專利名稱：生物組織粘彈性測量方法和系統(tǒng)的制作方法
生物組織粘彈性測量方法和系統(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)過量的膠原沉積,是細(xì)胞外基質(zhì)合成過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和共同的病理轉(zhuǎn)歸，其形成與發(fā)展是一個(gè)動態(tài)的病理過程，這種動態(tài)演變過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肝纖維化程度的量化評估，對于及時(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便且測量結(jié)果精準(zhǔn)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(jù)設(shè)置的驅(qū)動激勵參數(shù)產(chǎn)生驅(qū)動激勵信號；步驟S20，在驅(qū)動激勵信號的驅(qū)動下產(chǎn)生圓盤形激勵源，以對被測生物組織表面進(jìn)行振蕩，使得在被測生物組織內(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)動信號，超聲驅(qū)動信號的產(chǎn)生與驅(qū)動激勵信號的產(chǎn)生保持同步；步驟S40，在超聲驅(qū)動信號的驅(qū)動下對被測生物組織發(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生物組織反射的超聲射頻回波信號；步驟S60，根據(jù)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測量所述剪切波在被測生物組織中的傳播速度和衰減系數(shù)，測量得到的傳播速度記為Vm，測量得到的衰減系數(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獲取被測生物組織中的質(zhì)點(diǎn)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(yīng)的頻域信號；步驟S613，從頻域信號中得到對應(yīng)于圓盤形激勵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量方法，包括以下步驟 步驟S10，根據(jù)設(shè)置的驅(qū)動激勵參數(shù)產(chǎn)生驅(qū)動激勵信號； 步驟S20，在驅(qū)動激勵信號的驅(qū)動下產(chǎn)生圓盤形激勵源，以對被測生物組織表面進(jìn)行振蕩，使得在被測生物組織內(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)動信號，超聲驅(qū)動信號的產(chǎn)生與驅(qū)動激勵信號的產(chǎn)生保持同步； 步驟S40，在超聲驅(qū)動信號的驅(qū)動下對被測生物組織發(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生物組織反射的超聲射頻回波信號; 步驟S60，根據(jù)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系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物組織粘彈性測量方法，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測量所述剪切波在被測生物組織中的傳播速度和衰減系數(shù)，測量得到的傳播速度記為Vm，測量得到的衰減系數(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獲取被測生物組織中的質(zhì)點(diǎn)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(yīng)的頻域信號； 步驟S613，從頻域信號中得到對應(yīng)于圓盤形激勵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量系統(tǒng)，其特征在于，包括 信號發(fā)生器，用于根據(jù)設(shè)置的驅(qū)動激勵參數(shù)產(chǎn)生驅(qū)動激勵信號； 機(jī)械振蕩器，用于在驅(qū)動激勵信號的驅(qū)動下產(chǎn)生圓盤形激勵源，以對被測生物組織表面進(jìn)行振蕩，使得在被測生物組織內(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)動信號，超聲驅(qū)動信號的產(chǎn)生與驅(qū)動激勵信號的產(chǎn)生保持同步； 超聲換能器，用于在超聲驅(qū)動信號的驅(qū)動下對被測生物組織發(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生物組織反射的超聲射頻回波信號； 信號處理器，用于根據(jù)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系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物組織粘彈性測量系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理器包括 傳播速度和衰減系數(shù)測量模塊，用于根據(jù)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系數(shù)，測量得到的傳播速度記為Vm，測量得到的衰減系數(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量系統(tǒng)，其特征在于，傳播速度和衰減系數(shù)測量模塊包括 偏移曲線獲取單元，用于根據(jù)接收的超聲射頻回波信號獲取被測生物組織中的質(zhì)點(diǎn)在剪切波的推動下的偏移曲線； 頻域信號獲取單元，用于對偏移曲線作傅立葉變換得到對應(yīng)的頻域信號； 幅度和相位獲取單元，用于從頻域信號中得到對應(yīng)于圓盤形激勵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(jù)權(quán)利要求8所述的生物組織粘彈性測量系統(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量方法，包括以下步驟根據(jù)設(shè)置的驅(qū)動激勵參數(shù)產(chǎn)生驅(qū)動激勵信號；在驅(qū)動激勵信號的驅(qū)動下產(chǎn)生圓盤形激勵源，以對被測生物組織表面進(jìn)行振蕩，使得在被測生物組織內(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)動信號，超聲驅(qū)動信號的產(chǎn)生與驅(qū)動激勵信號的產(chǎn)生保持同步；在超聲驅(qū)動信號的驅(qū)動下對被測生物組織發(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生物組織反射的超聲射頻回波信號；根據(jù)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系數(shù)。此外，還提供一種生物組織粘彈性測量系統(tǒng)。上述方法和系統(tǒng)，測量過程操作簡便，可提高測量結(jié)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(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, 錢明, 邱維寶 申請人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院