[发明专利]自由臂三维超声弹性成像中RF体数据的估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机辅助医学成像技术领域，特别涉及一种自由臂三维超声弹性成像中超声射频(RF)信号体数据的估计方法。

背景技术

医学超声诊断是现代医学影像的重要组成部分，在人身体的许多组织（比如心脏、肝脏、乳房、浅表组织等）的病理诊断中有很大的参考价值。人体软组织的质地变化通常与其病理过程有着密切关系，当组织发生病变时，组织的硬软程度或弹性大小等特征会发生明显改变。

生物组织的弹性信息对于疾病的诊断过程具有重要的参考价值。然而，包括X射线成像、超声成像(US)、磁共振成像(MRI)、计算机断层扫描(CT)等在内的传统医学成像模态获取的只是组织的密度与厚度等属性，都不能直接提供弹性这一组织的基本力学属性的信息。临床上，病变（比如癌症）组织在病变早期时密度与厚度等属性与正常的组织很相近，所以采用以上的成像模式都很难检测到早期的病变，而近年来快速发展的超声弹性成像技术（Elastography），通过获取有关组织弹性信息进行成像,能够及时地检测到早期病变，弥补了传统医学成像模态的不足,具有重要的临床应用价值和广阔的应用前景。

超声弹性成像其基本原理为对某一组织施加一个内部（包括自身的）或外部的、动态或静态/准静态的激励；在弹性力学、生物力学等物理条件下,组织将产生一个响应，例如位移、应变与速度的分布；利用数字信号处理和数字图像技术,估计出组织内部的位移、应变等参数,从而间接或直接反映其弹性模量等力学属性的差异。

二维超声图像可以很好地反应当前组织截面的情况，但是2D的超声检查也有一些不足之处，2D超声检查依赖于诊断者的经验知识来控制超声探头的移动，得到的图像也仅能反应当前截面的信息，待检查部位组织（比如病灶的立体几何形状）的三维形状只能依赖于诊断者的想象而不能直观的显示出来；2D超声检查难以将图像平面定位到器官中的具体位置，也难以获取器官特定截面的图像；2D超声成像中，计算距离及体积依赖于人体器官近似几何形状的公式，也依赖于2D图像的视角。从量化的角度以及方便后续研究的角度上看，2D超声是一种很差的成像模式，而3D成像模式具有三维直观显示，便于测量，能获取组织任意截面属性信息等优点，能够很好的克服2D成像模式的限制。

三维超声弹性成像获取的是组织的三维弹性模量信息。三维超声弹性成像过程主要包括RF体数据的获取，组织应变的计算，三维图像重建及三维图像的显示几个步骤。其中，RF体数据获取是至关重要的一步，压缩前后RF体数据的匹配性将直接决定着应变计算结果的正确与否。三维超声成像的数据获取方法可以分为两种：1、采用一维线阵探头获取2D序列图像，将2D图像序列重构成三维图像体数据；2、采用二维阵列探头直接获取三维图像体数据。其中采用一维线阵探头获取2D序列图像通常有自由臂(free-hand)扫描、机械驱动扫描两种扫描方式；当采用自由臂扫描时，需要将一种定位装置（声学定位，光学定位或者电磁定位装置等）固定到超声探头上，在采集每一帧图像时记录图像的空间位置信息。

对于自由臂扫描的三维超声弹性成像，在采集数据时，操作者需要手握探头贴紧组织皮肤表面以一定的速率移动一段距离采集压缩前的RF数据帧序列，然后再用探头对同一部位的组织施加并保持一定的压力再次以同样的速率移动一段距离采集压缩后的RF数据帧序列。在计算弹性图像时，根据两次采集的数据寻找压缩前和压缩后匹配的RF帧计算得到弹性图像，将多幅弹性图像进行三维重建并显示。上述方法的思想是将二维弹性图计算方法简单地扩展一个维度到三维，其前提是压缩前后采集RF数据帧序列时需保证探头垂直于组织表面同时探头移动速率及方向相同，但在实际操作中该方法有很大的局限性，这是因为：

1、探头移动过程中可能会发生倾斜或偏转；

2、压缩组织扫描时，难以保证探头施加的压力均匀，施压的方向沿轴向；

3、探头在前后两次移动中难以保证移动速率相同，移动方向相同。

在自由臂扫描中，上述三种情况属于常见问题，如果操作者没有很好的经验的话，压缩前、后采集的RF帧序列将会难以匹配，进而造成后续的组织时移估计及应变计算中出现较大的误差，最终得到三维弹性结果与实际相差甚远。因此，针对普通的没有过多经验的操作者，如何利用自由臂扫描方法在一般情况下采集到的RF帧序列，计算得到正确的组织三维弹性图像是一个急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种自由臂三维超声弹性成像中RF体数据的估计方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：