[发明专利]基于动态孔径控制的超声剪切波弹性成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声弹性成像技术领域，具体涉及一种基于动态孔径控制的超声剪切波弹性成像方法。

背景技术

超声弹性成像是一种以检测生物组织弹性信息为目的的新兴技术，其成像原理是，利用聚焦超声产生的声辐射力(acousticradiationforce,ARF)激励生物组织，根据声辐射力施加前后该组织的形变差求解弹性系数，进而弹性成像。根据声辐射力的施加方式，超声弹性成像可分为三类：准静态法，例如诊断超声中的声流法(AcousticStreaminginDiagnosticUltrasound,ASIDU)；瞬态法，例如声辐射力脉冲成像(AcousticRadiationForceImpulseImaging,ARFII)、剪切波弹性成像(ShearWaveElasticityImaging,SWEI)、超声剪切成像(SupersonicShearImaging,SSI)；谐波法，例如振动声成像(Vibro-Acoustography)、简谐运动成像(HarmonicMotionImaging,HMI)。

其中，剪切波弹性成像通过检测由声辐射力激励生物组织产生的剪切波的传播速度，反演出剪切模量，再据此弹性成像。由于只需要聚焦超声单点激励，所以成像过程受外部及生物组织内部环境影响较小，且安全可靠，收到广大临床医护和科研人员的高度重视，近些年来，无论在理论研究和临床应用都取得了众多突破，成为当前超声弹性成像技术中的一个研究热点。超声剪切波弹性成像的核心步骤是测出聚焦声辐射力诱发的剪切波的传播速度，而固定孔径下，当聚焦深度较浅时，聚焦超声产生的声辐射力场会在焦点两侧产生栅瓣，引起位移场在焦点两侧产生伪位移场，从而导致标记质点位移-时间曲线出现畸变，且聚焦深度越浅，畸变程度越大，这样大大降低了剪切波传播速度测量精度。

发明内容

本申请通过提供一种基于动态孔径控制的超声剪切波弹性成像方法，对不同的测量深度，动态控制孔径大小，以获得良好的位移-时间曲线，以解决现有技术中浅聚焦深度时剪切波传播速度不准确的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：

一种基于动态孔径控制的超声剪切波弹性成像方法，包括以下步骤：

S1：在不同的聚集深度z下，通过调整超声换能器的孔径宽度D来控制声辐射力场的形状，以消除声辐射力栅瓣，即：聚集深度z变大，超声换能器的孔径宽度D调大，聚集深度z变小，超声换能器的孔径宽度D调小；

S2：根据超声换能器在孔径宽度D时的有效声压P_e计算声辐射力F；

S3：由声辐射力矢量与三维波动方程的格林函数卷积求得该声辐射力引起质点振动的位移场；

S4：针对每个聚焦深度，利用峰值时间法求解剪切力波的传播速度C_T；

S5：按照计算剪切模量μ，其中ρ为被测生物组织密度，C_T为步骤S4所得的剪切力波的传播速度；

S6：根据杨氏模量E、剪切模块μ与泊松比ν三者关系式：重构生物组织的弹性模量并实现不同深度的弹性成像，其中λ为Lame常数。

进一步地，孔径宽度D随焦距f的改变而变化，且满足式中，λ₀为载波波长；超声换能器的孔径宽度D＝N_elements·d＝(N_elements-1)(width+kerf)，式中，N_elements为活跃物理阵元数，d为相邻两阵元的中心间距，width为阵元宽度，kerf为阵元间隙；通过调整活跃物理阵元数N_elements的数目实现超声换能器的孔径宽度D的调节，对不同焦距f下的活跃物理阵元数N_elements按照进行动态调整，N_elements取整数，且当阵元总数为偶数时，活跃物理阵元数N_elements取偶数，当阵元总数为奇数时，活跃物理阵元数N_elements取奇数。

动态孔径控制即针对不同的聚焦深度，开启相应的活跃物理阵元数目，当聚焦深度较浅时，只开启少数的中心阵元，边缘的其他阵元则处于静默状态，此时的孔径宽度D较小，随着聚焦深度的逐渐增加，相应的边缘阵元也随之开启，增大了孔径宽度D，从而控制声辐射力场的形状，有效消除栅瓣现象和位移场中的伪位移，使得得到的聚焦中心侧向标记点的位移-时间曲线更符合对剪切波传播速度测量的要求。