专利名称：生物组织粘弹性测量方法和系统的制作方法
生物组织粘弹性测量方法和系统
技术领域：
本发明涉及生物组织技术领域，特别涉及一种生物组织粘弹性测量方法和系统。
背景技术：
肝硬化和肝癌是非常严重的肝脏疾病，而肝纤维化是它们发展的早期阶段。肝纤维化(hepatic fibrosis)是指肝脏内过量的胶原沉积,是细胞外基质合成过多或降减不足的直接后果。肝纤维化是许多肝脏疾病尤其是各种慢性肝病的常见和共同的病理转归，其形成与发展是一个动态的病理过程，这种动态演变过程是慢性肝病的共同特征。各种病因引起的慢性肝病绝大多数都伴随有肝纤维化，其中25% 40%的肝纤维化最终发展为肝硬化以至肝癌。近年来的研究已经表明肝纤维化在一定情况下是可逆转的，但如若病因持续存在，肝纤维化最终必然发展为不可逆转的肝硬化。因此，肝纤维化的早期诊断以及对肝纤维化程度的量化评估，对于及时治疗并逆转肝纤维化的发展，以及预防肝硬化与肝癌都具有十分重要的意义。肝组织的弹性和粘性是反映肝纤维化的重要方面，而肝组织的弹性模量和粘性系数分别是肝组织的弹性和粘性的 重要指标。
发明内容基于此，有必要提供一种操作简便且测量结果精准的生物组织粘弹性测量方法。一种生物组织粘弹性测量方法，包括以下步骤步骤S10，根据设置的驱动激励参数产生驱动激励信号；步骤S20，在驱动激励信号的驱动下产生圆盘形激励源，以对被测生物组织表面进行振荡，使得在被测生物组织内部产生剪切波；步骤S30，根据设置的超声波参数产生超声驱动信号，超声驱动信号的产生与驱动激励信号的产生保持同步；步骤S40，在超声驱动信号的驱动下对被测生物组织发射超声波束，超声波束的轴向方向与剪切波的轴向方向同向；步骤S50，接收超声波束从内部有剪切波传播的被测生物组织反射的超声射频回波信号；步骤S60，根据接收的超声射频回波信号测量被测生物组织的剪切弹性模量和粘性系数。在其中一个实施例中，步骤S60包括以下步骤步骤S610，根据接收的超声射频回波信号测量所述剪切波在被测生物组织中的传播速度和衰减系数，测量得到的传播速度记为Vm，测量得到的衰减系数记为am ；步骤S620，计算出所述剪切波的仿真剪切波的由衍射产生的衰减分量的值和所述剪切波的真实传播速度，其中，仿真剪切波的由衍射产生的衰减分量记为ad，所述剪切波的真实传播速度记为Vd ；
步骤S630，根据上述获取的am的值、ad的值和Vd的值计算被测生物组织的剪切弹性模量和粘性系数，剪切弹性模量记为U，粘性系数记为n。在其中一个实施例中，步骤S610的包括以下步骤步骤S611，根据接收的超声射频回波信号获取被测生物组织中的质点在剪切波的推动下的偏移曲线；步骤S612，对偏移曲线作傅立叶变换得到对应的频域信号；步骤S613，从频域信号中得到对应于圆盘形激励源振荡频率的幅度和相位；步骤S614，根据以下公式计算剪切波在被测生物组织中的传播速度的值和衰减系数的值，传播速度记为Vm,衰减系数记为am
权利要求
1.一种生物组织粘弹性测量方法，包括以下步骤 步骤S10，根据设置的驱动激励参数产生驱动激励信号； 步骤S20，在驱动激励信号的驱动下产生圆盘形激励源，以对被测生物组织表面进行振荡，使得在被测生物组织内部产生剪切波； 步骤S30，根据设置的超声波参数产生超声驱动信号，超声驱动信号的产生与驱动激励信号的产生保持同步； 步骤S40，在超声驱动信号的驱动下对被测生物组织发射超声波束，超声波束的轴向方向与剪切波的轴向方向同向； 步骤S50，接收超声波束从内部有剪切波传播的被测生物组织反射的超声射频回波信号; 步骤S60，根据接收的超声射频回波信号测量被测生物组织的剪切弹性模量和粘性系数。
