[发明专利]基于LK光流法的HIFU损伤剪切波弹性特性估计方法

说明书

技术领域

本发明属于超声成像技术领域，特别涉及一种基于LK金字塔光流法跟踪剪切波估计高强度聚焦超声(HIFU)热损伤弹性特性的系统及方法。

背景技术

高强度聚焦超声(HIFU)治疗是最具有潜在应用前景的肿瘤治疗新方法之一，因其非侵入性、针对深部靶组织的精确治疗等优点，已在各种肿瘤治疗方面获得了临床运用。HIFU治疗将超声换能器发射的高能超声束聚焦于生物体目标靶区内，在超声聚焦焦点处产生60℃以上的瞬态高温,通过热效应作用几秒钟后破坏靶区组织而不损伤周围组织来达到治疗的目的。HIFU对肿瘤组织的病理改变以不可逆的凝固性坏死为主，在治疗过程中，靶区组织的硬度会随着治疗进程发生变化，其变化范围为初始硬度的4～12倍。为了达到较好的治疗效果、确定合适的治疗剂量，临床上需要对靶区组织的弹性特性进行实时监控并评价治疗效果。

超声弹性成像通过获取相关组织的弹性信息进行成像，提供了一种独特的成像观察方法。弹性成像主要分为静态/准静态法和动态法(即声辐射力剪切波弹性成像)。和静态/准静态法采用外部机械施压使组织发生形变，再通过超声回波技术或核磁共振技术检测该形变来获取组织的弹性参数不同，声辐射力剪切波弹性成像通过超声波聚焦到组织内部来对组织施加压力，声辐射力可深入组织内部进行局部施压而不受组织边界的影响，可实时定量地对目标区域的弹性特性进行评估。

现有的声辐射力成像技术是通过发射聚焦超声脉冲在被测生物组织靶区内诱导出剪切波，再通过高帧率的超声平面波对剪切波进行跟踪来获得剪切波的相关参数,如：中国发明专利申请CN201310404937.0，专利名称“声辐射力脉冲成像估算方法和系统”，采用了超声成像监测剪切波的方法；中国发明专利申请CN201310558087.X，专利名称“弹性模量测量方法和系统”，通过发射超声射频波束跟踪剪切波；中国发明专利申请CN201410091601.8，专利名称“使用自适应时间阶段的超声ARFI位移成像”，使用超声扫描跟踪在焦点区周围的位置处的组织随时间的位移；中国发明专利申请CN201410514340.6，专利名称“医学超声成像中的剪切波检测”，利用超声来检测剪切波。然而运用超声跟踪声辐射力剪切波存在一些问题：1.超声激励诱发的剪切波振动位移在微米数量级，其回波易受噪声及生物体自身运动的干扰；2.现有的超声设备信噪比较低，所测得的振动位移结果精度较低；3.超声影像设备的图像分辨率较低，难以保证弹性图像的分辨率和对比度；4.利用超声对剪切波进行跟踪的实时性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于LK光流法的HIFU损伤剪切波弹性特性估计系统及方法，以克服现有弹性成像方法中的不足；本发明方法具有良好的精确性和实时性，可定量监控治疗过程中损伤区域弹性特性的变化。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

基于LK光流法的HIFU损伤剪切波弹性特性估计方法，包括以下步骤：

1)采集被测介质损伤振动的N张连续高速摄影图像；

2)采用LK法对步骤1)采集的N张连续高速摄影图像进行处理，得到通过两标记点标记的感兴趣区域的各时刻位移，进而绘制位移曲线；

3)对步骤2)处理后获得的标记点位移曲线，运用TTP算法求得损伤图像中两标记点之间的平均剪切波波速；

4)通过步骤3)获得的平均剪切波波速，获得被测介质两标记点之间的区域的剪切弹性模量。

进一步的，步骤1)具体包括以下步骤：任意波形发生器输出的信号经过射频功率放大器放大后激励HIFU换能器，对LED光源照射下的水箱中的被测介质施加作用；高速摄影设备同时被任意波形发生器触发，实现高帧率的图像采集。

进一步的，采用LK法对步骤1)采集的N张连续高速摄影图像进行处理前，先对图像进行降采样，形成图像金字塔。

进一步的，采用LK法对步骤1)采集的N张连续高速摄影图像进行处理具体包括以下步骤：

步骤S1、确认高速摄影所得连续高速摄影图像的总帧数N；

步骤S2、读入第i帧图像数据；

步骤S3、读入第i+1帧图像数据；

步骤S4、通过LK法计算出i和i+1两帧图像之间的位移场P0(i)；

步骤S5、将位移场P0(i)和P0(i-1)矢量相加，取各像素点的标量位移矩阵，得到叠加位移场P1(i)；

步骤S6、将当前图像帧数i与图像总帧数N进行比较，若i<N，进行步骤S7；若i＝N，则进行步骤S8，取出感兴趣区域的各时刻位移，绘制位移曲线。