生物組織粘彈性測量方法和系統的製作方法
2023-06-17 17:47:06 1
專利名稱：生物組織粘彈性測量方法和系統的製作方法
生物組織粘彈性測量方法和系統
技術領域：
本發明涉及生物組織技術領域，特別涉及一種生物組織粘彈性測量方法和系統。背景技術：
肝硬化和肝癌是非常嚴重的肝臟疾病，而肝纖維化是它們發展的早期階段。肝纖維化(hepatic fibrosis)是指肝臟內過量的膠原沉積,是細胞外基質合成過多或降減不足的直接後果。肝纖維化是許多肝臟疾病尤其是各種慢性肝病的常見和共同的病理轉歸，其形成與發展是一個動態的病理過程，這種動態演變過程是慢性肝病的共同特徵。各種病因引起的慢性肝病絕大多數都伴隨有肝纖維化，其中25% 40%的肝纖維化最終發展為肝硬化以至肝癌。近年來的研究已經表明肝纖維化在一定情況下是可逆轉的，但如若病因持續存在，肝纖維化最終必然發展為不可逆轉的肝硬化。因此，肝纖維化的早期診斷以及對肝纖維化程度的量化評估，對於及時治療並逆轉肝纖維化的發展，以及預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係數分別是肝組織的彈性和粘性的 重要指標。
發明內容基於此，有必要提供一種操作簡便且測量結果精準的生物組織粘彈性測量方法。一種生物組織粘彈性測量方法，包括以下步驟步驟S10，根據設置的驅動激勵參數產生驅動激勵信號；步驟S20，在驅動激勵信號的驅動下產生圓盤形激勵源，以對被測生物組織表面進行振蕩，使得在被測生物組織內部產生剪切波；步驟S30，根據設置的超聲波參數產生超聲驅動信號，超聲驅動信號的產生與驅動激勵信號的產生保持同步；步驟S40，在超聲驅動信號的驅動下對被測生物組織發射超聲波束，超聲波束的軸向方向與剪切波的軸向方向同向；步驟S50，接收超聲波束從內部有剪切波傳播的被測生物組織反射的超聲射頻回波信號；步驟S60，根據接收的超聲射頻回波信號測量被測生物組織的剪切彈性模量和粘性係數。在其中一個實施例中，步驟S60包括以下步驟步驟S610，根據接收的超聲射頻回波信號測量所述剪切波在被測生物組織中的傳播速度和衰減係數，測量得到的傳播速度記為Vm，測量得到的衰減係數記為am ；步驟S620，計算出所述剪切波的仿真剪切波的由衍射產生的衰減分量的值和所述剪切波的真實傳播速度，其中，仿真剪切波的由衍射產生的衰減分量記為ad，所述剪切波的真實傳播速度記為Vd ；
步驟S630，根據上述獲取的am的值、ad的值和Vd的值計算被測生物組織的剪切彈性模量和粘性係數，剪切彈性模量記為U，粘性係數記為n。在其中一個實施例中，步驟S610的包括以下步驟步驟S611，根據接收的超聲射頻回波信號獲取被測生物組織中的質點在剪切波的推動下的偏移曲線；步驟S612，對偏移曲線作傅立葉變換得到對應的頻域信號；步驟S613，從頻域信號中得到對應於圓盤形激勵源振蕩頻率的幅度和相位；步驟S614，根據以下公式計算剪切波在被測生物組織中的傳播速度的值和衰減係數的值，傳播速度記為Vm,衰減係數記為am
權利要求
1.一種生物組織粘彈性測量方法，包括以下步驟 步驟S10，根據設置的驅動激勵參數產生驅動激勵信號； 步驟S20，在驅動激勵信號的驅動下產生圓盤形激勵源，以對被測生物組織表面進行振蕩，使得在被測生物組織內部產生剪切波； 步驟S30，根據設置的超聲波參數產生超聲驅動信號，超聲驅動信號的產生與驅動激勵信號的產生保持同步； 步驟S40，在超聲驅動信號的驅動下對被測生物組織發射超聲波束，超聲波束的軸向方向與剪切波的軸向方向同向； 步驟S50，接收超聲波束從內部有剪切波傳播的被測生物組織反射的超聲射頻回波信號; 步驟S60，根據接收的超聲射頻回波信號測量被測生物組織的剪切彈性模量和粘性係數。
