專(zhuān)利名稱(chēng)：生物組織粘彈性測(cè)量方法和系統(tǒng)的制作方法
生物組織粘彈性測(cè)量方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物組織技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種生物組織粘彈性測(cè)量方法和系統(tǒng)。背景技術(shù)：
肝硬化和肝癌是非常嚴(yán)重的肝臟疾病，而肝纖維化是它們發(fā)展的早期階段。肝纖維化(hepatic fibrosis)是指肝臟內(nèi)過(guò)量的膠原沉積,是細(xì)胞外基質(zhì)合成過(guò)多或降減不足的直接后果。肝纖維化是許多肝臟疾病尤其是各種慢性肝病的常見(jiàn)和共同的病理轉(zhuǎn)歸，其形成與發(fā)展是一個(gè)動(dòng)態(tài)的病理過(guò)程，這種動(dòng)態(tài)演變過(guò)程是慢性肝病的共同特征。各種病因引起的慢性肝病絕大多數(shù)都伴隨有肝纖維化，其中25% 40%的肝纖維化最終發(fā)展為肝硬化以至肝癌。近年來(lái)的研究已經(jīng)表明肝纖維化在一定情況下是可逆轉(zhuǎn)的，但如若病因持續(xù)存在，肝纖維化最終必然發(fā)展為不可逆轉(zhuǎn)的肝硬化。因此，肝纖維化的早期診斷以及對(duì)肝纖維化程度的量化評(píng)估，對(duì)于及時(shí)治療并逆轉(zhuǎn)肝纖維化的發(fā)展，以及預(yù)防肝硬化與肝癌都具有十分重要的意義。肝組織的彈性和粘性是反映肝纖維化的重要方面，而肝組織的彈性模量和粘性系數(shù)分別是肝組織的彈性和粘性的 重要指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種操作簡(jiǎn)便且測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)的生物組織粘彈性測(cè)量方法。一種生物組織粘彈性測(cè)量方法，包括以下步驟步驟S10，根據(jù)設(shè)置的驅(qū)動(dòng)激勵(lì)參數(shù)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)；步驟S20，在驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生圓盤(pán)形激勵(lì)源，以對(duì)被測(cè)生物組織表面進(jìn)行振蕩，使得在被測(cè)生物組織內(nèi)部產(chǎn)生剪切波；步驟S30，根據(jù)設(shè)置的超聲波參數(shù)產(chǎn)生超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)，超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的產(chǎn)生保持同步；步驟S40，在超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下對(duì)被測(cè)生物組織發(fā)射超聲波束，超聲波束的軸向方向與剪切波的軸向方向同向；步驟S50，接收超聲波束從內(nèi)部有剪切波傳播的被測(cè)生物組織反射的超聲射頻回波信號(hào)；步驟S60，根據(jù)接收的超聲射頻回波信號(hào)測(cè)量被測(cè)生物組織的剪切彈性模量和粘性系數(shù)。在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟S60包括以下步驟步驟S610，根據(jù)接收的超聲射頻回波信號(hào)測(cè)量所述剪切波在被測(cè)生物組織中的傳播速度和衰減系數(shù)，測(cè)量得到的傳播速度記為Vm，測(cè)量得到的衰減系數(shù)記為am ；步驟S620，計(jì)算出所述剪切波的仿真剪切波的由衍射產(chǎn)生的衰減分量的值和所述剪切波的真實(shí)傳播速度，其中，仿真剪切波的由衍射產(chǎn)生的衰減分量記為ad，所述剪切波的真實(shí)傳播速度記為Vd ；
步驟S630，根據(jù)上述獲取的am的值、ad的值和Vd的值計(jì)算被測(cè)生物組織的剪切彈性模量和粘性系數(shù)，剪切彈性模量記為U，粘性系數(shù)記為n。在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟S610的包括以下步驟步驟S611，根據(jù)接收的超聲射頻回波信號(hào)獲取被測(cè)生物組織中的質(zhì)點(diǎn)在剪切波的推動(dòng)下的偏移曲線；步驟S612，對(duì)偏移曲線作傅立葉變換得到對(duì)應(yīng)的頻域信號(hào)；步驟S613，從頻域信號(hào)中得到對(duì)應(yīng)于圓盤(pán)形激勵(lì)源振蕩頻率的幅度和相位；步驟S614，根據(jù)以下公式計(jì)算剪切波在被測(cè)生物組織中的傳播速度的值和衰減系數(shù)的值，傳播速度記為Vm,衰減系數(shù)記為am
權(quán)利要求
