CN105326529B - 弹性成像方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种弹性成像方法，包括以下步骤，获取压缩前数据与压缩后数据，所述压缩前数据与压缩后数据具有排布为数据矩阵的多个数据点；将压缩前数据与压缩后数据进行网格划分；以网格为单位计算压缩前数据与压缩后数据相互匹配的网格之间的块匹配位移，获取粗位移结果；将粗位移结果拟合为以基准数据的数据点为单位的拟合位移结果；将拟合位移结果叠加于基准数据中的数据点，取叠加后获得的数据点为校正拟合数据点，并获取校正拟合数据点的校正拟合数据；获取应变场并生成弹性图像。本发明通过局部形变获取校正拟合数据，从而减小两帧数据之间的整体相对位移，提高两帧数据相关性。本发明还提供一种弹性成像系统。

Description

弹性成像方法及系统

技术领域

本发明涉及一种弹性成像方法及系统。

背景技术

医用超声弹性成像主要指以显示组织弹性差异为目的的一系列成像和信号处理技术。如图1所示，其通常过程为：通过手持超声探头对目标组织施加压力(pressure)，探头以系统预先设定好的扫描规则进行超声波发射并接收回波信息，经过波束合成环节后输出射频(radio frequency，RF)信号，通过计算出压缩前后所采集的RF(Radio Frequency，射频)数据中前后两帧数据对应位置发生的位移(displacement)，进而得到该组织区域各点的应变值(strain)，最后显示输出弹性图像。所采集的RF数据中前后两帧数据的相对位移越小，则两帧的相关性越高，实际应用中，由于噪声、所施加压力的不均匀性和所施加压力幅度变化等因素的影响，前后两帧数据之间的相关性难以保证，导致压缩前后数据间的应变计算出现误差。这种误差会导致弹性应变图像局部甚至整帧错误，影响诊断效果。

发明内容

提供一种可提高数据相关性的弹性成像方法。

一种弹性成像方法，包括以下步骤，

获取压缩前数据与压缩后数据，所述压缩前数据与压缩后数据具有排布为数据矩阵的多个数据点；

将压缩前数据与压缩后数据进行网格划分；

以网格为单位计算压缩前数据与压缩后数据相互匹配的网格之间的块匹配位移，获取粗位移结果；

设压缩前数据与压缩后数据二者中的一个为基准数据，将粗位移结果拟合为以所述基准数据的数据点为单位的拟合位移结果；

将拟合位移结果叠加于基准数据中的数据点，取叠加后获得的数据点为校正拟合数据点，并获取校正拟合数据点的校正拟合数据；

获取校正拟合数据与压缩前数据、校正拟合数据与压缩后数据之间的位移场，并根据校正拟合数据与压缩前数据、校正拟合数据与压缩后数据之间的位移场获取压缩前数据与压缩后数据之间的位移场与应变场；

根据所述应变场生成弹性图像。

进一步的，所述压缩前数据与压缩后数据为I/Q基带信号帧数据。

进一步的，当将拟合位移结果叠加于基准数据中的数据点，取叠加后获得的数据点为校正拟合数据点，并获取校正拟合数据点的校正拟合数据后，所述数据处理方法还包括以下步骤，

对校正拟合数据进行相位偏差校正。

进一步的，所述以网格为单位计算压缩前数据与压缩后数据相互匹配的网格之间的块匹配位移，获取粗位移结果时，所述块匹配位移的匹配标准采用最小化方差和、均方误差、绝对平均误差或最大化互相关函数以及弹性极限差分分类中的任意一种。

