超声剪切波弹性摄影中的自相关引导的互相关制造技术

超声运动跟踪包括：发出在剪切波的传播方向上彼此间隔开的多个超声脉冲，以跟踪由所述波引起的轴向运动。所述波已经由轴向推动诱发。基于所述运动，使用自相关来估计轴向位移。使用所述估计作为在基于时间域的运动跟踪算法中的开始点(234)，以用于修改所述估计，从而产生经修改的位移。所述修改能够构成在估计上的改进。所述发出可以对应地从多个声学窗发生，多个超声成像探头分别经由所述窗进行成像。自相关和算法具体地操作在经由被用于跟踪由推动(所述推动是单个推动)所诱发的波引起的运动的脉冲采集的成像上。所述算法可以涉及经受图像匹配准则(S358)影响的递增地增加的在搜索区上的互相关。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声剪切波弹性摄影中的自相关引导的互相关
本专利技术涉及跟踪剪切波诱发的运动，并且更具体而言，涉及在运动跟踪中的对相关的使用
技术介绍
超声剪切波弹性摄影是能够测量软组织的诸如剪切模量和剪切黏度的机械性质的新的医学模态。因为组织弹性与病理有关，因此弹性摄影能够提供额外的临床信息以增加诊断置信度。一个范例是通过测量肝硬度的肝纤维化分级。在基于声辐射力的超声剪切波弹性摄影中，专用脉冲序列包括一个或多个长推动脉冲(通常每个长数百微秒)和和一系列交错跟踪脉冲。由于声辐射力的效应，推动脉冲使得聚焦区中的组织移动远离探头表面，同时建立在垂直于推动波束的方向上传播远离聚焦区域的剪切波。针对聚焦深度处的沿剪切波路径的每个横向位置，由剪切波诱发的组织运动将主要在与推动波束相同的方向上。同时，针对给定位置，跟踪脉冲能够监测这样的动态响应并且将其转化为表示作为时间的函数的组织移动的幅度的位置特异性位移波形。这样的波形能够在沿剪切波传播路径的多个位置处来计算。所述波形能够被输入到用于计算传播的速度的过程中。例如，傅里叶变换能够在这些剪切波形上执行以估计剪切波相位速度。备选地，剪切波幅度峰-峰空间和时间计算也能够产生剪切波传播速度。作为结果，能够确定组织机械性质的绝对值。具体而言并且通过范例，剪切波在组织内部传播的速度由以下项来支配：剪切模量、剪切黏度、组织密度以及通过某些机械模型的剪切波频率。组织越硬，波移动就越快。刚度的量度然后能够被用在例如肝纤维化分级中。准确、可靠并且有效的运动跟踪是在以任何形式的超声剪切波弹性摄影对组织性质的最终估计中的目标。总体而言，在超声成像中有两种主要的运动跟踪技术：1)通过自相关的相位移位、2)通过互相关的时间移位(或者其他备选，诸如和绝对差(SAD))。在基于自相关的方法中，感兴趣区结构的位移诱发在由移动的介质背散射的相继的高频超声回波上的相位移位。自相关已经被实施在用于实时彩色流成像的多数商用超声系统上。当超声波传播通过软组织时，谱经历由于频率相关的衰减的下频移。因此，假设在基于多普勒的方法中的恒定中心频率将导致位移估计虚假。已知在快速时间域(即，在超声脉冲的轴向方向上)使用额外的自相关，以估计局部中心频率，并且随后改进位移估计准确性。参见T.Loupas,J.T.Powers和R.W.Gill在IEEETrans.Ultrason.Ferroelectr.Freq.Control42.4.，第672–688页，(1995)上的“AnAxialVelocityEstimatorforUltrasoundBloodFlowImaging,BasedonaFullEvaluationoftheDopplerEquationbyMeansofTwo-DimensionalAutocorrelationApproach”一文。通过互相关的时间移位估计通过使用射频(RF)数据或者从RF数据传达的符合信号从一个脉冲到另一脉冲进行互相关来估计时间延迟。
