CN107833218B - 一种生物组织剪切波弹性图像质量评估显示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种生物组织剪切波弹性图像质量评估显示方法，该方法通过计算剪切波位移信噪比分布情况，确定弹性图像缺损情况，再结合弹性图像均匀度，综合判断本次弹性测量图像的质量和有效性，最后以彩色条直观表示本次弹性测量效果质量，为医生提供直观的测量可靠性量化指标。本发明通过综合考虑剪切波位移估计信噪比，结合最终弹性图像均匀度，最终给出本次弹性测量有效性的判断并通过质量系数和彩色进度条方式显示，而质量的优中差分别对应绿黄红三种颜色，与人类生活习惯对应，使用者能够通过进度条结果快速判断此次弹性测量结果的有效性。
Description
技术领域
本发明涉及剪切波弹性成像领域，特别涉及一种生物组织剪切波弹性 图像质量评估显示方法。
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。
剪切波由声辐射力冲击产生，冲击时间非常短，与静压弹性成像相比 大大降低了临床操作手法的难度；而冲击深度由超声聚焦深度决定，比静 压弹性成像使用范围更加广。但剪切波在复杂的人体组织中传播时，衰减 非常快；而且不同介质剪切波质量差异很大，所以弹性图像的质量与 ROI(Region Of Interest感兴趣区域，也称为AOI area-of-interest)大小和选取 位置密切相关。目前临床一般通过弹性图像的充盈程度或者质控图情况判 断弹性测量的有效性，但充盈程度的判断和质控图的好坏最终还是依赖于 医生赁经验主观判断，这种方式不能直观反映人体组织中传播剪切波时的 弹性图像，这样在诊断过程中可能会带来较大的误差。
发明内容
为了能够更直观的表示弹性图像的质量情况，本发明提出一种生物组 织剪切波弹性图像质量评估显示的方法。
本发明为实现其目的所采用的技术方案是：一种生物组织剪切波弹性 图像质量评估显示方法，包括以下步骤：
步骤1、对待测量弹性区域中感兴趣区域发射聚焦冲击声束；
步骤2、对待测量弹性区域中感兴趣区域发射采集检测声束；
步骤3、对同一采集位置多次采集回来的信号进行位移估计运算；
步骤4、对位移估计结果进行低通滤波；
步骤5、将滤波后的位移估计结果与滤波前位移估计结果相减得到位移 估计噪声结果；
步骤6、计算滤波后的位移估计结果的平方和与位移估计噪声的平方和 结果的比值，得到位移估计结果信噪比结果；
步骤7、搜索并记录位移估计结果信噪比小于预设阈值的位置；确定为 弹性缺损位置；
步骤8、计算缺损位置面积和待测量弹性区域总面积之比值，获得缺损 面积比值；
步骤9、对待测量弹性区域中感兴趣区域中进行剪切波波速估计；
步骤10、计算待测量弹性区域内所有剪切波波速值的标准差值与均值 之比值，得到待测量弹性区域均匀度；
步骤11、根据缺损面积比值和待测量弹性均匀度确定质量系数；
步骤12、根据质量系数量化显示到界面，显示方式为进度条模式。
本发明通过弹性图像质量评估显示功能，为医生快速判断测量结果的 有效性提供了直观的依据。
进一步的，上述的生物组织剪切波弹性图像质量评估显示方法中：所 述的步骤1中，聚焦冲击声束波形选择与传统B成像模式发射波形，聚焦 位置选择待测量弹性区域中感兴趣区域外的一个位置。
进一步的，上述的生物组织剪切波弹性图像质量评估显示方法中：所 述的步骤2中，采集检测声束位置选择待测量弹性区域中感兴趣区域内两 线或多线所在位置，线间隔1～3mm可选，每线重复采集次数50～200次可 选，每线数据采集深度范围选择与待测量弹性区域中感兴趣区域上下边界 深度范围一致。
进一步的，上述的生物组织剪切波弹性图像质量评估显示方法中：所 述的步骤3中，位移估计方法采用归一化互相关时延估计法；按照下式计 算得到被测区域内各点在深度方向上的位移uτ
式中：s为超声射频回波信号，R为互相关系数，τ为对应位移值的超 声回波时间延迟，c为超声传播速度。
进一步的，上述的生物组织剪切波弹性图像质量评估显示方法中：所 述步骤6中，按照下列公式得到位移估计结果信噪比结果：
式中：Vel_Filter为滤波后位移估计结果矩阵，Vel_Noise为位移估计噪 声矩阵，VelSNR是位移估计结果信噪比结果。
进一步的，上述的生物组织剪切波弹性图像质量评估显示方法中：所 述的步骤8中，计算缺损位置面积和弹性测量区域总面积之比值就是缺损 位置点数个数与待测量弹性区域中感兴趣区域总点数个数之比值；计算公 式如下：