进一步的，当将拟合位移结果叠加于基准数据中的数据点，取叠加后获得的数据点为校正拟合数据点，并获取校正拟合数据点的校正拟合数据时，进一步包括以下步骤，

将拟合位移结果叠加于基准数据中对应的数据点，获取校正拟合数据点；

根据基准数据获取校正拟合数据点的数值为整数的校正拟合数据。

进一步的，当根据基准数据获取校正拟合数据点的数值为整数的校正拟合数据时，利用插值方法获取数值为整数的校正拟合数据。

进一步的，所述插值方法采用线性插值、多项式插值、三次样条插值中的任意一种。

本发明还提供一种弹性成像系统，包括

采样模块，用于获取压缩前数据与压缩后数据；

网格划分模块，用于将压缩前数据与压缩后数据进行网格划分；

计算模块，用于以网格为单位计算压缩前数据与压缩后数据相互匹配的网格之间的块匹配位移，获取粗位移结果；

拟合模块，用于将粗位移结果拟合为以所述压缩前数据的数据点为单位的拟合位移结果；

叠加模块，用于将拟合位移结果叠加于压缩前数据或压缩后数据的数据点并获取校正拟合数据；

成像模块，根据所述校正拟合数据、压缩前数据及压缩后数据获取压缩前数据与压缩后数据之间的位移场及应变场，生成弹性图像。

进一步的，所述用于弹性成像的数据处理系统还设有校正模块，用于对校正拟合数据进行相位偏差校正。

进一步的，所述拟合模块设有：

拟合单元，用于将拟合位移结果叠加于压缩前数据中对应的数据点，获取校正拟合数据点；

插值单元，用于利用插值方法获取校正拟合数据。

本发明的弹性成像方法，通过局部形变获取校正拟合数据，通过校正拟合数据减小两帧数据之间的整体相对位移，提高两帧数据相关性。由于校正拟合数据通过拟合进行了局部变形，其与压缩后数据之间相似性较高，降低因不相关造成的应变计算误差，便于弹性图像的计算与获取。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中超声弹性成像的实施流程示意图；

图2是本发明的较佳实施例的弹性成像方法的流程示意图；

图3是本发明的较佳实施例的弹性成像系统的构成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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作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。

请参阅图2，本发明较佳实施方式提供一种弹性成像方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S101，获取数据，具体地，获取一对I/Q基带信号帧数据，在本实施例中，在通过超声波探头对待测组织施加压力并收发信号过程中获取该对I/Q基带信号帧数据，该对I/Q基带信号帧数据记为压缩前数据(U数据)与压缩后数据(C数据)。在本实施实施例中，所述I/Q基带信号帧数据为超声探头输出的射频(radio frequency，RF)信号经过正交解调后生成。

每一帧I/Q基带信号帧数据，都分为I、Q两路数据。所述压缩前数据与压缩后数据可以是时间上连续两帧数据，可以是有一定帧间隔的两帧数据，帧间隔数量由系统预先设定。使用一定间隔的两帧数据，可以有效调整用于计算的两帧数据间的位移量大小，以便获取较佳的应变图像。

在本实施例中，所述压缩前数据与压缩后数据包括多条数据线，每条数据线包括多个数据点。所述压缩前数据与压缩后数据的多条数据线上及多条数据线上的多个数据点。所述压缩前数据的多个数据线上的多个数据点构成具有多行、多列数据点的压缩前数据矩阵；所述压缩后数据的多个数据线上的多个数据点构成具有多行、多列数据点的压缩后数据矩阵。所述多条数据线的延伸方向可作为纵坐标。

步骤S102，将压缩前数据与压缩后数据进行网格划分，从而I/Q基带信号帧数据划分为多个网格，多个网格排布构成多个行及多个列，且单个网格中具有若干个数据点。

网格划分的目的是将压缩前数据与压缩后数据划分为便于操作的小块，以便之后的块匹配计算(Block Matching Algorithm，BMA)。划分时的主要参数为每个网格的尺寸，需要综合考虑所需的图像分辨率和计算速度。网格越小，分辨率越高，但计算速度也越慢。此外网格不能太小，否则会降低块匹配效果，造成匹配错误。其具体划分方法与现有技术一致，在此不再赘述。本实施例中，步骤S102采用单个网格作为之后偏移量搜索的单位。

