一种基于Golay码的超声弹性成像应变估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Golay码的超声弹性成像应变估计方法，包括以下步骤：(1)采用一对Golay码双相位编码序列，对其进行过采样和调制；(2)使用探头轻轻挤压人体组织同时，发射一对Golay码调制信号；(3)使用匹配滤波器对回波信号进行解码；(4)利用子带划分方法将压缩前、后的回波解码信号分割成几个子频带信号；(5)对每个子频带信号进行应变估计；(6)将所有的子应变图像进行加权平均得到最终的复合应变图像。本发明专利技术解决现有的准静态超声弹性成像系统使用短信号作为激励信号出现的能量低、穿透距离短、成像距离浅问题，解决短信号在人体组织深处或在低系统信噪比条件下，得到的应变图像的质量差问题。像的质量差问题。像的质量差问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Golay码的超声弹性成像应变估计方法


[0001]本专利技术涉及医学超声成像
，特别涉及一种基于Golay码的超声弹性成像应变估计方法。

技术介绍

[0002]人体组织的弹性属性是人体组织中的固有属性，它是人体组织机械属性中很重要的一个属性。人体组织弹性的大小一般用弹性模量来表示。弹性模量的大小反映该人体组织的硬度大小，反应了人体组织的弹性变形的难易程度。人体组织中各器官的弹性模量是不一样的。当人体某器官发生病变时，该器官的软硬度会发生改变，导致其弹性模量是不一样的。当人体某器官发生并病变时，该器官的软硬度变化密切相关。比如，乳腺肿瘤在病变过程中，其在对应的乳房部位会变硬。因此，医生通过测试得到的弹性模量值可以判断出人体组织器官是否有病变。
[0003]超声弹性成像是一种新的医学超声成像技术，可以定量测出人体组织的弹性模量，可以测出人体组织各器官的软硬度信息，有助于医生对肿瘤、癌症等疾病的诊断。超声弹性成像模式简称为E模式，主要以图像方式显示人体组织中应变分布或弹性模量分布。人体组织中的软硬块在传统超声B模式图像上不能够清楚辨别出来，但在弹性成像图像上可以很清楚辨别出来。医生通过超声弹性成像获得的人体组织的应变和弹性模量信息对癌症、肿瘤等疾病的早期诊断检测具有重要的意义。已经有很多文献报道超声弹性成像在医学临床上对乳腺肿瘤、前列腺癌、乳腺癌等疾病的诊断具有很重要的作用。
[0004]根据目前的已出版的文献报道，可以将超声弹性成像主要分为五类：准静态弹性成像、振动幅度成像、瞬时剪切波成像、声脉冲辐射力成像、超剪切波成像。本专利技术主要涉及准静态弹性成像。准静态超声弹性成像的基本过程是：首先使用探头轻轻沿扫描平面挤压人体表面，使人体组织内部产生应力场，人体组织会有轻微的形变，接着发射超声波激励信号到人体组织，然后根据压缩前、后的超声回波信号计算人体散射子的位移并估计应变，最后将一个二维的应变估计数据以图像的方式显示出来。一副变化的应变数据可以反应出人体组织各位置的弹性属性的变化情况，从应变图像上可以知道人体组织各位置的相对硬度信息，可以看出有没有硬块、硬块在什么位置以及硬块的几何形状等信息。这些有用信息可以帮助医生在临床上诊断是否有肿瘤、癌症等疾病。
[0005]现有的准静态超声弹性成像系统使用的超声波激励信号一般是短信号，这种短信号一般是两个周期的正弦波信号。短信号具有良好的轴向分辨率，但穿透距离短，在人体组织深处或在低系统信噪比或在超声高衰减环境条件下，超声回波信号的信噪比，成像效果差，应变图像的弹性信噪比低。低质量的应变图像质量会降低它的临床使用价值。因此提高应变图像质量是一个重要且有意义的研究的方向。
[0006]现有的准静态超声弹性成像系统使用的超声波激励信号一般是短信号，这种短信号一般是两个周期的正弦波信号。短信号具有良好的轴向分辨率，但穿透距离短，在人体组织深处或在低系统信噪比或在超声高衰减环境条件下，超声回波信号的信噪比低，成像效
果差，弹性成像系统得到的应变图像的弹性信噪比和对比噪声比低，应变图像的质量差。