式中：Num(Defect)为缺损位置点数个数，Num(ROI)为待测量弹性区域 中感兴趣区域总点数个数，Qs是比值。
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
本发明实施例通过计算剪切波位移信噪比分布情况，确定弹性图像缺 损情况，再结合弹性图像均匀度，综合判断本次弹性测量图像的质量和有 效性，最后以彩色条直观表示本次弹性测量效果质量，为医生提供直观的 测量可靠性量化指标。剪切波位移信噪比的计算可以反映本次测量中，剪 切波在组织介质中传播情况。一般在较为均匀的介质中传播时，剪切波位 移信噪比有较大值；但当剪切波经过组织介质复杂如血管，囊肿等组织时，剪切波位移信噪比比较差，此时波速估计结果有效性很低。而弹性图像均 匀度能反映组织硬度的部分变化情况，一般组织硬度变化存在一定的过渡 性。当弹性图像均匀度较差时，如很多局部小区域硬度变化或变化差异很 大时，可能是由于剪切波在复杂介质边界传播时产生***等情况导致，此 时弹性图像有效性低。综合考虑以上因素，结合这两个特征分析该次弹性 测量有效性。具体包括以下步骤：
步骤1：对待测量弹性感兴趣区域(ROI)区域发射聚焦冲击声束。 发射波形根据探头中心频率确定，可选中心频率3～5MHz，聚焦位置可选 ROI区域外的一个位置，例如：ROI左边界深度中点位置。冲击时长可选 例如：100us。
步骤2：待聚焦冲击声束发射完毕后，发射采集检测声束，此方式 与传统B成像模式一致，采集声束位置可选ROI内两线或多线所在位置， 线间隔可选1～3mm，每线重复采集次数可选50～200次。每线数据采集深度 范围可选与ROI上下边界深度范围一致。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4所示。图中显示了ROI区中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。具体聚 焦冲击声束和采集检测声束发射模式参考文献：IEEE Transactions on Ultrasonics,Ferroelectrics,and Frequency Control,vol.60,no.4,April 2013 《Acoustic Radiation Force Elasticity Imaging in DiagnosticUltrasound》。
步骤3：对同一采集位置多次采集回来的信号进行位移估计运算。发 射完采集声束后探头接收信号就是采集的过程，这是传统B成像原理，本 领域技术人员通过上面的技术可以自动完成。位移估计方法可选例如：归 一化互相关时延估计法。通过归一化互相关时延估计法计算得到被测区域 内各点在深度方向上的位移uτ(其中s为超声射频回波信号，R为互相关系 数，τ为对应位移值的超声回波时间延迟，c为超声传播速度)，结果如附图2：图中标记1指示处颜色浅的地方表示波峰。
步骤4：对位移估计结果进行低通滤波，滤波器可选如：FIR类型滤 波器，截止频率可选如：1000hz。
步骤5：将滤波后的位移估计结果与滤波前位移估计结果相减得到位 移估计噪声结果。
步骤6：计算滤波后的位移估计结果的平方和与位移估计噪声的平方 和结果的比值，得到位移估计结果信噪比结果。公式如下：(其中Vel_Filter 为滤波后位移估计结果矩阵，Vel_Noise为位移估计噪声矩阵)，结果如 附图3所示，图中2指示处颜色浅的地方表示信噪比小的地方。
步骤7：搜索并记录位移估计信噪比小于预设阈值的位置。确定为弹 性缺损位置。
步骤8：计算缺损位置面积和弹性测量区域总面积之比值(即缺损 位置点数个数与ROI总点数个数之比值)。计算公式可如下：
步骤9：剪切波波速估计，估计方法可选用剪切波波速估计经典方法 TOF(Time OfFlight)法。TOF原理是选取两个或多个不同检测线位置， 分别作出同一深度，不同检测线求取直线斜率即为剪切波波速估计结果， 如附图5所示。
步骤10：计算弹性区域内所有剪切波波速值的标准差值与均值之比值， 得到弹性区域均匀度，计算公式可如下:
其中Emean表示ROI区域剪切波波速值均值，xi为ROI区域中各位置剪切 波波速值，n为剪切波数量。
步骤11：根据缺损面积比值和弹性均匀度确定质量系数，两个参考指 标权重可设置为0.5，如最终质量系数计算方法可如下：