2.根据权利要求1所述的生物组织粘弹性测量方法，其特征在于，步骤S60包括以下步骤 步骤S610，根据接收的超声射频回波信号测量所述剪切波在被测生物组织中的传播速度和衰减系数，测量得到的传播速度记为Vm，测量得到的衰减系数记为am ； 步骤S620，计算出所述剪切波的仿真剪切波的由衍射产生的衰减分量的值和所述剪切波的真实传播速度，其中，仿真剪切波的由衍射产生的衰减分量记为ad，所述剪切波的真实传播速度记为Vd ； 步骤S630，根据上述获取的am的值、ad的值和Vd的值计算被测生物组织的剪切弹性模量和粘性系数，剪切弹性模量记为U，粘性系数记为H。
3.根据权利要求2所述的生物组织粘弹性测量方法，其特征在于，步骤S610的包括以下步骤 步骤S611，根据接收的超声射频回波信号获取被测生物组织中的质点在剪切波的推动下的偏移曲线； 步骤S612，对偏移曲线作傅立叶变换得到对应的频域信号； 步骤S613，从频域信号中得到对应于圆盘形激励源振荡频率的幅度和相位； 步骤S614，根据以下公式计算剪切波在被测生物组织中的传播速度的值和衰减系数的值，传播速度记为Vm,衰减系数记为am
4.根据权利要求3所述的生物组织粘弹性测量方法，其特征在于，步骤S620包括以下步骤 步骤S621，根据所述剪切波仿真拟合出仿真剪切波； 步骤S622，基于理想激励点源的格林函数建立仿真剪切波的仿真传播速度、仿真剪切波的由衍射产生的衰减分量ad和所述剪切波的真实传播速度Vd之间的如下的关系表达式，其中，仿真剪切波的仿真传播速度记为Vsini ad = g (Vd) Vsim = h (Vd)； 步骤S623，采用基于二分法的自适应误差补偿算法，将上述计算得到的Vm的值代入Vsim，拟合出使得关系表达式Vsim = h(Vd)成立的Vd的值，由拟合出的Vd的值和关系表达式ad = g(Vd)求出ad的值。
5.根据权利要求4所述的生物组织粘弹性测量方法，其特征在于，步骤S630包括以下步骤 步骤S631，根据上述获取的am的值、ad的值及以下公式求出所述剪切波的由组织粘性产生的衰减分量的值，所述剪切波的由组织粘性产生的衰减分量记为av aV = am_ad ; 步骤S632，根据上述获取的Vd的值以及上述计算得到的av的值以及以下公式求出U和n的值
6.一种生物组织粘弹性测量系统，其特征在于，包括 信号发生器，用于根据设置的驱动激励参数产生驱动激励信号； 机械振荡器，用于在驱动激励信号的驱动下产生圆盘形激励源，以对被测生物组织表面进行振荡，使得在被测生物组织内部产生剪切波； 脉冲收发器，用于根据设置的超声波参数产生超声驱动信号，超声驱动信号的产生与驱动激励信号的产生保持同步； 超声换能器，用于在超声驱动信号的驱动下对被测生物组织发射超声波束，超声波束的轴向方向与剪切波的轴向方向同向； 超声换能器还用于接收超声波束从内部有剪切波传播的被测生物组织反射的超声射频回波信号； 信号处理器，用于根据接收的超声射频回波信号测量被测生物组织的剪切弹性模量和粘性系数。
