一種血管組織位移估算方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種血管組織位移估算方法，其步驟為：1）采集到對血管組織壓縮前的射頻信號和壓縮后的射頻信號，以壓縮點(diǎn)為中心，對壓縮前和壓縮后的射頻信號采用大數(shù)據(jù)窗進(jìn)行互相關(guān)分析，得到壓縮前的大數(shù)據(jù)窗與壓縮后的大數(shù)據(jù)窗之間的互相關(guān)函數(shù)；2）對步驟1）產(chǎn)生的互相關(guān)函數(shù)進(jìn)行相關(guān)濾波，并利用綜合相關(guān)函數(shù)計(jì)算大數(shù)據(jù)窗時(shí)射頻信號的粗糙位移d1；3）利用信號再相關(guān)方法，根據(jù)位移d1拉伸組織壓縮后的射頻信號，重建其與壓縮前信號的相關(guān)性；4）采用小數(shù)據(jù)窗對再相關(guān)后的射頻信號與壓縮前的信號進(jìn)行互相關(guān)分析，得到壓縮后小數(shù)據(jù)窗的殘余位移d2；5）將由大數(shù)據(jù)窗位移估計(jì)得到的位移d1與小數(shù)據(jù)窗位移估計(jì)得到的位移d2疊加，得到最終的位移場。本發(fā)明專利技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于超聲彈性成像技術(shù)領(lǐng)域中。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種超聲彈性成像
，特別是關(guān)于。
技術(shù)介紹
人體中大量生理和病理過程往往伴隨著組織彈性的變化，因此，彈性是反應(yīng)生物組織的一個(gè)重要特征。中風(fēng)是一項(xiàng)高致死、致殘性疾病，80%的中風(fēng)是由血管阻塞和局部貧血造成，而超過60%的局部腦組織缺血是由動(dòng)脈粥樣硬化易損斑塊的破裂所引起。斑塊的穩(wěn)定性決定于其化學(xué)成分，細(xì)胞材質(zhì)和新生血管形成等因素。大量研究指出，具有特定形態(tài)的斑塊，即有較大的脂質(zhì)核，外面覆蓋一層較薄纖維帽，且突入血管內(nèi)部的斑塊，更容易在搏動(dòng)的血壓作用下破裂進(jìn)而導(dǎo)致血栓形成。斑塊的不同成分在彈性特性上有明顯差別。因此超聲彈性成像為確定斑塊的成分，并推斷其易損性提供了一種可能的方法。彈性成像通常通過檢測組織對于各種外源/內(nèi)源性機(jī)械性激勵(lì)的響應(yīng)來確定組織的彈性特征。壓縮彈性成像由J. Ophir等人于1991年提出，具有分辨率高、成本低并易于和現(xiàn)有的超聲設(shè)備結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)。如圖I所示，其基本原理為采集機(jī)械激勵(lì)(靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài))前后的兩幀超聲射頻信號，利用時(shí)間延遲(time delay)估計(jì)子估計(jì)出組織壓縮前后的位移，隨后通過計(jì)算位移場的一階差分得到組織的應(yīng)變圖(strain image)，即彈性圖 (elastogram).由于不同硬度的組織呈現(xiàn)不同應(yīng)變，彈性圖能夠反映組織的硬度分布。這里的機(jī)械激勵(lì)可以是外源的，比如由壓縮板對組織施加的一定壓縮量(如圖I所示);也可以是內(nèi)源的，比如心肌的主動(dòng)收縮，或搏動(dòng)血壓引起的血管形變。自J.Ophir等提出基于射頻信號相關(guān)分析的彈性成像算法以來，許多彈性成像算法不斷發(fā)展起來?？傮w上講，超聲彈性成像算法可以分為兩大類型一類是基于梯度運(yùn)算的應(yīng)變估計(jì)算法，即先對組織的位移進(jìn)行估計(jì)，然后對位移估計(jì)做差分處理，得到組織的應(yīng)變分布，如時(shí)域互相關(guān)算法、相位檢測法、過零點(diǎn)跟蹤法等；另一類是直接的應(yīng)變估計(jì)算法，不以組織位移為中間估計(jì)值，直接得到組織的應(yīng)變分布，如自適應(yīng)伸展算法、譜相關(guān)算法等。 在這些方法中，時(shí)域互相關(guān)法由于其較強(qiáng)的抗噪能力成為一種最基本的方法，其基本出發(fā)點(diǎn)是互相關(guān)函數(shù)峰值的偏移量可用于跟蹤組織的變形?；A(chǔ)的互相關(guān)方法是計(jì)算某數(shù)據(jù)窗長度內(nèi)壓縮前信號與壓縮后回波信號互相關(guān)系數(shù)，然后計(jì)算出該互相關(guān)系數(shù)的峰值點(diǎn)相對于零點(diǎn)的偏移量，即為兩段信號在時(shí)域上的相對位移，并以此作為它們所表達(dá)的組織單元的相對位移。