基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法及系统与流程

本发明涉及医疗技术领域，特别涉及基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法及系统。

背景技术：

基于声辐射力的剪切波超声弹性成像可以实现对软组织局部弹性信息的定量测量，其是通过发射高强度的超声聚焦组织内部局部区域产生声辐射力，使组织局部振动产生剪切波，然后利用超声方法对剪切波的传播进行监测并计算剪切波的传播速度，从而实现对软组织弹性的定量分析。目前，基于声辐射力的剪切波超声弹性成像方法主要有声辐射力脉冲成像（Acoustic radiation force imaging, ARFI）、超音剪切成像（Surpersonic shear imaging, SSI）、剪切波频散声振动成像（Shear wave dispersion ultrasound vibrometry, SDUV）等。

不同的声辐射力剪切波超声弹性成像方法在脉冲发射时序方面不尽相同。ARFI方法在组织未发生振动时，首先发射一个探测脉冲，并接收回波信号作为参考回波信号；接着，发射一个激励脉冲使组织振动，然后发射一系列的探测脉冲用于检测剪切波的传播。SSI方法则是发射多个激励脉冲，并通过控制各个激励脉冲的焦点沿深度方向以一定的速度移动，使得各个激励脉冲产生向外传播的剪切波形成一个相干增强的马赫锥，使剪切波的波前近似平面波形状，并提高剪切波的振动幅度。在发射完激励脉冲之后，系统切换为快速成像模式，发射一系列平面波对剪切波的传播进行探测。SDUV方法则是以一定频率发射周期性的激励脉冲，使组织产生周期性的剪切波传播，并在此期间发射探测脉冲对剪切波的周期性传播进行检测。

然而，基于声辐射力的方式通常需要发射高强度聚焦的长脉冲来激励组织产生振动，而且组织的振动位移很小，一般为几微米至几十微米之间。由于存在软组织对剪切波的衰减，剪切波横向传播的距离非常有限，并且随着深度的增加，剪切波的幅度将越加微弱，从而使得超声检测时信噪比很低，无法准确估计剪切波速度和组织弹性。特别是对于部分换能器与低端成像系统，其硬件条件无法支持发射高强度的长脉冲，造成其声辐射力更加微弱而无法准备测量组织弹性。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法及系统，能有效地增强剪切波的振动幅度，提高剪切波的探测信噪比，提高了软组织弹性参量检测的准确性。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法，其包括如下步骤：

A、对激励区域发射移动的激励声束，激励若干个预设位置的软组织振动产生剪切波；

B、发射探测脉冲对激励所产生的剪切波进行探测，并保存回波数据；

C、将当前激励声束的移动速度增加预设步长，并返回步骤A，直到所述移动速度增加至预设上限值；

D、根据采集的回波数据计算所有剪切波的振动幅度值，搜索具有最大振动幅度值的剪切波对应的移动速度，将该移动速度确定为所述激励区域内软组织的剪切波速度值；

E、根据所述剪切波速度值计算所述激励区域的弹性参量。

所述的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法中，所述步骤A包括：

A1、预先设定激励区域中若干个需要激励的位置，记为位置1，位置2，…，位置i，…，位置n；

A2、对位置1发射激励声束，激励位置1的软组织振动产生剪切波；

A3、根据当前激励声束的移动速度将所述激励声束依次移动至位置2，…，位置i，…，位置n，依次激励位置2，…，位置i，…，位置n的软组织振动产生剪切波。

所述的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法中，所述步骤C包括：

C1、判断当前激励声束的移动速度是否达到预设上限值，若是，则执行步骤D，否则执行步骤C2；

C2、将当前激励声束的移动速度增加预设步长，并返回步骤A。

所述的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法中，所述步骤A之前还包括步骤：

A01、设置激励声束的工作参数；

A02、对所述激励声束的移动速度进行初始化。

所述的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法中，所述工作参数包括：激励声束的个数、移动速度的预设范围、移动速度的预设步长、激励声束的长度及其中心频率。

一种基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量系统，其包括：

激励模块，用于对激励区域发射移动的激励声束，激励若干个预设位置的软组织振动产生剪切波；

探测模块，用于发射探测脉冲对激励所产生的剪切波进行探测，并保存回波数据；

速度调节模块，用于将当前激励声束的移动速度增加预设步长，并继续对激励区域发射移动的激励声束，直到所述移动速度增加至预设上限值；

数据处理模块，用于根据采集的回波数据计算所有剪切波的振动幅度值，搜索具有最大振动幅度值的剪切波对应的移动速度，将该移动速度确定为所述激励区域内软组织的剪切波速度值；

