CN114869329A - 一种弹性成像方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于超声成像技术领域，涉及一种弹性成像方法和系统，包括：从超声图像得到组织的特征方向；根据所述特征方向，分别激励出沿着待测组织延伸方向和与其成预设角度的方向传播的剪切波；通过超声探头向待测组织内部激发纵波，纵波到达组织后产生反射回波；根据所述反射回波获得剪切波速度和剪切波频散曲线；拟合出剪切波速度和组织弹性方程，根据剪切波速度和剪切波频散曲线计算出组织弹性特征。其可以实现兼顾非均匀、各向异性、复杂结构、粘弹性情况下的剪切波弹性成像，得到更客观的组织力学参数。

Description

一种弹性成像方法和系统
技术领域
本发明涉及一种弹性成像方法和系统，属于超声成像技术领域。
背景技术
医学超声成像具有成本低、无创、无痛、时间分辨力高、实时等优点，是现代医学影像中不可缺少的重要手段。随着电子技术的发展，超声领域不断出现巨大的技术革新。基于剪切波成像的超声弹性成像，在组织弹性定性和定量的测量中发挥巨大的作用，例如，血管剪切波弹性成像对管壁的弹性定量起到至关重要的作用。然而其一般情况下，只适用于均匀的、各向同性的、无限大的纯弹性体，此时组织弹性和剪切波速度的方法成正比，故可以通过剪切波速度进行表征。
但是在实际情况下，大部分组织并不能满足上述要求，比如血管、肌肉以及很多器官都不是各向同性的，血管壁不是均匀的组织，微小囊肿及眼角膜因其体积较小不能视为无限大。其无法通过简单的剪切波速度和组织弹性建立直接关系，需要更加复杂的弹性激励和弹性重建方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种弹性成像方法和系统，其可以实现兼顾非均匀、各向异性、复杂结构、粘弹性情况下的剪切波弹性成像，得到更客观的组织力学参数。
为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种弹性成像方法，包括：从超声图像得到组织的特征方向；根据特征方向，分别激励出沿着待测组织延伸方向和与其成预设角度的方向传播的剪切波；通过超声探头向待测组织内部激发纵波，纵波到达组织后产生反射回波；根据反射回波获得剪切波速度和剪切波频散曲线；拟合出剪切波速度和组织弹性方程，根据剪切波速度和剪切波频散曲线计算出组织弹性特征。
进一步，超声探头为十字型探头或二维面阵探头。
进一步，使用十字型探头时，两成像面正交，先手动选择两个感兴趣的正交成像面，再根据特征方向进行调整；使用二维面阵探头时，通过特征方向自动选择成像面。
进一步，剪切波速度和组织弹性方程为一元二次方程，组织弹性通过各向异性参数和粘弹性表征。
本发明还公开了一种弹性成像方法，包括：从超声图像得到组织的特征方向；根据特征方向，分别激励出沿着待测组织延伸方向和与其成预设角度的方向传播的剪切波；通过二维面阵探头向待测组织内部激发纵波，纵波到达组织后产生反射回波；根据反射回波获得剪切波三维弹性成像结果。
进一步，对于血管，除了剪切波三维弹性成像结果，还需要在血管长轴方向同时考虑脉搏波成像结果；在血管短轴方向同时考虑血管壁应变信息，进行血管弹性综合评估。
进一步，当进行高帧频成像时，多次超声发射复合成像时，需要进行运动矫正，运动矫正通过帧间位移估计并矫正或通过人工智能算法进行矫正。
进一步，分别激励出沿着待测组织延伸方向和垂直于待测组织延伸方向传播的剪切波。
本发明还公开一种弹性成像系统，包括：特征方向确定模块，用于从超声图像得到组织的特征方向；剪切波激励模块，用于根据特征方向，分别激励出沿着待测组织延伸方向和与其成预设角度的方向传播的剪切波；超声模块，用于通过超声探头向待测组织内部激发纵波，纵波到达组织后产生反射回波；剪切波反馈模块，用于根据反射回波获得剪切波速度和剪切波频散曲线；组织弹性模块，用于拟合出剪切波速度和组织弹性方程，根据剪切波速度和剪切波频散曲线计算出组织弹性特征。
本发明还一种弹性成像系统，包括：特征方向确定模块，用于从超声图像得到组织的特征方向；剪切波激励模块，用于根据特征方向，分别激励出沿着待测组织延伸方向和与其成预设角度的方向传播的剪切波；超声模块，用于通过二维面阵探头向待测组织内部激发纵波，纵波到达组织后产生反射回波；成像模块，用于根据反射回波获得剪切波三维弹性成像结果。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：其可以实现兼顾非均匀、各向异性、复杂结构、粘弹性等复杂组织条件下的剪切波弹性成像，得到更客观的组织力学参数。