當(dāng)組織的局部位移完全確定后，對位移值進(jìn)行差分運(yùn)算即可得到組織的應(yīng)變分布。這種簡單的互相關(guān)位移估計(jì)方法在一些體積較大，結(jié)構(gòu)相對簡單的組織彈性成像中達(dá)到了較好的效果。但是在血管和斑塊彈性成像過程通常具有組織運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，動(dòng)態(tài)性強(qiáng)， 易受各種偽影和噪聲的干擾等實(shí)際問題。因此，傳統(tǒng)的一維互相關(guān)算法在估計(jì)頸動(dòng)脈血管和斑塊的位移時(shí)效果不甚理想，并且受偽峰誤差干擾較嚴(yán)重?；ハ嚓P(guān)算法所使用的數(shù)據(jù)窗長度是決定位移估計(jì)效果的重要參數(shù)。當(dāng)組織僅存在剛體運(yùn)動(dòng)時(shí)，使用較長的射頻信號將有利于改善估計(jì)的效果。但當(dāng)存在變形時(shí)，由應(yīng)變引起的信號去相關(guān)將降低時(shí)延估計(jì)子的性能，增大估計(jì)方差。所以，理論上講，在應(yīng)變存在的條件下，使用若干個(gè)波長左右的短數(shù)據(jù)窗有利于降低位移估計(jì)的方差，并有助于改善位移場的分辨率。但是在實(shí)際中，較短的數(shù)據(jù)窗容易受到偽峰誤差的干擾，并引入大量椒鹽狀噪聲。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對上述問題，本專利技術(shù)的目的是提供一種能提高分辨率、降低方差，并有效減少偽峰的血管組織位移估算方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采取以下技術(shù)方案，其包括以下步驟1)由已有設(shè)備采集到對血管組織壓縮前的射頻信號和壓縮后的射頻信號，以壓縮點(diǎn)為中心，對壓縮前和壓縮后的射頻信號采用大數(shù)據(jù)窗進(jìn)行互相關(guān)分析，得到壓縮前的大數(shù)據(jù)窗與壓縮后的大數(shù)據(jù)窗之間的互相關(guān)函數(shù)；2)對由步驟I)得到的相關(guān)函數(shù)進(jìn)行相關(guān)濾波，得到綜合相關(guān)函數(shù)，再利用綜合相關(guān)函數(shù)計(jì)算大數(shù)據(jù)窗時(shí)射頻信號的位移dl ；3) 利用信號再相關(guān)方法，根據(jù)步驟2)中位移dl對組織壓縮后的射頻信號進(jìn)行拉伸補(bǔ)償，用拉伸補(bǔ)償后的射頻信號替代原有的壓縮后射頻信號，重建組織壓縮后的射頻信號與壓縮前信號的相關(guān)性；4)采用小數(shù)據(jù)窗對經(jīng)步驟3)再相關(guān)后的射頻信號與壓縮前的射頻信號進(jìn)行互相關(guān)分析，得到壓縮后小數(shù)據(jù)窗的殘余位移d2 ;5)將由步驟2)大數(shù)據(jù)窗位移估計(jì)得到的位移dl與步驟4)小數(shù)據(jù)窗位移估計(jì)得到的位移d2疊加，得到最終的位移場。所述步驟I)和步驟3)中的大數(shù)據(jù)窗和小數(shù)據(jù)窗的位移估算方法如下(I)使用同中心的大數(shù)據(jù)窗計(jì)算出較為粗糙的位移估計(jì)dl ; (2)使用與大數(shù)據(jù)窗同中心的小數(shù)據(jù)窗對血管組織再次進(jìn)行互相關(guān)分析，先按位移dl移動(dòng)小數(shù)據(jù)窗的位置，并在移動(dòng)后位置附近用互相關(guān)方法計(jì)算小數(shù)據(jù)窗的位移d2 ；(3)根據(jù)步驟(I)和步驟(2)得到小數(shù)據(jù)窗的真實(shí)位移為d = (I^d2O本專利技術(shù)由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本專利技術(shù)由于采用多長度數(shù)據(jù)窗、相關(guān)濾波和信號再相關(guān)法相結(jié)合的方法，同時(shí)發(fā)揮各種方法的優(yōu)勢，進(jìn)而達(dá)到提高分辨率、降低方差，減少偽峰的目的。2、本專利技術(shù)采用對用大數(shù)據(jù)窗進(jìn)行互相關(guān)分析得到的互相關(guān)函數(shù)進(jìn)行相關(guān)濾波，得到綜合相關(guān)函數(shù)，并利用綜合相關(guān)函數(shù)計(jì)算大數(shù)據(jù)窗時(shí)射頻信號的位移，這樣位移場中類似椒鹽狀的偽峰噪聲可以被有效的去除。3、本專利技術(shù)采用同中心的大數(shù)據(jù)窗計(jì)算出較為粗糙的位移估計(jì)，大數(shù)據(jù)窗能在一定程度上抑制偽峰，有助于提高位移估計(jì)的穩(wěn)定性。