7.根据权利要求6所述的生物组织粘弹性测量系统，其特征在于，所述信号处理器包括 传播速度和衰减系数测量模块，用于根据接收的超声射频回波信号测量所述剪切波在被测生物组织中的传播速度和衰减系数，测量得到的传播速度记为Vm，测量得到的衰减系数记为A ； 真实传播速度和衍射衰减分量计算模块，用于计算出所述剪切波的仿真剪切波的由衍射产生的衰减分量的值和所述剪切波的真实传播速度，其中，仿真剪切波的由衍射产生的衰减分量记为ad，所述剪切波的真实传播速度记为Vd ； 剪切弹性模量和粘性系数获取模块，用于根据上述获取的am的值、ad的值和Vd的值计算被测生物组织的剪切弹性模量和粘性系数，剪切弹性模量记为U，粘性系数记为H。
8.根据权利要求7所述的生物组织粘弹性测量系统，其特征在于，传播速度和衰减系数测量模块包括 偏移曲线获取单元，用于根据接收的超声射频回波信号获取被测生物组织中的质点在剪切波的推动下的偏移曲线； 频域信号获取单元，用于对偏移曲线作傅立叶变换得到对应的频域信号； 幅度和相位获取单元，用于从频域信号中得到对应于圆盘形激励源振荡频率的幅度和相位； 传播速度和衰减系数计算单元，用于根据以下公式计算剪切波在被测生物组织中的传播速度的值和衰减系数的值，传播速度记为Vm，衰减系数记为am Vm=CoAdz 其中，《为剪切波频率，m为频域信号的相位，Z为超声波束的轴向深度,A为所dz<P述频域信号的幅度。
9.根据权利要求8所述的生物组织粘弹性测量系统，其特征在于，所述真实传播速度和衍射衰减分量计算模块包括 仿真剪切波拟合单元，用于根据所述剪切波仿真拟合出仿真剪切波； 关系表述式建立单元，用于基于理想激励点源的格林函数建立仿真剪切波的仿真传播速度、仿真剪切波的由衍射产生的衰减分量ad和所述剪切波的真实传播速度Vd之间的如下的关系表达式，其中，仿真剪切波的仿真传播速度记为Vsim ad = g (Vd) Vsim = h (Vd)； 真实传播速度和衍射衰减分量计算单元，用于采用基于二分法的自适应误差补偿算法，将上述计算得到的Vm的值代入Vsim,拟合出使得关系表达式Vsim = h (Vd)成立的Vd的值，由拟合出的Vd的值和关系表达式ad = g(Vd)求出ad的值。
10.根据权利要求9所述的生物组织粘弹性测量系统，其特征在于，所述剪切弹性模量和粘性系数获取模块包括 粘性衰减分量计算单元，用于根据上述获取的am的值、ad的值及以下公式求出所述剪切波的由组织粘性产生的衰减分量的值，所述剪切波的由组织粘性产生的衰减分量记为av av = am_ad ; 剪切弹性模量和粘性系数计算单元，用于根据上述获取的Vd的值以及上述计算得到的\的值以及以下公式求出y和n的值
全文摘要
一种生物组织粘弹性测量方法，包括以下步骤根据设置的驱动激励参数产生驱动激励信号；在驱动激励信号的驱动下产生圆盘形激励源，以对被测生物组织表面进行振荡，使得在被测生物组织内部产生剪切波；根据设置的超声波参数产生超声驱动信号，超声驱动信号的产生与驱动激励信号的产生保持同步；在超声驱动信号的驱动下对被测生物组织发射超声波束，超声波束的轴向方向与剪切波的轴向方向同向；接收超声波束从内部有剪切波传播的被测生物组织反射的超声射频回波信号；根据接收的超声射频回波信号测量被测生物组织的剪切弹性模量和粘性系数。此外，还提供一种生物组织粘弹性测量系统。上述方法和系统，测量过程操作简便，可提高测量结果的精确性。
文档编号A61B5/00GK103054552SQ20121056836
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者王丛知, 杨培德, 郑海荣, 曾成志, 杨戈, 肖杨, 李永川, 明妍, 钱明, 邱维宝 申请人:深圳先进技术研究院