CN107753058B - 一种剪切波动态滤波方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种剪切波动态滤波方法，该方法中，将动态滤波技术应用于剪切波波速估计之中，通过对不同检测位置的“形变‑时间”曲线进行频谱分析，计算出该检测位置剪切波对位移贡献最大的频率范围，并根据此范围对“形变‑时间”曲线进行滤波，利用滤波后的“形变‑时间”结果进行剪切波波速估计。本发明改善了剪切波在组织传播中衰减大等因素对波速估计的影响，使得剪切波波速估计结果更加精确，提高了结果的有效性。

Description

一种剪切波动态滤波方法
技术领域
本发明涉及剪切波弹性成像领域，特别涉及一种剪切波动态滤波方法。
背景技术
剪切波是传播方向与介质质点的振动方向垂直的波，又称横波，S波。
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-Filght(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。
声辐射力冲击的剪切波在组织传播时衰减非常快，距离冲击源越远，位移估计结果的信噪比就越低。而且与振动弹性成像中机械振动产生的剪切波不一样，声辐射力聚焦冲击所产生的剪切波不是单一频率的剪切波，而是含有一定频宽的信号。这些因素都会直接影响到剪切波波速估计的准确性。
发明内容
为了使剪切波波速估值更加精确，本发明提出一种剪切波动态滤波方法。
本发明为实现其目的所采用的技术方案是：一种剪切波动态滤波方法，在生物组织弹性测量过程中，选取弹性观察区域，通过声辐射力冲击激发剪切波经过该区域传播，并利用超高帧频成像装置采集该区域回波信号进行位移估计运算，得到形变估计结果后；对位移估计结果进行如下步骤：
步骤1、确定待观察深度的位置，选取至少两个横向检测位置，根据形变估计结果矩阵作出所选位置对应的“形变-时间”曲线；
步骤1、对所选深度，各横向检测位置对应的“形变-时间”曲线进行傅里叶变换，得到对应的频谱曲线；
步骤3、分别对各横向检测位置的“形变-时间”频谱曲线进行频谱分析，确定各个对应检测位置的频谱曲线的截止频率范围；
步骤4、根据各检测位置对应截止频率生成滤波器系数；
步骤5、根据各位置对应滤波器对“形变-时间”曲线进行延时间方向进行滤波；
步骤6、搜索各检测位置滤波后的“形变-时间”曲线的峰值，并记录所对应的时间；
步骤7、根据各横向检测位置和波峰值对应时间点进行直线拟合得出“时间-距离”直线；
步骤8、求出“时间-距离”直线的斜率，得到剪切波速度值。
本发明中，将动态滤波技术应用于剪切波波速估计之中，通过对不同检测位置的“形变-时间”曲线进行频谱分析，计算出该检测位置剪切波对位移贡献最大的频率范围，并根据此范围对“形变-时间”曲线进行滤波，利用滤波后的“形变-时间”结果进行剪切波波速估计。本发明改善了剪切波在组织传播中衰减大等因素对波速估计的影响，使得剪切波波速估计结果更加精确，提高了结果的有效性。
进一步的，上述的剪切波动态滤波方法中：在生成滤波器系数时，滤波器系数生成方法选择FIR滤波器窗函数法。
下面结合具体实施例对本发明作较为详细的描述。
附图说明
图1是本发明实施例1流程图。
图2剪切波位移估计结果。
图3剪切波位移信噪比。
图4各位置“形变-时间”曲线。
图5拟合“时间-距离”直线。
图6弹性质量评估显示。
具体实施方式
本实施例中，在进行剪切波波速估计之前，先对不同检测位置的剪切波位移估计结果进行动态频谱分析，根据实际中心频率和频宽确定滤波器截止频率范围，这样能有效选出该检测位置对组织位移贡献最大的剪切波频率范围。根据此滤波器对剪切波位移估计结果进行滤波，并用滤波后的结果进行剪切波波速估计。经过动态滤波后的剪切波位移估计结果能够使波峰信息更加明显，提高了剪切波波速估计结果的准确性，具体流程如图1所示。
在生物组织弹性测量过程中，选取弹性观察区域，通过声辐射力冲击激发剪切波经过该区域传播，并利用超高帧频成像技术采集该区域回波信号进行位移估计运算得到形变估计结果后，对位移估计结果进行如下步骤：
步骤1：确定待观察深度的位置，选取两个或多个横向检测位置，根据形变估计结果矩阵作出所选位置对应的“形变-时间”曲线，如图2所示。图中显示了五个不同的横向检测位置的“形变-时间”曲线，虽然位置不同但波形基本相似，频率一致，只是波峰到来的时刻不同，另外，可以看出，声辐射力冲击是在50ms。
步骤2：对各横向检测位置对应的“形变-时间”曲线进行傅里叶变换，得到对应的频谱曲线。如附图3所示，该图展示了检测位置一的曲线频谱。
步骤3：分别对各横向检测位置的“形变-时间”频谱曲线进行频谱分析，确定各个对应检测位置的频谱曲线的截止频率范围，如附图4所示。截止频率方法可根据频谱幅值确定，可选择与频谱峰值相差30dB~50dB以上的位置作为截止频率范围。
步骤4：根据各检测位置对应截止频率生成滤波器系数。滤波器系数生成方法可选择例如FIR滤波器窗函数法。
步骤5：根据各位置对应滤波器对“形变-时间”曲线进行延时间方向进行滤波。
步骤6：搜索各检测位置滤波后的“形变-时间”曲线的峰值，并记录所对应的时间，如图5所示，是位置1的曲线经过滤波后的曲线，与图2中相应的曲线相比较基本形状没有变化，说明所携带的信息没有丢失。
步骤7：根据各横向检测位置和波峰值对应时间点进行直线拟合得出“时间-距离”直线，如图6所示。
步骤8：求出“时间-距离”直线的斜率，得到剪切波速度值。

Claims (2)

1.一种剪切波动态滤波方法，其特征在于：在生物组织弹性测量过程中，选取弹性观察区域，通过声辐射力冲击激发剪切波经过该区域传播，并利用超高帧频成像装置采集该区域回波信号进行位移估计运算，得到形变估计结果后；对位移估计结果进行如下步骤：
步骤1、确定待观察深度的位置，选取至少两个横向检测位置，根据形变估计结果矩阵作出所选位置对应的“形变-时间”曲线；
步骤2、对所选深度，各横向检测位置对应的“形变-时间”曲线进行傅里叶变换，得到对应的频谱曲线；
步骤3、分别对各横向检测位置的“形变-时间”频谱曲线进行频谱分析，确定各个对应检测位置的频谱曲线的截止频率范围；该步骤中，选择与频谱峰值相差30dB~50dB以上的位置作为截止频率范围；
步骤4、根据各检测位置对应截止频率生成滤波器系数；
步骤5、根据各位置对应滤波器对“形变-时间”曲线进行延时间方向进行滤波；
步骤6、搜索各检测位置滤波后的“形变-时间”曲线的峰值，并记录所对应的时间；
步骤7、根据各横向检测位置和波峰值对应时间点进行直线拟合得出“时间-距离”直线；
步骤8、求出“时间-距离”直线的斜率，得到剪切波速度值。
2.根据权利要求1所述的剪切波动态滤波方法，其特征在于：在生成滤波器系数时，滤波器系数生成方法选择FIR滤波器窗函数法。
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