因此，使用大數(shù)據(jù)窗時(shí)可增加搜索范圍，以捕捉到較大的組織位移。4、本專利技術(shù)由于采用小數(shù)據(jù)窗對經(jīng)大數(shù)據(jù)窗和相關(guān)濾波處理后又經(jīng)再相關(guān)方法處理的射頻信號與壓縮前的信號進(jìn)行互相關(guān)分析，得到壓縮后小數(shù)據(jù)窗的殘余位移，這樣大小數(shù)據(jù)窗結(jié)合，可以同時(shí)利用大數(shù)據(jù)窗有效抑制偽峰，利用小數(shù)據(jù)窗提高位移分辨率，減小位移估算方差。本專利技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于超聲彈性成像
中。附圖說明圖I是現(xiàn)有技術(shù)中超聲彈性成像原理示意圖2是本專利技術(shù)的位移估算方法整體流程示意圖；4圖3是本專利技術(shù)采用相關(guān)濾波方法前后縱向位移場的比較示意圖；其中圖3 Ca)是直接根據(jù)相關(guān)函數(shù)最大值得到的位移場；圖3 (b)是經(jīng)相關(guān)濾波后，根據(jù)綜合相關(guān)函數(shù)計(jì)算出的位移場；圖4是本專利技術(shù)采用的多長度數(shù)據(jù)窗方法估計(jì)位移原理示意圖；其中圖4 Ca)是采用大數(shù)據(jù)窗時(shí)得到的粗糙位移估計(jì)值；圖4 (b)是采用小數(shù)據(jù)窗進(jìn)行再相關(guān)方法后得到的殘余位移估計(jì)值；圖5是本專利技術(shù)的相關(guān)濾波原理示意圖；其中圖5(a)是待估計(jì)數(shù)據(jù)窗(實(shí)線矩形)及周圍與其進(jìn)行相關(guān)濾波的數(shù)據(jù)窗(虛線矩形)示意圖；圖5 (b)是相關(guān)濾波核(二維Hamming 窗)以及圖5 Ca)中待估計(jì)數(shù)據(jù)窗與其周圍各數(shù)據(jù)窗的互相關(guān)函數(shù)曲線；圖5 (c)是將濾波核范圍內(nèi)的互相關(guān)函數(shù)做加權(quán)線性疊加所得到的綜合相關(guān)函數(shù)曲線。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖2所示，本專利技術(shù)提供的一種能有效改善血管位移估算效果的血管組織位移估算方法，其步驟如下I)由現(xiàn)有設(shè)備采集到對血管組織壓縮前的射頻信號和壓縮后的射頻信號，以壓縮點(diǎn)為中心，對壓縮前和壓縮后的射頻信號采用大數(shù)據(jù)窗進(jìn)行互相關(guān)分析，得到壓縮前的大數(shù)據(jù)窗與壓縮后的大數(shù)據(jù)窗之間的互相關(guān)函數(shù)。2)對由步驟I)得到的互相關(guān)函數(shù)進(jìn)行相關(guān)濾波，得到綜合相關(guān)函數(shù)，再利用綜合相關(guān)函數(shù)計(jì)算大數(shù)據(jù)窗時(shí)射頻信號的位移dl;若不經(jīng)過相關(guān)濾波，則直接根據(jù)相關(guān)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種血管組織位移估算方法，其包括以下步驟：1）由已有設(shè)備采集到對血管組織壓縮前的射頻信號和壓縮后的射頻信號，以壓縮點(diǎn)為中心，對壓縮前和壓縮后的射頻信號采用大數(shù)據(jù)窗進(jìn)行互相關(guān)分析，得到壓縮前的大數(shù)據(jù)窗與壓縮后的大數(shù)據(jù)窗之間的互相關(guān)函數(shù)；2）對由步驟1）得到的相關(guān)函數(shù)進(jìn)行相關(guān)濾波，得到綜合相關(guān)函數(shù)，再利用綜合相關(guān)函數(shù)計(jì)算大數(shù)據(jù)窗時(shí)射頻信號的位移d1；3）利用信號再相關(guān)方法，根據(jù)步驟2）中位移d1對組織壓縮后的射頻信號進(jìn)行拉伸補(bǔ)償，用拉伸補(bǔ)償后的射頻信號替代原有的壓縮后射頻信號，重建組織壓縮后的射頻信號與壓縮前信號的相關(guān)性；4）采用小數(shù)據(jù)窗對經(jīng)步驟3）再相關(guān)后的射頻信號與壓縮前的射頻信號進(jìn)行互相關(guān)分析，得到壓縮后小數(shù)據(jù)窗的殘余位移d2；5）將由步驟2）大數(shù)據(jù)窗位移估計(jì)得到的位移d1與步驟4）小數(shù)據(jù)窗位移估計(jì)得到的位移d2疊加，得到最終的位移場。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：白凈，劉丹，陶晟臻，羅建文，
申請(專利權(quán))人：清華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：