2.根據權利要求1所述的生物組織粘彈性測量方法，其特徵在於，步驟S60包括以下步驟 步驟S610，根據接收的超聲射頻回波信號測量所述剪切波在被測生物組織中的傳播速度和衰減係數，測量得到的傳播速度記為Vm，測量得到的衰減係數記為am ； 步驟S620，計算出所述剪切波的仿真剪切波的由衍射產生的衰減分量的值和所述剪切波的真實傳播速度，其中，仿真剪切波的由衍射產生的衰減分量記為ad，所述剪切波的真實傳播速度記為Vd ； 步驟S630，根據上述獲取的am的值、ad的值和Vd的值計算被測生物組織的剪切彈性模量和粘性係數，剪切彈性模量記為U，粘性係數記為H。
3.根據權利要求2所述的生物組織粘彈性測量方法，其特徵在於，步驟S610的包括以下步驟 步驟S611，根據接收的超聲射頻回波信號獲取被測生物組織中的質點在剪切波的推動下的偏移曲線； 步驟S612，對偏移曲線作傅立葉變換得到對應的頻域信號； 步驟S613，從頻域信號中得到對應於圓盤形激勵源振蕩頻率的幅度和相位； 步驟S614，根據以下公式計算剪切波在被測生物組織中的傳播速度的值和衰減係數的值，傳播速度記為Vm,衰減係數記為am
4.根據權利要求3所述的生物組織粘彈性測量方法，其特徵在於，步驟S620包括以下步驟 步驟S621，根據所述剪切波仿真擬合出仿真剪切波； 步驟S622，基於理想激勵點源的格林函數建立仿真剪切波的仿真傳播速度、仿真剪切波的由衍射產生的衰減分量ad和所述剪切波的真實傳播速度Vd之間的如下的關係表達式，其中，仿真剪切波的仿真傳播速度記為Vsini ad = g (Vd) Vsim = h (Vd)； 步驟S623，採用基於二分法的自適應誤差補償算法，將上述計算得到的Vm的值代入Vsim，擬合出使得關係表達式Vsim = h(Vd)成立的Vd的值，由擬合出的Vd的值和關係表達式ad = g(Vd)求出ad的值。
5.根據權利要求4所述的生物組織粘彈性測量方法，其特徵在於，步驟S630包括以下步驟 步驟S631，根據上述獲取的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生的衰減分量的值，所述剪切波的由組織粘性產生的衰減分量記為av aV = am_ad ; 步驟S632，根據上述獲取的Vd的值以及上述計算得到的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量系統，其特徵在於，包括 信號發生器，用於根據設置的驅動激勵參數產生驅動激勵信號； 機械振蕩器，用於在驅動激勵信號的驅動下產生圓盤形激勵源，以對被測生物組織表面進行振蕩，使得在被測生物組織內部產生剪切波； 脈衝收發器，用於根據設置的超聲波參數產生超聲驅動信號，超聲驅動信號的產生與驅動激勵信號的產生保持同步； 超聲換能器，用於在超聲驅動信號的驅動下對被測生物組織發射超聲波束，超聲波束的軸向方向與剪切波的軸向方向同向； 超聲換能器還用於接收超聲波束從內部有剪切波傳播的被測生物組織反射的超聲射頻回波信號； 信號處理器，用於根據接收的超聲射頻回波信號測量被測生物組織的剪切彈性模量和粘性係數。
