血管超声弹性成像的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种血管超声弹性成像的方法及装置，其中，方法包括：建立血管的层状结构模型，通过包含数目较少阵元的声辐射力激发弹性波，以对模型的导波进行分析，并计算得到血管周围组织的剪切模量μ2和导波时空位移，其中，进一步将导波时空位移通过二维傅里叶变换得到频散曲线；根据剪切模量μ2和频散曲线通过导波频散方程和退化的导波频散方程，并考虑血管周围组织弹性进行迭代，以识别血管管壁的弹性性质，其中，迭代方法采用频散曲线的泄漏分支。该方法采用层状结构导波频散模型来模拟真实的血管系统，更加符合实际情况，并且易于实现计算机编程，且能够评估实验数据的有效性。

The Method and Device of Ultrasound Elastography of Blood Vessels

The invention discloses a method and device for vascular ultrasound elastography, which includes: establishing a layered structure model of blood vessel, exciting elastic wave by acoustic radiation force containing fewer array elements to analyze the guided wave of the model, and calculating shear modulus 2 and space-time displacement of guided wave around blood vessel, in which the space-time displacement of guided wave is further passed through. The dispersion curve is obtained by two-dimensional Fourier transform, and the guided wave dispersion equation and the degenerated guided wave dispersion equation are iterated according to the shear modulus and dispersion curve. The elastic properties of the vascular wall are identified by considering the elasticity of the surrounding tissues. The leaky branch of the dispersion curve is used in the iteration method. This method simulates the real blood vessel system by using the layer structure guided wave dispersion model, which is more in line with the actual situation, and is easy to realize computer programming, and can evaluate the validity of experimental data.

【技术实现步骤摘要】
血管超声弹性成像的方法及装置
本专利技术涉及医学成像
，特别涉及一种血管超声弹性成像的方法及装置。
技术介绍
弹性成像方法可以对生物组织等软材料的力学特性进行非无损、非介入性检测。从提出此概念至今的二十余年里，弹性成像作为一种新型的表征手段无论从方法发展还是实际应用上都得到了广泛关注。图1概括了弹性成像技术的主要步骤：首先，对目标软材料施加外激励(例如外加机械激励或者声辐射力等)；接下来，通过现有的成像技术(如超声成像、核磁共振成像等)，检测软材料对于激励的力学响应(如变形或剪切波传播等)；进一步通过反分析可以根据测得的响应情况反演出软材料的力学性质。一些临床研究结果表明，组织病变(例如，脑部病变、肝脏纤维化和肿瘤病变等)通常会导致生物组织的力学特性发生改变。因此通过弹性成像方法在体测量生物软组织的力学特性，对某些重大疾病的诊断、发展监控以及相关药物的疗效评价都具有重要意义。研究表明，心脑血管疾病的发生和发展伴随着血管管壁弹性性质的改变。因此临床上希望能够定量测量血管管壁的弹性性质，进而用于心脑血管疾病的诊断。脉搏波方法就是针对血管弹性测量发展起来的一种方法。