII)、剪切波弹性成像（Shear Wave Elasticity Imaging, SWEI)、超声剪切成像（Supersonic Shear Imaging, SSI);谐波法，例如振动声成 像（Vibro-Acoustography)、简谐运动成像（Harmonic Motion Imaging, ΗΜΙ) 〇 其中，剪切波弹性成像通过检测由声辐射力激励生物组织产生的剪切波的传播速 度，反演出剪切模量，再据此弹性成像。由于只需要聚焦超声单点激励，所以成像过程受外 部及生物组织内部环境影响较小，且安全可靠，收到广大临床医护和科研人员的高度重视， 近些年来，无论在理论研究和临床应用都取得了众多突破，成为当前超声弹性成像技术中 的一个研究热点。超声剪切波弹性成像的核心步骤是测出聚焦声辐射力诱发的剪切波的传 播速度，而固定孔径下，当聚焦深度较浅时，聚焦超声产生的声辐射力场会在焦点两侧产生 栅瓣，引起位移场在焦点两侧产生伪位移场，从而导致标记质点位移-时间曲线出现畸变， 且聚焦深度越浅，畸变程度越大，这样大大降低了剪切波传播速度测量精度。
技术实现思路
本申请通过提供一种，对不同的测 量深度，动态控制孔径大小，以获得良好的位移-时间曲线，以解决现有技术中浅聚焦深度 时剪切波传播速度不准确的技术问题。 为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现： 一种，包括以下步骤： S1 :在不同的聚集深度z下，通过调整超声换能器的孔径宽度D来控制声辐射力场 的形状，以消除声辐射力栅瓣，即：聚集深度z变大，超声换能器的孔径宽度D调大，聚集深 度z变小，超声换能器的孔径宽度D调小； S2 :根据超声换能器在孔径宽度D时的有效声压PJ十算声辐射力F ; S3:由声辐射力矢量与三维波动方程的格林函数卷积求得该声辐射力引起质点振 动的位移场； S4 :针对每个聚焦深度，利用峰值时间法求解剪切力波的传播速度CT; S5:按照计算剪切模量μ，其中P为被测生物组织密度，CT为步骤S4所得的剪切力波的传播速度； S6 :根据杨氏模量E、剪切模块μ与泊松比v三者关系式：重构生物组织的弹性模量并实现不同深度的弹性成像，其中λ 为Lame常数。 进一步地，孔径宽度D随焦距f的改变而变化，且满足，式中，入。 为载波波长；超声换能器的孔径宽度式中，N_elements为活跃物理阵元数，d为相邻两阵元的中心间距，width为阵元宽度，kerf 为阵元间隙；通过调整活跃物理阵元数【elements的数目实现超声换能器的孔径宽度D的 调节，对不同焦距f下的活跃物理阵元数【elements按照进行动态调整，N_elements取整数，且当阵元总数为偶数时，活跃物理阵元数N_elements 取偶数，当阵元总数为奇数时，活跃物理阵元数【elements取奇数。 动态孔径控制即针对不同的聚焦深度，开启相应的活跃物理阵元数目，当聚焦深 度较浅时，只开启少数的中心阵元，边缘的其他阵元则处于静默状态，此时的孔径宽度D较 小，随着聚焦深度的逐渐增加，相应的边缘阵元也随之开启，增大了孔径宽度D，从而控制声 辐射力场的形状，有效消除栅瓣现象和位移场中的伪位移，使得得到的聚焦中心侧向标记 点的位移-时间曲线更符合对剪切波传播速度测量的要求。 更进一步地，步骤S2中声辐射力i式中，α为生物组织的声衰减系数， c为超声在生物组织中的传播速度，I为一空间位置时间平均声强，且，式中， Ρ为生物组织的组织密度，ζ为生物组织的声阻抗，匕为当前时刻的有效声压。 实施时，步骤S3中按照求得该声辐射力引 起质点振动的位移场，式中，为瞬态作用力矢量>在粘弹性介质中引起的位移 场，1"和|为方向向量，t和τ为时间为格林函数分量。 更具体的，步骤S4中的峰值时间法求解剪切力波的传播速度4的具体步骤如下： S41 :在聚焦位置的横向方向上，取间距相同的多个标记点，记录每个采样时刻对 应的振动位移，得到每个标记点的振动位移时间图； S42 :记录每个标记点振动位移主峰值对应的时刻； S43:利用最小二乘法拟合出以各标记点的位置信息为自变量，对应的主峰值到达 的时刻为因变量的一条直线，该条直线的斜率的倒数即为剪切波传播速度值。 使用峰值时间法（Time To Peak displacement, TTP)最大特点在于求解过程中关 注的是各个点主峰值到达时刻，与峰值的具体值无关，因此，利用该方法求解剪切波传播速 度误差较小。 与现有技术相比，本申请提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：通过动态改 变超声换能器孔径的大小来控制声辐射力场的形状，有效消除栅瓣现象和位移场中的伪位 移，大大提高了浅聚焦深度的剪切波传播速度的测量准确率。【附图说明】 图1为动态孔径控制示意图； 图2为基于动态孔径控制的聚焦超声发射示意图； 图3为聚焦超声诱发生物组织产生剪切波示意图； 图4为某一标记点离焦点不同侧向位置的位移-时间曲线图； 图5为焦距5mm静态孔径控制下标志点归一化位移-时间曲线图； 图6为焦距5mm动态孔径控制下标志点归一化位移-时间曲线图； 图7为焦距7mm静态孔径控制下标志点归一化位移-时间曲线图； 图8为焦距7_动态孔径控制下标志点归一化位移-时间曲线图； 图9为焦距9mm静态孔径控制下标志点归一化位移-时间曲线图； 图10为焦距9mm动态孔径控制下标志点归一化位移-时间曲线图。【具体实施方式】 本申请通过提供一种，对不同的测 量深度，动态控制孔径大小，以获得良好的位移-时间曲线，以解决现有技术中浅聚焦深度 时剪切波传播速度不准确的技术问题。 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式，对 上述技术方案进行详细的说明。 实施例 一种，包括以下步骤： S1 :在不同的聚集深度z下，通过调整超声换能器的孔径宽度D来控制声辐射力场 的形状，以消除声辐射力栅瓣，即：聚集深度z变大，超声换能器的孔径宽度D调大，聚集深 度z变小，超声换能器的孔径当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态孔径控制的超声剪切波弹性成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在不同的聚集深度z下，通过调整超声换能器的孔径宽度D来控制声辐射力场的形状，以消除声辐射力栅瓣，即：聚集深度z变大，超声换能器的孔径宽度D调大，聚集深度z变小，超声换能器的孔径宽度D调小；S2：根据超声换能器在孔径宽度D时的有效声压Pe计算声辐射力F；S3：由声辐射力矢量与三维波动方程的格林函数卷积求得该声辐射力引起质点振动的位移场；S4：针对每个聚焦深度，利用峰值时间法求解剪切力波的传播速度CT；S5：按照计算剪切模量μ，其中ρ为被测生物组织密度，CT为步骤S4所得的剪切力波的传播速度；S6：根据杨氏模量E、剪切模块μ与泊松比ν三者关系式：重构生物组织的弹性模量并实现不同深度的弹性成像，其中λ为Lame常数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱新建，吴若愚，陆彦邑，何庆华，吴宝明，
申请(专利权)人：中国人民解放军第三军医大学第三附属医院，
类型：发明
国别省市：重庆;85