1.一種生物組織粘彈性測(cè)量方法，包括以下步驟 步驟S10，根據(jù)設(shè)置的驅(qū)動(dòng)激勵(lì)參數(shù)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)； 步驟S20，在驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生圓盤(pán)形激勵(lì)源，以對(duì)被測(cè)生物組織表面進(jìn)行振蕩，使得在被測(cè)生物組織內(nèi)部產(chǎn)生剪切波； 步驟S30，根據(jù)設(shè)置的超聲波參數(shù)產(chǎn)生超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)，超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的產(chǎn)生保持同步； 步驟S40，在超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下對(duì)被測(cè)生物組織發(fā)射超聲波束，超聲波束的軸向方向與剪切波的軸向方向同向； 步驟S50，接收超聲波束從內(nèi)部有剪切波傳播的被測(cè)生物組織反射的超聲射頻回波信號(hào); 步驟S60，根據(jù)接收的超聲射頻回波信號(hào)測(cè)量被測(cè)生物組織的剪切彈性模量和粘性系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物組織粘彈性測(cè)量方法，其特征在于，步驟S60包括以下步驟 步驟S610，根據(jù)接收的超聲射頻回波信號(hào)測(cè)量所述剪切波在被測(cè)生物組織中的傳播速度和衰減系數(shù)，測(cè)量得到的傳播速度記為Vm，測(cè)量得到的衰減系數(shù)記為am ； 步驟S620，計(jì)算出所述剪切波的仿真剪切波的由衍射產(chǎn)生的衰減分量的值和所述剪切波的真實(shí)傳播速度，其中，仿真剪切波的由衍射產(chǎn)生的衰減分量記為ad，所述剪切波的真實(shí)傳播速度記為Vd ； 步驟S630，根據(jù)上述獲取的am的值、ad的值和Vd的值計(jì)算被測(cè)生物組織的剪切彈性模量和粘性系數(shù)，剪切彈性模量記為U，粘性系數(shù)記為H。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物組織粘彈性測(cè)量方法，其特征在于，步驟S610的包括以下步驟 步驟S611，根據(jù)接收的超聲射頻回波信號(hào)獲取被測(cè)生物組織中的質(zhì)點(diǎn)在剪切波的推動(dòng)下的偏移曲線； 步驟S612，對(duì)偏移曲線作傅立葉變換得到對(duì)應(yīng)的頻域信號(hào)； 步驟S613，從頻域信號(hào)中得到對(duì)應(yīng)于圓盤(pán)形激勵(lì)源振蕩頻率的幅度和相位； 步驟S614，根據(jù)以下公式計(jì)算剪切波在被測(cè)生物組織中的傳播速度的值和衰減系數(shù)的值，傳播速度記為Vm,衰減系數(shù)記為am
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物組織粘彈性測(cè)量方法，其特征在于，步驟S620包括以下步驟 步驟S621，根據(jù)所述剪切波仿真擬合出仿真剪切波； 步驟S622，基于理想激勵(lì)點(diǎn)源的格林函數(shù)建立仿真剪切波的仿真?zhèn)鞑ニ俣取⒎抡婕羟胁ǖ挠裳苌洚a(chǎn)生的衰減分量ad和所述剪切波的真實(shí)傳播速度Vd之間的如下的關(guān)系表達(dá)式，其中，仿真剪切波的仿真?zhèn)鞑ニ俣扔洖閂sini ad = g (Vd) Vsim = h (Vd)； 步驟S623，采用基于二分法的自適應(yīng)誤差補(bǔ)償算法，將上述計(jì)算得到的Vm的值代入Vsim，擬合出使得關(guān)系表達(dá)式Vsim = h(Vd)成立的Vd的值，由擬合出的Vd的值和關(guān)系表達(dá)式ad = g(Vd)求出ad的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物組織粘彈性測(cè)量方法，其特征在于，步驟S630包括以下步驟 步驟S631，根據(jù)上述獲取的am的值、ad的值及以下公式求出所述剪切波的由組織粘性產(chǎn)生的衰減分量的值，所述剪切波的由組織粘性產(chǎn)生的衰減分量記為av aV = am_ad ; 步驟S632，根據(jù)上述獲取的Vd的值以及上述計(jì)算得到的av的值以及以下公式求出U和n的值
6.一種生物組織粘彈性測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括 信號(hào)發(fā)生器，用于根據(jù)設(shè)置的驅(qū)動(dòng)激勵(lì)參數(shù)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)； 機(jī)械振蕩器，用于在驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生圓盤(pán)形激勵(lì)源，以對(duì)被測(cè)生物組織表面進(jìn)行振蕩，使得在被測(cè)生物組織內(nèi)部產(chǎn)生剪切波； 脈沖收發(fā)器，用于根據(jù)設(shè)置的超聲波參數(shù)產(chǎn)生超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)，超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的產(chǎn)生保持同步； 超聲換能器，用于在超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下對(duì)被測(cè)生物組織發(fā)射超聲波束，超聲波束的軸向方向與剪切波的軸向方向同向； 超聲換能器還用于接收超聲波束從內(nèi)部有剪切波傳播的被測(cè)生物組織反射的超聲射頻回波信號(hào)； 信號(hào)處理器，用于根據(jù)接收的超聲射頻回波信號(hào)測(cè)量被測(cè)生物組織的剪切彈性模量和粘性系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物組織粘彈性測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理器包括 傳播速度和衰減系數(shù)測(cè)量模塊，用于根據(jù)接收的超聲射頻回波信號(hào)測(cè)量所述剪切波在被測(cè)生物組織中的傳播速度和衰減系數(shù)，測(cè)量得到的傳播速度記為Vm，測(cè)量得到的衰減系數(shù)記為A ； 真實(shí)傳播速度和衍射衰減分量計(jì)算模塊，用于計(jì)算出所述剪切波的仿真剪切波的由衍射產(chǎn)生的衰減分量的值和所述剪切波的真實(shí)傳播速度，其中，仿真剪切波的由衍射產(chǎn)生的衰減分量記為ad，所述剪切波的真實(shí)傳播速度記為Vd ； 剪切彈性模量和粘性系數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)上述獲取的am的值、ad的值和Vd的值計(jì)算被測(cè)生物組織的剪切彈性模量和粘性系數(shù)，剪切彈性模量記為U，粘性系數(shù)記為H。