技术实现思路

[0007]为了克服
技术介绍
中的问题，本专利技术提出一种基于Golay码的超声弹性成像应变估计方法，解决现有的准静态超声弹性成像系统使用短信号作为激励信号出现的能量低、穿透距离短、成像距离浅问题，解决短信号在人体组织深处或在低系统信噪比或在超声高衰减条件下，获得的超声回波信号的信噪比低，得到的应变图像的弹性信噪比和对比噪声比低，应变图像的质量差问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术是按照以下方式实现的：一种基于Golay码的超声弹性成像应变估计方法，使用Golay码代替短信号作为准静态超声弹性成像系统的激励信号。Golay码是一种编码激励信号，是一种长信号，脉冲长度一般大于10个周期，能量更高，能够大幅提高回波信号信噪比，并且穿透距离远。Golay码激励信号可以使发射信号是一种调制信号，在不超过安全声强的条件下，使用Golay码激励信号可以使发射信号的能量增加15-20dB。所以，使用Golay码激励信号可以大幅提高超声回波信号信噪比，性噪比的提升倍数大约为编码激励信号的时间带宽乘积。这额外增加的信噪比可以用来提高弹性成像的质量。
[0009]由于Golay码信号是一种长信号，为了不降低其轴向分辨率，必须对接收回波信号进行解码，使其轴向分辨率近似等于常规短信号的轴向分辨率。本专利技术采用匹配滤波器对Golay码的回波信号进行解码，因为当回波信号中的噪声是高斯白噪声时，匹配滤波器可以最大化信噪比。
[0010]本专利技术的有益效果：
[0011]1.本专利技术将Golay码激励信号应用到准静态超弹性成像系统中，使用Golay码激励信号代替传统的短信号，与短信号相比，Golay码激励信号是一种长信号，能量更多，抗声衰减能力更强，成像距离更远。
[0012]2.本专利技术使用Golay码激励信号可以增加超声回波信号的信噪比，在低系统信噪比或者在人体组织深处或者在超声高衰减条件下，回波信号信噪比的提高有助于增加位移估计的准确度和精度，可以提高应变图像的弹性噪比和对比噪声比，成像质量更好。
[0013]3.本专利技术使用匹配滤波器对Golay码的回波信号进行解码，当回波信号中的噪声是高斯白噪声时，匹配滤波器可以最大化解码信号的信噪比。
[0014]4.本专利技术利用子带划分方法对Golay码回波解码信号进行应变估计，将Golay码回波解码信号分割成3个子频带信号，然后分别对这3个子频带信号进行应变估计，最后将这3个子应变图像加权平均起来得到一个复合应变图像。根据图像复合的原理，使用子带划分方法可以抑制压缩前、后回波信号的解相关噪声，可以提高应变图像的弹性信噪比和对比噪声比。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的步骤流程图；
[0016]图2(a)为散射子模型的仿真轴向位移图；
[0017]图2(b)为散射子模型的仿真轴向应变图；
[0018]图3(a)为仿真短信号实验结果图；
[0019]图3(b)为仿真Golay码实验结果图。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚、明白，下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。
[0021]术语解释：Golay码是一种互补的双相位调制编码，它有一对互补的双相位编码序列。
[0022]如图1所示，一种基于Golay码的超声弹性成像应变估计方法，包括如下步骤：
[0023]步骤1.采用一对长度为N(N＝16，32，64)的Golay码，设一对长度为N的双相位编码序列分别为a(n)(n＝1，...，N)和b(n)(n＝1，...N)，当a(n)和b(n)当且仅当满足如下条件：
[0024]a(n)*a(-n)+b(n)*b(-n)＝2Nδ(n)
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(1)
[0025]则这一对双相位编码序列称之为一对Golay码本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Golay码的超声弹性成像应变估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.采用一对长度为N(N＝16，32，64)的Golay码，设一对长度为32的双相位编码序列分别为a(n)(n＝1，..，N)和b(n)(n＝1，...N)，当a(n)和b(n)当且仅当满足如下条件：a(n)*a(-n)+b(n)*b(-n)＝2Nδ(n)
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(1)则这一对双相位编码序列称之为一对Golay码，δ(n)为狄拉克函数；步骤2.对一对Golay码序列a(n)和b(n)进行过采样，然后再通过基脉冲的调制产生Golay码调制信号，调制过程用如下公式表示：Golay码调制信号，调制过程用如下公式表示：式中，和分别是a(n)和b(n)的过采样的Golay码信号，s(t)是基脉冲信号，*是卷积操作符，x
a
(t)和x
b
(t)是一对Golay码调制信号；步骤3.再使用超声探头轻轻挤压人体组织，同时发射Golay码调制信号x
a1
(t)，然后接收x
a1
(t)信号的回波信号r
a1
(t)，接收到r
a1
(t)之后把它存储起来，接下来发射x
b1
(t)信号，然后接收x
b1
(t)信号的回波信号r
b1
(t)，并把它存储起来；步骤4.对接收回波信号进行解码，使其轴向分辨率尽可能等于常规短信号的轴向分辨率；步骤5.继续用探头挤压人体组织，使人体组织内部产生应力场，重复步骤3和步骤4获得压缩后的回波解码信号y2(t)；步骤6.利用子带划分方法将压缩前、后的回波解码信号y1(t)和y2(t)分割成几个子频带信号；步骤7.对压缩前、后的每个子带信号进行应变估计得到子应变图像，对每个子带信号的应变估计采用互相关方法；采用互相关方法求应变估计的具体过程为：(1)将压缩前、后相对应的两条子带信号划分成若干个部分重叠的窗口，重叠率为75％；(2)求每个窗口的位移估计，第n个窗口的位移估计按如下公式计算：式中，d
n
是第n个窗口的位移估计，f
n
(τ)是第n个窗口的互相关函数，arg max(f
n
(τ))表示求f
n
(τ)函数最大值所对应的参数τ...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭辉，铁菊红，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：