[发明专利]一种测量组织力学特性参数的方法及设备

说明书

本发明公开了一种测量组织力学特性参数的方法及设备。通过连续多次进行数据采集步骤，包括：控制超声探头向目标组织发射超声波，接收超声波的回波从而得到第一回波数据；控制超声探头对目标组织的感兴趣区域发射聚焦声束，产生应变波的传播；发射聚焦声束后的一段静息时间内，超声探头不对目标组织发射和/或接收超声波信号；静息时间结束后，控制超声探头再次向目标组织的感兴趣区域发射超声波，接收超声波的回波从而得到第二回波数据。基于多组第一回波数据和第二回波数据计算目标组织的力学特性参数。通过本发明提供的方法和设备，测量时间分辨率可达到原有技术单次激励检测方法的数倍，实现对硬度较大的生物软组织应变波波速的准确检测。

技术领域

本发明涉及组织检测方法及系统，具体涉及一种测量组织力学特性参数的方法及设备。

背景技术

医学超声成像由于其具有实时、无辐射、价格低等优点，已经成为主流的医学成像手段之一，其中，以测量各种材料弹性等力学特性为主的超声弹性成像技术已经成为超声技术中一条庞大的分支。应变波(也称为弹性波)是一种只能在固体介质中传播、在传播过程中质点的振动方向和传播方向相互垂直的波型。因为传播介质的不同，当组织受到激励后将产生不同类型的应变波。在乳房，肝脏等纯弹性无限大的组织传播时，产生的应变波称为剪切波；应变波在薄板状的介质中传播时(例如血管壁、角膜、膀胱等)，受到介质边界内反射的强烈影响，从而形成导波。弹性波在无限长薄板中的传播模式被命名为兰姆波。兰姆波已经被广泛地应用于导波在圆柱壳内传播的研究中。沿半无限弹性介质自由表面传播的应变波被称为瑞利波，它是横波和纵波叠加的效果，只能在固体表面传播。应变波(包括剪切波，兰姆波和瑞利波等)在组织中的传播特性与组织的密度，几何尺寸和力学特性有关。假设组织的密度已知，几何尺寸可测量，则可获得应变波传播特性和组织力学参数之间的解析表达式。基于应变波的超声弹性成像技术的基本原理，是通过超声系统发射声辐射力激励组织产生应变波，并通过超声技术记录组织的振动，进而测量应变波的传播特性。根据测得的应变波群速度，相速度，或者衰减系数，求解逆问题估计组织的力学参数(如弹性模量，粘性系数等)，定量评估组织的各种力学特性。

超声剪切波弹性成像中跟踪组织振动过程，是计算应变波必不可少的一步。大多数技术采用超声探头聚焦产生声辐射力作用于组织，使其产生振动并传播。紧接着，控制同一个超声探头发射高帧率的平面波并获取回波信号。从接收到的回波信号中进行解调，得到振动源周围一系列点的振动位移曲线，由此计算应变波的传播特性参数。在这个过程中，得到的振动位移曲线的时间分辨率取决于平面波发射的帧频。如平面波发射的帧频为nfps，则振动位移曲线的采样频率为n Hz，时间分辨率为1/n秒。

平面波超声成像伴随着超高速超声成像技术的研究而随之出现，相对于传统的超声多普勒成像系统，平面波血流成像技术无需聚焦，进行一次平行发射就可得到整幅图像，大大提高了图像的帧率。发展至今，平面波成像技术主要有单角度和多角度复合成像两种方式。

单角度平面波发射成像是指声束垂直于换能器表面一次性发射并实现一次性回波接收，接收的信号被称为射频(Radio Frequency,RFl)信号，回波信号的接收与发射方向相反，即从组织反射到阵元表面，使阵元振动并产生电信号，模拟信号通过模拟一数字转化模块转换为数字信号被超声系统接收和存储，经过对回波数据进行延迟叠加、相应的解调、包络提取等操作，重建组织图像。多角度平面波复合成像算法通过改变换能器发射角度，从多个角度获得同一成像目标的多幅超声成像图，并将多幅图像叠加得到复合图像。平面波多角度复合成像可改善成像质量，但是降低了成像的帧频，适用于对帧频要求不高的应用场合。