步骤S103，在压缩前数据中，以网格为单位计算压缩前数据与压缩后数据相互匹配的网格之间的块匹配位移，从而获取粗位移结果。在本步骤中，可根据数据处理需要采用各类匹配标准，如最小化方差和、均方误差、绝对平均误差或最大化互相关函数以及弹性极限差分分类等。可以理解的是，在步骤S103中，在获取压缩前数据的粗位移结果时，压缩前数据除第一行的网格外的其他行网格需要叠加上一行的粗位移结果。可以理解的是，压缩前数据与压缩后数据低位等价，因此可以采用压缩后数据作为参考对压缩前数据进行粗位移叠加，也可采用压缩前数据为参考对压缩后数据进行粗位移叠加。

可以理解的是，在步骤S103中，既可以对整帧数据进行粗位移计算，也可以只取其中若干列进行计算，并将计算结果取平均值，赋予该行各点，作为该行内各点的粗位移值；

步骤S104，设压缩前数据与压缩后数据二者中的一个为基准数据，获取拟合位移结果，将粗位移结果拟合为以所述基准数据的I/Q基带信号帧数据的数据点为单位的拟合位移结果。在本实施例中，获取压缩前数据以网格为单位的粗位移结果，对压缩前数据的各个数据点根据粗位移结果进行拟合，从而获得以压缩前数据的各数据点为单位的拟合位移结果。

步骤S105，将所有数据点的拟合位移结果叠加于基准数据对应的原始数据点，取叠加后获得的数据点为校正拟合数据点，并获取校正拟合数据点的校正拟合数据。本步骤中，通过将原始数据点的位置(或坐标)累加上拟合位移结果，从而获取校正拟合数据点。在本实施例中，校正拟合数据点由压缩前数据中的原始数据点的位置累加拟合位移结果而成。

所述步骤S105进一步包括：

步骤S1051，将所有数据点的拟合位移结果叠加于基准数据中对应的原始数据点，获取校正拟合数据点。在此步骤中，由于一般来说，粗位移结果的数值不是整数，因此叠加后校正拟合数据点也不是整数。

步骤S1052，根据基准数据获取数值为整数的校正拟合数据。在此步骤中，因此利用插值的方法将叠加后的纵坐标各整数点的幅值重新算出，并将各整数点的幅值写入校正拟合数据点相应的位置，从而获得完整的校正拟合数据。所述插值方法可采用线性插值、多项式插值、三次样条插值等各类适用的插值方法。所述校正拟合数据经过粗位移估计并进行局部形变，可以减少与压缩后数据之间的整体相对位移，提高两帧数据相关性，降低因不相关造成的应变计算误差。

步骤S106，获取校正拟合数据与压缩前数据、校正拟合数据与压缩后数据之间的位移场，并根据校正拟合数据与压缩前数据、校正拟合数据与压缩后数据之间的位移场获取压缩前数据与压缩后数据之间的位移场与应变场。

步骤S107，根据所述应变场生成弹性图像。

为获取校正拟合数据，需要根据给定校正拟合数据的位移场对压缩前数据进行变形操作。采用射频(radio frequency，RF)信号直接进行信号的局部形变，信号采样率较高，计算量较大。而本方法中的I/Q基带信号帧数据由于可以用带宽采样，可以在较低的采样率下进行，因此能够节省计算量。但是对I/Q基带信号帧数据直接进行信号变形会引入相位误差，需要进行相位偏差校正。

相位误差的形成原因分析如下：

假设原始信号点为RF₀，信号中心频率为ω₀，对应深度位置为t，则正交解调后进行位移叠加时，结果为:

上式中D₀为解调获得的I/Q基带信号帧数据，I₀为I/Q基带信号帧数据的I路数据，Q₀为I/Q基带信号帧数据的Q路数据；Η表示希尔伯特(Hilbert)变换，RF₀为射频信号。