技术实现思路
下文在本文中提出的内容解决了上述问题中的一个或多个。用于位移估计的两种标准方法是自相关和互相关。自相关比互相关更有计算效率。然而，其受混叠影响--最大位移限制是四分之一波长(针对具有中心频率3Hz的标准肝脏图像探头，限制近似为120μm)。在常规的、即无引导的互相关方法中，混叠限制被消除。然而，其耗费更多计算时间，所述计算时间与预定义搜索区成比例地相关。在大的区上的搜索使得标准互相关在计算上是昂贵的。然而，如果搜索区被设置太小，则互相关函数的真实峰将被遗漏；如果其太大，则由于在信号中包含的噪声而将出现跳峰。在这样的情况下，互相关能够产生超过真实峰的虚假相关峰。虚假峰将在位移估计中引入不连续和误差。遗憾的是，在实践中，所需要的搜索区的尺寸将是变化的。在临床应用中，超声剪切波弹性摄影诱发的软组织运动大约为十微米(10-μm)。上限主要由美国食品药品监督管理局(FDA)声学输出安全限制所约束。针对一个剪切波推动脉冲，通常在10-20毫秒(ms)的时段内由超声跟踪脉冲来观察所诱发的剪切波运动。如果使用多个推动脉冲，则观察能够增加到50-100ms。尽管通常建议患者在剪切波弹性摄影期间屏息几秒钟，但是在50-100ms的时间段期间，患者运动(心脏运动和呼吸)和背景运动有时能超过四分之一波长并且达到比真实剪切波运动高一个量级以遮蔽真实剪切波信号。在这样的情况下，如果单单利用常规互相关，则必须使用非常大的搜索尺寸以便定位最大互相关函数。这导致更长的计算时间并且潜在地导致虚假跳峰。如果单单使用自相关，则将可能发生相位混叠。在本文中提出的两步运动跟踪方法对背景运动更为鲁棒。为了对软组织中的剪切波传播的更准确和有效的跟踪，该新的方法使用自相关和互相关两者。这例如对于超声剪切波弹性摄影的体内应用而言是有用的。两步方法可表征为自相关引导的互相关。在第一步骤中，相位根据复信号的自相关来导出并且被适当地被展开。然后，使用恒定中心频率根据相位来计算初始位移。在第二步骤中，所述初始位移被量化并且被用作开始点以向互相关馈送减小的搜索窗，从而获得具有高精度的最终位移。通过将自相关与互相关整合，所提出的方法非常适于实时应用。在即时建议中的通过互相关的计算比标准互相关快得多。其还减小了位移估计和偏置的变化，而不需要RF信号的平均频率的明确估计。该新的方法相对于常规自相关的性能改进包括：1)混叠被移除；并且2)不需要考虑中心频率深度衰减和频率随机波动的效应。存在后者的益处是因为使用基于时间移位的互相关的位移估计不受频率改变的影响。此外，该新的方法相对于常规互相关的性能改进包括：1)显著降低的搜索尺寸，以克服跳峰(虚假最大值或最小值)，从而得到改进的估计准确性；以及2)更快速的计算。在本文中所提出的内容以这样的方式组合自相关和互相关估计器：利用每个的优点，以改进总体运动跟踪性能。例如，由于在步骤一中通过相位展开未移除的任何混叠造成的误差通过接下来的互相关来校正或减轻。作为另一范例，互相关的相对高的计算负担通过为互相关提供由自相关导出的开始点显著缩短的搜索来缓解。相比于任一个体协议，该混合协议能够获得针对剪切波弹性摄影的更准确并且鲁棒的位移估计。根据所提出的技术的一方面，一种超声运动估计算法，包括：发出在剪切波的传播方向上彼此间隔开的多个超声脉冲，以跟踪由剪切波引起的轴向运动。所述剪切波已经由轴向方向的超声或者机械诱发的推动脉冲诱发。基于跟踪脉冲回波，所述方法使用自相关来估计轴向位移。所述方法然后使用所述估计作为在基于时间域的运动跟踪算法中的开始点，以用于修改所述估计，从而产生经修改的位移。所述修改在运动跟踪准确性方面能够构成在估计上的改进。所述发出可以对应地从多个声学窗(多个超声成像探头分别经由所述窗进行成像)发生。