超声弹性成像技术的研究与实现

作     者：周佳璐 

作者单位：北京协和医学院 

学位级别：硕士

导师姓名：杨军

授予年度：2017年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 100207[医学-影像医学与核医学] 1002[医学-临床医学] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 1010[医学-医学技术（可授医学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 10[医学] 

主      题：超声弹性成像 光流跟踪 失量场预估 有限元分析 

摘      要：弹性成像技术可以提供人体组织的弹性力学相关数据描述组织的软硬程度,在疾病诊断和检测中起到了不可忽视的重要作用。在这项技术应用于临床以前,医生一般采用触诊方式检测组织硬度的变化,具有主观、重复性差、诊断深度浅等缺点,不利于某些疾病的诊断和治疗。弹性成像的出现填补了传统的成像技术不能区分结构相似但软硬不同的组织的缺点,与超声成像结合可以同时提供形态学和弹性信息,为疾病检查和诊断提供了新的方法,补充了力学特性和成像参量。目前,超声弹性成像技术已成为医学成像范围内的热门研究之一。本文的研究对象是静态/准静态超声弹性成像,第一部分是一维位移和应变估计,超声弹性成像中的位移估计大致分为基于时域和基于频域的位移估计两大类,其核心为求解组织受到外部激励前后相应射频信号窗的时移,通过时域延伸以及幅频特性校正等手段对超声射频信号预处理,提高信号间的相关性。最后对求得的一维位移进行卡尔曼滤波,并用卷积算子计算求解应变估计。本文的第二部分是在传统的光流法的基础上,提出了一种基于矢量场预估的二维应变估计方法,将光流特征点定为基于包络线峰值的特征指纹信息,这样处理后使用光流跟踪时可以减少误差,实现超声射频信号的二维位移估计,通过设计特定的卷积算子对二维位移场快速差分求解得到相应的应变估计结果。本文的第三部分是实验的设计与分析,详细介绍了用有限元分析软件COMSOL和声场仿真软件FIELD Ⅱ生成仿真超声射频信号的方法,并用不同的四种模型对提出的方法进行验证,与一维位移估计相比,在二维相关性计算之前对组织整体位移进行预估处理,能有效提升计算速度与准确性。