一种基于超声衰减的成像方法、装置及系统

本说明书涉及超声成像，尤其是涉及一种基于超声衰减的成像方法、装置及系统。

背景技术：

1、超声剪切波弹性成像是一种非侵入性的超声成像方法，其通过评估组织的软硬程度实现生物软组织力学特性的定量评估，在肝脏、乳腺、甲状腺、骨骼肌、肾脏等多种器官的评估中显示出良好的临床应用前景，通过在目标点施加聚焦的声辐射力诱导产生沿横向传播的剪切波，应用超快平面波跟踪剪切波运动，从而测量组织或器官的剪切波速度和弹性模量，实现人体组织器官的力学表征。但是现有弹性成像仪器基于组织是各向同性、均匀、线弹性且无限大的假设实现成像，忽略了组织黏性对成像的影响，实际上人体组织极其复杂，黏弹性的频散效应将导致超声波的传播过程中发生幅度衰减与相位畸变，同时黏度是反映组织健康状态的另一个至关重要的指标，仅关注弹性模量判断组织的软硬度，忽略组织黏度，往往会错失关于组织状态的重要信息，使成像结果存在精度低的问题。

2、现有的相关黏弹性成像的表征方法仍存在一些问题，诸如：实际成像中通常存在随机噪声，原始数据处理的方法不够完善，导致表征结果的相对误差较大，对同一部位的反复测量结果也存在较大的差异，表征结果不够稳定，不同组织器官的力学性质差异较大，而各种表征方法具有特定的本构关系，适用部位有限，因此亟需一种基于超声衰减的成像方法，以提高黏性拟合的准确性，并适用于更多部位，实现目标区域的二维、三维黏弹性超声精确成像。

技术实现思路

1、鉴于目前弹性成像仪器基于组织是各向同性、均匀、线弹性且无限大的假设实现成像，忽略了组织黏性对成像的影响，实际上人体组织极其复杂，黏弹性的频散效应将导致超声波的传播过程中发生幅度衰减与相位畸变，同时黏度是反映组织健康状态的另一个至关重要的指标，仅关注弹性模量判断组织的软硬度，忽略组织黏度，往往会错失关于组织状态的重要信息，使成像结果存在精度低的问题，提出了本方案以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

2、一方面，本说明书的一些实施例的目的在于提供一种基于超声衰减的成像方法，所述方法包括：

3、获取目标结构的阵列超声采集数据；

4、对所述阵列超声采集数据进行频率-波数域转换，得到频谱转换结果；

5、利用预设的目标函数，计算所述频谱转换结果与预先构建的合成数据集中的频谱特征数据之间的相关程度，得到目标函数输出值；

6、根据所述目标函数输出值中的极小值反演得到黏弹性衰减参数；

7、利用所述黏弹性衰减参数实现超声黏弹性成像。

8、进一步地，所述目标结构至少包括组织和器官中的一种或多种。

9、进一步地，对所述阵列超声采集数据进行频率-波数域转换，得到频谱转换结果，包括：

10、对所述阵列超声采集数据中的成对复合帧进行复互相关，得到位移-幅度数据；

11、基于所述位移-幅度数据进行时间维度求导，得到超声波速度数据；

12、选取目标区域对应的超声波速度数据，并根据所述目标区域的空间位置信息得到时空数据；

13、利用离散的二维快速傅里叶变换，将所述时空数据由时间-空间域转换至频率-波数域，得到频谱转换结果。

14、进一步地，所述合成数据集通过如下方式构建得到：

15、建立广义流变力学模型；

16、基于不同实际结构，对所述广义流变力学模型进行参数拟合，得到黏弹性拟合模型；

17、对所述黏弹性拟合模型依次进行三维黏弹性波场模拟和剪切波传播模拟，并通过频散扫描得到模拟频谱数据，以根据所述模拟频谱数据构建所述合成数据集。

18、进一步地，所述广义流变力学模型由标准线性体子模型及一个或多个麦克斯韦子模型相互并联组成。

19、进一步地，所述广义流变力学模型的复黏弹模量根据所述广义流变力学模型中标准线性固体的数量、应变弛豫时间和应力弛豫时间得到；所述广义流变力学模型的品质因子根据所述复黏弹模量的实部与虚部之比得到。

20、进一步地，根据所述目标函数输出值中的极小值反演得到黏弹性衰减参数，包括：

21、确定预设参考点的质心频率及频谱方差；

22、基于所述参考点的振幅谱及目标点的振幅谱，建立从所述参考点到目标点之间的衰减关系函数；

23、将所述参考点的质心频率及频谱方差输入至所述衰减关系函数，得到目标点的质心频率与目标点的黏弹性衰减参数之间的关系模型；

24、根据所述关系模型以及目标点与目标区域之间的相对位置信息建立网格化的黏弹性衰减稀疏参数模型；

25、利用正则化的曲线拟合算法对所述黏弹性衰减稀疏参数模型进行拟合，得到所述黏弹性衰减参数。

26、另一方面，本说明书的一些实施例还提供一种基于超声衰减的成像装置，所述装置包括：

27、接收模块，用于获取目标结构的阵列超声采集数据；

28、转换模块，用于对所述阵列超声采集数据进行频率-波数域转换，得到频谱转换结果；

29、计算模块，用于利用预设的目标函数，计算所述频谱转换结果与预先构建的合成数据集中的频谱特征数据之间的相关程度，得到目标函数输出值；

30、反演模块，用于根据所述目标函数输出值中的极小值反演得到黏弹性衰减参数；

31、成像模块，用于利用所述黏弹性衰减参数实现超声黏弹性成像。

32、另一方面，基于同一发明构思，本说明书的一些实施例还提供一种基于超声衰减的成像系统，所述系统包括：超声探头、超声成像主机设备及显示器；

33、所述超声成像主机设备分别与所述超声探头及显示器连接，用于根据所述超声探头生成的目标结构的阵列超声采集数据执行如前述任一实施例所述的方法，得到超声黏弹性成像结果；

34、所述显示器用于显示所述超声成像主机设备生成的超声黏弹性成像结果。

35、另一方面，本说明书的一些实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时，执行上述方法的指令。

36、另一方面，本说明书的一些实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被计算机设备的处理器运行时，执行上述方法的指令。

37、另一方面，本说明书的一些实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被计算机设备的处理器运行时，执行上述方法的指令。

38、本说明书的一些实施例提供的一个或者多个技术方案，至少具有如下的技术效果：

39、本说明书的实施例首先自动获取目标结构的阵列超声采集数据，并对阵列超声采集数据进行频率-波数域转换，得到频谱转换结果，之后利用预设目标函数计算频谱转换结果与预先构建的合成数据集中的频谱特征数据之间的相关程度，得到目标函数输出值，选取目标函数输出值中的极小值，该极小值用于反映与目标结构最贴近的真实结构，从而利用该极小值反演得到黏弹性衰减参数，以根据黏弹性衰减参数实现高精度的超声黏弹性成像。

40、上述说明仅是本说明书的一些实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本说明书的一些实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本说明书的一些实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本说明书的一些实施例的具体实施方式。