專利名稱：一種變尺度的生物組織位移估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲彈性成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及生物組織位移估計方法。
背景技術(shù)：
生物組織彈性模量的變化通常與其病理現(xiàn)象有關(guān)。例如，惡性的病理損害，例如乳房硬癌、前列腺癌、甲狀腺癌及肝轉(zhuǎn)移等，通常表現(xiàn)為硬的小結(jié)。乳房硬癌是乳腺癌的最常見形式，大約占乳腺癌總數(shù)的四分之三，由于其基質(zhì)密度增大而表現(xiàn)為致密的硬塊。而其他類型的乳腺癌如導(dǎo)管內(nèi)癌和乳頭狀瘤則表現(xiàn)為柔軟的組織，良性的乳腺纖維囊性病也很少表現(xiàn)為硬塊。
生物組織的彈性模量信息對于疾病的診斷過程具有重要的參考價值。然而，包括X射線成像、超聲成像、計算機斷層成像(CT)和磁共振成像(MRI)等在內(nèi)的傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)成像模態(tài)都不能直接提供關(guān)于彈性模量這一組織的基本力學(xué)屬性的信息。1991年，J.Ophir提出超聲彈性成像(ultrasound elastography)的方法，對組織的彈性模量分布進行定量估計、成像。目前，超聲彈性模量已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)超聲成像的一個研究熱點，廣泛應(yīng)用于乳房、前列腺、動脈粥樣斑塊、心肌動力學(xué)以及高強度聚焦超聲與射頻消融引起的損害(lesion)的檢測與評估。
超聲彈性成像的基本原理為將超聲探頭嵌于一塊擠壓平板中，沿著探頭的縱向壓縮組織，分別采集組織壓縮前、后的射頻信號；組織被壓縮時，組織內(nèi)將會產(chǎn)生一個沿壓縮方向的應(yīng)變，如果組織內(nèi)部彈性模量分布不均勻，組織內(nèi)的應(yīng)變分布也會有所差異；彈性模量較大的區(qū)域，引起的應(yīng)變比較小；反之，彈性模量較小的區(qū)域，相應(yīng)的應(yīng)變比較大。通過一些方法估計出組織內(nèi)部不同位置的位移，從而計算出組織內(nèi)部的應(yīng)變分布情況，用來間接描述組織內(nèi)部的彈性模量分布，從而描述組織的生理、病理狀態(tài)。
對于二維超聲彈性成像，一般采用線陣的B型超聲探頭，采集組織壓縮前、后的探頭每一條掃描線的射頻信號，分別進行上面描述的位移估計，從而計算出每一條掃描線對應(yīng)組織的一維應(yīng)變分布。最后把所有掃描線對應(yīng)的一維應(yīng)變分布按掃描線順序組成一個二維應(yīng)變分布，以灰度圖或者偽彩圖的形式表示，用來間接描述組織內(nèi)部的彈性模量分布。
一般的超聲彈性成像方法包括以下步驟1.利用商用B型超聲儀器(一般采用線陣探頭)得到待測生物組織(一般為人體組織，也可以為動物組織，以下簡稱組織)壓縮前的一幅數(shù)字化的二維射頻信號(可以采用模擬射頻信號輸出端接信號放大器，再接高速數(shù)據(jù)采集卡，得到數(shù)字化的二維射頻信號；也可以在數(shù)字化B型超聲儀器上直接得到數(shù)字化的二維射頻信號)；2.手持該B型超聲儀器的探頭或者利用步進電機或者螺旋裝置驅(qū)動該探頭，沿著探頭的縱向?qū)υ摻M織施加一個微小的擠壓(組織壓縮量一般控制在為1％的數(shù)量級)，得到組織壓縮后的一幅數(shù)字化的二維射頻信號；3.從步驟1和2的得到的組織壓縮前、后的二維射頻信號中分別取出第一條掃描線的數(shù)據(jù)，設(shè)為s1(n)和s2(n)，n表示該兩條掃描線上的數(shù)據(jù)序號，1≤n≤nmax，n的最大值nmax由該B型超聲儀器的探查深度、發(fā)射的超聲波在組織中的傳播速度以及射頻信號的采樣頻率決定；4.