由于RF₀为射频信号，因此其频谱关于原点对称，只保留RF₀在正半轴的频谱；而之后乘以的相当于对希尔伯特变换后的频谱卷积δ(ω-ω₀)，将频谱移到基带。这里的I₀、Q₀也是直接对原始信号点的I/Q基带信号帧数据进行位移叠加后的值，即位移叠加只移动位置，不改变I/Q基带信号帧数据的幅值。假设该点位置由t移动至t+Δt，这里Δt即相当于对应点的位移值。

相较于本发明中先对原始信号做正交解调生成I/Q基带信号帧数据D₀，而后进行位移叠加；下式中的D₁,I₁,Q₁则对应的是先对原始信号做位移叠加，再进行正交解调。

D₁为射频信号位移叠加后正交解调获取的I/Q基带信号帧数据，I₁为I/Q基带信号帧数据D₁的I路数据，Q₁为I/Q基带信号帧数据D₁的Q路数据；D₀与D₁之间具有相位偏差，D₁较为准确。

由原始的射频信号直接解调的t+Δt点的正交解调结果为

则有如下关系

D₁＝I₁+iQ₁＝D₀e^iωΔt (1)

或

I₁＝I₀cos(ωΔt)-Q₀sin(ωΔt)

Q₁＝Q₀cos(ωΔt)+I₀sin(ωΔt)

上式可以理解为，直接对I/Q基带信号帧数据进行位移叠加并进行变形处理，会引入和变形位移场相关的相位偏差。因此需要如式(1)中所述，对I/Q基带信号帧数据进行位移叠加多获取的校正拟合数据进行相位偏差校正，即对校正拟合数据乘上矫正相位因子e^{i ωΔt}。可以理解的是，可根据实际情况选用适用的方法进行相位偏差校正。

本发明还提供一种用于弹性成像的弹性成像系统10，包括

采样模块11，用于获取压缩前数据与压缩后数据。

网格划分模块12，用于将压缩前数据与压缩后数据进行网格划分。

计算模块13，用于以网格为单位计算压缩前数据与压缩后数据相互匹配的网格之间的块匹配位移，获取粗位移结果。

拟合模块15，用于将粗位移结果拟合为以所述压缩前数据或压缩后数据的数据点为单位的拟合位移结果；进一步的，所述拟合模块15设有拟合单元151及插值单元153。拟合单元151，用于将拟合位移结果叠加于压缩前数据或压缩后数据中对应的数据点，获取拟合数据点；插值单元153，用于利用插值方法获取数值为整数的校正拟合数据。

叠加模块17，用于将拟合位移结果叠加于压缩前数据或压缩后数据中的数据点，获取校正拟合数据。

成像模块18，根据所述校正拟合数据、压缩前数据及压缩后数据获取压缩前数据与压缩后数据之间的位移场及应变场，生成弹性图像。

进一步的，所述用于弹性成像的数据处理系统10还设有校正模块19，用于对校正拟合数据进行相位偏差校正。校正模块19可连接于所述叠加模块17与所述成像模块18之间。

在后续弹性图像的计算、获取过程中，压缩前数据与压缩后数据之间的位移场等于压缩前数据至校正拟合数据的位移场加上校正拟合数据至压缩后数据的位移场。因此本发明的弹性成像方法，通过局部形变获取校正拟合数据，通过校正拟合数据减小两帧数据之间的整体相对位移，提高两帧数据相关性。由于校正拟合数据通过拟合进行了局部变形，其与压缩后数据之间相似性较高，降低因不相关造成的应变计算误差，便于后续弹性图像的计算与获取。同时，该方法放宽了使用者进行超声波探头使对组织的压力大小的限制，允许更大的施加压力，降低了对使用者操作技巧的要求。且其通过对I/Q基带信号帧数据进行局部形变，可通过软件实现，成本较低，整体流程设置较容易。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种弹性成像方法，其特征在于，包括以下步骤，

