估计介质的非线性剪切波弹性的超声方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于估计介质的非线性剪切波弹性的超声方法，所述方法包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
估计介质的非线性剪切波弹性的超声方法和系统


[0001]本公开涉及超声波技术，更具体地说，涉及用于提供粘弹性介质的图像数据的方法和系统。具体地说，所述方法用于估计介质的非线性剪切波弹性(NL
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SWE)，更特别地，用于检测介质中的软癌性区域(例如乳房或肝脏中)(即，与非癌性介质相比的癌性)。

技术介绍

[0002]可通过不同方法获得用于成像的超声数据。例如，所获得的图像可以是通过观察组织的变形获得的静态变形(即应变)图像，或剪切波弹性成像(SWE)图像。
[0003]已知通过剪切波弹性成像(SWE)的超声成像，检测硬癌。然而，该技术可能不太适于检测软癌，这主要是因为软癌可能会具有与常规弹性成像图像中的非癌性介质相似的弹性特征。
[0004]还已知估计介质的非线性特征，例如由H.Latorre
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Ossa et.al:Quantitative imaging of nonlinear shear modulus by combining static elastography and shear wave elastography,IEEE Transactions on Ultrasonic Ferroelectronics and Frequency Control.2012年4月；59(4):833
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9。该文献提出一种组合静态弹性成像和剪切波弹性成像的方法，通过将声弹性理论应用于准不可压缩软固体中来推导出非线性剪切模量。使用机械致动器来使得探头和附接到探头的压板轴向移动。由此通过使得探头和压板以0.1mm的步长轴向移动(每步持续时间少于30s，～33％)，在体模的顶部施加准静态应力。在每个压缩步骤中，获取完整的剪切速度图和因此的介质的二维剪切模量图。
[0005]还已知另一文献：M.Bernal et.al.:In Vivo Quantification of the Nonlinear Shear Modulus in Breast Lesions:Feasibility Study.IEEE Trans Ultrasonic Ferroelectric Frequency Control.2016年1月；63(1):101
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9.doi:10.1109/TUFFC.2015.2503601.Epub 2015年11月24日。在该文献中，使用线性电机，单向压缩体模。电机具有编程步骤，因此提供对体模的受控单向应力。在给定步骤压缩之后，立即获得剪切波速度图。由这些数据，还获取剪切模量图或杨氏模量图。
[0006]然而，采用机械控制的变形设备的理念不适于医学检查领域的实践应用。在该实践中，使用者(例如医生、技术员、超声医师)需要手动控制手持式超声探头，才能针对性地考虑到病人的个体情况和身体状况(例如，检查对于病人是否是痛苦的或至少不舒服的)。由此，使用者实现规则化姿势，例如规则化步进变形，将是不可能的，或至少是非常困难的。相反，手动压缩导致多个不准确度，例如关于介质所需的变形，或压缩步骤中任何潜在的变形变化。这样的不准确度可能会导致噪声数据，因此导致对一个或多个非线性剪切波弹性(NL
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SWE)数值的不准确估计。例如，不同从业者施加应力的方式可能会不同。这种对使用者的依赖性使得需要提供一种与上述不同的方法，以改善(数据)采集的可重复性。
[0007]作为可行的对策，可限制压缩步骤的数量。然而，在该情况下，还减小在所有步骤中分别收集的数据的总量。因此，即使使用者可能会更准确地施加更少的压缩步骤，但是数据中任何剩余的噪声仍会对最终结果产生更大的影响。
[0008]由WO2021116326A2已知另一使用剪切波，量化介质的非线性弹性的超声波方法。该方法包括以下步骤：A1.
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使用剪切波，收集关于介质弹性的时间序列数据，A2.
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在收集剪切波的过程中，根据预定的变形序列(顺序)，对介质施加连续变化的变形，A3.
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观察实际的变形变化，和B.
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根据时间序列数据和变形变化，来量化介质的非线性弹性。该方法能够对介质连续并逐渐地施加变形。
[0009]然而，由于温度和时长限制，通过该方法收集的数据的量会仍是有限的。换句话说，用于收集数据和应用变形的超声波探头可能会加热(人类组织)介质。而且，被检查的人必须在给定的、可能不自然的位置上保持不动。出于这些原因，应尽可能缩短数据收集的时间。而且，数据质量可能会受到限制，例如由于使用者波动和噪声测量。
[0010]总之，已知方法对小数据和高噪声表现出有限的鲁棒性，以及在实际应用中有限的可再现性，尤其是导致分析结果的复杂性增加。由此，分析可能会要求更长时间和更多工作，并可能会潜在地要求多次检查病人，以收集足够的有意义的信息。