從該掃描線數(shù)據(jù)s1(n)中取一小段尺度為T的數(shù)據(jù)d1，其數(shù)據(jù)個數(shù)為U，U＝round(T×U1)，其中，T的單位為mm，U1代表1mm的組織對應(yīng)的數(shù)據(jù)個數(shù)，由發(fā)射的超聲波在組織中的傳播速度以及射頻信號的采樣頻率決定，round(·)代表四舍五入的取整操作，該數(shù)據(jù)d1的序號從n1到n1+U-1，n1可在1≤n1≤U的范圍內(nèi)選擇；在τ1到τ2確定的搜索范圍內(nèi)求該小段數(shù)據(jù)與掃描線數(shù)據(jù)s2(n)的互相關(guān)函數(shù)R(τ)，計算公式如下R(τ)=Σm=n1n1+U-1s1(m)s2(m-τ)Σm=n1n1+U-1s12(m)·Σm=n1n1+U-1s22(m-τ)(τ1≤τ≤τ2)]]>其中m為計算過程中表示數(shù)據(jù)序號的循環(huán)變量，τ1為0，τ2為對組織施加的壓縮量，以采樣數(shù)據(jù)的個數(shù)表示；(為了提高位移估計的精度，一般還需要對計算得到互相關(guān)函數(shù)進行插值，如拋物線插值)；5.確定步驟4得到的互相關(guān)函數(shù)R(τ)的最大值對應(yīng)的位置t1，t1就是數(shù)據(jù)d1在組織壓縮后的位移(即s1(n)中的序號從n1到n1+U-1的小段數(shù)據(jù)d1的在組織壓縮后移動到s2(n)中的序號從n1-t1到n1+U-1-t1的位置)；6.依次從掃描線數(shù)據(jù)s1(n)中取一小段尺度為T即數(shù)據(jù)個數(shù)為U的數(shù)據(jù)d2、d3、…、dN，每段數(shù)據(jù)的序號依次錯開V個采樣數(shù)據(jù)(如V＝round(0.4×T×U0)、V＝round(0.5×T×U0)等)，直到再錯開V個采樣數(shù)據(jù)將超出s1(n)的范圍，按步驟4、5相同的方法依次得到各段數(shù)據(jù)對應(yīng)的位移t2、t3、…、tN，其中N為小段數(shù)據(jù)的總數(shù)；則位移序列t1、t2、…、tN為第一條掃描線數(shù)據(jù)s1(n)對應(yīng)的組織的位移估計；7.利用與步驟3-6相同的方法，依次得到第2、3、…、M條掃描線數(shù)據(jù)對應(yīng)的組織的位移估計，其中M為表示探頭的掃描線總數(shù)，由探頭決定；8.對第一條掃描線數(shù)據(jù)s1(n)對應(yīng)的組織的位移估計序列t1、t2、…、tN求差分，得到組織第一條掃描線s1(n)對應(yīng)組織的應(yīng)變分布，計算公式如下，ϵ1=t2-t1V,ϵ2=t3-t2V,…,ϵN-1=tN-tN-1V]]>其中，ε1、ε2、…、εN-1分別為d1、d2、…、dN-1對應(yīng)的組織應(yīng)變；9.利用與步驟8相同的方法，依次得到組織第2、3、…、M條掃描線數(shù)據(jù)對應(yīng)的組織的應(yīng)變分布；10.將步驟9得到的M條掃描線數(shù)據(jù)對應(yīng)的應(yīng)變分布，按照掃描線的順序組合成一個二維數(shù)據(jù)，并以灰度圖或者偽彩圖的形式表示出來，就得到組織的二維應(yīng)變分布圖。
在超聲彈性成像中，關(guān)鍵的問題在于對組織的位移分布進行估計，也就是上面描述的方法的步驟3-7?；ハ嚓P(guān)函數(shù)的值越大，說明壓縮前、后的小段數(shù)據(jù)吻合得越好，互相關(guān)函數(shù)的最大值位置代表了壓縮前的小段數(shù)據(jù)在壓縮后對應(yīng)的位置，從而可以求出該小段數(shù)據(jù)的位移，也就是該小段數(shù)據(jù)對應(yīng)的組織的位移。
