基于聲輻射力回波位移檢測系統及成像系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于聲輻射力回波位移檢測系統及成像系統，本發明采用線性插值去除激勵脈沖信號對應的無效回波；根據回波的平滑度指數自適應的調整時間取樣窗口；采用二維自相關Loupas算法計算所述回波在時間取樣窗口內的平均位移速度，得出所述回波在時間方向上具體位移；采用運動濾波的方式消除組織自身運動對回波位移帶來的干擾信息，使位移檢測可靠性更高，抗噪聲能力更強。所述成像系統包含上述位移檢測系統，可提供與組織黏彈性相關的多模式聲輻射力成像，同時采用幀相關處理去除電子噪聲產生的干擾使圖像顯示更平穩，對比拉伸增強圖像的顯示分辨率，為聲輻射力成像提供了當前工作狀態下的壓力信息，便于醫生對圖像進行分析和安全操作。
【專利說明】基于聲輻射力回波位移檢測系統及成像系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及醫學超聲成像領域，特別涉及一種基于聲輻射力回波位移檢測系統及 成像系統。
【背景技術】
[0002] 醫學超聲振動性彈性成像由Fatemi和Greenleaf于1998年發明。該技術是用 一個超聲波場產生一個低頻振動并作用于受檢組織，組織受到激勵根據自身的彈性模量大 小產生不同的振動幅度，并最終通過圖像表現出來。采用聲輻射力激勵的聲輻射脈沖成像 (acousticradiationforceimpulseimaging,ARFI)屬于振動性彈性成像的一種，該 技術利用短時程聚焦聲脈沖作用于組織ROI(regionofinterest,感興趣區域），使其產 生瞬時、微米級位移同時發射聲脈沖序列探測組織位移。位移大小取決于組織彈性。德國 Siemens的AcusonS2000開發了聲觸診組織量化技術。該系統使用標準超聲探頭，使用一 個深度可調的長約Icm的取樣框，頻率為3. 5MHZ的探頭向組織發出聲脈沖，這種聲脈沖在 組織內部傳播并產生一個剪切波。系統發出探測脈沖檢測到剪切波進而測量其波速。而剪 切波波速大小正好反映了組織的硬度大小，然而，該儀器的售價昂貴。
[0003]目前的聲輻射力成像技術通過發射聚焦長超聲脈沖波給組織施加局部輻射壓力， 組織受到輻射力的推動產生一定的應變，然后終止聲輻射力，在應變恢復過程中檢測不同 時間點的應變情況，從而反映組織的黏彈特性。這種激勵方案相對簡單，可以方便地集成 到現有的醫療超聲系統，便于臨床應用推廣。但也存在一些問題：
[0004] 1、超聲激勵引起的振動在微米數量級，其回波很容易受到系統噪聲和生物體自身 運動（如心跳，呼吸）的干擾。傳統的位移檢測算法時間方向的取樣窗口（簡稱時間取樣 窗口）往往固定為2,這樣檢測到的位移受噪聲的干擾很大，而且得到的位移曲線不是平滑 的；
[0005] 2、現有醫學超聲聲輻射力成像一般只提供有固定時刻的位移成像，未能充分利用 聲輻射力成像產生的診斷信息。
[0006] 3、在醫學超聲影像中，系統電子噪聲及斑點噪聲引入的閃爍效應會極大地降低圖 像分辨率，使得臨床診斷變得異常困難，需要設計合理的后處理方法來提高彈性圖像分辨 率和對比度。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于克服回波易受到系統噪聲和生物體自身運動（如心跳、呼吸） 的干擾的問題，提供一種基于聲輻射力的回波位移檢測方法：
[0008] 步驟1:將檢測到的聲輻射力回波中，對與激勵脈沖信號對應的回波信號進行線 性插值；在超聲輻射力檢測過程中，單脈沖序列中包含有激勵脈沖（長脈沖）、檢測脈沖 (短脈沖），其中，激勵脈沖數目+檢測脈沖數目=取樣容積數目（Ensemblesize)，所述取 樣容積數目為16、24、32(可根據需要設定）等，回波信號與上述脈沖一一對應，但是與激勵 脈沖（長脈沖）對應的回波信號因受到發射長波的干擾而沒有計算價值，因此需將其去除， 而采用線性插值法代替。
[0009] 步驟2 :包含采用二維自相關Loupas算法計算所述回波在時間取樣窗口N內的平 均位移速度；所述二維自相關Loupas算法公式為：，
[0010]
【權利要求】
1. 一種基于聲輻射力的回波位移檢測系統，其特征在于，包括控制模塊、線性插值模 塊、回波位移速率計算模塊、回波位移計算模塊；所述線性插值模塊、回波位移速率計算模 塊、回波位移計算模塊分別與所述控制模塊連接；所述線性插值模塊用于將檢測到的聲輻 射力回波中與激勵脈沖信號對應的回波信號進行線性插值；所述回波位移速率計算模塊用 于采用二維自相關Loupas算法計算所述回波在時間取樣窗口 N內的平均位移速度；所述回 波位移計算模塊用于計算所述回波在時間方向上的位移。