7.根據權利要求6所述的生物組織粘彈性測量系統，其特徵在於，所述信號處理器包括 傳播速度和衰減係數測量模塊，用於根據接收的超聲射頻回波信號測量所述剪切波在被測生物組織中的傳播速度和衰減係數，測量得到的傳播速度記為Vm，測量得到的衰減係數記為A ； 真實傳播速度和衍射衰減分量計算模塊，用於計算出所述剪切波的仿真剪切波的由衍射產生的衰減分量的值和所述剪切波的真實傳播速度，其中，仿真剪切波的由衍射產生的衰減分量記為ad，所述剪切波的真實傳播速度記為Vd ； 剪切彈性模量和粘性係數獲取模塊，用於根據上述獲取的am的值、ad的值和Vd的值計算被測生物組織的剪切彈性模量和粘性係數，剪切彈性模量記為U，粘性係數記為H。
8.根據權利要求7所述的生物組織粘彈性測量系統，其特徵在於，傳播速度和衰減係數測量模塊包括 偏移曲線獲取單元，用於根據接收的超聲射頻回波信號獲取被測生物組織中的質點在剪切波的推動下的偏移曲線； 頻域信號獲取單元，用於對偏移曲線作傅立葉變換得到對應的頻域信號； 幅度和相位獲取單元，用於從頻域信號中得到對應於圓盤形激勵源振蕩頻率的幅度和相位； 傳播速度和衰減係數計算單元，用於根據以下公式計算剪切波在被測生物組織中的傳播速度的值和衰減係數的值，傳播速度記為Vm，衰減係數記為am Vm=CoAdz 其中，《為剪切波頻率，m為頻域信號的相位，Z為超聲波束的軸向深度,A為所dz<P述頻域信號的幅度。
9.根據權利要求8所述的生物組織粘彈性測量系統，其特徵在於，所述真實傳播速度和衍射衰減分量計算模塊包括 仿真剪切波擬合單元，用於根據所述剪切波仿真擬合出仿真剪切波； 關係表述式建立單元，用於基於理想激勵點源的格林函數建立仿真剪切波的仿真傳播速度、仿真剪切波的由衍射產生的衰減分量ad和所述剪切波的真實傳播速度Vd之間的如下的關係表達式，其中，仿真剪切波的仿真傳播速度記為Vsim ad = g (Vd) Vsim = h (Vd)； 真實傳播速度和衍射衰減分量計算單元，用於採用基於二分法的自適應誤差補償算法，將上述計算得到的Vm的值代入Vsim,擬合出使得關係表達式Vsim = h (Vd)成立的Vd的值，由擬合出的Vd的值和關係表達式ad = g(Vd)求出ad的值。
10.根據權利要求9所述的生物組織粘彈性測量系統，其特徵在於，所述剪切彈性模量和粘性係數獲取模塊包括 粘性衰減分量計算單元，用於根據上述獲取的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生的衰減分量的值，所述剪切波的由組織粘性產生的衰減分量記為av av = am_ad ; 剪切彈性模量和粘性係數計算單元，用於根據上述獲取的Vd的值以及上述計算得到的\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量方法，包括以下步驟根據設置的驅動激勵參數產生驅動激勵信號；在驅動激勵信號的驅動下產生圓盤形激勵源，以對被測生物組織表面進行振蕩，使得在被測生物組織內部產生剪切波；根據設置的超聲波參數產生超聲驅動信號，超聲驅動信號的產生與驅動激勵信號的產生保持同步；在超聲驅動信號的驅動下對被測生物組織發射超聲波束，超聲波束的軸向方向與剪切波的軸向方向同向；接收超聲波束從內部有剪切波傳播的被測生物組織反射的超聲射頻回波信號；根據接收的超聲射頻回波信號測量被測生物組織的剪切彈性模量和粘性係數。此外，還提供一種生物組織粘彈性測量系統。上述方法和系統，測量過程操作簡便，可提高測量結果的精確性。
文檔編號A61B5/00GK103054552SQ20121056836
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月24日 優先權日2012年12月24日
發明者王叢知, 楊培德, 鄭海榮, 曾成志, 楊戈, 肖楊, 李永川, 明妍, 錢明, 邱維寶 申請人:深圳先進技術研究院