超聲彈性成像中，對組織施加一個小的壓縮量，利用互相關(guān)分析估計的組織位移是縱向位移，即沿壓縮方向的位移。但是，對組織施加一個小的壓縮量的時候，組織的運動是很復(fù)雜的，受到組織內(nèi)部彈性模量分布、組織的幾何形狀、邊界條件等因素的影響。組織不僅沿著壓縮方向(即線陣探頭的縱向)有一個壓縮，沿著垂直于壓縮方向的方向(包括線陣探頭的橫向以及垂直于探頭掃描平面的方向)也會膨脹。研究表明，沿著垂直于壓縮方向的位移會引起壓縮前、后信號的互相關(guān)函數(shù)的幅度降低，也就是說，壓縮前、后信號的相似性降低。而超聲彈性成像正是利用壓縮前、后信號的相似性來跟蹤組織位移的，所以，沿著垂直于壓縮方向的位移會使得組織位移估計的精度降低。并且，垂直于探頭掃描平面方向的位移的影響比橫向位移的影響小，所以，減少沿著垂直于壓縮方向的位移的影響，主要是減小垂直于探頭掃描平面的方向的位移影響。
為了減小垂直于探頭掃描平面的方向的位移影響，有人提出用平板在探頭橫向限制組織位移的方法，避免組織在探頭橫向上的移動，雖然同時增大了垂直于探頭掃描平面方向的位移，但是由于該方向的位移對組織位移估計的影響較小，因此該方法可以減少沿著垂直于壓縮方向的位移的影響。但是，該方法主要應(yīng)用于實驗研究，而在實際應(yīng)用中，很難對組織的橫向移動加以限制。另外，從理論分析可以知道，減小組織壓縮量、利用距離探頭中心掃描線附近的超聲射頻數(shù)據(jù)進行彈性成像、增大掃描線寬度、提高探頭中心頻率或者增大帶寬，都可以在一定程度上減少沿著垂直于壓縮方向的位移的影響。然而，這些方法在實際上也不可行。
在超聲彈性成像中，選擇的壓縮前信號中的小段數(shù)據(jù)用來跟蹤對應(yīng)的小段組織的位移，稱為跟蹤波段。其長度稱為跟蹤波段長度，或者尺度。在上述方法中，尺度T為常數(shù)，即對所有的掃描線數(shù)據(jù)的位移估計中，尺度T是恒定不變的。選取合適的尺度在超聲彈性成像的位移估計中非常重要。當組織壓縮量比較小的時候，尺度越大，包含的信息越多，位移估計的精度越高，對隨機噪聲的干擾也越不敏感。然而，增大尺度將降低超聲彈性成像的縱向分辨率。因為超聲彈性成像中，一般假定跟蹤波段內(nèi)的應(yīng)變均勻。因此，隨尺度的增大，對跟蹤波段內(nèi)的應(yīng)變起到了平均作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了減小垂直于探頭掃描平面的方向的位移影響，提出一種變尺度的組織位移估計方法，可在保證了足夠的組織位移估計精度的前提下，提高了縱向分辨率；同時減小組織橫向位移對組織縱向位移估計的影響。
本發(fā)明提出的一種變尺度的組織位移估計方法，包括以下步驟1.從組織壓縮前、后的二維射頻信號中分別取出第一條掃描線的數(shù)據(jù)，設(shè)為s1(n)和s2(n)，n表示該兩條掃描線上的數(shù)據(jù)序號，1≤n≤nmax，n的最大值nmax由該B型超聲儀器的探查深度、發(fā)射的超聲波在組織中的傳播速度以及射頻信號的采樣頻率決定；2.從該掃描描線數(shù)據(jù)s1(n)中取一小段尺度為T(1)的數(shù)據(jù)d1，其數(shù)據(jù)個數(shù)為U，U＝round(T(1)×U1)，其中，T的單位為mm，U1代表1mm的組織對應(yīng)的數(shù)據(jù)個數(shù)，由發(fā)射的超聲波在組織中的傳播速度以及射頻信號的采樣頻率決定，round(·)代表四舍五入的取整操作，T(1)為尺度隨掃描線序號k變化的函數(shù)T(k)在k＝1時的取值，該數(shù)據(jù)d1的序號從n1到n1+U-1，n1可在1≤n1≤U的范圍內(nèi)選擇；在τ1到τ2確定的搜索范圍內(nèi)計算該小段數(shù)據(jù)與掃描線數(shù)據(jù)s2(n)的互相關(guān)函數(shù)R(τ)，計算公式如下R(τ)=Σm=n1n1+U-1s1(m)s2(m-τ)Σm=n1n1+U-1s12(m)·Σm=n1n1+U-1s22(m-τ)(τ1≤τ≤τ2)]]>其中m為計算過程中表示數(shù)據(jù)序號的循環(huán)變量，τ1為0，τ2為對組織施加的壓縮量，以采樣數(shù)據(jù)的個數(shù)表示；(為了提高位移估計的精度，一般還需要對計算得到互相關(guān)函數(shù)進行插值，如拋物線插值)；3.