[發明專利]定量超聲系統中基于經驗模態分解的組織微觀結構檢測方法

有效

• 申請號: 201410366119.0
• 申請日: 2014-07-29
• 公開（公告）號: CN104138277A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 沈毅;潘文磊;金晶;王艷;章欣
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: A61B8/08
• 分類號: A61B8/08
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種利用超聲背散射技術對表征組織微觀結構的平均散射子間距進行檢測的方法。

背景技術

醫學超聲廣泛應用于人體組織器官成像中，雖然該技術在臨床應用中已經具有相當成熟的應用基礎，并能提供實時的高精度人體器官圖像，但其不能提供由于組織鈣化、變異等導致的微觀結構變化。

目前一些等效散射子模型如二元混合模型、Faran圓柱模型以及弱散射子模型等常用來表征組織微觀結構變化。在這些模型中，組織的檢測轉化為對超聲衰減、背散射系數、散射子密度、散射子直徑和平均散射子間距(MSS)等的檢測。其中MSS是一種最常用的方法，該方法主要利用了生物組織在聲學特性分布上具有一定的準周期性，這種生物周期性來自組織結構中的規則散射元和彌散散射元，會隨著組織健康狀況改變而發生變化，通過利用MSS測量該周期性，可以對生物組織微觀結構進行測量，并對如血管動脈粥樣硬化、骨質疏松等健康狀況做出診斷。

在平均散射子間距估計中目前常用的方法主要有倒譜方法、功率譜方法和瞬態相關圖等方法。這些方法在一定程度上能夠有效檢測平均散射子間距，但受背散射超聲信號序列短、衰減大和噪聲大的影響，檢測結果不穩定。一些自相關譜分析方法、周期性小波變換方法、奇異譜分析方法等提高了檢測魯棒性，但計算量大，在去除噪聲和彌散散射信號干擾方面有待提高。

發明內容

為了解決定量超聲系統中利用現有技術方法無法有效消除超聲背散射信號中的噪聲和彌散散射信號干擾的問題，本發明提供了一種定量超聲系統中基于經驗模態分解(EMD)的組織微觀結構檢測方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種定量超聲系統中基于經驗模態分解的組織微觀結構檢測方法，包括如下步驟：

步驟一、獲取生物組織超聲背散射信號；

步驟二、截取DOI(Domain?ofInterest)區域的背散射信號作為輸入數據；

步驟三、對輸入數據進行EMD分解，得到三階本征模態函數和一個殘差項；

步驟四、執行能量譜篩選：提取三階本征模態函數能量譜，并與原信號能量譜進行相似度分析，確定包含組織微結構信息的最優模態函數項(BIMF)；

步驟五、對確定出的BIMF進行估計，計算組織散射子間距信息。

所述步驟一中，超聲背散射信號獲取有仿真和實驗兩種獲取方式。其中實驗獲取方式中，超聲背散射信號收發由2MHz高頻單陣元聚焦探頭實現，探頭聚焦距離為25mm，探測方式為單一探頭背散射作用方式。

所述步驟二中，截取DOI區域信號時，采用矩形窗函數。仿真數據截取信號序列時間長度為4μs，實驗數據截取信號序列長度為8.125μs。

所述步驟三中，基于經驗模態分解的組織微觀結構檢測方法具體通過以下迭代進行檢測：

1)輸入DOI區域背散射信號x(t)(t＝1，2，...，N，N為采樣點數)為原始函數；

2)確定輸入的原始函數極值點，采用三次樣條函數確定輸入信號上下包絡x_L(t)x_U(t)；

3)計算上下包絡均值定義h_i(t)為原始函數與該包絡均值的差值函數h_i(t)＝x_i(t)-m_i(t)；(i表示第i次分解，分解結束得到第i個本征模態函數)

4)迭代計算判斷差值函數h₁(t)是否滿足IMF條件，判斷決策過程采用標準偏差(Standard?Deviation，SD)準則：