但是脉搏波因为超低的频率，在血管弹性测量方面精度很差，也无法做到对血管局部弹性进行测量。剪切波弹性成像方法是一种定量测量软组织弹性的方法。但是由于生物组织中剪切波频率较低的原因(高频剪切波在软组织中存在强烈耗散，因此传播距离非常短)，目前最为先进的剪切波弹性成像技术的分辨率只能做到毫米量级。对于血管等薄壁结构，厚度约为毫米甚至亚毫米量级，超过了剪切波弹性成像方法的分辨率。同时，因为存在血液以及周围组织，所以这个系统实际上是一个多层系统，对其进行的成像技术问题亟待解决。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种血管超声弹性成像的方法，具有易于实现计算机编程，且能够评估实验数据的有效性的优点。本专利技术的另一个目的在于提出一种血管超声弹性成像的装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种血管超声弹性成像的方法，包括以下步骤：建立血管的层状结构模型，通过包含数目较少阵元的声辐射力激发弹性波，以对所述模型的导波进行分析，并计算得到所述血管周围组织的剪切模量μ2和导波时空位移，其中，进一步将所述导波时空位移通过二维傅里叶变换得到频散曲线；根据所述剪切模量μ2和所述频散曲线通过导波频散方程和退化的导波频散方程，并考虑血管周围组织弹性进行迭代，以识别所述血管管壁的弹性性质，其中，所述迭代方法采用所述频散曲线的泄漏分支。本专利技术实施例的血管超声弹性成像的方法，通过采用层状结构模型来进行血管导波弹性成像，并设计基于迭代计算的反方法用以识别血管管壁的弹性性质，通过频散曲线的漏波分支进行实时拟合，以完成血管超声弹性成像，具有更加符合实际情况，并且易于实现计算机编程，且能够评估实验数据的有效性的优点。另外，根据本专利技术上述实施例的血管超声弹性成像的方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述血管的层状结构模型，进一步包括：所述血管的层状结构模型为三层，分别为第一固体层、流体层和第二固体层，其中，所述第一固体层为血管壁，所述流体层为血液，所述第二固体层为血管周围软组织；则对所述血管的层状结构模型进行导波分析，导波频散方程为：det(M)＝0，其中，忽略第二固体层的弹性，以得到退化的导波频散方程：其中，kl1＝ω/cl1，kt1＝ω/ct1，kl2＝ω/cl2，kt2＝ω/ct2，kl3＝ω/cl3；其中，其中，ρ3和λ3为所述血液的密度和体积模量；ρ1和ρ2分别为所述血管壁和所述血管周围软组织的密度；λ1和λ2、μ1和μ2分别为所述血管壁和所述血管周围软组织的拉梅常数，其中，λi>>μi，μ1>μ2；对所述血管壁中的导波，k为波速，f为频率，则相速度c＝2πf/k。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述通过包含数目较少阵元的声辐射力激发弹性波，以对所述模型的导波进行分析，进一步包括：通过声辐射力实现所述弹性波的激发，其中，采用较少阵元来产生所述声辐射力以实现在所述第一固体层和所述第二固体层同时激发。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述剪切模量μ2的计算公式为：μ2＝ρ2·SWV2,其中，ρ2为所述血管周围软组织的密度，SWV为剪切波速度。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，采用超声平面波成像模式，帧频为10000Hz，对所述弹性波的传播过程进行测量。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种血管超声弹性成像的装置，包括：超声波激发模块，用于对超声聚焦以激发声辐射力，成像模块，用于采用超声平面波成像模式，对弹性波的传播过程进行测量；以及离线处理模块，运用建立血管的层状结构模型，通过包含数目较少阵元的声辐射力激发弹性波，以对所述模型的导波进行分析，并计算得到所述血管周围组织剪切模量μ2和导波时空位移，其中，进一步将所述导波时空位移通过二维傅里叶变换得到频散曲线，并根据所述剪切模量μ2和所述频散曲线通过导波频散方程和退化的导波频散方程，并考虑血管周围组织弹性进行迭代，以识别所述血管管壁的弹性性质，其中，所述迭代方法采用所述频散曲线的泄漏分支本专利技术实施例的血管超声弹性成像的装置，通过采用层状结构模型来进行血管导波弹性成像，并设计基于迭代计算的反方法用以识别血管管壁的弹性性质，通过频散曲线的漏波分支进行实时拟合，以完成血管超声弹性成像，具有更加符合实际情况，并且易于实现计算机编程，且能够评估实验数据的有效性的优点。