確定該互相關(guān)函數(shù)R(τ)的最大值對應(yīng)的位置t1，t1就是數(shù)據(jù)d1在組織壓縮后的位移(即s1(n)中序號從n1到n1+U-1的小段數(shù)據(jù)d1在組織壓縮后移動到s2(n)中的序號從n1-t1到n1+U-1-t1的位置)；4.依次從該掃描線數(shù)據(jù)s1(n)中取一小段尺度為T(1)即數(shù)據(jù)個數(shù)為U的數(shù)據(jù)d2、d3、…、dN，每段數(shù)據(jù)的序號依次錯開V個采樣數(shù)據(jù)(如V＝round(0.4×T(1)×U0)、V＝round(0.5×T(1)×U0)等)，直到再錯開V個采樣數(shù)據(jù)將超出s1(n)的范圍，按步驟2、3相同的方法依次得到各段數(shù)據(jù)對應(yīng)的位移t2、t2、…、tN，其中N為小段數(shù)據(jù)的總數(shù)；則位移序列t1、t2、…、tN為第一條掃描線數(shù)據(jù)s1(n)對應(yīng)的組織的位移估計；5.利用與步驟1-4相同的方法，依次得到第2、3、…、M條掃描線數(shù)據(jù)對應(yīng)的組織的位移估計，其中M為由探頭決定的掃描線總數(shù)；其特征在于，所述的第1、2、…、M條掃描線數(shù)據(jù)采用的尺度分別為T(1)，T(2)，…，T(M)，即第k條掃描線數(shù)據(jù)采用的尺度為T(k)；且如果M為奇數(shù)，T(k)滿足T(1)=T(M)=Tmax,T(M+12)=Tmin,]]>當1≤k≤(M+1)/2時，T(k)隨著k的增大而減小，當(M+1)/2≤k≤M時，T(k)隨著k的增大而增大；如果M為偶數(shù)，T(k)滿足T(1)＝T(M)＝Tmax，T(M/2)＝T(M/2+1)＝Tmin，當1≤k≤M/2時，T(k)隨著k的增大而減小，M/2+1≤k≤M時，T(k)隨著k的增大而增大；其中，Tmax和Tmin分別為變尺度方法的最大尺度和最小尺度。
在上述方法中，探頭中央部位的掃描線數(shù)據(jù)(即M為奇數(shù)時的第(M+1)/2條掃描線數(shù)據(jù)，M為偶數(shù)時的第M/2條和第M/2+1條掃描線數(shù)據(jù))采用最小尺度Tmin，探頭兩邊緣部位的掃描線數(shù)據(jù)(即第1條掃描線和第M條掃描線)采用最大尺度Tmax；通常情況下，可以選擇取0.5-2mm作為最小尺度的范圍(該范圍的尺度在一般的超聲彈性成像組織位移估計方法中經(jīng)常使用)；而最大尺度還與探頭的寬度和對組織壓縮量關(guān)，例如探頭寬度為60mm，對組織壓縮量為1％的時候，可以選擇最大尺度為8-10mm。如果探頭寬度和對組織壓縮量變化，最小尺度可以不變，而最大尺度做適當調(diào)整。
上述不同掃描線數(shù)據(jù)選擇的尺度隨掃描線序號k變化的方式T(k)，可為簡單的線性變化方式(如果M為奇數(shù)，1≤k≤(M+1)/2時，T(k)隨著k的增大而線性地減小，(M+1)/2≤k≤M時，T(k)隨著k的增大而線性地增大；如果M為偶數(shù)，1≤k≤M/2時，T(k)隨著k的增大而線性地減小，M/2+1≤k≤M時，T(k)隨著k的增大而線性地增大)，該線性的尺度變化方式表示如下如果M為奇數(shù)，則 如果M為偶數(shù)，則 不同掃描線數(shù)據(jù)選擇的尺度隨掃描線序號k變化的方式T(k)，也可為其他的變化方式，只要該變化方式滿足本發(fā)明的特征，即如果M為奇數(shù)，T(k)滿足T(1)=T(M)=Tmax,T(M+12)=Tmin,]]>并且1≤k≤(M+1)/2時，T(k)隨著k的增大而減小，(M+1)/2≤k≤M時，T(k)隨著k的增大而增大；如果M為偶數(shù)，T(k)滿足T(1)＝T(M)＝Tmax，T(M/2)＝T(M/2+1)＝Tmin，并且1≤k≤M/2時，T(k)隨著k的增大而減小，M/2+1≤k≤M時，T(k)隨著k的增大而增大。