获取压缩前数据与压缩后数据，所述压缩前数据与压缩后数据具有排布为数据矩阵的多个数据点；

将压缩前数据与压缩后数据进行网格划分；

以网格为单位计算压缩前数据与压缩后数据相互匹配的网格之间的块匹配位移，获取粗位移结果；

设压缩前数据与压缩后数据二者中的一个为基准数据，将粗位移结果拟合为以所述基准数据的数据点为单位的拟合位移结果；

将拟合位移结果叠加于基准数据中的数据点，取叠加后获得的数据点为校正拟合数据点，并获取所述校正拟合数据点的校正拟合数据；

获取所述校正拟合数据与所述压缩前数据、所述校正拟合数据与所述压缩后数据之间的位移场，并根据所述校正拟合数据与所述压缩前数据、所述校正拟合数据与所述压缩后数据之间的位移场获取所述压缩前数据与所述压缩后数据之间的位移场与应变场；

根据所述应变场生成弹性图像。

2.如权利要求1所述的弹性成像方法，其特征在于，所述压缩前数据与压缩后数据为I/Q基带信号帧数据。

3.如权利要求2所述的弹性成像方法，其特征在于，当将拟合位移结果叠加于基准数据中的数据点，取叠加后获得的数据点为校正拟合数据点，并获取校正拟合数据点的校正拟合数据后，所述数据处理方法还包括以下步骤，

对校正拟合数据进行相位偏差校正。

4.如权利要求1至3中任一项所述的弹性成像方法，其特征在于，当以网格为单位计算压缩前数据与压缩后数据相互匹配的网格之间的块匹配位移，获取粗位移结果时，所述块匹配位移的匹配标准采用最小化方差和、均方误差、绝对平均误差或最大化互相关函数以及弹性极限差分分类中的任意一种。

5.如权利要求1至3中任一项所述的弹性成像方法，其特征在于，当将拟合位移结果叠加于基准数据中的数据点，取叠加后获得的数据点为校正拟合数据点，并获取校正拟合数据点的校正拟合数据时，进一步包括以下步骤，

将拟合位移结果叠加于基准数据中对应的数据点，获取校正拟合数据点；

根据基准数据获取所述校正拟合数据点的数值为整数的校正拟合数据。

6.如权利要求5所述的弹性成像方法，其特征在于，当根据基准数据获取校正拟合数据点的数值为整数的校正拟合数据时，利用插值方法获取数值为整数的校正拟合数据。

7.如权利要求6所述的弹性成像方法，其特征在于，所述插值方法采用线性插值、多项式插值、三次样条插值中的任意一种。

8.一种弹性成像系统，其特征在于，包括

采样模块，用于获取压缩前数据与压缩后数据；

网格划分模块，用于将压缩前数据与压缩后数据进行网格划分；

计算模块，用于以网格为单位计算压缩前数据与压缩后数据相互匹配的网格之间的块匹配位移，获取粗位移结果；

拟合模块，用于将粗位移结果拟合为以所述压缩前数据或压缩后数据的数据点为单位的拟合位移结果；

叠加模块，用于将拟合位移结果叠加于压缩前数据或压缩后数据的数据点并获取校正拟合数据；

成像模块，根据所述校正拟合数据、压缩前数据及压缩后数据获取压缩前数据与压缩后数据之间的位移场及应变场，生成弹性图像。

9.如权利要求8所述的弹性成像系统，其特征在于，所述弹性成像系统还设有校正模块，用于对校正拟合数据进行相位偏差校正。

10.如权利要求8所述的弹性成像系统，其特征在于，所述拟合模块设有：

拟合单元，用于将拟合位移结果叠加于压缩前数据中对应的数据点，获取校正拟合数据点；

插值单元，用于利用插值方法获取校正拟合数据。