计算模块，用于根据所述剪切波速度值计算所述激励区域的弹性参量。

所述的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量系统中，所述激励模块包括：

位置设置单元，用于预先设定激励区域中若干个需要激励的位置，记为位置1，位置2，…，位置i，…，位置n；

激励单元，用于对位置1发射激励声束，激励位置1的软组织振动产生剪切波；

移动单元，用于根据当前激励声束的移动速度将所述激励声束依次移动至位置2，…，位置i，…，位置n，依次激励位置2，…，位置i，…，位置n的软组织振动产生剪切波。

所述的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量系统中，所述速度调节模块包括：

判断单元，用于判断当前激励声束的移动速度是否达到预设上限值；

速度扫描单元，用于若当前激励声束的移动速度没有达到预设上限值，将当前激励声束的移动速度增加预设步长，并继续对激励区域发射移动的激励声束。

所述的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量系统中，还包括：

参数设置模块，用于设置激励声束的工作参数；

初始化模块，用于对所述激励声束的移动速度进行初始化。

所述的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量系统中，所述工作参数包括：激励声束的个数、移动速度的预设范围、移动速度的预设步长、激励声束的长度及其中心频率。

相较于现有技术，本发明提供的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法及系统中，所述基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法通过对激励区域发射移动的激励声束，激励若干个预设位置的软组织振动产生剪切波；之后发射探测脉冲对激励所产生的剪切波进行探测，并保存回波数据；之后将当前激励声束的移动速度增加预设步长，并继续对激励区域发射移动的激励声束，直到所述移动速度增加至预设上限值；之后根据采集的回波数据计算所有剪切波的振动幅度值，搜索具有最大振动幅度值的剪切波对应的移动速度，将该移动速度确定为所述激励区域内软组织的剪切波速度值；之后根据所述剪切波速度值计算所述激励区域的弹性参量，通过探测不同移动速度情况下预设位置的剪切波，计算剪切波振动幅度，并寻找最大振动幅度所对应的移动速度，即得到局部区域的剪切波速度并用于弹性参数计算，无需再运用时间渡越算法估计剪切波速度，能有效地增强剪切波的振动幅度，提高剪切波的探测信噪比，提高了软组织弹性参量检测的准确性。

附图说明

图1为本发明提供的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法的流程图。

图2为本发明提供的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法的原理图。

图3为本发明提供的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法的脉冲示意图。

图4为本发明提供的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法优选实施例的流程图。

图5为为本发明提供的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量系统的结构框图。

具体实施方式

鉴于现有技术，特别是换能器或低端系统中基于声辐射力激励所产生的剪切波幅度非常微弱，超声检测时信噪比很低，无法准确估计剪切波速度等缺点，本发明的目的在于提供一种基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法及系统，能有效地增强剪切波的振动幅度，提高剪切波的探测信噪比，提高了软组织弹性参量检测的准确性。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1、图2和图3，本发明提供的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法包括如下步骤：

S100、对激励区域发射移动的激励声束，激励若干个预设位置的软组织振动产生剪切波；

S200、发射探测脉冲对激励所产生的剪切波进行探测，并保存回波数据；

S300、将当前激励声束的移动速度增加预设步长，并返回步骤A，直到所述移动速度增加至预设上限值；

S400、根据采集的回波数据计算所有剪切波的振动幅度值，搜索具有最大振动幅度值的剪切波对应的移动速度，将该移动速度确定为所述激励区域内软组织的剪切波速度值；

S500、根据所述剪切波速度值计算所述激励区域的弹性参量。

本发明通过对激励区域发射移动的激励声束，以一定的移动速度在激励区域内移动，激励若干个预设位置的软组织振动产生剪切波，激励完成后，切换至检测模式对剪切波的传播进行探测，发射探测脉冲对激励所产生的剪切波进行探测，并保存回波数据，之后将当前激励声束的移动速度增加预设步长并继续重复上述激励过程，直到所述移动速度增加至预设上限值，假设激励声速度的移动速度为V_scan，本发明通过改变V_scan对激励区域发射不同移动速度的激励声束，当组织中激励所产生的剪切波速度与V_scan相同时，不同空间位置激励产生的剪切波因同相叠加复合，使得其幅度相具有最大值，因此通过探测不同V_scan情况下预设位置的剪切波，根据采集的回波数据计算所有剪切波的振动幅度值，搜索具有最大振动幅度值的剪切波对应的移动速度，将该移动速度确定为所述激励区域内软组织的剪切波速度值，根据所述剪切波速度值计算所述激励区域的弹性参量，无需再运用时间渡越算法估计剪切波速度，能有效地增强剪切波的振动幅度，提高剪切波的探测信噪比，并且由于不同的激励能量分散在不同的空间位置，可以提高测量的安全性。

