一种剪切波波速计算方法及弹性成像设备与流程

本发明涉及实时剪切波弹性成像领域，特别涉及一种剪切波波速计算方法及弹性成像设备。

背景技术：

实时剪切波弹性成像(shearwaveelastography，swe)，剪切波是横波，在生物体内传播速度为1～10m/s。swe是通过发射声辐射冲击组织施加激励，利用“马赫锥(machcone)原理，可在组织中产生足够强度的剪切波；通过达20000帧/s的超高速成像系统捕获、追踪剪切波，使所测剪切波速度的精确度达到1mm/s，以彩色编码技术实时显示出组织弹性图。

剪切波弹性成像技术可实现生物组织实时硬度定量检测，为临床判断组织病变情况提供依据。它的基本原理如下：声辐射力聚焦冲击能在组织内部产生剪切波，由于剪切波在不同硬度的组织传播速度有差异，通过检测剪切波在不同位置的传播速度可以间接反映该位置的软硬情况。根据剪切波波速大小进行伪彩色映射即为剪切波弹性成像。因此，剪切波波速估计的准确性对组织弹性情况的判断至关重要。

剪切波在组织传播过程中会引起组织的位移形变，利用超快帧频成像技术观察和检测目标区域的位移形变，通过位移形变重建出观察位置的剪切波震动曲线。传统的剪切波波速估计方法为time-of-flight(tof)方法，即对观察位置不同位置所重建的剪切波震动曲线进行波峰匹配，找出波峰相差时间间隔，此间隔可以理解为剪切波从该两个检测位置之间传播所用时间。而两检测位置之间的距离为已知，通过距离除以时间得出剪切波经过两个检测位置之间的平均速度。

tof方法原理易懂，实现也简单，是常用的剪切波波速估计方法。但tof方法对剪切波波形重建信噪比要求比较高，即重建出来的剪切波波形越光滑，波峰越明显，结果准确性越高，如一些弹性仿体中有较好结果。而在人体中，由于组织结构复杂，剪切波重建波形信噪比会比较低，波峰的搜索很容易被误判。

技术实现要素：

本发明针对目前tof方法估计剪切波波速对剪切波波形重建信噪比要求比较高，而组织结构复杂，剪切波重建波形信噪比会比较低，波峰的搜索很容易被误判的不足，提供一种剪切波波速计算方法及弹性成像设备。

本发明的技术方案是：一种剪切波波速计算方法，包括以下步骤：

步骤1、确定待观察深度位置的步骤；该步骤中选取两个横向检测位置，根据形变估计结果矩阵作出所选的横向检测位置对应的“形变-时间”曲线；

步骤2、确定有效频率范围；设计低通滤波器的步骤；该步骤中对各横向检测位置对应得“形变-时间”的曲线进行fft频谱分析，选取有效频率范围，并设计fir低通滤波器系数；

步骤3、滤波的步骤；该步骤中使用步骤2中设计的低通滤波器对各个检测位置的“形变-时间”曲线进行低通滤波；

步骤4、插值的步骤；对滤波后的“形变-时间”曲线进行样条插值；

步骤5、对插值后的“形变-时间”曲线加窗的步骤；该步骤中，选取窗函数类型、参数，根据“形变-时间”曲线长度设计窗函数系数，并与“形变-时间”曲线相乘；

步骤6、相关匹配运算步骤；该步骤中，对各位置加窗后的“形变-时间”曲线进行互相关匹配运算；

步骤7、计算剪切波速度值的步骤；该步骤中根据互相关匹配结果找到最大偏移值，结合检测位置间隔计算出剪切波速度值。

本发明中通过对各位置“形变-时间”曲线进行预处理，并利用互相关匹配法寻找出各位置“形变-时间”的最大偏移值。此方法提高了剪切波“形变-时间”曲线的信噪比，增加了剪切波波速计算的精度。

进一步的，上述的剪切波波速计算方法中：所述的步骤2中，选取有效频率范围时，衰减在-3db范围内的。

进一步的，上述的剪切波波速计算方法中：所述的步骤2中，设计fir低通滤波器系数时，采用用窗函数法设计，窗函数选择切比雪夫窗函数。

进一步的，上述的剪切波波速计算方法中：所述的步骤5中，窗口类型选择tukey窗函数，参数选取0.5。

本发明还提供一种弹性成像设备，包括发射声辐射冲击组织施加激励的装置，接收待观察深度位置的装置，对接收到的剪切波进行处理的装置，所述的对接收到的剪切波进行处理的装置中包括剪切波波速计算装置；其特征在于：所述的剪切波波速计算装置包括：

