超聲診斷中的彈性成像技術介紹

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1、超聲診斷中的彈性成像技術介紹作者：蔣志強??本人同意他人對我的文章引用，但請在引用時注明出處，謝謝．作者：蔣志強彈性圖像聽上去很玄乎，實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，在學術界超聲彈性圖像被稱為strainimaging或elastography.但真正商

2、業(yè)化用于臨床應用僅僅是最近兩年的事，2005年日立公司推出的當時最高端的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)歷了這么漫長的時間的研發(fā)，可以知道超聲彈性成像技術一定不是沒有技術含量的技術，其中必定有不少棘手的問題。2007年10月中國最大的醫(yī)博會在成都舉辦時，我跑去看展會很想看看西門子超聲彈性成像效果并詢問一些技術問題，但西門子的工程師顯得十分謹慎，可見國外廠商對核心技術十分重視，根本不會輕易介紹。這樣的高端市場高附加產(chǎn)值的技術，國內(nèi)

3、公司必須自主研發(fā)，別指望其它國外公司公布其技術細節(jié)。對于一個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，因為它們在B-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果截圖對比效果，可以通過彈性成像技術很好的確定硬區(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)應用上，這種技術可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)生對同一病人的診斷受主觀因素干擾；其次如果硬塊

4、組織在身體中遠離體表，則觸診便無能無力。最后“觸診”讓女性病人對乳房診斷比較反感，據(jù)我認識的醫(yī)生朋友介紹，所謂乳房“觸診”就是醫(yī)生要用手對女性病人的乳房又按又揉的，假如我是個女生，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)化的超聲彈性技術的價值不言而喻，也難怪西門子的工程師那么謹慎。無論使用什么技術或手段，商用化的超聲彈性圖像的處理都可以分為三個步驟：1.???運動追蹤；2.彈性估算；3.彈性圖像錯誤壓制和顯示；第一步：運動追蹤。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，包絡信號，圖像信息。其中在原始RF信號上進行運動

5、追蹤是最敏感的，包絡信號次之，圖像信息再次之。這很好理解，因為RF信號是最原始的信號，既有正負信息又有相位信息，動態(tài)范圍也很大，所以在處理上很敏感。在RF進行運動追蹤上使用的方式分為兩種：1.RF原始信號上以互相關來確定連續(xù)幀的變化；2.RF原始信號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信號上做的，西門子與美國Insana教授的實驗室合作使用的是前一種，而日立公司與日本的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鍵的核心位置預言又止。在包絡上處理時，已經(jīng)丟失了

6、相位和正負信息，但包絡信號的動態(tài)變化范圍依然很大，進行追蹤處理還是比較敏感（相對圖像而言），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動追蹤的研究，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，圖像動態(tài)范圍也比較?。˙MODE的灰度圖像都是0－255）所以在圖像上來做，也面臨很多問題。實際上在圖像來做運動追蹤不是不可以做得很好的效果，關鍵的問題是需要達到實時處理，實時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：彈性計算。在第一

7、步得到實時的運動追蹤結果后，就需要計算組織彈性了。如果查閱相關論文，大家都在討論Young’smodulus。使用楊氏模量來這個材料力學的系數(shù)來描述。咋聽上去不懂，實際就是以前大家學過的hook’slaw(虎克定理的擴展)。Y=應力/應變；（論文中稱為stress）應力就是在單位面積上壓力，單位就是Pa,(論文中稱為strain)應變就是目標組織的變化程度，strain=目標組織長度變化/目標組織的原長，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的參數(shù)stress（應力），那么必然要在探頭上安裝些鬼怪的壓力器之類的東