具体地，所述步骤S100包括：

S111、预先设定激励区域中若干个需要激励的位置，记为位置1，位置2，…，位置i，…，位置n；

S112、对位置1发射激励声束，激励位置1的软组织振动产生剪切波；

S113、根据当前激励声束的移动速度将所述激励声束依次移动至位置2，…，位置i，…，位置n，依次激励位置2，…，位置i，…，位置n的软组织振动产生剪切波。

本发明先对空间某位置发射激励声束产生剪切波传播，然后在间隔一段时间后将激励声束在剪切波的传播方向上移动到其他位置进行激励，实现移动声束激励产生剪切波传播，如图2所示，预先设定激励区域中需要激励的n个位置，记为位置1，位置2，…，位置i，…，位置n，则换能器101先对位置1发射激励声束，即对横坐标为x₁的位置发射激励声束，激励位置1的软组织振动产生剪切波，之后根据当前激励声束的移动速度，间隔一定时间将所述激励声束依次移动至位置2，…，位置i，…，位置n，即横坐标为x₂、x₃、...、x_i、...x_n的位置，对所有位置激励完毕后再切换至探测模式，发射探测脉冲对激励所产生的剪切波进行探测，其时序如图3所示，并保存回波数据以备后续处理。

进一步地，所述步骤S300包括：

S301、判断当前激励声束的移动速度是否达到预设上限值，若是，则执行步骤S400，否则执行步骤S302；

S302、将当前激励声束的移动速度增加预设步长，并返回步骤S100。

即本发明在激励声束移动结束并保存了当前移动速度下剪切波的探测数据后，先判断当前激励声束的移动速度是否达到预设上限值，若是，则结束对移动速度的增加，进行后续的剪切波振动幅度计算和搜寻过程，若否，则按照预设步长增加当前激励声束的移动速度，并继续重复上述移动激励过程，即本发明以预设步长对激励声束的移动速度进行扫描，每增加一次预设步长重复一遍移动激励过程，直到所述移动速度增加至预设上限值则扫描结束，从而得到不同移动速度下激励空间预设位置的软组织振动产生的剪切波探测数据。

更进一步地，所述步骤S100之前还包括步骤：

S11、设置激励声束的工作参数；

S12、对所述激励声束的移动速度进行初始化。

在测量之前先根据需要设置本次测量所需的激励声束的工作参数，其中，所述工作参数包括：激励声束的个数、移动速度的预设范围、移动速度的预设步长、激励声束的长度及其中心频率，探测脉冲的中心频率以及重复频率等等，并且对所述激励声束的移动速度进行初始化，使激励声束的移动速度从初始值开始一直扫描至预设上限值，采集不同移动速度下所有预设位置的剪切波回波数据，用于后续计算剪切波的振动幅度值，进而搜索具有最大振动幅度值的剪切波对应的移动速度，即可得到激励区域的剪切波速度用于弹性参量的计算，省去了时间渡越算法估计剪切波速度，能有效地增强剪切波的振动幅度，提高剪切波的探测信噪比。

优选地，本发明提供的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法还可与现有的超音剪切成像（SSI）激励方式相结合，例如在已知测量区域的剪切波速度值的近似先验值时，可将声束的移动速度直接设置为该先验值，并在预设区域范围内进行微调，使产生的剪切波速度最大，之后利用时间渡越算法求解局部区域的剪切波速度，并形成软组织内二维剪切波速度图像。

为更好地理解本发明提供的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法的测量过程，以下结合图1至图4，举优选实施例对测量过程进行详细说明：

本发明提供的优选实施例中，包括如下步骤：

S101、选择待测量区域，设置相关参数；

S102、初始化激励声束移动速度值；

S103、发射激励声束激励组织振动；

S104、移动至下一位置激励；

S105、判断声束移动是否结束，若是，则执行步骤S106，否则返回步骤S104；

S106、发射探测脉冲探测剪切波传播并保存回波数据；

S107、判断激励声束移动速度扫描是否结束，若是，则执行步骤S109，否则执行步骤S108；

S108、增加激励声束移动速度值；

S109、计算剪切波振动速度幅值；

S110、寻找具有最大剪切波振动速度幅值对应的声束移动速度值。

首先选择感兴趣的区域，即待测量区域，该区域包括激励区域与探测区域，然后设置相关参数，包括激励声束的个数、声束移动速度范围、声束移动速度扫描步长、激励脉冲长度，激励脉冲中心频率、检测脉冲中心频率，检测脉冲重复频率等，假设本次测量需要激励n个位置，在激励区域内，换能器101首先在横向坐标为x₁的位置发射激励声束激励组织振动产生剪切波，然后根据当前的移动速度V_scan值，将声束移动至下一位置x₂，判断声束是否结束，若是则切换为探测模式，否则继续移动声束，直到激励声束依次移动至x₃、...x_i...、x_n等位置，即为激励结束，此时切换为探测模式，发射探测脉冲对激励所产生的剪切波进行探测，并保存回波数据，之后按预设步长扫描移动速度V_scan值，重复上述移动激励和探测过程，即每移动速度V_scan值从初始值开始，每增加一次步长都重复一次移动激励和探测过程，直到移动速度V_scan值扫描结束，得到所有的剪切波回波数据用于后期处理。

