[發明專利]檢測剪切波在生物組織中傳輸速度的方法、檢測生物組織彈性的方法及生物組織彈性成像方法

有效

• 申請號: 201410852544.0
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104605891A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 焦陽;顧天明;崔崤峣;徐杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: A61B8/08
• 分類號: A61B8/08
• 代理公司: 上海脫穎律師事務所 31259
• 代理人: 李強

技術領域

本發明涉及檢測剪切波在生物組織中傳輸速度的方法、檢測生物組織彈性的方法及生物組織彈性成像方法。

背景技術

在醫學診斷中，生物組織的彈性信息對于診斷疾病具有非常重要的參考價值。一般認為，軟組織病理的改變往往與組織的硬度相關。如組織的硬度或彈性會隨著腫瘤在組織中的生長或擴散而改變。甚至在腫瘤在出現形態學改變前，其硬度已經發生變化，導致正常組織與病變組織之間存在較大的彈性差異。這種利用生物組織的力學特性的差異，通過區分外力作用下不同生物組織的響應(應變、位移等)而進行成像的方法即為彈性成像(elastography)。

對目前的超聲彈性成像技術來說，根據加載方式不同，可將其大致分為兩類：靜態/準靜態超聲彈性成像和動態超聲彈性成像。目前發展較為成熟的超聲彈性成像技術多屬于靜態/準靜態超聲彈性成像技術，其基本原理是利用采用手動加壓的方法使待檢目標發生變形，通過向變形前后的特檢目標發射超聲波并接收回波信號，經分析處理后獲得位移、應變、應變率和速度等待檢目標的響應參數，最終估計出待檢目標的楊氏模量、剪切模量、泊松比和拉梅常數等材料力學屬性的相對值，進而定性地了解目標不同組分的硬度差異，并根據這一差異診斷待檢目標的病理狀況。

但類似的超聲彈性成像方法對成像的深度和位置都會有限制。手動加壓的加載方式決定了這種超聲彈性成像方法不能對深層組織進行成像，相應產生的應變與位移也會受到施加壓力的大小、加載時間的長短等人為因素的影響。所以類似方法只能定性的顯示淺表組織的彈性信息，重復性差。為了上述缺陷，可行的方法之一是采用聚焦超聲束激勵的方法引起組織運動，再利用超聲成像技術探測組織的運動，通過組織運動特性重建組織體彈性參數分布，即動態超聲彈性成像技術。作為一種具有代表性的動態超聲彈性成像技術，剪切波彈性成像技術(shear?wave?elastography,SWE)是超聲彈性成像技術的一種替代方案。其基本思想是通過檢測聲輻射力激發組織而產生的剪切波的傳播特性進行成像的方法。一般是通過超聲探頭發射的強度在安全閾值內的聲輻射脈沖在待檢組織內形成聲輻射力(Acoustic?Radiation??Force)對下層組織進行施壓，壓力在聲波傳播方向上推動組織，組織相應地產生復原力，該復原力會產生機械波，尤其是沿組織橫向傳播的剪切波。而機械波的傳播性質與材料的力學特征緊密相關，剪切波作為組織復原力產生的一種機械橫波，其傳播性質必然包含著組織內的諸多力學信息。簡單地說，剪切波速度越快，說明組織楊氏模量值越大，即組織的硬度越大。利用這一性質，即可通過組織內傳播的剪切波速度反推得到組織的楊氏模量絕對值。所以對剪切波彈性成像方法來說，其核心技術是跟蹤剪切波在組織內的傳播過程并據此計算其傳播速度。剪切波在生物體內傳播速度緩慢，一般為1～10m/s，故可利用超聲成像方法捕捉剪切波的傳播過程。

對一般的動態超聲彈性成像方法而言，其工作原理是通過檢測聲輻射力作用前后的超聲回波信號，應用相應的變形估計算法對這些信號進行分析處理，進而根據胡克定理確定出待檢對象彈性信息的空間分布。這類技術急待改進的方面主要體現在：改善系統的性能水平，有效提高超聲換能器的電聲轉換效率，輸出高能量的超聲波信號產生更大的超聲輻射力，實現待檢材料彈性參數較大動態范圍的檢測，以進一步拓展該技術的應用空間；開發利用超聲回波實現組織微小形變檢測的計算方法，提高圖像的信噪比、分辨率、對比度及幀頻進而實現組織力學參數空間分布的實時檢測，以提高該技術的臨床應用價值。

發明內容

本發明的目的之一是為了克服現有技術中的不足，提供一種可對深層生物組織檢測的檢測剪切波在生物組織中傳輸速度的方法。

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案實現：

檢測剪切波在生物組織中傳輸速度的方法，其特征在于，利用待檢測組織內沿剪切波傳播方向上的任意兩位置的距離和分別在該兩位置上實時回波信號與原始回波信號的MAC值產生變化的時間差，計算該兩位置間剪切波傳播的速度。

優選地是，按照以下公式計算實時回波信號與原始回波信號之間的模態置信度MAC值：

其中，ω_k(n)代表窗口長度為n的第k個窗函數，ψ_ij代表在第i次發射波束后第j個通道接收到的回波信號，代表t＝0時刻下，第j個通道采集的原始回波信號，MAC_ijk代表通過ω_k(n)截取的實時回波信號與ψ_ij及的模態置信度。