技术实现思路

[0011]目前，仍期望克服上述问题，尤其是提供一种用于准确地估计介质的非线性剪切波弹性的超声方法和系统，特别是在仅有有限量的采集数据的情况下。换句话说，期望的方法应对小数据和高噪声更具有鲁棒性，由此具有更好的可再现性。
[0012]相应地，本公开的目的因此在于获得介质中的所关注的区域的补充性且更有意义的信息，这些信息利于在实践应用中分析介质。由此，期望的是尽可能地缩短用于分析所获取(采集)的检查信息的时间和缩短检查病人的时间。医学应用的非限制性示例包括探测非硬性癌，尤其是以非侵入性的方式(避免任何干预，例如活检以获取关于所关注的区域的信息)。
[0013]因此，根据本公开的实施例，一种用于估计介质的非线性剪切波弹性的方法。所述方法包括以下步骤：
[0014]·
A1.第一采集步骤，在该步骤中，在施加到介质的第一变形级下，采集包括介质的剪切波弹性数据点的第一集合，
[0015]·
A2.第二采集步骤，在该步骤中，在施加到介质的不同于第一级的第二变形级下，采集包括介质的剪切波弹性数据点的第二集合，
[0016]·
A3.变形估计步骤，在该步骤中，估计第一变形级与第二变形级之间的变形差异，
[0017]·
B1.计算步骤，在该步骤中，根据第一变形级与第二变形级之间的变形差异，计算分别属于第一集合和第二集合的至少两个数据点中的数据点之间的梯度，
[0018]·
B2.弹性估计步骤，在该步骤中，根据梯度，估计介质的非线性剪切波弹性。
[0019]通过提供这样的方法，使得能够获得一种针对少量采集数据和数据中的高噪声更具有鲁棒性的用于估计非线性剪切波弹性的方法。该方法由此使得即使手动地实施变形级的改变(变化)，也能够实现更加可靠的估计和更好的可再现性。
[0020]相应地，所提出的方法是独立于使用者地可预测的，无需详细训练，从而提高了采集(获取)的可重复性。换句话说，不同从业者施加应力(即介质的变形)的方式不同的情况不影响或至少更小地影响所采集的检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于估计介质的非线性剪切波弹性的超声方法，所述方法包括以下步骤：A1.第一采集步骤，在该步骤中，在施加到所述介质的第一变形级下，采集包括所述介质的剪切波弹性数据点的第一集合，A2.第二采集步骤，在该步骤中，在施加到所述介质的不同于所述第一级的第二变形级下，采集包括所述介质的剪切波弹性数据点的第二集合，A3.变形估计步骤，在该步骤中，估计所述第一变形级与所述第二变形级之间的变形差异，B1.计算步骤，在该步骤中，根据所述第一变形级与所述第二变形级之间的所述变形差异，计算分别属于所述第一集合和所述第二集合的至少两个数据点之间的梯度，B2.弹性估计步骤，在该步骤中，根据所述梯度，估计所述介质的非线性剪切波弹性。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述梯度由数据点之间的剪切波弹性的变化确定，该变化是第一变形级与至少一个第二变形级之间的变形差异的函数，和/或通过以下确定梯度R
ij
：其中，E是所述介质的根据波弹性数据点确定的杨氏模量系数，并且∈是表示变形级的应变系数，其中，指数i和j表示两个不同的变形级，和/或通过以下确定梯度通过以下确定梯度其中，指数i1,i2,
…
,i
k
表示k个不同变形级。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述变形估计步骤包括以下的子步骤：采集所述介质在不同变形级的应变数据序列，根据所述应变数据，确定所述第一变形级与所述第二变形级之间的变形差异。4.如权利要求3所述的方法，其中采集应变数据序列的所述子步骤包括：生成所述介质的超声波数据序列，和使用预定的变形估计算法比较所述超声波数据。5.如权利要求4所述的方法，其中所述应变数据序列包括三维应变数据。6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中剪切波弹性数据点包括多个剪切波数值，分别涉及所述介质的所关注区域的不同区域，其中，对于每个区域，估计非线性剪切波弹性参数，以构建所关注区域的非线性剪切波弹性图。7.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中
所述第一集合和所述第二集合中至少一个包括多个剪切波弹性数据点，在所述计算步骤中，根据所述第一变形级与所述第二变形级之间的变形差异，计算分别属于所述第一集合和所述第二集合的至少两个数据点之间的多个梯度，和在所述弹性估计步骤中，根据所述多个梯度，估计所述介质的非线性剪切波弹性。8.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述弹性估计步骤还包括以下的子步骤：基于所估计的梯度R
ij
，和它们的统计方差，创建线性最小方差估计器，以估计对于每个梯度的分数w
ij
，该分数与其方差成反比例，用各自的所述分数，对每个梯度加权，根据加权的所述梯度和/或所述梯度的加权平均值，估计最终NL
‑
SWE参数。9.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中通过以下确定所述线性最小方差估计器：其中：Var指代方差，w
ij
是要推导出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉，
申请(专利权)人：声科影像有限公司，
类型：发明
国别省市：