一种瞬时弹性成像快速时移估计方法

摘要

本发明公开了一种瞬时弹性成像快速时移估计方法，该方法包括以下步骤：接收不同时刻的N个超声回波信号s

说明书

技术领域

本发明涉及快速时移估计方法，尤其涉及一种瞬时弹性成像的快速时移 估计方法。

背景技术

瞬时弹性成像是一种实用的间接测量组织弹性的方法，该方法的原理是 根据剪切波在组织里面的传播速度与组织剪切模量的理论关系，利用测得的 剪切波的传播速度来计算组织的弹性系数。其通常的做法是采用外振动器在 组织表面产生50-200Hz的低频脉冲振动，低频振动在组织中会产生剪切波， 在软组织里面剪切波的传播速度只有几到几十米每秒，而在组织成像里面通 常所用的超声信号是一种压缩波，其波速约为1540米每秒。因此可以用超 声波跟踪低频振动产生的剪切波在组织中的传播过程。通过对超声M模式 信号的分析，来确定低频振动产生的剪切波在组织中的传播速度，从而计算 组织的弹性系数。

在上述瞬时弹性成像方法中，需要从剪切波引起的组织应变图上得到剪 切波的传播速度，因此分析不同时刻的超声回波信号，来确定剪切波传播造 成的组织偏移是瞬时弹性成像信号处理过程中的关键步骤之一。对于每次低 频脉冲振动，发射接收N次超声波，根据这N次超声回波信号进行位移／ 应变估计的步骤为：1)确定一定的窗长度和重叠率；2)按照确定的窗长和重 叠率，确定每一对对应射频信号片段的时移，即相对位移；3)利用得到的位 移计算组织的应变分布。

在第二步中，确定对应射频信号片段的时移时，通常是以第一根射频信 号为基准，即确定射频信号片段与第一根射频信号上的对应信号片段间的时 移。有两种实现方式，一种是直接确定射频信号片段与第一根射频信号上的 对应信号片段间的时移；另一种是先确定相邻两根射频信号对应信号片段的 时移，再通过累加得到相对于第一根射频信号对应信号片段的时移。由于组 织的位移是连续的，所以第二种方式搜索时移的范围比较小，计算量小，但 是由于受信号采样频率的限制，会造成误差累积，影响精度。虽然可以通过 插值来解决这一问题，但是通过插值来提高采样频率会增加计算量。而第一 种方式没有误差累积问题，但是时移的搜索范围较第二种方式大，计算量也 随之增大。

发明内容

本发明的目的是，针对上述直接计算射频信号片段相对于第一根射频信 号的对应信号片段的时移计算量大的问题，提供一种用于瞬时弹性成像快速 时移估计方法，利用组织运动连续性，缩小搜索范围，降低计算量，避免误 差累积问题或插值带来的计算量增大问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种瞬时弹性成像快速时移估计方法， 该方法包括以下步骤：

接收不同时刻的N个超声回波信号s₁，…，s_N；根据预先设定的窗长和重 叠率，将所述N个超声回波信号s₁，…，s_N分为若干个信号片段，所述N个超 声回波信号s₁，…，s_N上相同深度的信号片段分别表示为s_1k，…，s_Nk，所述 s_nk=s_n(k：M1+k-1)，其中信号片段s_nk为超声回波信号s_n的第k至第 M1+k-1个采样点，n=1，…，N，M1为窗长；计算所述信号片段s_2k相对 所述超声回波信号s₁的时移d_2k，并以所述时移d_2k作为先验值计算所述信号 片段s_3k相对所述超声回波信号s₁的时移d_3k，以此类推，直到以d_(n-1)k作为 先验值计算所述信号片段s_nk和所述超声回波信号s₁的时移d_nk，其中 n=2，…，N。

进一步地，所述计算所述信号片段s_2k相对所述超声回波信号s₁的时移 d_2k步骤包括：

分别计算所述信号片段s_2k与所述超声回波信号s₁(k+i：M+k+i-1) 的绝对差和(Sum ofAbsolute Differences，简称SAD)值sad(i)，i=-L，…，L， 其中L是一个正整数，为时移估计的搜索范围，即

$\mathrm{sad}\left(i\right)=\underset{q=k}{\overset{M1+k-1}{\Sigma }}|s_2\left(q\right)-s_1(q+i)|,i,=-L,...,L.$