附图说明
图1是本发明一实施例中弹性成像方法的示意图；
图2是本发明另一实施例中弹性成像方法的示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
对于待测组织并不是均匀的、各向同性的、无限大的纯弹性体的问题，本发明提出了一种弹性成像方法和系统，其通过激励出沿着待测组织延伸方向和与其成预设角度的方向传播的剪切波，并拟合剪切波速度和组织弹性的关系，从而获得组织弹性性能或剪切波三维弹性成像结果。相对于现有技术，本发明中方案可以实现兼顾非均匀、各向异性、复杂结构、粘弹性情况下的剪切波弹性成像，得到更客观的组织力学参数。下面结合附图，通过实施例进行说明。
实施例一
本实施例公开了一种弹性成像方法，如图1所示，包括：
S1先对目标组织进行超声成像，得到超声图像。
在本步骤中，可以利用声辐射力激励待检测对象的感兴趣区域，对感兴趣区域进行超高速超声成像，以得到待检测对象的感兴趣区域的超声图像数据。示例性地，超声图像数据可以包括RF(Radio Frequency，射频)数据、包络数据、B模数据中的至少一种。
S2从超声图像得到组织的特征方向，通过组织分割和灰度共生矩阵处理得到特征方向，特征方向可以是肌肉纤维的延伸方向，血管的长轴的延伸方向，其结果为成像平面面内的某一角度。例如血管成像，根据血管壁的强反射，通过阈值分割法，得到血管壁区域的二值化图像，并根据该图像的灰度共生矩阵参数，得到其长轴的延伸方向。
S3根据特征方向，当感兴趣的延伸方向和声束方向的夹角为15°-75°时，分别激励出沿着待测组织延伸方向和与其成预设角度的方向传播的剪切波；优选的，分别激励出沿着待测组织延伸方向和垂直于待测组织延伸方向传播的剪切波。
剪切波激励位置的深度和脉冲长度成正比，例如，1cm深度采用A us脉冲长度，2cm采用A+10us脉冲长度等。
剪切波激励位置的深度和脉冲强度成正比，例如，1cm深度采用B强度，2cm采用2B强度等。
剪切波激励位置的深度和脉冲频率成反比，例如，1cm深度采用C频率，2cm采用C/2频率等。
其中，剪切波的激励包括但不限于电场力、磁场力、声辐射力、机械振动。采取某种激励(如声辐射力、机械激励等)，对组织所在位置进行力学激励，使得该组织和周围组织的界面产生振动。振动沿界面进行传播。在激励开始的同时，激励系统向采集系统发出同步信号。
S5拟合出剪切波速度和组织弹性方程，根据剪切波速度和剪切波频散曲线计算出组织弹性特征。剪切波速度和组织弹性方程例如可以是一元二次方程，也可以根据现有的公式进行拟合，即拟合前参数为未知，根据剪切波速度获得相应参数值。组织弹性通过各向异性参数和粘弹性等性质表征。
实施例二
基于相同的发明构思，本实施例公开了一种弹性成像方法，如图2所示，包括：
S1先对目标组织进行超声成像，得到超声图像。
在本步骤中，可以利用声辐射力激励待检测对象的感兴趣区域，对感兴趣区域进行超高速超声成像，以得到待检测对象的感兴趣区域的超声图像数据。示例性地，超声图像数据可以包括RF(Radio Frequency，射频)数据、包络数据、B模数据中的至少一种。
S2从超声图像得到组织的特征方向，通过组织分割和灰度共生矩阵处理得到特征方向，特征方向可以是肌肉纤维的延伸方向，血管的长轴的延伸方向，其结果为成像平面面内的某一角度。
S3根据特征方向，当感兴趣的延伸方向和声束方向的夹角为15°-75°时，分别激励出沿着待测组织延伸方向和与其成预设角度的方向传播的剪切波；优选的，分别激励出沿着待测组织延伸方向和垂直于待测组织延伸方向传播的剪切波。
S4通过二维面阵探头向待测组织内部激发纵波，纵波到达组织后产生反射回波，使用二维面阵探头时，通过特征方向自动选择成像面；
根据反射回波获得剪切波三维弹性成像结果，只需要进行一次剪切波激励。
在进行血管相关应用时，考虑短轴方向的剪切波传播时，可以进行坐标变换。例如，血管的短轴方向为环形，剪切波沿着圆环传播，以血管的重心为坐标原点，将血管壁位置进行极坐标表示，则在该坐标下，剪切波的传播沿着角度方向传播。同理，在三维成像中，剪切波沿着血管壁呈椭球状传播，通过合适的坐标变换，感兴趣的剪切波传播方向在坐标变换后为一维方向，有利于快速计算和后续处理。