本發(fā)明的原理本發(fā)明提出的一種變尺度的組織位移估計方法，在不同掃描線的數(shù)據(jù)(即組織不同的橫向位置對應(yīng)的數(shù)據(jù))采用不同的跟蹤波段長度即尺度的方法。在探頭中央部位的掃描線數(shù)據(jù)采用最小尺度，估計組織的位移分布，從而得到應(yīng)變分布，在保證了足夠的組織位移估計精度的前提下，提高了縱向分辨率。而在探頭兩邊緣部位的掃描線數(shù)據(jù)采用最大尺度，估計組織的位移分布以及應(yīng)變分布，從而減小組織橫向位移對組織縱向位移估計的影響。在從探頭中央部位到探頭各邊緣部位過渡的掃描線數(shù)據(jù)，尺度逐漸增大，從最小尺度變化到最大尺度?？梢圆捎煤唵蔚木€性變化方式，也可以采用其他的變化方式。
雖然采用較小的尺度誤差較大，但是在探頭中央部位，橫向位移的影響較小，所以即使采用較小的尺度也能夠獲得足夠精確的位移估計，同時又提高了縱向分辨率。而在探頭兩邊緣部位，則是犧牲一定的縱向分辨率來換取組織縱向位移的精度，因為在探頭兩邊緣部位，組織橫向位移對縱向位移估計的影響較大。
組織橫向位移的影響主要取決于組織壓縮量大小、掃描線寬度、掃描線位置以及探頭的中心頻率和帶寬等參數(shù)。因此，本發(fā)明提出的變尺度的生物組織位移估計方法在實際應(yīng)用中，最大尺度和最小尺度的選擇也可能有所不同，這與探頭的寬度(或探頭兩邊緣部位與探頭中央部位的距離)、組織壓縮量大小、以及探頭的中心頻率和帶寬等有關(guān)。
在特定的參數(shù)條件下，最大尺度和最小尺度的選擇主要取決于在探頭兩邊緣部位和探頭中央部位分別要取得什么樣的成像效果，需要在保證精度和保證分辨率中間綜合考慮。因為探頭中央部位的組織位移估計精度較高，因此主要考慮提高分辨率；而在探頭兩邊緣部位主要考慮提高估計精度。
關(guān)于組織壓縮量和其他參數(shù)條件下，如何選擇合適的尺度，已經(jīng)有豐富的研究結(jié)果。這些資料可以用來作為最小尺度和最大尺度選擇的參考。另外，具體實施的時候可以先用計算機仿真來研究在特定的參數(shù)條件下，不同尺度進行組織位移估計的效果，包括估計精度和分辨率。通常情況下，超聲彈性成像中可以選擇取尺度0.5-2mm作為最小尺度的范圍。而最大尺度還與探頭的寬度和組織壓縮量有關(guān)。例如探頭寬度為60mm，組織壓縮量為1％的時候，可以選擇最大尺度范圍為8-10mm。如果探頭寬度和組織壓縮量變化，最小尺度可以不變，而最大尺度做適當調(diào)整)，即如果探頭寬度增大到兩倍即120mm，或者組織壓縮量增大到兩倍即2％，最大尺度可以選擇為原來的兩倍即16-20mm。不同掃描線數(shù)據(jù)選擇的尺度隨掃描線序號變化的方式，可為簡單的線性變化方式，也可為其他滿足發(fā)明特征的變化方式。
本發(fā)明的特點在不同掃描線的數(shù)據(jù)(即組織不同的橫向位置對應(yīng)的數(shù)據(jù))采用不同的跟蹤波段長度即尺度的；對橫向位移引入誤差較小的探頭中央部位的掃描線數(shù)據(jù)，采用最小尺度來提高分辨率；對橫向位移引入誤差較大的探頭兩邊緣部位的掃描線數(shù)據(jù)，則采用最大尺度以減小組織位移估計誤差。
從探頭中央部位到探頭各邊緣部位過渡的掃描線數(shù)據(jù)，相應(yīng)的尺度逐漸增大，從最小尺度變化到最大尺度。
探頭中央部位到探頭各邊緣部位的掃描線數(shù)據(jù)選取的尺度的變化方式，可以采用簡單的線性變化方式，也可以采用其他的變化方式。


