一种用于生物组织弹性测量的剪切波速度估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医疗诊断技术领域，具体地，涉及一种用于生物组织弹性测量的剪切 波速度估计方法。
【背景技术】
[0002] 声辐射力脉冲弹性成像技术可实现生物组织的实时、定量检测，应用于肝纤维化 分期、乳腺癌检测、聚焦超声等方面，为临床综合判断组织病变提供依据。它的基本原理是： 利用超声探头向生物组织发射超声脉冲，在剪切应力的作用下，特定区域组织发生微小变 形产生沿横向传播的剪切波，然后利用高帧频超声扫描波束去跟踪微小形变，计算出剪切 波横向传播的速度，利用生物组织弹性和剪切波速度之间的理论关系，由剪切波速度定量 估算生物组织的弹性，以此判定该生物组织是否病变。
[0003] 因此，剪切波速度估计方法在基于剪切波速度的生物组织弹性测量中具有重要作 用。剪切波在生物组织传播的复杂性直接影响到剪切波速度测量的准确性，常规的剪切波 速度估计方法对于低信噪比信号的效果并不理想。
[0004] 剪切波在组织的传播过程中，引起组织发生形变，这一形变可以利用超声回波信 号观察并测量得到。通常在生物组织弹性测量中，为检测生物组织在有剪切波传播时所 发生的形变会设置多个横向检测位置，也就是在这些横向检测位置检测生物组织的形变信 号，并将剪切波通过多个横向检测位置的平均速度作为这一区域剪切波的传播速度。以 下假设有N个横向检测位置，在每个横向检测位置都可以得到一个形变信号组成的矩阵， 其横坐标表示不同时间，纵坐标表示不同深度，每一个元素表示检测到的形变信号，即"时 间-深度-形变"矩阵。因此，在剪切波速度估计算法开始前，有N个这样的形变信号矩阵。
[0005] 现有的剪切波速度估计方法主要有（1)基于Time-T0-Peak (TTP)算法的 Time-of-Flight (TOF)方法；（2)基于"时间-位置-形变"矩阵和拉东变换的方法。
[0006] (1)基于 Time-To-Peak(TTP)算法的 Time-of-Flight (TOF)方法：从 N 个形变信 号矩阵中，抽取代表某一个深度的形变信号向量。按照横向检测位置距离剪切波波源从近 到远的距离，从上到下排列为一个新的形变矩阵，其横坐标表示不同时间，纵坐标表示不同 横向检测位置，即"时间-位置-形变"矩阵。在矩阵的每一的行向量中，搜索该行形变的 最大值，再记录该最大值所对应的时间，即为剪切波波峰到达该横向检测位置的时间。根据 在N个横向检测位置所得到的N个波峰到达时间，利用线性拟合算法画出"时间-距离"斜 线，该斜线的斜率的倒数就是所求的剪切波的速度。
[0007] (2)基于"时间-位置-形变"矩阵和拉东变换的方法：
[0008] 拉东变换是对上述的"时间-位置-形变"矩阵中的形变信号沿着某一直线路径 求和的变换方法。拉东变换通过遍历从起点位置（Xstart，tstart)到终点位置（x md，tmd)所确 定的解空间中的所有直线路径，对沿直线路径上的所有X = xn，t = tn处位置的形变（其中 Xstart彡X X md，tstart彡t t md)进行求和。当某一直线路径上求和结果最大时，意味着 该直线路径穿过的矩阵元素最接近对应于N个横向检测位置、不同时间时的剪切波波峰， 因此，拉东变换所得到的最大值所对应的直线路径就是剪切波传播的最优估计路径。
【主权项】
1. 一种用于生物组织弹性测量的剪切波速度估计方法，其特征在于，包括： 在生物组织弹性测量过程中，针对每一个横向检测位置，获取该横向检测位置对应的 "时间-深度-形变"矩阵；对所述"时间-深度-形变"矩阵进行拉东变换，求取元素之和 最大的路径，得到初次估计路径；利用所述初次估计路径，确定剪切波波峰抵达该横向检测 位置的时间；其中，所述"时间-深度-形变"矩阵中，行坐标轴和列坐标轴分别对应在该横 向检测位置执行检测的时间和深度，元素表示检测得到的形变信号； 根据各横向检测位置之间的距离，以及剪切波波峰抵达各横向检测位置的时间，计算 剪切波传播速度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的利用所述初次估计路径，确定剪切 波波峰抵达该横向检测位置的时间，包括： 确定所述初次估计路径的起始时间和终止时间； 将所述初次估计路径的起始时间和终止时间的中间时刻确定为剪切波波峰抵达该横 向检测位置的时间。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的利用所述初次估计路径，确定剪切 波波峰抵达该横向检测位置的时间，包括： 确定所述初次估计路径的起始时间和终止时间； 将所述初次估计路径的起始时间和终止时间的中间时刻确定为初次估计时刻； 在所述"时间-深度-形变"矩阵中，确定该初次估计时刻对应的列； 将该初次估计时刻对应的列及其两侧设定数目的列，确定为二次未插值估计矩阵； 通过插值运算在所述二次未插值估计矩阵中的各列之间插入新的行或列，得到二次估 计矩阵； 对所述二次估计矩阵进行拉东变换，求取元素之和最大的路径，得到二次估计路径； 利用所述二次估计路径，确定剪切波波峰抵达该横向检测位置的时间。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的利用所述二次估计路径，确定剪切 波波峰抵达该横向检测位置的时间，包括： 确定所述二次估计路径的起始时间和终止时间； 将所述二次估计路径的起始时间和终止时间的中间时刻确定为剪切波波峰抵达该横 向检测位置的时间。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的利用所述初次估计路径，确定剪切 波波峰抵达该横向检测位置的时间，包括： 确定所述初次估计路径的起始时间和终止时间； 将所述初次估计路径的起始时间和终止时间的中间时刻确定为初次估计时刻； 在所述"时间-深度-形变"矩阵中，确定该初次估计时刻对应的列； 将该初次估计时刻对应的列及其两侧设定数目的列，确定为二次未插值估计矩阵； 通过插值运算在所述二次未插值估计矩阵中的各列之间插入新的行或列，得到二次估 计矩阵； 将所述二次估计矩阵中对应于同一时间的各列元素沿列方向累加求和，得到一个行向 量； 确定所述行向量中各元素的最大值； 计算所述最大值与设定百分比的乘积，得到一阈值； 将所述行向量中大于所述阈值的元素，确定为三次估计元素集合； 确定所述三次估计元素集合所对应的时间段范围，将其中的最早时间和最晚时间的中 间时刻确定为剪切波波峰抵达该横向检测位置的时间。
【专利摘要】本发明提供一种用于生物组织弹性测量的剪切波速度估计方法，应用于医疗诊断技术领域，该方法包括：在生物组织弹性测量过程中，针对每一个横向检测位置，获取该横向检测位置对应的“时间-深度-形变”矩阵；对“时间-深度-形变”矩阵进行拉东变换，求取元素之和最大的路径，得到初次估计路径；利用初次估计路径，确定剪切波波峰抵达该横向检测位置的时间；根据各横向检测位置之间的距离，以及剪切波波峰抵达各横向检测位置的时间，计算剪切波传播速度。本发明通过拉东变换直接判断剪切波波峰的传播情况和到达各横向检测位置的时间，提高了剪切波速度测量的准确度及稳定性，减少了计算量，提高了计算效率。
【IPC分类】A61B8-08
【公开号】CN104546014
【申请号】CN201410822138
【发明人】王丛知, 郑海荣, 杨戈, 肖杨, 邱维宝
【申请人】中国科学院深圳先进技术研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月25日