对于血管，除了剪切波三维弹性成像结果，还需要在血管长轴方向同时考虑脉搏波成像结果；在血管短轴方向同时考虑血管壁应变信息，进行血管弹性综合评估。例如，血管壁综合弹性信息Q＝a*剪切波弹性成像结果+脉搏成像结果/b+c/血管壁应变。
当进行高帧频成像时，多次超声发射复合成像时，需要进行运动矫正，运动矫正通过帧间位移估计并矫正或通过人工智能算法进行矫正。
实施例三
基于相同的发明构思，本实施例公开一种弹性成像系统，包括：
特征方向确定模块，用于从超声图像得到组织的特征方向；
剪切波激励模块，用于根据特征方向，分别激励出沿着待测组织延伸方向和与其成预设角度的方向传播的剪切波；
超声模块，用于通过超声探头向待测组织内部激发纵波，纵波到达组织后产生反射回波；
剪切波反馈模块，用于根据反射回波获得剪切波速度和剪切波频散曲线；组织弹性模块，用于拟合出剪切波速度和组织弹性方程，根据剪切波速度和剪切波频散曲线计算出组织弹性特征。
实施例四
基于相同的发明构思，本实施例公开了一种弹性成像系统，包括：
特征方向确定模块，用于从超声图像得到组织的特征方向；
剪切波激励模块，用于根据特征方向，分别激励出沿着待测组织延伸方向和与其成预设角度的方向传播的剪切波；
超声模块，用于通过二维面阵探头向待测组织内部激发纵波，纵波到达组织后产生反射回波；
成像模块，用于根据反射回波获得剪切波三维弹性成像结果。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种弹性成像方法，其特征在于，包括：
从超声图像得到组织的特征方向；
根据所述特征方向，分别激励出沿着待测组织延伸方向和与其成预设角度的方向传播的剪切波；
通过超声探头向待测组织内部激发纵波，纵波到达组织后产生反射回波；
根据所述反射回波获得剪切波速度和剪切波频散曲线；
拟合出剪切波速度和组织弹性方程，根据剪切波速度和剪切波频散曲线计算出组织弹性特征。
2.如权利要求1所述的弹性成像方法，其特征在于，所述超声探头为十字型探头或二维面阵探头。
3.如权利要求2所述的弹性成像方法，其特征在于，使用所述十字型探头时，两成像面正交，先手动选择两个感兴趣的正交成像面，再根据所述特征方向进行调整；使用所述二维面阵探头时，通过所述特征方向自动选择成像面。
4.如权利要求1所述的弹性成像方法，其特征在于，所述剪切波速度和组织弹性方程为一元二次方程，所述组织弹性通过各向异性参数和粘弹性参数表征。
5.一种弹性成像方法，其特征在于，包括：
从超声图像得到组织的特征方向；
根据所述特征方向，分别激励出沿着待测组织延伸方向和与其成预设角度的方向传播的剪切波；
通过二维面阵探头向待测组织内部激发纵波，纵波到达组织后产生反射回波；
根据所述反射回波获得剪切波三维弹性成像结果。
6.如权利要求5所述的弹性成像方法，其特征在于，对于血管，除了剪切波三维弹性成像结果，还需要在血管长轴方向同时考虑脉搏波成像结果；在血管短轴方向同时考虑血管壁应变信息，进行血管弹性综合评估。
7.如权利要求5所述的弹性成像方法，其特征在于，当进行高帧频成像时，多次超声发射复合成像时，需要进行运动矫正，所述运动矫正通过帧间位移估计并矫正或通过人工智能算法进行矫正。
8.如权利要求1-7任一项所述的弹性成像方法，其特征在于，分别激励出沿着待测组织延伸方向和垂直于待测组织延伸方向传播的剪切波。
9.一种弹性成像系统，其特征在于，包括：
特征方向确定模块，用于从超声图像得到组织的特征方向；
剪切波激励模块，用于根据所述特征方向，分别激励出沿着待测组织延伸方向和与其成预设角度的方向传播的剪切波；
超声模块，用于通过超声探头向待测组织内部激发纵波，纵波到达组织后产生反射回波；
剪切波反馈模块，用于根据所述反射回波获得剪切波速度和剪切波频散曲线；
组织弹性模块，用于拟合出剪切波速度和组织弹性方程，根据剪切波速度和剪切波频散曲线计算出组织弹性特征。
10.一种弹性成像系统，其特征在于，包括：
特征方向确定模块，用于从超声图像得到组织的特征方向；
剪切波激励模块，用于根据所述特征方向，分别激励出沿着待测组织延伸方向和与其成预设角度的方向传播的剪切波；
超声模块，用于通过二维面阵探头向待测组织内部激发纵波，纵波到达组织后产生反射回波；
成像模块，用于根据所述反射回波获得剪切波三维弹性成像结果。
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