一种软组织超弹性特征表征方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及超声弹性成像技术领域，特别涉及一种软组织超弹性特征表征方法。
【背景技术】
[0002] 弹性成像是一种可以对生物组织的力学特性进行非介入性监测的方法。自从1991 年提出此概念至今的二十余年里，弹性成像作为一种新型的医学检测手段无论从方法发展 还是临床应用上都得到了广泛的关注。弹性成像主要包括以下几步：
[0003] 1 :对目标软组织施加外加的或内部的激励；
[0004] 2:通过现有的医学成像技术（如超声、核磁共振等），检测到软组织对于激励的力 学响应，包括变形或剪切波传播情况；
[0005] 3:通过反分析可以根据测得的响应情况反演出软组织的弹性或粘弹性性质。
[0006] 临床研究结果表明，组织病变（例如，脑部病变、肝脏病变和肿瘤的发生）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。
[0007] 超声辐射力弹性成像技术是一种超声成像技术的弹性成像方法，作为一种瞬态弹 性成像方法今年来得到了广泛的关注。它的原理是利用声辐射力在目标组织中激发出平面 剪切波，通过记录组织受到剪切波扰动后产生的变形获得剪切波波速的分布情况。
[0008] 目前把超声辐射力弹性成像技术商用化的方法是BercofT等人在2004年提出的。 此方法于2009年通过美国FDA认证并在临床上得到应用。例如，法国公司Aix-en-Provence 生产的仪器"SupersonicImagine"就包括了该方法。从硬件的角度上，该仪器在传统的医 学超声检测仪器的基础上，增加了探头向目标组织内部发射声辐射力的功能。在后处理的 过程中，利用相关图像处理方法得到剪切波在组织内部传播的波速分布云图。进一步地，仪 器内部的程序将利用公式PC2计算得到组织的初始剪切模量。
[0009] 然而上述公式只适用于剪切波在线弹性小变形的固体中传播的情况，这就要求该 仪器在检测过程中，探头与目标组织表面的接触必须是非常轻微的，即探头不能向下压入 目标组织中使其产生较大变形。然而，在实际的检测过程中，探头与目标组织（如乳房或甲 状腺）的接触很容易导致软组织发生有限变形，此时上式的计算结果将不再准确。在临床 诊断中，不准确的检测结果将严重影响病人病情的诊断和进一步的治疗，耽误及时的诊治。
[0010] 另外，生物软组织（包括人体组织）大多是超弹性材料，它的力学特性参数由弹性 参数和超弹性参数两部分组成。对生物软组织超弹性特性的表征，可以为基础医学研究和 虚拟手术技术的发展提供更多数据支持，也有望为疾病的诊断提供新的临床参考指标。然 而上述仪器和检测方法只能通过检测和力学反演测得目标软组织的初始剪切模量这一弹 性特性，无法进一步得到生物软组织的超弹性特性参数。
[0011] 因此，如何提供一种软组织超弹性特征表征方法，是本领域技术人员亟需解决的 技术问题。
【发明内容】
[0012] 在
【发明内容】
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进 一步详细说明。本发明的
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的 关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0013] 为了解决上述问题，本发明公开了一种软组织超弹性特征表征方法，包括：步骤 1 :检测目标组织的初始剪切模量yC;步骤2 :将探头垂直于所述目标组织表面向下压入， 压入深度L=L1，检测所述目标组织的伸长比Ai、横向变形参数L以及对应的剪切波速 C1 ;步骤3 :通过力学反演得到所述目标组织的超弹性特征参数Iv
[0014] 优选地，还包括：步骤4:重复所述步骤2和步骤3,得到n组不同压入深度Ln下 的目标组织的伸长比An、横向变形参数L以及对应的剪切波速cn;以及超弹性特征参数 bn;步骤5:计算得到超弹性特征参数的平均值b。
[0015] 优选地，所述步骤1包括：将探头放在所述目标组织的表面，保证探头检测方向与 所述目标组织的表面垂直，测量得到目标组织密度P和剪切波速c，根据公式y。=pc2， 计算得到初始剪切模量U0。
[0016] 优选地，所述步骤2包括：步骤201 :根据目标组织的微观结构，从超声图像上选择 所述目标组织沿深度方向延伸的一块长方形区域，所述长方形区域的四条边的中心点为四 个参考点，分别为A、B、C、D;测量得到长方形区域沿目标组织深度方向的距离Iab和沿目标 组织长度方向的距离U。步骤202 :在压入深度L=L1时稳定探头位置，确定所述四个参 考点此时的位置A'、B'、C'、D';测量得到距离1A，B，和le，D，；步骤203:根据比值1A， B，/ Iab，计算得到目标组织在压入方向的伸长比Aa ;根据比值IuVlai计算得到目标组织在垂 直于压入方向的比值Xb，基于定义，入b= 计算得到横向变形参数^的值；其中入： =入a，€i= € ;测量得到剪切波速c1()
