[发明专利]基于超声回波射频信号的组织位移估算方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及超声成像处理领域，特别是涉及一种基于超声回波射频信号的组织位移估算方法和系统。

背景技术

声辐射力脉冲弹性成像（Acoustic Radiation Force Impulse Imaging，ARFI）是利用安全功率范围内的聚焦超声波束产生的声辐射力，使生物组织局部区域产生微小变形并形成沿侧向传播的剪切波，再利用超声回波跟踪技术对微小形变进行追踪并计算出剪切波的侧向传播速度，最后利用弹性重构算法由剪切波速度定量估算组织的弹性模量的一种超声弹性成像技术。该声辐射力脉冲弹性成像技术被应用于乳腺癌检测、动脉粥状斑块诊断、聚焦超声治疗安全监控等方面。

采用声辐射力脉冲弹性成像测量组织位移中，存在相邻的两帧超声射频回波信号之间的组织位移所引起的信号相对时间延迟，通常不可能正好被射频回波信号的数字采样周期整除，若直接使用时域互相关运算，只能得到对应于信号数字采样周期整数倍的时间延迟，而小于一个数字采样周期的时间延迟部分将被忽略，此时的组织位移计算结果将产生较大误差。为了解决误差较大的问题，（1）Cespedes等在1995年提出，进行信号的时域互相关后，找到互相关系数的极大值点的位置，对极大值点及其前后两点（共3个点）进行抛物线插值，再在插值范围内重新找到其极大值点的位置，这一位置偏离初始位置的大小，即为信号的相对时间延迟，然而该方法需要进行抛物线拟合和插值，计算量大且对低于一个采样间隔的位移估计精度不高；（2）由Cabot在1981年提出的，将所得的互相关系数的实数数字信号构造为复数的解析信号，采用在互相关系数的数字信号极大值附近的相位过零点，对应于精确的互相关系数连续信号的极大值点，通过精确极大值点的位置偏离初始位置的大小即可得到信号的精确相对时间延迟，然而该方法需要计算三次积和运算，计算量大；（3）基于Doppler（多普勒）速度估计的位移估计算法，需要将原始的超声射频回波信号进行IQ分解，即得到In-phase（复数包络信号的实部）和Quadrature phase（复数包络信号的虚部）两路信号，计算量大，复杂性高、计算效率低。

发明内容

基于此，有必要针对现有估算组织位移的计算效率低，复杂性高的问题，提供一种计算效率高且复杂性低的基于超声回波射频信号的组织位移估算方法。

此外，还有必要提供一种计算效率高且复杂性低的基于超声回波射频信号的组织位移估算系统。

一种基于超声回波射频信号的组织位移估算方法，包括以下步骤：

转换步骤，将整帧的超声回波射频信号转换为解析信号；

划分步骤，将整帧的解析信号根据预设窗口长度进行分段，得到分段窗口数据段；

积和步骤，对相邻的两帧信号，将对应分段窗口数据段进行一次无偏移的积和运算，得到目标复数；

相位计算步骤，计算所述目标复数的相位；

相对位移估算步骤，利用所述相位计算得到两帧信号间的相对位移。

在其中一个实施例中，在所述转换步骤之前，还包括：

分块步骤，将超声回波射频信号分成多个数据矩阵；

所述转换步骤包括：

将每个数据矩阵的整帧的超声回波射频信号转换为解析信号；

在所述相对位移估算步骤之后，还包括：

绝对位移估算步骤，将多个数据矩阵的相对位移分别进行时间方向上的累加，得到绝对位移。

在其中一个实施例中，所述转换步骤包括：

将整帧的超声回波射频信号采用傅里叶变换和逆变换得到解析信号。

在其中一个实施例中，所述转换步骤采用由图形处理器实现的第一内核函数进行处理，所述第一内核函数的block数为数据矩阵的行数，所述第一内核函数的thread数为数据矩阵的列数。

在其中一个实施例中，所述积和步骤、相位计算步骤和相对位移估算步骤采用由图形处理器实现的第二内核函数计算；所述第二内核函数的block数为数据矩阵的行数减1，每个block的thread数为分段窗口数，所述分段窗口数通过所述数据矩阵的列数与窗口宽度之差，除以步长，再加1得到。

一种基于超声回波射频信号的组织位移估算系统，包括：

转换模块，用于将整帧的超声回波射频信号转换为解析信号；

划分模块，用于将整帧的解析信号根据预设窗口长度进行分段，得到分段窗口数据段；

积和模块，用于对相邻的两帧信号，将对应分段窗口数据段进行一次无偏移的积和运算，得到目标复数；

相位计算模块，用于计算所述目标复数的相位；