甲狀腺結(jié)節(jié)的超聲彈性成像研究

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1、南方醫(yī)科大學(xué)2010級(jí)碩士學(xué)位論文甲狀腺結(jié)節(jié)的超聲彈性成像研究StudyonUltrasoundElastographyofThyroidNodules課題來源：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973)項(xiàng)目(No：2010CB732505)廣東省高校人才引進(jìn)專項(xiàng)基金計(jì)劃(No：2050205)學(xué)位申請(qǐng)人導(dǎo)師姓名專業(yè)名稱培養(yǎng)類型培養(yǎng)層次所在學(xué)院張文靜馮前進(jìn)，王青生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)術(shù)型碩士生物醫(yī)學(xué)工程2013年5月23曰廣州碩士學(xué)位論文甲狀腺結(jié)節(jié)的超聲彈性成像研究碩士研究生：張文靜指導(dǎo)老師：馮前進(jìn)，王青摘要研究背景一生物組織的力學(xué)特性和病理變化都與其硬度變化有關(guān)，因此，軟組織

2、的彈性信息對(duì)疾病的診斷具有重要參考價(jià)值。由于甲狀腺是位于淺表的器官，因此觸診是診斷甲狀腺疾病的重要技術(shù)，可以將腫瘤硬度作為判斷良惡性的指標(biāo)，但這種診斷方法太過主觀，且僅限于較大病灶和淺表結(jié)節(jié)Il】。近年來高分辨率超聲設(shè)備的發(fā)展，使得病灶的檢測(cè)更加容易，取代了利用觸診來感知病灶。然而，要實(shí)現(xiàn)腫瘤的彈性信息可視化這一客觀技術(shù)，仍存在一些實(shí)際困難。彈性成像技術(shù)是基于組織壓縮后，較軟的組織比較硬的組織更容易變形這一原則。在這一技術(shù)中，組織在各個(gè)不同深度產(chǎn)生的位移量取決于組織被壓縮前后反射的超聲信號(hào)發(fā)生的變化程度，相應(yīng)的應(yīng)變則根據(jù)這些位移計(jì)算并顯示出來。與位于皮下脂肪和胸

3、大肌之間的乳腺不同，即便甲狀腺結(jié)節(jié)屬于淺表器官，要實(shí)現(xiàn)對(duì)它的均勻施壓也是很困難的。甲狀腺的凸型結(jié)構(gòu)及其氣管位于中心的解剖學(xué)特點(diǎn)，使得它的硬度信息非常特殊，很難進(jìn)行彈性成像。但是，我們?nèi)匀豢梢岳脧椥猿上襁M(jìn)行甲狀腺的臨床檢查，以期達(dá)到甲狀腺癌的檢測(cè)和鑒別診斷的目的。超聲彈性成像最早由J．Ophir等人于1991年提出，一直為醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)及重點(diǎn)，它將軟組織的病變檢測(cè)從定性判斷提高到定量診斷，在診斷軟組織病變方面相當(dāng)有效，已有相關(guān)的臨床實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性【2】。彈性成像的基本原理是，用超聲探頭垂直按壓組織表面，分別采集組織壓縮前后的射頻信號(hào)，利用在時(shí)間延遲估

4、計(jì)中應(yīng)用非常廣泛的互相關(guān)分析方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，計(jì)算出組織內(nèi)部的位移場(chǎng)圖像，從而得到組織內(nèi)部的應(yīng)變分布13J。作為一種新摘要的超聲成像方法，超聲彈性成像通過獲取有關(guān)組織的彈性信息進(jìn)行成像【4】，彌補(bǔ)了X射線、超聲成像(US)、磁共振成像(M砒)、計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)等傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)成像模態(tài)不能直接提供組織彈性的不足，具有無創(chuàng)、簡(jiǎn)單、便宜、容易應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于臨床，成為目前醫(yī)學(xué)彈性成像的一個(gè)研究熱點(diǎn)嶺J，目前研究主要應(yīng)用于乳腺、甲狀腺、肝臟、前列腺、血管等部位的病變組織。研究方法一用于彈性成像的方法有多種，而互相關(guān)作為基本的成像方法，目前被作為彈性成像方法的“

5、金標(biāo)準(zhǔn)”，是衡量其他彈性成像方法好壞的基準(zhǔn)16J。本研究主要采用了三種成像方法分別對(duì)兩組體模數(shù)據(jù)和一組甲狀腺臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行彈性成像。(1)首先利用互相關(guān)方法對(duì)體模數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算了組織受壓形變后的位移與應(yīng)變圖像，并評(píng)價(jià)了上述方法的彈性圖像質(zhì)量及時(shí)間效率。(2)由于傳統(tǒng)的互相關(guān)效率較低，且有嚴(yán)重的塊狀效應(yīng)，本研究又在傳統(tǒng)互相關(guān)的基礎(chǔ)上做了一定的改進(jìn)，利用歸一化互相關(guān)計(jì)算了體模組織形變后的位移和應(yīng)變圖。(3)由于臨床上對(duì)圖像質(zhì)量和時(shí)間效率的要求愈來愈高，而動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法是一種有效的非迭代的全局優(yōu)化方法，本研究又采用了此方法分別對(duì)兩組體模數(shù)據(jù)和一組甲狀腺臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行處理

6、，分別計(jì)算了體模組織和甲狀腺組織形變后的位移和應(yīng)變場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果一實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，互相關(guān)方法原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但其運(yùn)行效率不高且成像質(zhì)量一般，在對(duì)一組1700"508大小的體模數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，運(yùn)行時(shí)間約數(shù)小時(shí)，無法滿足臨床上實(shí)時(shí)成像的需求。歸一化互相關(guān)較傳統(tǒng)的互相關(guān)方法對(duì)噪聲具有良好的抗干擾性，成像速度及成像質(zhì)量雖稍有提高，但改善不多，處理同樣一組數(shù)據(jù)，運(yùn)行時(shí)間10分鐘左右，雖然運(yùn)行效率稍有提高，但對(duì)于實(shí)時(shí)成像的臨床需求仍相距甚遠(yuǎn)17J。而利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法處理該組數(shù)據(jù)，運(yùn)行時(shí)間僅2．3秒，不僅具有較高的時(shí)間效率，與上述兩種方法相比，還具有較高的信噪比(SNR)，對(duì)

7、比信噪比(CNR)，分辨率等，更適合臨床上甲狀腺的實(shí)時(shí)超聲成像181。碩士學(xué)位論文研究結(jié)論一首先，互相關(guān)作為基本的超聲彈性成像方法在過去數(shù)十年逐漸發(fā)展成熟，其成像原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但由于其成像效率不高，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。由于組織受到的是準(zhǔn)靜態(tài)壓縮，位移量一般較小，因此在尋找相關(guān)系數(shù)最大點(diǎn)時(shí)可適當(dāng)選擇一個(gè)較小的搜索區(qū)域，這樣既保證了結(jié)果的準(zhǔn)確，同時(shí)提高了算法的速度。其次，超聲信號(hào)中有乘性噪聲存在，而由于歸一化互相關(guān)對(duì)噪聲較為魯棒【9】，這就使得歸一化互相關(guān)的成像質(zhì)量較傳統(tǒng)的互相關(guān)有所提高。再次，雖然與其他方法相比，動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法成像效率高且成像質(zhì)量好，但由于其計(jì)算時(shí)采

8、用的是自上而下的動(dòng)態(tài)規(guī)劃