计算其中i=-L，…，L，即找出sad(i)的最小 值出现的位置d，所述信号片段s_2k相对s₁的时移d_2k=d。

进一步地，所述以d_(n-1)k作为先验值计算所述信号片段s_nk和所述超声 回波信号s₁的时移d_nk步骤包括：

分另计算s_nk与s₁(k+i：M+k+i-1)的SAD值sad(i)，i=d_(n-1)k- L，…，d_(n-1)k+L，即

$\mathrm{sad}\left(i\right)=\underset{q=k}{\overset{M1+k-1}{\Sigma }}|s_n\left(q\right)-s_1(q+i)|,i=d_{(n-1)k}-L,...,d_{(n-1)k}+L.$

计算其中i=d_(n-1)k-L，…，d_(n-1)k+L，即 找出sad(i)的最小值出现的位置d，所述信号片段s_nk相对s₁的时移d_nk=d。

本发明可以有效地缩小时移估计的范围，提高计算速度。另外，因为直 接估计了每次超声回波信号与第一次超声回波信号的时移，避免了误差累积。 无需对信号进行插值，避免了计算量的增加。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种瞬时弹性成像快速时移估计方法流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明实施例提供的一种瞬时弹性成像快速时移估计方法流程图。 如图1所示，本发明实施例将接收不同时刻的N个超声回波信号s₁，…，s_N， 根据预先设定的窗长和重叠率将N个超声回波信号s₁，…，s_N划分为若干信号 片段，设信号s₁，…，s_N上相同深度的信号片段分别表示为s_1k，…，s_Nk，长度 都为M1(即窗长为M1)，且s_nk=s_n(k：M1+k-1)，即信号片段s_nk为信 号s_n的第k至第M1+k-1个采样点，n=1，…，N。

本发明实施例首先计算信号片段s_2k相对超声回波信号s₁的时移d_2k，并 以时移d_2k作为先验值计算信号片段s_3k相对超声回波信号s₁的时移d_3k，以 此类推，直到以d_(n-1)k作为先验值计算所述信号片段s_nk和所述超声回波信 号s₁的时移d_nk，其中n=2，…，N。

优选地，本发明实施例采用绝对差和(Sum of Absolute Differences，简 称SAD)方法进行时移计算。

以下通过SAD方法计算信号片段s_2k相对超声回波信号s₁的时移d_2k， 其实现步骤包括：

1)分别计算信号片段s_2k与超声回波信号s₁(k+i：M+k+i-1)的 SAD值sad(i)，i=-L，…，L，其中L是一个正整数，为时移估计的搜索范围， 即

$\mathrm{sad}\left(i\right)=\underset{q=k}{\overset{M1+k-1}{\Sigma }}|s_2\left(q\right)-s_1(q+i)|,i,=-L,...,L.$

2)计算其中i=-L，…，L，即找出sad(i)的最 小值出现的位置d，则信号段s_2k相对s₁的时移d_2k=d。

以下以d_(n-1)k作为先验值，用SAD方法估计信号段s_nk和超声回波信号 s₁的时移d_nk，其实现步骤包括：

1)分别计算s_nk与s₁(k+i：M+k+i-1)的SAD值sad(i)， i=d_(n-1)k-L，…，d_(n-1)k+L，即

$\mathrm{sad}\left(i\right)=\underset{q=k}{\overset{M1+k-1}{\Sigma }}|s_n\left(q\right)-s_1(q+i)|,i=d_{(n-1)k}-L,...,d_{(n-1)k}+L.$

2)计算其中i=d_(n-1)k-L，…，d_(n-1)k+L， 即找出sad(i)的最小值出现的位置d，则信号段s_nk相对s₁的时移d_nk=d。

本发明实施例利用组织位移的连续性特征，以前一次时移估计值为先验 值，每次估计时移的需要计算2L+1次SAD值，而如果不利用这个先验值， 则搜索时移时需要计算SAD值的次数一定要远大于2L+1才能得到正确的 时移估计。本发明实施例可以有效地缩小时移估计的范围，提高计算速度。 另外，因为直接估计了每次超声回波信号与第一次超声回波信号的时移，避 免了误差累积。无需对信号进行插值，避免了计算量的增加。

显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的 本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见 的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保 护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。