圖1為本實施例的計算機仿真的組織模型；圖2為利用有限元分析計算得到的組織應(yīng)變分布的理想結(jié)果；圖3為本實施例采用的尺度變化的簡單的線性方式的示意圖；圖4為本實施例采用的第二種尺度變化方式的示意圖；圖5為本實施例采用的第三種尺度變化方式的示意圖；圖6為尺度為1mm的一般方法估計得到的組織應(yīng)變分布的計算機仿真結(jié)果；圖7為尺度為3mm的一般方法估計得到的組織應(yīng)變分布的計算機仿真結(jié)果；圖8為尺度為9mm的一般方法估計得到的組織應(yīng)變分布的計算機仿真結(jié)果；圖9為本實施例的變尺度的生物組織位移估計方法估計得到的組織應(yīng)變分布的計算機仿真結(jié)果；具體實施方式
本發(fā)明提出的變尺度的組織位移估計方法結(jié)合具體實施例及附圖詳細說明如下本實施例利用計算機程序和一般的超聲散射模型仿真得到一塊模擬的組織在壓縮前和壓縮后的二維射頻信號。模擬的組織結(jié)構(gòu)如圖1，組織大小60×60mm2，組織內(nèi)分布有5塊彈性模量較大的組織層11、12、13、14和15，它們的彈性模量是周圍組織的2倍，它們的厚度分別為10mm、5mm、2.5mm、1.25mm和0.625mm，它們之間的間隔16、17、18和19分別為5mm、2.5mm、1.25mm和0.625mm；組織壓縮量為1％，即對組織施加的壓縮量為0.6mm；探頭中心頻率為3.5MHz，-3dB帶寬為2.0MHz，探頭掃描線寬度和間隔分別為2mm和0.4mm，探頭寬度和組織寬度一致，也是60mm，因此總共有151條掃描線，即M＝151，并且探頭中央部位和探頭邊緣部位分別對應(yīng)組織中央部位和組織邊緣部位；射頻信號的采樣頻率為20MHz，假設(shè)超聲波在組織內(nèi)的傳播速度為1540m/s，因此1mm的組織長度對應(yīng)1mm/(1540×103mm/s×1/20×106/2)Hz≈26個數(shù)據(jù)，因為組織深度為60mm，所以，每一條掃描線的數(shù)據(jù)為60×26＝1560個，對組織施加的壓縮量以采樣數(shù)據(jù)的個數(shù)表示為60×1％×26≈16個采樣數(shù)據(jù)。
圖2表示利用美國MSC公司的MARC軟件進行有限元分析，計算得到的該實施例采用的組織模型的理想的應(yīng)變分布。橫向和縱向分別表示超聲探頭的橫向位置(即掃描線的位置)和縱向位置(即組織深度)，灰度表示計算出來的理想應(yīng)變的大小，灰度值越大(即顏色越亮或越白)，表示應(yīng)變越大，灰度值越小(即顏色越暗或越黑)，表示應(yīng)變越小，21為灰度值與應(yīng)變大小的對照關(guān)系。圖2中，較暗的區(qū)域(即22-26)與彈性模量較大的組織層(即圖1中的11-15)對應(yīng)，說明彈性模量較大的區(qū)域應(yīng)變較小。
本實施例采用的最小尺度確定為1mm，采用的最大尺度確定為9mm。
本實施例的具體步驟如下1.從組織壓縮前、后的二維射頻信號(計算機仿真得到)中分別取出第一條掃描線的數(shù)據(jù)，設(shè)為s1(n)和s2(n)，n表示該兩條掃描線上的數(shù)據(jù)序號，1≤n≤1560；
2.從該掃描描線數(shù)據(jù)s1(n)中取一小段尺度為T(1)的數(shù)據(jù)d1，T(1)＝9mm，其數(shù)據(jù)個數(shù)為U，U＝234，該數(shù)據(jù)的序號從13到246；在0到16的搜索范圍內(nèi)求該小段數(shù)據(jù)與掃描線數(shù)據(jù)s2(n)的互相關(guān)函數(shù)R(τ)，計算公式如下R(τ)=Σm=n1n1+U-1s1(m)s2(m-τ)Σm=n1n1+U-1s12(m)·Σm=n1n1+U-1s22(m-τ)(0≤τ≤16)]]>3.確定該互相關(guān)函數(shù)R(τ)的最大值對應(yīng)的位置t1，t1就是數(shù)據(jù)d1在組織壓縮后的位移(即s1(n)中序號從13到246的小段數(shù)據(jù)d1在組織壓縮后移動到s2(n)中的序號從13-t1到246-t2的位置)；4.