[0017]优选地，步骤3包括：将伸长比A1、横向变形参数L以及剪切波速C1代入以下公
[0018] 本发明的有益效果是：
[0019] 本发明提供的软组织超弹性特征表征方法，基于超声辐射力剪切波成像技术，在 探头的压入深度下测得剪切波在目标组织中传播的波速，除了用来衡量压入方向变形情况 的伸长比A以外，还引入了参数〖用来描述横向的变形状态。最后将测得的参数代入反 演公式计算得到目标组织的超弹性特征参数。
【附图说明】
[0020] 本发明实施例的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出 了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中：
[0021] 图1为本发明提供的软组织超弹性特征表征方法的流程图；
[0022] 图2为本发明中探头的声辐射力在有限变形的目标组织内部激发剪切波的示意 图；
[0023] 图3为本发明中目标组织的长方形区域变形状态的示意图；
[0024]图4为本发明在体实验中乳腺组织中剪切波速随伸长比的变化的示意图；
[0025] 图5为本发明体外实验中猪脑1中剪切波速随伸长比的变化的示意图；
[0026] 图6为本发明体外实验中猪脑2中剪切波速随伸长比的变化的示意图；
[0027] 图7为本发明体外实验中猪脑3中剪切波速随伸长比的变化的示意图；
[0028] 图8为本发明体外实验中猪脑4中剪切波速随伸长比的变化的示意图；
[0029] 图9为本发明体外实验中猪脑5中剪切波速随伸长比的变化的示意图。
[0030] 上图中，附图标记和部件名称的对应关系为：
[0031] 1探头；2目标组织；3剪切波。
【具体实施方式】
[0032] 在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然 而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施例可以无需一个或多个这些细节 而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施例发生混淆，对于本领域公知的一些 技术特征未进行描述。
[0033] 为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实 施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描 述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0034] 请参考图图1，图1为本发明提供的软组织超弹性特征表征方法的流程图。
[0035] 如图1所示，本发明提供的软组织超弹性特征表征方法，包括：
[0036] 步骤1 :检测目标组织的初始剪切模量U。；
[0037] 步骤2:将探头垂直于所述目标组织表面向下压入，压入深度L=L1，检测所述目 标组织的伸长比Ai、横向变形参数^i以及对应的剪切波速C1 ;
[0038] 步骤3:通过力学反演得到所述目标组织的超弹性特征参数Iv
[0039] 本发明提供的软组织超弹性特征表征方法，基于超声辐射力剪切波成像技术，在 探头的压入深度下测得剪切波在目标组织中传播的波速C，除了用来衡量压入方向变形情 况的伸长比A以外，还引入了参数〖用来描述横向的变形状态。最后将测得的参数代入 反演公式计算得到目标组织的超弹性特征参数。
[0040] 具体地，上述步骤1包括：将探头放在目标组织的表面，保证探头检测方向与目标 组织的表面垂直，测量得到目标组织密度P和剪切波速C，根据公式i!。=pC2,计算得到 初始剪切模量Pc。
[0041] 请参考图2和图3,图2为本发明中探头的声辐射力在有限变形的目标组织内部激 发剪切波的示意图；图3为本发明中目标组织的长方形区域变形状态的示意图。
[0042] 本发明可以借助现有的弹性成像仪器"SupersonicImaging"实现。图2显示了由 声辐射力诱发形成的剪切波在有限变形的不可压软组织中传播的情况。在声辐射力的激发 下，软组织内部沿深度方向将形成一束剪切波。这束剪切波互相作用，最终形成如图2所示 的分别向左右两边传播的强剪切波阵面。利用现有的测量仪器"SupersonicImagine"，可 以通过超声探头测量得到该剪切波在不同区域的波速云图。由此，步骤2包括：
[0043] 步骤201 :根据目标组织的微观结构，从超声图像上选择目标组织沿深度方向延 伸的一块如图3所示的长方形区域，该长方形区域的四条边的中心点为四个参考点，分别 为A、B、C、D;测量得到长方形区域沿目标组织深度方向的距离Iab和沿目标组织长度方向 的距离Icd。
[0044] 步骤202:在压入深度L=L1时稳定探头位置，确定四个参考点此时的位置A'、 B'、C'、D';测星得到距尚1A，B，和1C，D，；