[發(fā)明專利]一種基于組織中微泡動力學模型的微彈性成像方法

有效

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• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN103330576A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設計）人: 萬明習;喬陽紫
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A61B8/08
• 分類號: A61B8/08
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

技術領域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)學超聲成像技術領域，特別涉及到一種基于組織中微泡動力學模型的微泡振動信號檢測、微泡周圍組織參數(shù)反求及微彈性成像的系統(tǒng)與方法。

背景技術

彈性成像主要是根據(jù)不同組織彈性系數(shù)的差異，在受到應力作用后組織應變程度的不同來顯示及定位病變引起的彈性改變，對乳腺結節(jié)、甲狀腺瘤、肝硬化等疾病的診斷以及微波、射頻、高強度聚焦超聲等熱消融引起的組織固化監(jiān)控有著重要的價值。超聲彈性成像是目前最主要的彈性成像方法，同時利用核磁共振方法也可進行彈性成像。超聲彈性成像主要包括：（1）靜態(tài)/準靜態(tài)壓縮彈性成像，（2）聲輻射力動態(tài)壓縮彈性成像，（3）依靠自身血壓變化作為激勵的心臟/血管彈性成像。現(xiàn)有彈性成像方法的局限性主要包括：（1）靜態(tài)壓縮彈性成像中，組織內(nèi)部的形變主要由外力作用的邊界條件與實際彈性分布決定，外力邊界條件的改變會造成應變估計結果與實際彈性分布不相符，導致明顯的應變估計誤差。（2）動態(tài)壓縮彈性成像中，可通過局部施加激勵來計算小范圍的彈性分布，但是成像分辨率會受激勵源的尺寸與成像速度的限制。（3）現(xiàn)有彈性成像技術的分辨率基本在毫米級別，暫時無法滿足區(qū)分體內(nèi)尺寸較小的薄層組織，如血管壁、上皮組織、胃粘膜等彈性變化的需求。

因此，本發(fā)明在研究彈性成像、微泡動力學及造影成像種不同理論方法與實驗的基礎上，提出了一種將組織中微泡動力學模型與組織中微泡信號檢測相結合的微彈性成像方法。該方法可通過微泡振動信號反推微泡周圍組織彈性參數(shù)，克服現(xiàn)有彈性成像需要外部施壓、易受邊界條件影響等局限，有效將成像分辨率從毫米級提高至微米級。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有超聲彈性成像的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提出一種基于組織中微泡動力學模型的微彈性成像方法，以組織中的微泡動力學模型為基礎，采用基于模型的微泡成像及信號處理方法，利用微泡采集信息與模型理論信號的相關性反推振動微泡周圍的組織彈性參數(shù)；該方法可與治療超聲空化物理結合，研究和發(fā)展超聲治療過程實時微彈性監(jiān)控成像技術；與相變微泡超聲導入和相變控制結合，研究和發(fā)展體內(nèi)超薄層組織微彈性成像技術。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案為：

一種基于組織中微泡動力學模型的微彈性成像方法，包括如下步驟：

（1）將設置在探測目標上的線陣換能器通過具有射頻數(shù)據(jù)采集接口的可編程超聲設備與主控計算機連接；

（2）選擇能反應組織彈性參數(shù)的微泡動力學模型，通過實驗手段對模型進行檢驗，并對其進行靈敏度分析和可靠性評估，最終選定對組織彈性參數(shù)敏感，可信度高的模型構建母小波，對其進行求解，得到微泡振動半徑隨時間的變化曲線及徑向振動速度和加速度，根據(jù)體積隨時間的變化率計算振動微泡輻射出的聲壓力：其中P為振動微泡輻射出的聲壓，ρ為液體密度，r為微泡信號檢測換能器與微泡之間的距離，R和分別微泡半徑及徑向加速度；

（3）母小波參數(shù)確定：在計算作用于微泡的激勵聲壓時，需考慮不同組織的聲衰減及微泡所在位置深度，利用公式對到達不同位置的微泡聲壓進行衰減估計，其中z為聲傳播的距離，μ₀為幅度衰減系數(shù)，P₀為輸出激勵聲壓；在需要帶入組織彈性參數(shù)時，根據(jù)正常組織彈性參數(shù)經(jīng)驗值及普通彈性成像方法實驗值確定組織彈性參數(shù)范圍，并根據(jù)計算量和計算時間確定步長，再將組織彈性參數(shù)及其對應的步長代入母小波；

（4）利用可編程線陣換能器發(fā)射脈沖逆轉序列，即沿一條掃描線相繼發(fā)射和接受0相與180相的同幅度脈沖，后續(xù)掃描線重復操作直至完成二維平面掃查，形成單幀射頻數(shù)據(jù)；

（5）基于步驟（2）、（3）所得到的母小波，分別對0相和180相回波信號進行小波相關性分析，得到一系列小波相關系數(shù)，分別選取最大的小波相關系數(shù)所在尺度的所有小波系數(shù)去代替原始的射頻回波信號；

（6）將0相和180想回波信號中表征原始射頻回波信號的小波相關系數(shù)進行相加得到一條波束并進行后續(xù)處理成像，包括對數(shù)壓縮、坐標變換和灰度轉換，并進行圖像顯示；

（7）使用造影組織比（CTR）對不同組織彈性參數(shù)條件下的圖像進行評價，選取相同面積同一掃描深度的感興趣區(qū)域計算其對應的CTR值：當CTR值最大時，認為相對應的組織彈性參數(shù)即為或最接近感興趣區(qū)域的平均組織彈性參數(shù)；

（8）對成像區(qū)域繼續(xù)進行分區(qū)，分區(qū)內(nèi)含有有限個可分辨微泡，以步驟（7）得到的組織彈性參數(shù)為中心以盡可能小的步長上下移動得到對應母小波，對每一分區(qū)繼續(xù)進行信號檢測成像，通過遺傳算法進行相關反饋，計算圖像CTR值，即可得到微泡周圍組織的彈性值。