依次從該掃描線數(shù)據(jù)s1(n)中取一小段尺度為T(1)即數(shù)據(jù)個數(shù)為U的數(shù)據(jù)d2、d3、…、dN，每段數(shù)據(jù)的序號依次錯開94個采樣數(shù)據(jù)(V＝round(0.4×T(1)×U0))，直到再錯開94個采樣數(shù)據(jù)將超出s1(n)的范圍，按步驟2、3相同的方法依次得到各段數(shù)據(jù)對應(yīng)的位移t2、t3、…、tN，其中N為小段數(shù)據(jù)的總數(shù)，N＝17；則位移序列t1、t2、…、tN為第一條掃描線數(shù)據(jù)s1(n)對應(yīng)的組織的位移估計；5.利用與步驟1-4相同的方法，依次得到第2、3、…、151條掃描線數(shù)據(jù)對應(yīng)的組織的位移估計；采用的尺度從探頭中央部位對應(yīng)的第76條掃描線數(shù)據(jù)的1mm增大到探頭兩邊緣部位對應(yīng)的第1條和第151條掃描線數(shù)據(jù)的9mm。
本實施例采用的尺度變化選擇簡單的線性變化方式，如圖3描述，探頭中央部位的第76條掃描線(31)的數(shù)據(jù)對應(yīng)的尺度為1mm，探頭兩邊緣部位的第1條和第151條掃描線(32、33)的數(shù)據(jù)對應(yīng)的尺度為9mm；從探頭中央部位逐漸到探頭各邊緣部位過渡的掃描線(34、35)，相應(yīng)的尺度從1mm線性地增大到9mm。該線性的尺度變化方式表示如下 其中，1≤k≤76時的尺度變化對應(yīng)圖3中的34，76＜k≤151時的尺度變化對應(yīng)圖3中的35，34和35都是直線。
圖4和圖5是本實施例中采用的另外兩種尺度變化方式。
圖4描述的尺度變化方式表示如下 其中，1≤k≤76時的尺度變化對應(yīng)圖4中的41，76＜k≤151時的尺度變化對應(yīng)圖4中的42，41和42都是二次多項式曲線(拋物線)。
圖5描述的尺度變化方式表示如下 其中，1≤k≤76時的尺度變化對應(yīng)圖5中的51，76＜k≤151時的尺度變化對應(yīng)圖5中的52，51和52都是三次多項式曲線。
尺度變化的方式并不限于圖3-5的三種，還可為其他滿足發(fā)明特征的變化方式。
如果組織壓縮量增大，則探頭兩邊緣部位的組織橫向位移增大，需要提高最大尺度的大??；而探頭中央部位的橫向位移影響較小，所以最小尺度可以不變。例如，如果組織壓縮量為2.0％，即壓縮量增大一倍則最大尺度可以簡單地增大一倍，為18mm；而最小尺度仍為1mm。
探頭的寬度增大，則探頭兩邊緣部位與探頭中央部位的距離增大，也就是探頭兩邊緣部位的掃描線位置增大，因此，探頭兩邊緣部位的組織橫向位移也變大，也需要提高最大尺度的大?。幌嗤恢玫膾呙杈€對應(yīng)的組織橫向位移不變，對應(yīng)的尺度不變，因此最小尺度也不變。例如，如果探頭的寬度變?yōu)?20mm(對應(yīng)的組織寬度也變?yōu)?20mm)，則最大尺度和最小尺度可分別設(shè)為18mm和1mm。
本實施例與一般方法的位移估計效果比較如下圖6、圖7和圖8分別表示尺度分別為1mm、3mm和9mm的一般方法估計得到應(yīng)變分布，圖9為本實施例的變尺度的位移估計得到的應(yīng)變分布。圖6-9中，橫向和縱向分別表示超聲探頭的橫向位置(即掃描線位置)和縱向位置(即組織深度)，灰度表示估計出來的應(yīng)變大小，灰度值越大(即顏色越亮或越白)，表示應(yīng)變越大，灰度值越小(即顏色越暗或越黑)，表示應(yīng)變越小，61、71、81和91分別為圖6、圖7、圖8和圖9的灰度值與應(yīng)變大小的對照關(guān)系。
比較圖6-8與圖2可見，由于探頭兩邊緣部位組織的橫向位移較大，因此，一般的方法在探頭兩邊緣部位(62、63、72、73、82、83)誤差較大；比較圖7-9還可以看出，增大尺度能夠減小組織橫向位移對組織位移估計和應(yīng)變估計的影響，但是也降低了成像的分辨率；而從圖9中可以看出，在探頭的兩邊緣部位(92、93)，本實施例采用多尺度的方法可以減小組織橫向位移的影響，從而減小兩邊緣部位(92、93)誤差，而在探頭的中央部位(94)，橫向位移的影響小，采用多尺度的方法保證了足夠的縱向分辨率。