确定待观察深度位置的装置；该装置选取两个横向检测位置，根据形变估计结果矩阵作出所选的横向检测位置对应得“形变-时间”曲线；

对各个检测位置的“形变-时间”曲线进行低通滤波的低通滤波器；

插值的装置；对滤波后的“形变-时间”曲线进行样条插值；

对插值后的“形变-时间”曲线加窗的装置；该装置选取窗函数类型、参数，根据“形变-时间”曲线长度设计窗函数系数，并与“形变-时间”曲线相乘；

相关匹配运算装置；该装置对各位置加窗后的“形变-时间”曲线进行互相关匹配运算；

计算装置；计算装置根据互相关匹配结果找到最大偏移值，结合检测位置间隔计算出剪切波速度值。

进一步的，上述的的弹性成像设备中：还包括对“形变-时间”曲线进行fft分析的fft频谱分析装置。

进一步的，上述的的弹性成像设备中：所述的低通滤波器为fir低通滤波器，采用用窗函数法设计，窗函数选择切比雪夫窗函数。

进一步的，上述的的弹性成像设备中：所述的相关匹配运算装置的窗口类型选择tukey窗函数，参数选取0.5。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的说明。

附图说明

附图1为本发明实施例1流程。

附图2为本发明实施例1“形变-时间”曲线。

附图3为本发明实施例1检测位置1的“形变-时间”曲线的有效频谱范围选取。

附图4为本发明实施例1各检测位置滤波后的“形变-时间”曲线。

附图5为本发明实施例1窗函数图。

具体实施方式

实施例1，本实施例是一种医疗器械中的弹性成像设备，包括发射声辐射冲击组织施加激励的装置，接收待观察深度位置的装置，对接收到的剪切波进行处理的装置，对接收到的剪切波进行处理的装置中包括剪切波波速计算装置；其中，剪切波波速计算装置包括：

确定待观察深度位置的装置；该装置选取两个横向检测位置，根据形变估计结果矩阵作出所选的横向检测位置对应得“形变-时间”曲线。

fft频谱分析装置。

对各个检测位置的“形变-时间”曲线进行低通滤波的低通滤波器。

插值的装置；对滤波后的“形变-时间”曲线进行样条插值。

对插值后的“形变-时间”曲线加窗的装置；该装置选取窗函数类型、参数，根据“形变-时间”曲线长度设计窗函数系数，并与“形变-时间”曲线相乘。

相关匹配运算装置；该装置对各位置加窗后的“形变-时间”曲线进行互相关匹配运算。

计算装置；计算装置根据互相关匹配结果找到最大偏移值，结合检测位置间隔计算出剪切波速度值。

本实施例的弹性成像设备中，剪切波波速计算装置进行生物组织弹性测量过程中，选取弹性观察区域，通过声辐射力冲击激发剪切波经过该区域传播，并利用超高帧频成像技术采集该区域回波信号进行位移估计运算得到形变估计结果后，对位移估计结果进行如下步骤如图1所示：

步骤1：确定待观察深度位置，选取两个横向检测位置，根据形变估计结果矩阵作出所选的横向检测位置对应得“形变-时间”曲线，如附图2所示。

步骤2：对各横向检测位置对应得“形变-时间”的曲线进行fft频谱分析，选取有效频率范围，例如选取衰减-3db范围，如图3所示，箭头所指处就约为-3db衰减范围边界，并设计fir低通滤波器系数，例如用窗函数法设计，窗函数可选切比雪夫窗函数。

步骤3：对各个检测位置的“形变-时间”曲线进行低通滤波。结果如附图4所示。

步骤4：对滤波后的“形变-时间”曲线进行样条插值,例如可选三次样条插值方法。

步骤5：选取窗函数类型,例如可选tukey窗函数，参数选取0.5。根据“形变-时间”曲线长度设计窗函数系数，并与“形变-时间”曲线相乘。如附图5所示。

步骤6：对各位置加窗后的“形变-时间”曲线进行互相关匹配运算，计算方法可选归一化互相关，计算公式如下：

其中x(i),y(i)为进行互相关运算的两个位置的“形变-时间”序列，i＝1,2,3...n；互相关计算结果为cxy(k)，k＝1，2,3....2*n-1。

步骤7：根据互相关匹配结果找到最大偏移值，结合检测位置间隔计算出剪切波速度值。例如求取步骤6中结果最大值所对应的k值，计算k-n的值，得到最大偏移值。根据最大偏移值计算出对应的时间间隔，然后利用两个检测位置物理距离除以时间间隔得到剪切波速度值。