所述自相关和算法能够具体地操作在经由用于跟踪由推动(所述推动是单个推动)诱发的波所引起的运动中所使用的脉冲采集的成像上。所述算法可以涉及经受图像匹配准则影响的递增地增加的在搜索区上的互相关。针对流程的采集能够扩展在多个推动上。在剪切波弹性摄影中的新颖的、互相关引导的基于时间域的运动跟踪的细节在下文借助如下附图进一步阐述，所述附图未按比例绘制。附图说明图1是根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声运动估计设备，包括：图像采集电路，其被配置用于经由在剪切波的传播方向上横向间隔开(120)的多个声学窗来发出各自的多个超声脉冲以跟踪由所述波引起的轴向运动，所述波已经由轴向方向的推动所诱发；以及运动跟踪电路，其被配置用于基于所述运动使用自相关来估计轴向位移，并且被配置用于使用所述估计(226)作为在基于时间域的运动跟踪算法中的开始点以修改所述估计，从而产生修改的位移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.16 US 61/994,3701.一种超声运动估计设备，包括：图像采集电路，其被配置用于经由在剪切波的传播方向上横向间隔开(120)的多个声学窗来发出各自的多个超声脉冲以跟踪由所述波引起的轴向运动，所述波已经由轴向方向的推动所诱发；以及运动跟踪电路，其被配置用于基于所述运动使用自相关来估计轴向位移，并且被配置用于使用所述估计(226)作为在基于时间域的运动跟踪算法中的开始点以修改所述估计，从而产生修改的位移。2.根据权利要求1所述的设备，所述算法包括互相关，所述使用所述估计包括使用所述估计以定位所述互相关的核(203)。3.根据权利要求1所述的设备，所述发出包括经由所述窗(132)来发出初始各自的脉冲，以采集参考图像。4.根据权利要求3所述的设备，所述发出还包括针对所述跟踪在脉冲的所述发出之后发出各自的跟踪脉冲，以采集所述参考图像(227)。5.根据权利要求4所述的设备，被配置用于基于根据所述跟踪脉冲(140)的采集，形成反映由所述运动引起的变形的图像，所述自相关部分地基于反映所述变形的所述图像。6.根据权利要求5所述的设备，所述算法操作在反映所述变形(158)的所述图像上。7.根据利要求3所述的设备，所述算法包括互相关，所述使用所述估计包括使用所述估计以相对于所采集的参考图像对所述互相关的核进行定位(S348)。8.根据利要求7所述的设备，所述参考图像包括像素，所述使用自相关针对所述像素中的不同的像素被重复(S370)，从而生成不同的定位和对应的不同的估计，所述定位在所述定位之中，所述估计在所述估计之中。9.根据利要求1所述的设备，所述运动跟踪电路(108)还被配置用于关于所述自相关的执行和所述算法的执行而具体操作在经由所述脉冲采集的成像上，所述脉冲被用于跟踪由所述波引起的所述运动，所述波由所述推动所诱发，所述推动是单个推动。10.根据利要求1所述的设备，所述自相关操作在从经由所述脉冲采集的射频数据(144)导出的复信号上。11.根据利要求10所述的设备，所述运动跟踪电路还被配置用于根据所述自相关来导出相位(208)。12.根据利要求11所述的设备，所述运动跟踪电路还被配置用于展开所述相位，以解决相位不连续(214)。13.根据利要求12所述的设备，所述运动跟踪电路被还配置用于基于展开的相位(21...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢华，周诗未，Jl·罗贝尔，V·T·沙姆达莎尼，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL