CN104605890A - 一种剪切波峰值波形校正的方法、装置、系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种剪切波峰值波形校正方法,包括:获取原始剪切波时间波形;寻找剪切波时间波形最大的一群位移点和他们对应的时间轴上的位移信息集合;利用所述信息集合,校正剪切波峰值波形。本发明还提供了相应的装置、系统及其应用。采用本发明的方法可以提高剪切波峰值波形矫正的准确度和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及超声图像技术领域,具体的涉及一种剪切波峰值波形校正的方法、装置、系统及其应用。
背景技术
基于声辐射力的剪切波弹性成像技术是一种评估组织弹性的超声弹性成像技术,其被广泛应用于人体组织病变分析诊断。基于声辐射力的剪切波弹性成像技术的原理为:由探头向生物体的软组织发射超声脉冲后,在声辐射力的作用下,特定区域内的软组织会产生振动,在软组织剪切应力作用下,振动会向四周传播,从而产生剪切波,由于生物体软组织的弹性与剪切波的速度有一定的关联关系,因此可以通过检测剪切波的速度分析软组织的弹性,进而确定是否存在软组织的病变。
然而由于剪切波在软组织中传播的复杂度,给剪切波速度的测量造成了很大影响,使得测得剪切波在软组织中的传播速度存在较大误差,进而影响了正常的组织病变分析。
在实际的剪切波测量中,由于剪切波的幅度一般都非常小,即使是剪切波的峰值最大值也一般只在微米数量级。而且当测量粘性比较大或者比较软的组织时,剪切波的波峰部分呈现出平坦的峰,在剪切波峰值出现的时候附近的位移点幅度都和峰值比较接近,所以即使有一个非常小的噪声叠加在剪切波波形上,那么实际找到的波形最大值的位置就可能会偏离真实的剪切波峰值的位置,导致剪切波速度的计算出现误差。而且对于基于声辐射力的剪切波弹性成像来说,剪切波的幅度都非常低,很容易出现远离剪切波峰的孤立极大值点出现,从而造成剪切波峰值确定的错误。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出一种剪切波峰值波形校正的方法、装置、 系统及其应用,以提高剪切波峰值波形矫正的准确度和可靠性。
本发明提出一种剪切波峰值波形校正方法,包括:
获取原始剪切波时间波形;
寻找剪切波时间波形最大的一群位移点和他们对应的时间轴上的位移信息集合;
利用所述信息集合,校正剪切波峰值波形。
本发明还提出一种剪切波峰值波形校正装置,所述装置包括:第一获取单元;第一计算单元;第二计算单元;
所述第一获取单元,用于获取原始剪切波时间波形;
所述第一计算单元,用于寻找剪切波时间波形最大的一群位移点和他们对应的时间轴上的位移信息集合;
所述第二计算单元,用于利用所述信息集合,校正剪切波峰值波形。
本发明还提出一种超声成像系统,所述成像系统包括如上所述的装置。
本发明提出一种基于剪切波峰值波形校正的剪切波速度测量方法,包括:
获取原始剪切波时间波形;
寻找剪切波时间波形最大的一群位移点和他们对应的时间轴上的位移;
利用所述信息集合,校正剪切波峰值波形;
根据不同扫描线的预设位置,计算两两扫描线之间的距离;以及两两扫描线之间的剪切波到达时间差;
根据所述两两扫描线之间的距离和剪切波到达时间差,算出所述每个两两扫描线之间区域的剪切波速度;
将所有每两个扫描线支架区域的剪切波速度进行加权平均,得到综合的剪切波速度。
本发明还提出一种基于剪切波峰值波形校正的剪切波速度测量装置,所述装置包括:第一获取单元;第一计算单元;第二计算单元;第三计算单元;第四计算单元;第五计算单元。
所述第一获取单元,用于获取原始剪切波时间波形;
所述第一计算单元,用于寻找剪切波时间波形最大的一群位移点和他们对应的时间轴上的位移信息集合;
所述第二计算单元,用于利用所述信息集合,校正剪切波峰值波形;
所述第三计算单元,用于根据不同扫描线的预设位置,计算两两扫描线之间的距离;以及两两扫描线之间的剪切波到达时间差;
所述第四计算单元,用于根据所述两两扫描线之间的距离和剪切波到达时间差,算出所述每个两两扫描线之间区域的剪切波速度;
所述第五计算单元,用于将所有每两个扫描线支架区域的剪切波速度进行加权平均,得到综合的剪切波速度。
本发明还提出一种超声成像系统,所述成像系统包括如权利要求7所述的装置。
从以上技术方案可以看出,本发明实施例具有以下优点:
1、由于本发明依据每个所述预设扫描线位置的剪切波波形,计算修正剪切波峰值邻域内的波形,因此采用本方法可以将剪切波的到达时间准确的校正回理论的中心位置。同时该算法还能够快速的消除或减弱噪声较大引起的峰值奇异点对剪切波速度计算的影响。
2、通过对剪切波的时间波形在时间上进行插值,从而提高剪切波峰值判断的准确性。
3、由于采用基于上述剪切波波峰修正的方法测量剪切波速度,能够更加精确的确定每一条扫描线的剪切波到达时间,从而能够精确的得到扫描线之间的剪切波到达时间差,从而更加精确的得到剪切波速度。
4、由于使用聚焦深度大于检测区域的深度的剪切波检测超声发射脉冲波 束,因此既能够保证发射波束能全部覆盖整个检测区域,又能够保证被检测区域有足够的超声波强度,从而保证该区域回波信号有足够强的信噪比。
附图说明
图1,为本发明实施例的一种剪切波峰值波形校正的方法的整体流程示意图;
图2,为本发明实施例的获取剪切波时间波形的流程示意图;
图3,为本发明实施例的一种基于剪切波峰值波形校正的剪切波速度测量方法流程图;
图4,为本发明实施例的一种剪切波峰值波形校正装置的整体框图;
图5,为本发明实施例的一种剪切波峰值波形校正装置的整体框图;
图6,为本发明实施例的第一获取单元的结构框图;
图7,为本发明实施例的一种剪切波激励和检测方式示意图
图8,为本发明实施例的一种剪切波时间波形示意图
图9,为本发明实施例的剪切波波形校正方法示意图
图10,为本发明实施例的一种受噪声奇异点影响的剪切波时间波形示意图
具体实施方式
本发明提出一种剪切波峰值波形校正的方法。同时,本发明还提出了相应的装置、系统及其应用。本发明依据所述剪切波时间波形,计算修正剪切波峰值邻域内的波形,因此能够修正剪切波峰值波形相位,避免噪声或者其他干扰对于剪切波峰值波形的影响。
下面将结合本发明中的说明书附图,对发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一、
如图1、7、8、9、10所示,为本发明的剪切波峰值波形修正的方法流程示意图。本发明提出一种剪切波峰值波形修正的方法,所述方法包括如下步骤:
S101,获取原始剪切波时间波形。
如图9中A(黑色实线表示)所示为实际检测到的一个剪切波的波形,而F为剪切波的实际正确的波形(红色实线表示)。可以看到由于受到噪声的影响,波形并不是平滑的上升和下降,而是由很多的不规律的起伏。如果按照常规的直接将波形的最大值作为剪切波到达时间的话,那么就会将时间位置落在E点,也就是。但是察看整个剪切波波形,理论上的波形的中心位置明显不是E点。
S102,寻找剪切波时间波形最大的一群位移点和他们对应的时间轴上的位移信息集合;
[mi,pi]=max(w,n)
在位移波形w中,选择位移最大的n个点,记录每个点在时间轴上的位置mi和幅值pi,得到一个幅度最大值群的信息集合,如图9中C所示。
S103,利用所述信息集合,校正剪切波峰值波形,校正公式如下:
其中α为峰值相关系数,根据实际系统需要在大于0和小于等于1的范围之间选择;β为聚类系数,取大于等于1的整数,其值越大聚类程度越严重。Tn即为第n条检测线的剪切波时间波形的理论中心点位置。Ts为剪切 波时间波形相邻采样点的时间间隔,也就是相邻两次剪切波检测发射超声脉冲波束的时间间隔。
综上所述,本发明依据所述剪切波时间波形,计算修正剪切波峰值邻域内的波形,可以得到修正后的剪切波的峰值位置。采用本方法可以将剪切波的到达时间准确的校正回理论的中心位置。如图9中右侧D点为使用该发明技术校正之后的剪切波到达时间点,可以看到D点已经非常接近理论上无噪声的剪切波波形的中心点。同时该算法还能够快速的将噪声较大引起的峰值奇异点对剪切波速度计算的影响。如图10中所示,剪切波波形由于受到突发噪声的干扰,其波形最大峰值出现在B点,但是很明显实际的正确的剪切波峰值应该是在A点。如果使用一般的平均或者直接最大值的方法,那么该剪切波到达时间位置就会出现比较大的误差。而利用本发明技术,由于B点离次最大值群都比较远,加权聚类后B点的权值就会非常小,从而最后得到的峰值位置会非常接近A点。
在一些实施例中,在步骤S102之前,需对上述所得的原始剪切波时间波形,在时间上进行插值。其目的和内容包括:对于每一个扫描线位置的剪切波波形计算,由于一次回波信息只能得到一个位移点,所以在时间轴的上相邻两点的间隔为相邻两次获取回波信息的间隔,这也就是两次剪切波检测发射超声脉冲波束的间隔时间。由于超声波在软组织中传播速度是一个类似常数的有限值,因此当需要检测较深部位的剪切波传播时,需要等待足够的时间,使超声波从探头传播到检测区域,然后产生超声波回波,并返回到探头,被探头接收。这需要等待较长的时间,导致剪切波时间波形上相邻两点的间隔过大,对剪切波的峰值判断造成误差。
通过对剪切波的时间波形在时间上进行插值,从而提高剪切波峰值判断的准确性。插值的方法可以多种,例如常用的线性差值和多项式差值等,具体可以根据系统平台的计算能力和对于计算精度的要求优化的选择。所述插值方法属于现有技术,在此不再赘述。
如图2所示,在一些实施例中,所述获取原始剪切波时间波形的步骤包括:
S1011,根据多次发射超声脉冲检测波束以获取待检测的软组织区域反射回来的多个回波信息,其中,待检测的软组织区域内存在剪切波的传播。
如图7所示,多次发射的超声脉冲检测波束32,是一种能够覆盖整个待检测区域的聚焦超声波束,其聚焦所利用的阵列探头阵元3数目较多,聚焦焦点2位于待检测区域1下方,因此既能够保证发射波束能全部覆盖整个检测区域,又能够保证被检测区域有足够的超声波强度。超声发射的超声脉冲检测波束的重复频率是根据具体检测部位性质、检测深度以及超声平台的能力等,可优选的调节,所述调节方法属于现有技术,在此不再赘述。
如图7所示,软组织中的剪切波的产生来源可以是外源性机械振动,也可以是周围器官组织本源性运动,还可以是声辐射力和其他激励方法。激励区域可以在待检测组织邻域,也可以是待检测区域内部。在本具体实施例中,优选通过声辐射力即超声波束31激励组织产生剪切波。
S1012,将每次反射回来的多个回波信息合成多条扫描线数据信号,根据预先存储的组织静态时扫描线位置的静态组织回波信号,分别确定所述扫描线位置处的软组织在多个不同时刻的位移量形成剪切波时间波形。
所述每次反射回来的多个回波信息可以通过波束合成或多波束合成技术合成扫描线数据信号。所述“波束合成技术(Multi-Line)”和“扫描线”是常规超声成像的领域内广泛运用的名词,其中波束合成技术是以多阵元接收的超声回波信号,进行有选择的延迟,加权叠加等操作,得到某一个方向上超声射频(RF)信号线,这个超声射频信号线就是扫描线。所述的多波束合成技术,就是利用一次接收的多通道回波信号,同时合成多条扫描线的技术。每一次波束合成的扫描线的位置和个数是预先设定的。如图7中A、B、C和D对应的虚线就是表示的每一次利用回波信号合成的四根扫描线。
所述扫描线位置处的软组织在多个不同时刻位移量分别为该软组织在反射回所述多个回波信号的多个时刻所对应的位移量。也就是说,对于任意一个扫描线位置处的软组织而言,每次发射超声脉冲检测波束,该扫描线位置 处的软组织偏离静态组织的位移量均不相同。需要分别计算确定每次发射的超声波脉冲检测波束时,该扫描线位置处的软组织由于剪切波的传播造成的移动的位移变化量。
静态组织回波信号是指在向该软组织区域发射超声脉冲激励波束之前,向该软组织区域发射超声脉冲检测波束,并根据接收到的回波信息,确定出的各个扫描线位置处所对应的回波信号。简而言之,该静态组织回波信号就是在软组织区域中不存在剪切波传播的情况下,反映各个扫描线位置处软组织状态的回波信号。根据扫描线位置处的软组织在剪切波传播前的静态组织回波信号,以及存在剪切波传播的状态下,该扫描线位置处的软组织多次反射的回波信号,可以分别确定出每次发射超声脉冲检测波束后,该扫描线位置处的软组织偏离静态位置的位移量,得到多个时刻的多个位移量。
如,其中一种计算一个扫描线位置处软组织的位移量方式可以是在该扫描线位置处的扫描线上选取多个点,例如在图7中扫描线A的位置上选取若干个点,然后根据该扫描线上选取的各个点反射回来的回波信号,来确定出该扫描线位置处软组织偏离静态组织的位移量。具体的公式如下:
其中,t=1,2....m,m表示在该扫描线位置处选取的总点数,也就是软组织区域上标定的该扫描线选取的总点数,“×”表示相乘运算。该是该扫描线上第t个点处的静态组织回波的射频信号,Sj(t)代表在软组织区域内存在剪切波的情况下,第j次发射超声脉冲检测波束后,该扫描线上第t个点所对应的第一回波信号,j=1,2·····N,N为发射超声脉冲检测波束的总次数。τ是第t次S与Sj互相关运算的偏移量,τ的取值为1,2·····m。vj为与Sj(t)的互相关的最大值。当S与Sj的互相关值达到最大值vj时,所得到的rj值即为组织偏离静态位置的位移量。这样,对于根据每次发射的超声脉冲检测波束,得到的该扫描线位置处的第一回波信号,均分别与该扫描线位置处的静态组织回波信号分别进行m次互相关。也就是说,需要分别针对该扫描线上选取的各个点对应的第一回波信号Sj(t)与扫描线上相应点的静态组织回波信号 进行互相关,从而对该扫描线上m个位置点处分别进行第一回波信号与静态组织回波信号的互相关,并找出每次互相关的延迟量τ。比较各个点Sj(t)与的互相关值,并确定Sj(t)与的互相最大值,将该Sj(t)与的互相关最大值时所对应的延迟量量。τ赋值给rj,则此时得到的rj即为在第j次发射超声脉冲检测波束时,该扫描线位置处的软组织偏离静态位置的位移量。
又如,另一种计算一个扫描线位置处的软组织的位移量的过程如下:
I=I1×Qj-Q1×Ij
Q=I1×Ij-Q1×Qj
其中,I1和Q1分别是由该扫描线位置处的静态组织回波信号计算出的同相信号和正交信号,Qj和Ij是对该扫描线位置的第j次发射超声检测脉冲后,得到对应的第一回波信号解调得到的同相信号和正交信号。f是发射超声检测脉冲的中心频率,c是超声检测脉冲在软组织中的传播速度,Sj即为扫描线位置处对应第j次发射超声检测脉冲波束时,该软组织偏离静态位置的位移量。
将每一个扫描线位置的、每一次回波信息监测到的剪切波传播引起的组织位移,按照时间先后顺序排列起来形成了每一个扫描线位置的剪切波时间波形。如图8所示,为一个剪切波时间波形的理想情况下的示意图,其中横轴为时间,纵轴为位移轴,波形上每一个点都是按照上述步骤通过对其中一次回波信息计算得到的位移。
实施例二、
如图所示,为本发明一种剪切波峰值修正装置的整体示意图。所述装置200包括:获取单元201;第一计算单元202;第二计算单元203。
所述第一获取单元201,用于获取原始剪切波时间波形;
所述第一计算单元202,用于寻找剪切波时间波形最大的一群位移点和他们对应的时间轴上的位移信息集合;
所述第二计算单元203,用于利用所述信息集合,校正剪切波峰值波形。
所述第一获取单元201包括:剪切波检测回波信息获取单元2011、剪切波波形计算确定单元2012。
所述剪切波检测回波信息获取单元2011,用于根据多次发射超声脉冲检测波束以获取待检测的软组织区域反射回来的多个回波信息。
所述剪切波波形计算确定单元2012,用于将每次反射回来的多个回波信息合成多条扫描线数据信号,根据预先存储的组织静态时扫描线位置的静态组织回波信号,分别确定所述扫描线位置处的软组织在多个不同时刻的位移量,形成剪切波时间波形。
所述各单元相关的工作过程在实施例一中有详细的描述在此不再赘述。
实施例三、
本发明还提供一种设备,所述设备包括如实施例二所述的剪切波峰值修正装置。所述装置如前述实施例中所述,在此不再赘述。
所述设备可以为各种包括剪切波峰值修正装置的设备,比如超声设备。
实施例四、
如图3、7、8、9、10所述,本发明还提供一种剪切波峰值修正方法的应用,即基于剪切波峰值修正的剪切波速度测量方法,所述方法为:
S301,获取原始剪切波时间波形。
S302,寻找剪切波时间波形最大的一群位移点和他们对应的时间轴上的位移;
[mi,pi]=max(w,n)
S303,利用所述信息集合,校正剪切波峰值波形,所述校正公式如下:
其中α为峰值相关系数,根据实际系统需要在大于0和小于等于1的范围之间选择;β为聚类系数,取大于等于1的整数,其值越大聚类程度越严重。
Tn即为第n条检测线的剪切波时间波形的理论中心点位置。Ts为剪切波时间波形相邻采样点的时间间隔,也就是相邻两次剪切波检测发射超声脉冲波束的时间间隔。
S304,根据不同扫描线的预设位置,计算两两扫描线之间的距离;以及两两扫描线之间的剪切波到达时间差。
根据计算得到的两两组合扫描线的剪切波到达时间差ti。
ti=Tn-Tm;
例如,如图7中A检测线和B检测线求出两者的剪切波到达时间差t1,A线和C线的剪切波到达时间差t2,A线和D线剪切波到达时间差t3,B线和C线时间差t4,B线和D线时间差t5,C线和D线时间差t6。这样得到四个检测线所有组合的剪切波到达时间差。
所述根据不同扫描线的预设位置,计算两两扫描线之间的距离,如在图7中,A检测线和B检测线距离为S1,A线和C线的距离为S2,B线和C线的距离为S3,A线和D线的距离为S4,B线和D线距离为S5,C线和D线距离S6。结合上面得到的两两之间的剪切波到达时间差,根据一定的算法,计算剪切波在待检测区域的平均剪切波速度。具体的计算区域平均剪切波速度的算法可以有很多种,例如分段求速度然后平均法、分段求速度加权平均法等。
S305,根据所述两两扫描线之间的距离和剪切波到达时间差,算出每个两 两扫描线之间区域的剪切波速度,所述计算公式如下:
(i=1、2、3、4、5、6)
例如A检测线和B检测线计算出速度为V1,A线和C线的计算速度为V2,A线和C线的计算速度为V3,A线和D线的计算速度为V4,B线和D线计算速度为V5,C线和D线计算速度V6。
S306,将所有每两个扫描线支架区域的剪切波速度进行加权平均,得到综合的剪切波速度,所述加权平均的公式如下:
其中V即为所检测区域的平均剪切波速度。
综上所述,通过采用本方法可以准确的求出剪切波的速度。
其中,所述步骤S301-S303中的详细内容在实施例一中有详细的描述,在此不再赘述。
实施例五、
本发明还提供了一种基于剪切波峰值修正的剪切波速度测量装置,所述装置包括:第一获取单元401;第一计算单元402;第二计算单元403;第三计算单元404;第四计算单元405;第五计算单元406。
所述第一获取单元401,用于获取原始剪切波时间波形;
所述第一计算单元402,用于寻找剪切波时间波形最大的一群位移点和他们对应的时间轴上的位移信息集合;
所述第二计算单元403,用于利用所述信息集合,校正剪切波峰值波形;
所述第三计算单元404,用于根据不同扫描线的预设位置,计算两两扫描线之间的距离;以及两两扫描线之间的剪切波到达时间差;
所述第四计算单元405,用于根据所述两两扫描线之间的距离和剪切波到 达时间差,算出所述每个两两扫描线之间区域的剪切波速度;
所述第五计算单元406,用于将所有每两个扫描线支架区域的剪切波速度进行加权平均,得到综合的剪切波速度。
所述各单元及其工作过程如实施例一及实施例四所述,在此不再赘述。。
实施例六、
本发明还提供了一种设备,所述设备包括如实施例五所述的装置,所述装置见具体实施例五的描述,在此不再赘述。
以上对本发明所提供的一种剪切波峰值修正方法、装置、系统及其应用进行了详细介绍,对于本领域的一般技术人员,依据本发明实施例的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,因此,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种剪切波峰值波形校正方法,其特征在于,包括:
获取原始剪切波时间波形;
寻找剪切波时间波形最大的一群位移点和他们对应的时间轴上的位移信息集合;
利用所述信息集合,校正剪切波峰值波形。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在寻找剪切波时间波形最大的一群位移点之前,需对所述获取的原始剪切波时间波形,在时间上进行插值。
3.一种剪切波峰值波形校正方法,其特征在于,所述获取原始剪切波时间波形包括:
根据多次发射超声脉冲检测波束以获取待检测的软组织区域反射回来的多个回波信息,其中,待检测的软组织区域内存在剪切波的传播;
将每次反射回来的多个回波信息合成多条扫描线数据信号,根据预先存储的组织静态时扫描线位置的静态组织回波信号,分别确定所述扫描线位置处的软组织在多个不同时刻的位移量,形成剪切波时间波形。
4.一种剪切波峰值波形校正装置,其特征在于,所述装置包括:第一获取单元;第一计算单元;第二计算单元;
所述第一获取单元,用于获取原始剪切波时间波形;
所述第一计算单元,用于寻找剪切波时间波形最大的一群位移点和他们对应的时间轴上的位移信息集合;
所述第二计算单元,用于利用所述信息集合,校正剪切波峰值波形。
5.一种超声成像系统,其特征在于,所述成像系统包括如权利要求4所述的装置。
6.一种基于剪切波峰值波形校正的剪切波速度测量方法,其特征在于,包括:
获取原始剪切波时间波形;
寻找剪切波时间波形最大的一群位移点和他们对应的时间轴上的位移;
利用所述信息集合,校正剪切波峰值波形;
根据不同扫描线的预设位置,计算两两扫描线之间的距离;以及两两扫描线之间的剪切波到达时间差;
根据所述两两扫描线之间的距离和剪切波到达时间差,算出所述每个两两扫描线之间区域的剪切波速度;
将所有每两个扫描线支架区域的剪切波速度进行加权平均,得到综合的剪切波速度。
7.一种基于剪切波峰值波形校正的剪切波速度测量装置,其特征在于,所述装置包括:第一获取单元;第一计算单元;第二计算单元;第三计算单元;第四计算单元;第五计算单元。
所述第一获取单元,用于获取原始剪切波时间波形;
所述第一计算单元,用于寻找剪切波时间波形最大的一群位移点和他们对应的时间轴上的位移信息集合;
所述第二计算单元,用于利用所述信息集合,校正剪切波峰值波形;
所述第三计算单元,用于根据不同扫描线的预设位置,计算两两扫描线之间的距离;以及两两扫描线之间的剪切波到达时间差;
所述第四计算单元,用于根据所述两两扫描线之间的距离和剪切波到达时间差,算出所述每个两两扫描线之间区域的剪切波速度;
所述第五计算单元,用于将所有每两个扫描线支架区域的剪切波速度进行加权平均,得到综合的剪切波速度。
8.一种超声成像系统,其特征在于,所述成像系统包括如权利要求7所述的装置。
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