[发明专利]一种剪切波波速计算方法及弹性成像设备

说明书

本发明主要提出一种剪切波波速计算方法及弹性成像设备，该方法先通过对不同检测位置的“形变‑时间”曲线进行频谱分析，根据有效频率范围对“形变‑时间”曲线进行滤波、插值。利用特定窗函数与插值后的“形变‑时间”曲线相乘增加互相关匹配运算的精度。最后对不同检测位置的“形变‑时间”曲线进行互相关匹配运算；根据检测位置距离和偏移大小计算出剪切波速度。该弹性成像设备中具有这样的计算剪切波波速的模块。这种方法通过对检测位置的“形变‑时间”曲线进行预处理，增加“形变‑时间”曲线的信噪比，然后利用互相关匹配方法寻找不同检测位置的“形变‑时间”最大偏移位置，从而计算出剪切波速度值。

技术领域

本发明涉及实时剪切波弹性成像领域，特别涉及一种剪切波波速计算方法及弹性成像设备。

背景技术

实时剪切波弹性成像(shear wave elastography，SWE)，剪切波是横波，在生物体内传播速度为1～10m/s。SWE是通过发射声辐射冲击组织施加激励，利用“马赫锥(MachCone)原理，可在组织中产生足够强度的剪切波；通过达20 000帧/s的超高速成像系统捕获、追踪剪切波，使所测剪切波速度的精确度达到1mm/s，以彩色编码技术实时显示出组织弹性图。

剪切波弹性成像技术可实现生物组织实时硬度定量检测，为临床判断组织病变情况提供依据。它的基本原理如下：声辐射力聚焦冲击能在组织内部产生剪切波，由于剪切波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。

剪切波在组织传播过程中会引起组织的位移形变，利用超快帧频成像技术观察和检测目标区域的位移形变，通过位移形变重建出观察位置的剪切波震动曲线。传统的剪切波波速估计方法为Time-of-Flight(TOF)方法，即对观察位置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。

TOF方法原理易懂，实现也简单，是常用的剪切波波速估计方法。但TOF方法对剪切波波形重建信噪比要求比较高，即重建出来的剪切波波形越光滑，波峰越明显，结果准确性越高，如一些弹性仿体中有较好结果。而在人体中，由于组织结构复杂，剪切波重建波形信噪比会比较低，波峰的搜索很容易被误判。

发明内容

本发明针对目前TOF方法估计剪切波波速对剪切波波形重建信噪比要求比较高，而组织结构复杂，剪切波重建波形信噪比会比较低，波峰的搜索很容易被误判的不足，提供一种剪切波波速计算方法及弹性成像设备。

本发明的技术方案是：一种剪切波波速计算方法，包括以下步骤：

步骤1、确定待观察深度位置的步骤；该步骤中选取两个横向检测位置，根据形变估计结果矩阵作出所选的横向检测位置对应的“形变-时间”曲线；

步骤2、确定有效频率范围；设计低通滤波器的步骤；该步骤中对各横向检测位置对应得“形变-时间”的曲线进行FFT频谱分析，选取有效频率范围，并设计FIR低通滤波器系数；

步骤3、滤波的步骤；该步骤中使用步骤2中设计的低通滤波器对各个检测位置的“形变-时间”曲线进行低通滤波；

步骤4、插值的步骤；对滤波后的“形变-时间”曲线进行样条插值；

步骤5、对插值后的“形变-时间”曲线加窗的步骤；该步骤中，选取窗函数类型、参数，根据“形变-时间”曲线长度设计窗函数系数，并与“形变-时间”曲线相乘；

步骤6、相关匹配运算步骤；该步骤中，对各位置加窗后的“形变-时间”曲线进行互相关匹配运算；