QE＝1-0.5QS-0.5QI
根据上述方式计算的质量系数，质量系数越大表示弹性图像质量越高， 可信度越大。反之代表弹性图像质量低，可信度小。权重值具体可根据不 同组织结构特点作出调整。
根据12：根据质量系数量化显示到界面，显示方式为进度条模式。例 如：
1)质量优：QE＝76～100,进度条充满程度76％～100％，显示颜 色绿色。
2)质量良：QE＝51～75,进度条充满程度51％～75％，显示颜 色橙色。
3)质量中：QE＝26～50,进度条充满程度26％～50％，显示颜色 黄色。
4)质量优：QE＝0～25,进度条充满程度0％～25％，显示颜色红 色。如附图6所示。
剪切波弹性成像的帧频一般比较低，而且测量的结果有效性存在不稳 定性，在临床应用中，需要靠医生对图像的情况作出主观判断来确定该次 测量的有效性，使得应用起来不方便，而且不同使用者之间也存在判断差 异。但通过本实施例中，弹性图像质量评估显示功能，为医生快速判断测 量结果的有效性提供了直观的依据。本发明通过综合考虑剪切波位移估计 信噪比，结合最终弹性图像均匀度，最终给出本次弹性测量有效性的判断并通过质量系数和彩色进度条方式显示，而质量的优中差分别对应绿黄红 三种颜色，与人类生活习惯对应，使用者能够通过进度条结果快速判断此 次弹性测量结果的有效性。
Claims (6)
1.一种生物组织剪切波弹性图像质量评估显示方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、对待测量弹性区域中感兴趣区域发射聚焦冲击声束；
步骤2、对待测量弹性区域中感兴趣区域发射采集检测声束；
步骤3、对同一采集位置多次采集回来的信号进行位移估计运算；
步骤4、对位移估计结果进行低通滤波；
步骤5、将滤波后的位移估计结果与滤波前位移估计结果相减得到位移估计噪声；
步骤6、计算滤波后的位移估计结果的平方和与位移估计噪声的平方和结果的比值，得到位移估计结果信噪比结果；
步骤7、搜索并记录位移估计结果信噪比小于预设阈值的位置；确定为弹性缺损位置；
步骤8、计算缺损位置面积和待测量弹性区域总面积之比值，获得缺损面积比值；
步骤9、对待测量弹性区域中感兴趣区域中进行剪切波波速估计；
步骤10、计算待测量弹性区域内所有剪切波波速值的标准差值与均值之比值，得到待测量弹性区域均匀度；
步骤11、根据缺损面积比值和待测量弹性均匀度确定质量系数；
步骤12、根据质量系数量化显示到界面，显示方式为进度条模式。
2.根据权利要求1所述的生物组织剪切波弹性图像质量评估显示方法，其特征在于：所述的步骤1中，聚焦冲击声束波形选择与传统B成像模式发射波形，聚焦位置选择待测量弹性区域中感兴趣区域外的一个位置。
3.根据权利要求1所述的生物组织剪切波弹性图像质量评估显示方法，其特征在于：所述的步骤2中，采集检测声束位置选择待测量弹性区域中感兴趣区域内两线或两线以上的多线所在位置，线间隔1～3mm可选，每线重复采集次数50～200次可选，每线数据采集深度范围选择与待测量弹性区域中感兴趣区域上下边界深度范围一致。
4.根据权利要求1所述的生物组织剪切波弹性图像质量评估显示方法，其特征在于：所述的步骤3中，位移估计方法采用归一化互相关时延估计法；按照下式计算得到被测区域内各点在深度方向上的位移uτ
式中：Sr和Sd为进行互相关超声射频回波信号，Rnc(τ)为互相关系数，τ为对应位移值的超声回波时间延迟，c为超声传播速度，T为进行互相关运算的信号的时间长度。
5.根据权利要求1所述的生物组织剪切波弹性图像质量评估显示方法，其特征在于：所述步骤6中，按照下列公式得到位移估计结果信噪比结果：
式中：Vel_Filter为滤波后位移估计结果矩阵，Vel_Noise为位移估计噪声矩阵，VelSNR是位移估计结果信噪比结果，[i，j]为噪声矩阵坐标。
6.根据权利要求1所述的生物组织剪切波弹性图像质量评估显示方法，其特征在于：所述的步骤8中，计算缺损位置面积和弹性测量区域总面积之比值就是缺损位置点数个数与待测量弹性区域中感兴趣区域总点数个数之比值；计算公式如下：
式中：Num(Defect)为缺损位置点数个数，Num(ROI)为待测量弹性区域中感兴趣区域总点数个数，Qs是比值。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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