超聲診斷中的彈性成像技術(shù)介紹

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1、超聲診斷中的彈性成像技術(shù)介紹作者：蔣志強(qiáng)??本人同意他人對(duì)我的文章引用，但請(qǐng)?jiān)谝脮r(shí)注明出處，謝謝．作者：蔣志強(qiáng)彈性圖像聽上去很玄乎，實(shí)際上超聲診斷彈性圖像的提出已經(jīng)有十幾年的歷史了，并非新的概念。彈性圖像的目標(biāo)是通過連續(xù)幀視頻尋找出人體組織圖像中硬組織，這種組織軟硬的信息可以為臨床醫(yī)生提供有力的診斷依據(jù)，幫助醫(yī)生更客觀的診斷腫瘤病變。雖然硬組織并不意味著一定是病變，但病變組織比如硬腫瘤，纖維瘤組織會(huì)比正常組織更硬。第一次提出超聲診斷中的彈性圖像概念的是1991年Ophir博士，在學(xué)術(shù)界超聲彈性圖像被稱為strainimaging

2、或elastography.但真正商業(yè)化用于臨床應(yīng)用僅僅是最近兩年的事，2005年日立公司推出的當(dāng)時(shí)最高端的EUB-8500和2007年西門子研發(fā)的ACUSONAntares5.0才是真正意義上的商用產(chǎn)品對(duì)日立和西門子這樣的業(yè)界的先行者，我毫不懷疑他們雄厚的自主研發(fā)能力，他們都經(jīng)歷了這么漫長(zhǎng)的時(shí)間的研發(fā)，可以知道超聲彈性成像技術(shù)一定不是沒有技術(shù)含量的技術(shù)，其中必定有不少棘手的問題。2007年10月中國最大的醫(yī)博會(huì)在成都舉辦時(shí)，我跑去看展會(huì)很想看看西門子超聲彈性成像效果并詢問一些技術(shù)問題，但西門子的工程師顯得十分謹(jǐn)慎，可見國外廠商對(duì)

3、核心技術(shù)十分重視，根本不會(huì)輕易介紹。這樣的高端市場(chǎng)高附加產(chǎn)值的技術(shù)，國內(nèi)公司必須自主研發(fā)，別指望其它國外公司公布其技術(shù)細(xì)節(jié)。對(duì)于一個(gè)患有乳房腫瘤的中年婦女，使用B-MODE方式查看的圖像是無法通過圖像區(qū)別乳房硬tumor和健康的囊腫組織，因?yàn)樗鼈冊(cè)贐-MODE上看上去通常都是比較暗的區(qū)域，但使用彈性圖像可以立竿見影找到硬的組織。???患乳腺硬腫瘤的中年婦女的B超圖像我自己算法中的彈性成像結(jié)果截圖對(duì)比效果，可以通過彈性成像技術(shù)很好的確定硬區(qū)域，幫助臨床醫(yī)生診斷，我見過西門子的彈性成像效果，他們的效果要好不少。在商業(yè)應(yīng)用上，這種技術(shù)可

4、以很好的替代以前醫(yī)生的“觸診”方式，首先觸診是主觀判斷，不同醫(yī)生對(duì)同一病人的診斷受主觀因素干擾；其次如果硬塊組織在身體中遠(yuǎn)離體表，則觸診便無能無力。最后“觸診”讓女性病人對(duì)乳房診斷比較反感，據(jù)我認(rèn)識(shí)的醫(yī)生朋友介紹，所謂乳房“觸診”就是醫(yī)生要用手對(duì)女性病人的乳房又按又揉的，假如我是個(gè)女生，依我的性格肯定早就兩耳光賞給醫(yī)生了。由于這三方面的原因，可商業(yè)化的超聲彈性技術(shù)的價(jià)值不言而喻，也難怪西門子的工程師那么謹(jǐn)慎。無論使用什么技術(shù)或手段，商用化的超聲彈性圖像的處理都可以分為三個(gè)步驟：1.???運(yùn)動(dòng)追蹤；2.彈性估算；3.彈性圖像錯(cuò)誤壓制

5、和顯示；第一步：運(yùn)動(dòng)追蹤。根據(jù)的各公司的專利及我查閱的論文，從數(shù)據(jù)源上大體可分為3種：RF信號(hào)，包絡(luò)信號(hào)，圖像信息。其中在原始RF信號(hào)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)追蹤是最敏感的，包絡(luò)信號(hào)次之，圖像信息再次之。這很好理解，因?yàn)镽F信號(hào)是最原始的信號(hào)，既有正負(fù)信息又有相位信息，動(dòng)態(tài)范圍也很大，所以在處理上很敏感。在RF進(jìn)行運(yùn)動(dòng)追蹤上使用的方式分為兩種：1.RF原始信號(hào)上以互相關(guān)來確定連續(xù)幀的變化；2.RF原始信號(hào)上使用相位匹配來確定連續(xù)幀變化。西門子和日立公司的處理方式都是在RF信號(hào)上做的，西門子與美國Insana教授的實(shí)驗(yàn)室合作使用的是前一種，而日立

6、公司與日本的Yamakawa教授合作使用的是后一種，他們都發(fā)表了相關(guān)的論文，感興趣的話可以到IEEE上下載，但他們的論文給人感覺在關(guān)鍵的核心位置預(yù)言又止。在包絡(luò)上處理時(shí)，已經(jīng)丟失了相位和正負(fù)信息，但包絡(luò)信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化范圍依然很大，進(jìn)行追蹤處理還是比較敏感（相對(duì)圖像而言），這方面的論文也比較多。在圖像上追蹤是最便于理解的，而且在圖像處理界有很多各種運(yùn)動(dòng)追蹤的研究，而且超聲圖像不同于常規(guī)圖像，超聲圖像效果都不太好，特別是又有fullydevelopedspeckles的干擾，再加之圖像上已經(jīng)丟失了相位，圖像動(dòng)態(tài)范圍也比較?。˙MODE

7、的灰度圖像都是0－255）所以在圖像上來做，也面臨很多問題。實(shí)際上在圖像來做運(yùn)動(dòng)追蹤不是不可以做得很好的效果，關(guān)鍵的問題是需要達(dá)到實(shí)時(shí)處理，實(shí)時(shí)處理的高效性也是這三種處理方式要面臨的主要挑戰(zhàn)。第二步：彈性計(jì)算。在第一步得到實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)追蹤結(jié)果后，就需要計(jì)算組織彈性了。如果查閱相關(guān)論文，大家都在討論Young’smodulus。使用楊氏模量來這個(gè)材料力學(xué)的系數(shù)來描述。咋聽上去不懂，實(shí)際就是以前大家學(xué)過的hook’slaw(虎克定理的擴(kuò)展)。Y=應(yīng)力/應(yīng)變；（論文中稱為stress）應(yīng)力就是在單位面積上壓力，單位就是Pa,(論文中稱為s

8、train)應(yīng)變就是目標(biāo)組織的變化程度，strain=目標(biāo)組織長(zhǎng)度變化/目標(biāo)組織的原長(zhǎng)，所以這樣一比Young’smodulus單位就是Pa.因此要真正得到楊氏模量必須知道力學(xué)的參數(shù)stress（應(yīng)力），那么必然要在探頭上安裝些鬼怪的壓力器之類的東