2. 根據權利要求1所述的基于聲輻射力的回波位移檢測系統，其特征在于，所述回波 位移檢測系統還包括位移計算優化模塊，其用于通過計算組織焦點位置回波的平滑度指數 動態控制所述時間取樣窗口。
3. 根據權利要求1所述的基于聲輻射力的回波位移檢測系統，其特征在于，所述回波 位移檢測系統還包括聲輻射力激勵優化模塊，其用于通過計算組織焦點位置在不同激勵脈 沖數量下回波位移擬合曲線之間的峰值變化率以及歐式距離，從而動態控制全面檢測時單 脈沖序列中激勵脈沖的數量。
4. 根據權利要求1所述的基于聲輻射力的回波位移檢測系統，其特征在于，所述回波 位移檢測系統還包括位移修正模塊，其用于根據單脈沖序列中激勵脈沖發射之前的回波以 及單脈沖序列中激勵脈沖不再發射之后的回波確定回波參考位移，并根據所述參考位移進 一步修正所述回波位移數據。
5. -種聲輻射力的回波位移成像系統，其特征在于，包括回波檢測模塊、信號放大模 塊、模數轉換模塊、正交解調模塊、如權利要求1、2、3、4任一項所述的回波位移檢測系統、 成像模塊以及圖像處理模塊；所述回波檢測模塊、信號放大模塊、模數轉換模塊、正交解調 模塊、回波位移檢測系統、成像模塊以及圖像處理模塊依次連接； 所述回波檢測模塊用于檢測聲輻射力回波信號； 所述信號放大模塊、模數轉換模塊、正交解調模塊分別用于將所述聲輻射力回波信號 進行信號放大、模數轉換、正交解調； 所述成像模塊以及圖像平滑處理模塊用于根據需要將所述回波位移檢測系統計算出 的回波位移進行成像，并對圖像進行平滑處理。
6. 根據權利要求5所述的聲輻射力的回波位移成像系統，其特征在于，所述成像模塊 還包括聲輻射力消失時刻位移成像模塊、時間方向即時最大位移成像模塊、組織位移上升 時間成像模塊、組織位移下降時間成像模塊； 所述聲輻射力消失時刻位移成像模塊用于提供單脈沖序列中所述聲輻射力消失時刻 tl時的位移成像Stl ; 所述時間方向即時最大位移成像模塊用于提供時間方向的即時最大位移成像 max (St2)，所述t2取值為0至取樣容積數之間，所述St2表示t2時刻的位移。 所述組織位移上升時間成像模塊用于提供所述聲輻射力力載荷施加過程中不同組織 位置形變的位移上升時間Tup = Umax (St3) )-t4的成像；其中Tup用于表示組織不同位置從 平衡態到最大形變的時間，所述t3取值為0至取樣容積數之間，所述St3表示組織t3時刻 的位移，所述max (St3)表示組織的最大位移，t (max (St3))表示組織到達最大位移時的時間， 所述t4為組織離開初始平衡態時間； 所述組織位移下降時間成像模塊用于提供所述聲輻射力力載荷消失后組織恢復平衡 位置的位移下降時間Td_ = t5-t (max(St3))進行成像，Td_用于表示組織不同位置由最大 形變回到平衡態的時間，所述t3取值為O至取樣容積數之間，所述t5為組織回到平衡態時 間，所述St3表示組織t3時刻的位移，所述max (St3)表示組織的最大位移，t (max (St3))表示 組織到達最大位移時的時間。
7. 根據權利要求5所述的聲輻射力的回波位移成像系統，其特征在于，所述成像模塊 還包括組織位移指示曲線成像模塊、聲輻射力指示曲線成像模塊； 所述位移指示曲線成像模塊用于提供組織位移指示曲線，其用于幫助用戶更好的觀測 整體或局部信息； 所述成像模塊包括聲輻射力指示曲線成像模塊用于提供聲輻射力指示曲線，其用于幫 助用戶進行定量分析和判斷當前操作的安全性。
8. 根據權利要求5所述的聲輻射力的回波位移成像系統，其特征在于，根據權利要求 5所述的聲輻射力的回波位移成像系統，其特征在于，所述回波位移成像系統還包括幀處理 模塊、圖像對比度拉伸模塊； 所述幀處理模塊用于將所述圖像進行幀處理，其進行幀處理的計算公式為r k = al' ^+(11)1,，其中，a為由兩幀之間的運動情況決定的大于〇小于1的數值，I為幀 處理前數據，I'為幀處理后數據； 所述圖像對比度拉伸模塊用于對所述圖像進行對比度拉伸，所述對比度拉伸的計算公 式為I' = P (I-iO+H，其中y為原始位移圖像，H為設定的顯示圖像像素均值，P為用于 調節對比度的用戶參數。
9. 根據權利要求5所述的聲輻射力的回波位移成像系統，其特征在于，所述回波位移 成像系統還包括圖像色彩映射模塊，其用于將圖像按照灰度進行色彩映射，得到彩色圖像。
【文檔編號】A61B8/08GK104306026SQ201410658878
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】石丹, 尹皓, 肖有平, 劉東權 申請人:聲泰特（成都）科技有限公司