由于当移动速度V_scan值与软组织中剪切波的速度相同时，各次激励所产生的剪切波的波前同相叠加复合，此时，剪切波振动幅度具有最大值，因此移动速度V_scan值扫描结束后，计算剪切波的振动幅度值，通过寻找具有最大振动幅值的剪切波所对应的移动速度V_scan值，即将该移动速度V_scan值确定为所述激励区域内软组织的剪切波速度，用于后续弹性参量的计算。具体地，对于每个移动速度V_scan值，将采集得到的回波数据解调得到IQ数据，运用自相关算法，可以计算得到探测区域内剪切波振动速度的幅值，将扫描V_scan得到所有剪切波振动速度数据整体当作一个集合，寻找剪切波振动速度幅度最大值所对应的V_scan值即为该测定区域内软组织的剪切波速度cs。

当计算得到局部区域内的剪切波速度值cs后，再进行下一次测量时，可将激励声束移动速度设置为cs, 在保持相同激励电压的情况下，剪切波幅度可以大幅提高，从而使得剪切波传播得更远，且可以提高剪切波的检测信噪比。另外，本方法中不同的激励能量分散在不同的空间位置，可以降低发射电压，在保持相同信噪比的情况下与测量准确性的前提下，提高安全性。

本发明还相应提供一种基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量系统，如图5所示，所述基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量系统包括激励模块10、探测模块20、速度调节模块30、数据处理模块40、计算模块50、参数设置模块60和初始化模块70，所述激励模块10连接探测模块20、速度调节模块30和初始化模块70，所述探测模块20还依次连接数据处理模块40和计算模块50，所述初始化模块70还连接参数设置模块60，其中，所述激励模块10用于对激励区域发射移动的激励声束，激励若干个预设位置的软组织振动产生剪切波；所述探测模块20用于发射探测脉冲对激励所产生的剪切波进行探测，并保存回波数据；所述速度调节模块30用于将当前激励声束的移动速度增加预设步长，并继续对激励区域发射移动的激励声束，直到所述移动速度增加至预设上限值；所述数据处理模块40用于根据采集的回波数据计算所有剪切波的振动幅度值，搜索具有最大振动幅度值的剪切波对应的移动速度，将该移动速度确定为所述激励区域内软组织的剪切波速度值；所述计算模块50用于根据所述剪切波速度值计算所述激励区域的弹性参量；所述参数设置模块60用于设置激励声束的工作参数；所述初始化模块70用于对所述激励声束的移动速度进行初始化。具体请参阅上述方法对应的实施例。

其中，所述激励模块10包括位置设置单元（图中未示出）、激励单元（图中未示出）和移动单元（图中未示出），所述位置设置单元用于预先设定激励区域中若干个需要激励的位置，记为位置1，位置2，…，位置i，…，位置n；所述激励单元用于对位置1发射激励声束，激励位置1的软组织振动产生剪切波；所述移动单元用于根据当前激励声束的移动速度将所述激励声束依次移动至位置2，…，位置i，…，位置n，依次激励位置2，…，位置i，…，位置n的软组织振动产生剪切波。具体请参阅上述方法对应的实施例。

进一步地，所述速度调节模块30包括判断单元（图中未示出）和速度扫描单元（图中未示出），所述判断单元用于判断当前激励声束的移动速度是否达到预设上限值；所述速度扫描单元用于若当前激励声束的移动速度没有达到预设上限值，将当前激励声束的移动速度增加预设步长，并继续对激励区域发射移动的激励声束。具体请参阅上述方法对应的实施例。

综上所述，本发明提供的基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法及系统中，所述基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法通过对激励区域发射移动的激励声束，激励若干个预设位置的软组织振动产生剪切波；之后发射探测脉冲对激励所产生的剪切波进行探测，并保存回波数据；之后将当前激励声束的移动速度增加预设步长，并继续对激励区域发射移动的激励声束，直到所述移动速度增加至预设上限值；之后根据采集的回波数据计算所有剪切波的振动幅度值，搜索具有最大振动幅度值的剪切波对应的移动速度，将该移动速度确定为所述激励区域内软组织的剪切波速度值；之后根据所述剪切波速度值计算所述激励区域的弹性参量，通过探测不同移动速度情况下预设位置的剪切波，计算剪切波振动幅度，并寻找最大振动幅度所对应的移动速度，即得到局部区域的剪切波速度并用于弹性参数计算，无需再运用时间渡越算法估计剪切波速度，能有效地增强剪切波的振动幅度，提高剪切波的探测信噪比，提高了软组织弹性参量检测的准确性。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。