另外，根据本专利技术上述实施例的血管超声弹性成像的装置还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述离线处理模块用于建立血管的层状结构模型，进一步包括：所述血管的层状结构模型为三层，分别为第一固体层、流体层和第二固体层，其中，所述第一固体层为血管壁，所述流体层为血液，所述第二固体层为血管周围软组织；则对所述血管的层状结构模型进行导波分析，导波频散方程为：det(M)＝0，其中，忽略第二固体层的弹性，以得到退化的导波频散方程：其中，kl1＝ω/cl1，kt1＝ω/ct1，kl2＝ω/cl2，kt2＝ω/ct2，kl3＝ω/cl3；其中，其中，ρ3和λ3为所述血液的密度和体积模量；ρ1和ρ2分别为所述血管壁和所述血管周围软组织的密度；λ1和λ2、μ1和μ2分别为所述血管壁和所述血管周围软组织的拉梅常数，其中，λi>>μi，μ1>μ2；对所述血管壁中的导波，k为波速，f为频率，则相速度c＝2πf/k。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述超声波激发模块，进一步用于：通过声辐射力实现所述弹性波的激发，其中，采用较少阵元来产生所述声辐射力以实现在所述第一固体层和所述第二固体层同时激发。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述剪切模量μ2的计算公式为：μ2＝ρ2·SWV2,其中，ρ2为所述血管周围软组织的密度，SWV为剪切波速度。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，成像模块采用超声平面波成像模式，帧频为10000Hz。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种血管超声弹性成像的方法，其特征在于，包括以下步骤：建立血管的层状结构模型，通过包含数目较少阵元的声辐射力激发弹性波，以对所述模型的导波进行分析，并计算得到所述血管周围组织的剪切模量μ2和导波位移时空图，其中，进一步将所述导波位移时空图通过二维傅里叶变换得到频散曲线；和根据所述剪切模量μ2和所述频散曲线通过导波频散方程和退化的导波频散方程，并考虑血管周围组织弹性进行迭代，以识别所述血管管壁的弹性性质，其中，所述迭代方法采用所述频散曲线的泄漏分支。

【技术特征摘要】
1.一种血管超声弹性成像的方法，其特征在于，包括以下步骤：建立血管的层状结构模型，通过包含数目较少阵元的声辐射力激发弹性波，以对所述模型的导波进行分析，并计算得到所述血管周围组织的剪切模量μ2和导波位移时空图，其中，进一步将所述导波位移时空图通过二维傅里叶变换得到频散曲线；和根据所述剪切模量μ2和所述频散曲线通过导波频散方程和退化的导波频散方程，并考虑血管周围组织弹性进行迭代，以识别所述血管管壁的弹性性质，其中，所述迭代方法采用所述频散曲线的泄漏分支。2.根据权利要求1所述的血管超声弹性成像的方法，其特征在于，所述血管的层状结构模型，进一步包括：所述血管的层状结构模型为三层，分别为第一固体层、流体层和第二固体层，其中，所述第一固体层为血管壁，所述流体层为血液，所述第二固体层为血管周围软组织；则对所述血管的层状结构模型进行导波分析，导波频散方程为：det(M)＝0，其中，忽略第二固体层的弹性，以得到退化的导波频散方程：其中，kl1＝ω/cl1，kt1＝ω/ct1，kl2＝ω/cl2，kt2＝ω/ct2，kl3＝ω/cl3；其中，其中，ρ3和λ3为所述血液的密度和体积模量；ρ1和ρ2分别为所述血管壁和所述血管周围软组织的密度；λ1和λ2、μ1和μ2分别为所述血管壁和所述血管周围软组织的拉梅常数，其中，λi>>μi，μ1>μ2；对所述血管壁中的导波，k为波速，f为频率，则相速度c＝2πf/k。3.根据权利要求1所述的血管超声弹性成像的方法，其特征在于，所述通过包含数目较少阵元的声辐射力激发弹性波，以对所述模型的导波进行分析，进一步包括：通过声辐射力实现所述弹性波的激发，其中，采用较少阵元来产生所述声辐射力以实现在所述第一固体层和所述第二固体层同时激发。4.根据权利要求1所述的血管超声弹性成像的方法，其特征在于，所述剪切模量μ2的计算公式为：μ2＝ρ2·SWV2,其中，ρ2为所述血管周围软组织的密度，SWV为剪切波速度。5.根据权利要求1-4任一项所述的血管超声弹性成像的方法，其特征在于，采用超声平面波成像模式，帧频为10000Hz，对所述弹性波的传播过程进行测量。6.一种血管超声弹性成像的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹艳平，李国洋，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11