權(quán)利要求
1.一種變尺度的組織位移估計方法，包括以下步驟1)從組織壓縮前、后的二維射頻信號中分別取出第一條掃描線的數(shù)據(jù)，設(shè)為s1(n)和s2(n)，n表示該兩條掃描線上的數(shù)據(jù)序號，1≤n≤nmax；2)從該掃描描線數(shù)據(jù)s1(n)中取一小段尺度為T(1)的數(shù)據(jù)d1，其數(shù)據(jù)個數(shù)為U，U＝round(T(1)×U1)，其中，T的單位為mm，U1代表1mm的組織對應(yīng)的數(shù)據(jù)個數(shù)，round(·)代表四舍五入的取整操作，T(1)為尺度隨掃描線序號k變化的函數(shù)T(k)在k＝1時的取值，該數(shù)據(jù)d1的序號n1在1≤n1≤U的范圍內(nèi)選擇；在τ1到τ2確定的搜索范圍內(nèi)計算該小段數(shù)據(jù)與掃描線數(shù)據(jù)s2(n)的互相關(guān)函數(shù)R(τ)如下R(τ)=Σm=n1n1+U-1s1(m)s2(m-τ)Σm=n1n1+U-1s12(m)·Σm=n1n1+U-1s22(m-τ)(τ1≤τ≤τ2)]]>其中m為計算過程中表示數(shù)據(jù)序號的循環(huán)變量，τ1為0，τ2為對組織施加的壓縮量，以采樣數(shù)據(jù)的個數(shù)表示；3)確定該互相關(guān)函數(shù)R(τ)的最大值對應(yīng)的位置t1，t1就是數(shù)據(jù)d1在組織壓縮后的位移；4)依次從該掃描線數(shù)據(jù)s1(n)中取一小段尺度為T(1)即數(shù)據(jù)個數(shù)為U的數(shù)據(jù)d2、d3、…、dN，每段數(shù)據(jù)的序號依次錯開V個采樣數(shù)據(jù)，直到再錯開V個采樣數(shù)據(jù)將超出s1(n)的范圍，按步驟2、3相同的方法依次得到各段數(shù)據(jù)對應(yīng)的位移t2、t3、…、tN，其中N為小段數(shù)據(jù)的總數(shù)；則位移序列t1、t2、…、tN為第一條掃描線數(shù)據(jù)s1(n)對應(yīng)的組織的位移估計；5)利用與步驟1-4相同的方法，依次得到第2、3、…、M條掃描線數(shù)據(jù)對應(yīng)的組織的位移估計，其中M為表示探頭的掃描線總數(shù)；其特征在于，所述的第k條掃描線數(shù)據(jù)采用的尺度為T(k)，且如果M為奇數(shù)，T(k)滿足T(1)＝T(M)＝Tmax，T(M+12)=Tmin,]]>當1≤k≤(M+1)/2時，T(k)隨著k的增大而減小，當(M+1)/2≤k≤M時，T(k)隨著k的增大而增大；如果M為偶數(shù)，T(k)滿足T(1)＝T(M)＝Tmax，T(M/2)＝T(M/2+1)＝Tmin，當1≤k≤M/2時，T(k)隨著k的增大而減小，M/2+1≤k≤M時，T(k)隨著k的增大而增大；其中，Tmax和Tmin分別為變尺度方法的最大尺度和最小尺度。
2.如權(quán)利要求1所述的變尺度的組織位移估計方法，其特征在于，所述尺度隨掃描線序號k變化的方式T(k)，為簡單的線性變化方式如果M為奇數(shù)，則 如果M為偶數(shù)，則
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變尺度的生物組織位移估計方法，屬于超聲彈性成像技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的方法為第k條掃描線數(shù)據(jù)采用的尺度為T(k)；且如果M為奇數(shù)，T(k)滿足T(1)＝T(M)＝Tmax，
文檔編號A61B8/08GK1586410SQ20041007018
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者白凈, 羅建文, 丁楚雄 申請人:清華大學(xué)