超声声辐射力弹性成像中基于拉东变换的剪切波速度估计方法的改进研究

能够无创定量测量人体组织弹性模量的声辐射力脉冲超声弹性成像方法,已经逐渐成为进行肝硬化分期和乳腺癌良恶性判别等临床诊断的重要工具。但是,在临床实践中也发现,弹性模量测量的稳定性会受到测量深度和组织各向异性等多种因素的影响。因此,如何通过算法的改进提高声辐射力脉冲超声弹性成像测量结果的可靠性,一直是该领域所关注的重要课题之一。文章对现有的基于拉东变换的剪切波速度估计算法进行了多种方式的改进,并利用自主研发的声辐射力定量超声弹性成像系统所采集的超声射频数据,对几种方法得出的剪切波速度测量结果进行了比较。这些改进算法可以被分为两类：(I)在以“时间-侧向位置”为坐标的位移矩阵上进行拉东变换;(II)在以“时间-深度”为坐标的位移矩阵上进拉东变换。第一类算法试图找到在某一个特定深度上剪切波侧向传播的最佳拟合轨迹,而第二类算法则试图直接找到在整个测量深度范围内,剪切波波前通过每个侧向位置的准确时间点。文章在标准弹性仿体和离体猪肉组织样本上进行了测量实验,比较了在不同深度位置上重复测量结果的可靠性,以及这些算法的耗时情况。实验结果将有助于我们找到一种兼顾测量稳定性和计算速度的新型剪切波速度估计算法,并将其应用到声辐射力脉冲超声弹性成像中,提高其测量结果的可靠性和在临床应用中的价值。     

基于瞬时弹性成像的粘弹性测量自适应误差补偿

传统方法,基于超声瞬时弹性成像,利用粘弹性逆问题建模分析的方法,可以简单的求解生物软组织的粘弹性系数。但是由于一些因素导致这种测量方法存在测量误差。其中激励源半径和近场效应是导致瞬时弹性成像对剪切波速度高估的主要原因,而衍射效应则是导致对剪切波衰减高估的因素。本文通过对组织进行建模分析,设计出相关自适应误差校正方法来减少剪切波速度和位移衰减的测量误差。实验结果和理论结果相符合,验证了该方法的正确性,为粘弹性精确测量提供一条有效的方法。     

声辐射力所致粘弹性组织应变的多物理场 有限元分析研究

目前已经有多种超声弹性成像方法在临床上得到了广泛应用,然而通常情况下,这些方法均是基于组织为纯弹 性的假设,因此忽略了组织粘性对测量结果的影响。本文利用有限元分析的方法,分别用粘弹性力学的理论计算得到软 组织位移形变分布以及声回波分布等。这对于超声粘弹性成像的理论分析具有重要的辅助作用,可以研究模型组织在不 同粘弹性参数和不同频率的声压刺激下对粘弹成像的影响。有限元分析的结果表明,在进行弹性成像研究时不能忽略组 织粘性的影响。     

基于超声平面波的功率多普勒成像方法研究

基于平面波的超声成像方法可实现超快速的帧频,有利于检测人体组织中快速变化的信号,已成为超声领域研究的热点之一。采用多角度平面波相干复合的方法可有效抑制旁瓣,改善单一平面波的成像质量,权衡帧频和信噪比,可将其应用于血流的功率多普勒成像中。实验证明发射十个以上不同角度的平面波进行相干复合波束形成,B超图像对比度约为40 d B,且帧频可达1000 Hz。利用该方法在低速血流模型中进行实验,可以有效滤除组织信号,提取血流信号,信号强度表征血容量等血液动力学参数,说明基于平面波的功率多普勒方法对低速血流的检测具有较高的敏感性。在此基础上,深入探讨了复合图像采样帧数、时间分辨率和多普勒信息的关系。选取不同数量的复合图像计算血流功率多普勒信号,其帧频大于传统功率多普勒成像方法,可达百赫兹。复合图像帧数增多,帧频和时间分辨率降低,多普勒信息增强;反之亦然。高时间分辨率有利于快速血流检测,而提高灵敏度有利于微细低速血流检测。因此,基于平面波的功率多普勒成像技术有可能为心血管疾病和脑部血流检测开辟一条新思路。     

基于CUDA的声辐射力弹性成像算法研究

声辐射力弹性成像是一种新的测量组织硬度的超声成像方法。不同于其他超声组织弹性成像方法,声辐射力弹性成像能够定量测量组织的弹性模量数值,并且具有对操作者经验依赖性低的特点。然而,由于成像算法数据处理量大,运算时间长,声辐射力弹性成像还无法进行准实时的二维成像。为了获得实时的二维声辐射力弹性图像,提出并实现了一种适合于在GPU上并行计算的声辐射力弹性成像算法。通过与运行在CPU上的原始声辐射力弹性成像算法进行对比,证明在GPU上实现的算法大幅度地提高了运算速度。在自制弹性仿体上,比较了基于GPU和CPU两种算法所成的二维弹性分布图像的质量,结果证明两者的图像质量没有明显差异。     

基于内窥超声环阵换能器的快速成像方法研究

随着超声快速成像技术的发展,诞生了一系列新型超声成像模态,大大提高了病变诊断的准 确性和特异性。但这些新技术都需要较高的成像帧率来实现对组织瞬时变化的精确追踪。然而目前已 有的几种快速成像算法都是基于线阵、凸阵以及平面阵的,还没有完全应用到内窥环阵换能器上,导 致这些新技术还无法很好地应用到内窥成像中。为此,该文研究了 3 种基于内窥超声环阵换能器的快 速成像方法,并进行了图像重建的理论推导以及仿真实验验证。结果表明,3 种快速成像算法都可以 将成像帧率提高到 1 kHz 以上,同时将横向分辨率限制在 2 mm 以内。