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物組織粘彈性測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，傳播速度和衰減系數(shù)測(cè)量模塊包括 偏移曲線獲取單元，用于根據(jù)接收的超聲射頻回波信號(hào)獲取被測(cè)生物組織中的質(zhì)點(diǎn)在剪切波的推動(dòng)下的偏移曲線； 頻域信號(hào)獲取單元，用于對(duì)偏移曲線作傅立葉變換得到對(duì)應(yīng)的頻域信號(hào)； 幅度和相位獲取單元，用于從頻域信號(hào)中得到對(duì)應(yīng)于圓盤(pán)形激勵(lì)源振蕩頻率的幅度和相位； 傳播速度和衰減系數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)以下公式計(jì)算剪切波在被測(cè)生物組織中的傳播速度的值和衰減系數(shù)的值，傳播速度記為Vm，衰減系數(shù)記為am Vm=CoAdz 其中，《為剪切波頻率，m為頻域信號(hào)的相位，Z為超聲波束的軸向深度,A為所dz<P述頻域信號(hào)的幅度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生物組織粘彈性測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述真實(shí)傳播速度和衍射衰減分量計(jì)算模塊包括 仿真剪切波擬合單元，用于根據(jù)所述剪切波仿真擬合出仿真剪切波； 關(guān)系表述式建立單元，用于基于理想激勵(lì)點(diǎn)源的格林函數(shù)建立仿真剪切波的仿真?zhèn)鞑ニ俣?、仿真剪切波的由衍射產(chǎn)生的衰減分量ad和所述剪切波的真實(shí)傳播速度Vd之間的如下的關(guān)系表達(dá)式，其中，仿真剪切波的仿真?zhèn)鞑ニ俣扔洖閂sim ad = g (Vd) Vsim = h (Vd)； 真實(shí)傳播速度和衍射衰減分量計(jì)算單元，用于采用基于二分法的自適應(yīng)誤差補(bǔ)償算法，將上述計(jì)算得到的Vm的值代入Vsim,擬合出使得關(guān)系表達(dá)式Vsim = h (Vd)成立的Vd的值，由擬合出的Vd的值和關(guān)系表達(dá)式ad = g(Vd)求出ad的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的生物組織粘彈性測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述剪切彈性模量和粘性系數(shù)獲取模塊包括 粘性衰減分量計(jì)算單元，用于根據(jù)上述獲取的am的值、ad的值及以下公式求出所述剪切波的由組織粘性產(chǎn)生的衰減分量的值，所述剪切波的由組織粘性產(chǎn)生的衰減分量記為av av = am_ad ; 剪切彈性模量和粘性系數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)上述獲取的Vd的值以及上述計(jì)算得到的\的值以及以下公式求出y和n的值
全文摘要
一種生物組織粘彈性測(cè)量方法，包括以下步驟根據(jù)設(shè)置的驅(qū)動(dòng)激勵(lì)參數(shù)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)；在驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生圓盤(pán)形激勵(lì)源，以對(duì)被測(cè)生物組織表面進(jìn)行振蕩，使得在被測(cè)生物組織內(nèi)部產(chǎn)生剪切波；根據(jù)設(shè)置的超聲波參數(shù)產(chǎn)生超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)，超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)的產(chǎn)生保持同步；在超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下對(duì)被測(cè)生物組織發(fā)射超聲波束，超聲波束的軸向方向與剪切波的軸向方向同向；接收超聲波束從內(nèi)部有剪切波傳播的被測(cè)生物組織反射的超聲射頻回波信號(hào)；根據(jù)接收的超聲射頻回波信號(hào)測(cè)量被測(cè)生物組織的剪切彈性模量和粘性系數(shù)。此外，還提供一種生物組織粘彈性測(cè)量系統(tǒng)。上述方法和系統(tǒng)，測(cè)量過(guò)程操作簡(jiǎn)便，可提高測(cè)量結(jié)果的精確性。
文檔編號(hào)A61B5/00GK103054552SQ20121056836
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者王叢知, 楊培德, 鄭海榮, 曾成志, 楊戈, 肖楊, 李永川, 明妍, 錢(qián)明, 邱維寶 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院