一种剪切波传播速度的检测方法、系统和超声成像设备转让专利
申请号 : CN202110404171.0
文献号 : CN112799078B
文献日 : 2021-07-02
发明人 : 翁嘉淳 , 董永刚
申请人 : 深圳中科乐普医疗技术有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种剪切波传播速度的检测方法,其特征在于,包括:获取生物组织的弹性观察区域中第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线,所述第一位置和第二位置的形变由剪切波引起,所述剪切波先经过第一位置,后经过第二位置;
分别对所述第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线进行傅里叶变换,得到对应的频谱曲线;
确定所述第一位置和第二位置的频谱曲线的主成分频率范围,并比较得到两个主成分频率范围的范围差;
判断所述范围差是否超过预设阈值,若是,则以第二位置的主成分频率范围分别对第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线进行滤波,得到所述第一位置和第二位置滤波后的“形变‑时间”曲线;
根据两个滤波后的“形变‑时间”曲线得到两个曲线的峰值对应的时间间隔;
根据所述时间间隔以及第一位置和第二位置的距离,得到所述剪切波在第一位置和第二位置之间传播的速度值。
2.如权利要求1所述的检测方法,其特征在于,所述确定所述第一位置和第二位置的频谱曲线的主成分频率范围,包括:将所述第一位置的频谱曲线中预设幅值对应的频谱宽度确定为主成分频率范围;
将所述第二位置的频谱曲线中预设幅值对应的频谱宽度确定为主成分频率范围。
3.如权利要求2所述的检测方法,其特征在于,所述预设幅值为频谱曲线中峰值的30%‑
70%中的一个。
4.如权利要求1所述的检测方法,其特征在于,所述获取生物组织的弹性观察区域中第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线,包括:获取生物组织的弹性观察区域;
激励所述生物组织以激发剪切波经过所述弹性观察区域,采用超高帧频成像技术采集所述弹性观察区域中预设的第一位置和第二位置的超声回波信号;
根据所述超声回波信号进行位移估计运算得到所述第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线。
5.如权利要求4所述的检测方法,其特征在于,所述获取生物组织的弹性观察区域,包括:
向生物组织发射超声波,并接收超声回波信号;
根据所述超声回波信号生成超声图像并显示;
响应于用户输入的用于在所述超声图像上确定弹性观察区域的指令,得到生物组织的弹性观察区域。
6.如权利要求5所述的检测方法,其特征在于,所述第一位置和第二位置的深度相同。
7.一种剪切波传播速度的检测系统,其特征在于,包括:获取模块,用于获取生物组织的弹性观察区域中第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线,所述第一位置和第二位置的形变由剪切波引起,所述剪切波先经过第一位置,后经过第二位置;
变换模块,用于分别对所述第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线进行傅里叶变换,得到对应的频谱曲线;
计算判断模块,用于确定所述第一位置和第二位置的频谱曲线的主成分频率范围,并比较得到两个主成分频率范围的范围差;判断所述范围差是否超过预设阈值,若是,则以第二位置的主成分频率范围分别对第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线进行滤波,得到所述第一位置和第二位置滤波后的“形变‑时间”曲线;根据两个滤波后的“形变‑时间”曲线得到两个曲线的峰值对应的时间间隔;根据所述时间间隔以及第一位置和第二位置的距离,得到所述剪切波在第一位置和第二位置之间传播的速度值。
8.如权利要求7所述的检测系统,其特征在于,还包括显示模块,所述显示模块用于显示所述速度值。
9.一种超声成像设备,其特征在于,包括:超声探头,用于发射超声波,接收所述超声波的回波;
显示器;
处理器,用于获取生物组织的弹性观察区域中第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线,所述第一位置和第二位置的形变由剪切波引起,所述剪切波先经过第一位置,后经过第二位置;分别对所述第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线进行傅里叶变换,得到对应的频谱曲线;确定所述第一位置和第二位置的频谱曲线的主成分频率范围,并比较得到两个主成分频率范围的范围差;判断所述范围差是否超过预设阈值,若是,则以第二位置的主成分频率范围分别对第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线进行滤波,得到所述第一位置和第二位置滤波后的“形变‑时间”曲线;根据两个滤波后的“形变‑时间”曲线得到两个曲线的峰值对应的时间间隔;根据所述时间间隔以及第一位置和第二位置的距离,得到所述剪切波在第一位置和第二位置之间传播的速度值。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述介质上存储有程序,所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1至6中任意一项所述的方法。
说明书 :
一种剪切波传播速度的检测方法、系统和超声成像设备
技术领域
背景技术
在不同硬度的组织传播速度有差异,通过检测剪切波在不同位置的传播速度可以间接反映
该位置的软硬情况。根据剪切波波速大小进行伪彩色映射即为剪切波弹性成像。因此,剪切
波波速估计的准确性对组织弹性情况的判断至关重要。
波波速估计方法为Time‑of‑Flight(TOF)方法,即对观察区域中的不同位置所重建的剪切
波震动曲线进行波峰匹配,找出波峰相差时间间隔,此间隔可以理解为剪切波从该两个检
测位置之间传播所用时间。而两检测位置之间的距离为已知,通过距离除以时间得出剪切
波经过两个检测位置之间的平均速度。
发明内容
后的“形变‑时间”曲线;
经过第二位置;
则以第二位置的主成分频率范围分别对第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线进行滤
波,得到所述第一位置和第二位置滤波后的“形变‑时间”曲线;根据两个滤波后的“形变‑时
间”曲线得到两个曲线的峰值对应的时间间隔;根据所述时间间隔以及第一位置和第二位
置的距离,得到所述剪切波在第一位置和第二位置之间传播的速度值。
经过第二位置;分别对所述第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线进行傅里叶变换,得到
对应的频谱曲线;确定所述第一位置和第二位置的频谱曲线的主成分频率范围,并比较得
到两个主成分频率范围的范围差;判断所述范围差是否超过预设阈值,若是,则以第二位置
的主成分频率范围分别对第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线进行滤波,得到所述第
一位置和第二位置滤波后的“形变‑时间”曲线;根据两个滤波后的“形变‑时间”曲线得到两
个曲线的峰值对应的时间间隔;根据所述时间间隔以及第一位置和第二位置的距离,得到
所述剪切波在第一位置和第二位置之间传播的速度值。
两个频谱的主成分频率范围的范围差是否超过预设阈值。若超过则根据距离剪切波源更远
的检测位置的频谱的主成分频率范围,对两个频谱对应的“形变‑时间”曲线进行带通滤波,
这样能确保两个检测位置的剪切波主成分频率范围接近。最后根据两个“形变‑时间”曲线
进行剪切波波速估计,从而提高了检测剪切波传播速度的准确性。
附图说明
具体实施方式
使得本申请能被更好的理解。然而,本领域技术人员可以毫不费力的认识到,其中部分特征
在不同情况下是可以省略的,或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下,本申
请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述,这是为了避免本申请的核心部分被过
多的描述所淹没,而对于本领域技术人员而言,详细描述这些相关操作并不是必要的,他们
根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
见的方式进行顺序调换或调整。因此,说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一
个实施例,并不意味着是必须的顺序,除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
间接连接(联接)。
出剪切波主成分频率范围,再以该频率范围对位移估计结果进行带通滤波,这样能确保两
个检测位置的剪切波频率主成分频率范围接近。本发明改善了剪切波在组织中传播时主成
分频率偏移对波速估计的影响,使得剪切波波速估计结果更加精确,提高了结果的有效性。
下面通过具体实施例进行详细说明。
第二位置,换而言之,从剪切波的传播路径来看,第一位置在前,第二位置在后。
置的主成分频率范围分别对第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线进行滤波,得到第一
位置和第二位置滤波后的“形变‑时间”曲线;根据两个滤波后的“形变‑时间”曲线得到两个
曲线的峰值对应的时间间隔;根据时间间隔以及第一位置和第二位置的距离,得到剪切波
在第一位置和第二位置之间传播的速度值。
置的“形变‑时间”曲线拉近,并以此进行后续剪切波传播速度的计算,提高了传播速度的准
确性。
时间”曲线,获取模块10可以从存储器中获取第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线。获
取模块10也可以从其他设备获取第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线。
如图3所示,获取模块10获取生物组织B的弹性观察区域A,例如,可以控制超声探头向生物
组织B发射超声波,并接收超声回波信号;根据超声回波信号生成超声图像P并在显示模块
40的显示界面显示。用户通过输入装置在超声图像P上确定弹性观察区域A,例如通过鼠标
选定一个区域或采用系统默认的区域作为弹性观察区域A等。获取模块10响应于用户输入
的用于在超声图像P上确定弹性观察区域A的指令,得到生物组织B的弹性观察区域A。
帧频成像技术采集弹性观察区域A中预设的第一位置和第二位置的超声回波信号,例如以
预设帧频(频率)发射超声波,并接收超声波的回波信号,预设帧频大于等于1000帧/秒。获
取模块10根据超声回波信号进行位移估计运算得到第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲
线,例如,将超声回波信号进行图像处理得到一段时间的超声图像,通过比较超声图像中的
各超声图像帧中第一位置的变化,得到第一位置的形变,从而得到第一位置的“形变‑时间”
曲线,如图4的m1所示,同样的方法得到第二位置的“形变‑时间”曲线,如图4的n1所示。
左侧的中心m和右侧的中心n。第一位置m和第二位置n确定了,两者之间的距离L也就已知
了。本实施例中,第一位置m和第二位置n的深度相同,即两者是处于同一水平线上的两个不
同的位置,换而言之,第一位置m和第二位置n是两个不同的横向检测位置。以剪切波源更靠
近第一位置m为例进行说明。
对应的频谱曲线,如图5中的实线曲线。
如,将第一位置的频谱曲线中预设幅值对应的频谱宽度确定为主成分频率范围;将第二位
置的频谱曲线中预设幅值对应的频谱宽度确定为主成分频率范围。预设幅值可根据需要进
行设置,例如为频谱曲线中峰值的30%‑70%中的一个。本实施例以预设幅值为峰值的50%为
例进行说明,换而言之,本实施例中,将第一位置的频谱曲线中波峰的50%对应的频谱宽度
作为主成分频率范围(图6虚线箭头所示的宽度);将第二位置的频谱曲线中波峰的50%对应
的频谱宽度作为主成分频率范围(图6实线箭头所示的宽度)。
第一位置滤波后的“形变‑时间”曲线(图7中的曲线m2);以第二位置的主成分频率范围对第
二位置的“形变‑时间”曲线进行滤波,得到第二位置滤波后的“形变‑时间”曲线(图7中的曲
线n2),由图7与图4比较可知,滤波后两者的波形曲线更为接近。滤波可以是带通滤波。声辐
射力冲击的剪切波在组织传播时衰减非常快,而且存在干扰,通过对频率进行滤波,可以改
善,然而只是简单的滤波还不足以明显的提高剪切波传播速度估算(计算)的准确性,尤其
是在粘弹性组织中剪切波传播还会存在剪切波频散等情况,将影响速度计算的准确性;而
本申请采用远离剪切波源的第二位置的主成分频率范围分别对两个“形变‑时间”曲线进行
带通滤波,降低了衰减、干扰和频散等不利因素的干扰,使滤波后的两个“形变‑时间”曲线
更为接近,后续计算得到的剪切波传播速度更为准确。
计算判断模块30根据第一位置的“形变‑时间”曲线和第二位置的“形变‑时间”曲线,得到这
两个“形变‑时间”曲线的峰值对应的时间间隔t,如图4所示。若两个“形变‑时间”曲线经过
了滤波,则计算判断模块30根据第一位置滤波后的“形变‑时间”曲线m2和第二位置滤波后
的“形变‑时间”曲线n2,得到两个滤波后的“形变‑时间”曲线的峰值对应的时间间隔t,如图
7所示。具体的,计算判断模块30在“形变‑时间”曲线中搜索最大值,即为峰值,从而得到峰
值对应的时刻,两个峰值对应时刻的时间差即为所述时间间隔t。
察区域的弹性。计算判断模块30还可以在生物组织的超声图像上,基于所述速度值v对弹性
观察区域进行伪彩色映射(渲染),便于用户观察,而且在图2所示的流程中,第一位置和第
二位置均可以取多个,两者成对出现,一对对应一个弹性观察区域,进而可以得到多个弹性
观察区域的弹性(剪切波传播速度),有利于用户掌握同一组织不同位置的软硬情况。
得到对应的频谱曲线;确定第一位置和第二位置的频谱曲线的主成分频率范围,并比较得
到两个主成分频率范围的范围差;判断范围差是否超过预设阈值,若是,则以第二位置的主
成分频率范围分别对第一位置和第二位置的“形变‑时间”曲线进行滤波,得到第一位置和
第二位置滤波后的“形变‑时间”曲线;根据两个滤波后的“形变‑时间”曲线得到两个曲线的
峰值对应的时间间隔;根据时间间隔以及第一位置和第二位置的距离,得到剪切波在第一
位置和第二位置之间传播的速度值;通过显示器84显示所述速度值。
以及对剪切波传播速度的检测的详细过程在上述实施例中已阐述,故在此不做赘述。
通过计算机程序的方式实现时,该程序可以存储于一计算机可读存储介质中,存储介质可
以包括:只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等,通过计算机执行该程序以实现上述
功能。例如,将程序存储在设备的存储器中,当通过处理器执行存储器中程序,即可实现上
述全部或部分功能。另外,当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现
时,该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质
中,通过下载或复制保存到本地设备的存储器中,或对本地设备的系统进行版本更新,当通
过处理器执行存储器中的程序时,即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
推演、变形或替换。