超声弹性成像中的位移和应变估计

摘要

超声弹性成像技术的基本思想是从超声信号中获取生物组织的硬度/弹性信息并进行成像。超声弹性成像技术在疾病监测和诊断等临床实践中具有广阔的应用前景。生物组织的运动/位移估计在超声弹性成像中扮演着举足轻重的角色，因此在超声弹性成像中，位移场估计算法显得尤为重要。一方面，位移场估计算法的计算效率将决定着其是否适用于实时系统以及临床应用；另一方面，为了更加准确地重建组织的弹性参数分布以及各个应变分量图，如何准确估计二维位移分布(尤其是侧向位移分量)也是超声弹性成像技术中的一大热点。
　　 论文在第一部分提出了基于先验估计值的相位差估计方法(PSPE，PhaseShift estimation based on Prior Estimates)，用以超声弹性成像中的纵向位移估计。PSPE方法将生物组织运动的连续性特点应用于解决传统相位域方法中相位错乱的问题，同时大大提高了算法计算效率，使得算法适用于实时超声成像系统。
　　 论文的第二部分提出了生物力学模型约束的H∞滤波框架用于估计生物组织的全局位移场。由于硬件条件的限制，准确估计侧向位移分量一直是超声弹性成像的一个难题。现有的二维位移估计算法所提供的侧向位移分量往往准确度有限且噪声较大。本文提出的滤波框架将现有所得的位移测量值在生物力学模型约束下经H∞滤波算法得到位移场的最优估计，在有效滤除系统内外部噪声的同时，恢复出高质量的全局位移场，用于应变计算和弹性参数的重建。