超声诊断中的弹性成像技术介绍

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1、超声诊断中的弹性成像技术介绍作者：蒋志强  本人同意他人对我的文章引用，但请在引用时注明出处，谢谢．作者：蒋志强弹性图像听上去很玄乎，实际上超声诊断弹性图像的提出已经有十几年的历史了，并非新的概念。弹性图像的目标是通过连续帧视频寻找出人体组织图像中硬组织，这种组织软硬的信息可以为临床医生提供有力的诊断依据，帮助医生更客观的诊断肿瘤病变。虽然硬组织并不意味着一定是病变，但病变组织比如硬肿瘤，纤维瘤组织会比正常组织更硬。第一次提出超声诊断中的弹性图像概念的是1991年Ophir博士，在学术界超声弹性图像被称为strainimaging

2、或elastography.但真正商业化用于临床应用仅仅是最近两年的事，2005年日立公司推出的当时最高端的EUB-8500和2007年西门子研发的ACUSONAntares5.0才是真正意义上的商用产品对日立和西门子这样的业界的先行者，我毫不怀疑他们雄厚的自主研发能力，他们都经历了这么漫长的时间的研发，可以知道超声弹性成像技术一定不是没有技术含量的技术，其中必定有不少棘手的问题。2007年10月中国最大的医博会在成都举办时，我跑去看展会很想看看西门子超声弹性成像效果并询问一些技术问题，但西门子的工程师显得十分谨慎，可见国外厂商对

3、核心技术十分重视，根本不会轻易介绍。这样的高端市场高附加产值的技术，国内公司必须自主研发，别指望其它国外公司公布其技术细节。对于一个患有乳房肿瘤的中年妇女，使用B-MODE方式查看的图像是无法通过图像区别乳房硬tumor和健康的囊肿组织，因为它们在B-MODE上看上去通常都是比较暗的区域，但使用弹性图像可以立竿见影找到硬的组织。   患乳腺硬肿瘤的中年妇女的B超图像我自己算法中的弹性成像结果截图对比效果，可以通过弹性成像技术很好的确定硬区域，帮助临床医生诊断，我见过西门子的弹性成像效果，他们的效果要好不少。在商业应用上，这种技术可

4、以很好的替代以前医生的“触诊”方式，首先触诊是主观判断，不同医生对同一病人的诊断受主观因素干扰；其次如果硬块组织在身体中远离体表，则触诊便无能无力。最后“触诊”让女性病人对乳房诊断比较反感，据我认识的医生朋友介绍，所谓乳房“触诊”就是医生要用手对女性病人的乳房又按又揉的，假如我是个女生，依我的性格肯定早就两耳光赏给医生了。由于这三方面的原因，可商业化的超声弹性技术的价值不言而喻，也难怪西门子的工程师那么谨慎。无论使用什么技术或手段，商用化的超声弹性图像的处理都可以分为三个步骤：1.   运动追踪；2.弹性估算；3.弹性图像错误压制

5、和显示；第一步：运动追踪。根据的各公司的专利及我查阅的论文，从数据源上大体可分为3种：RF信号，包络信号，图像信息。其中在原始RF信号上进行运动追踪是最敏感的，包络信号次之，图像信息再次之。这很好理解，因为RF信号是最原始的信号，既有正负信息又有相位信息，动态范围也很大，所以在处理上很敏感。在RF进行运动追踪上使用的方式分为两种：1.RF原始信号上以互相关来确定连续帧的变化；2.RF原始信号上使用相位匹配来确定连续帧变化。西门子和日立公司的处理方式都是在RF信号上做的，西门子与美国Insana教授的实验室合作使用的是前一种，而日立

6、公司与日本的Yamakawa教授合作使用的是后一种，他们都发表了相关的论文，感兴趣的话可以到IEEE上下载，但他们的论文给人感觉在关键的核心位置预言又止。在包络上处理时，已经丢失了相位和正负信息，但包络信号的动态变化范围依然很大，进行追踪处理还是比较敏感（相对图像而言），这方面的论文也比较多。在图像上追踪是最便于理解的，而且在图像处理界有很多各种运动追踪的研究，而且超声图像不同于常规图像，超声图像效果都不太好，特别是又有fullydevelopedspeckles的干扰，再加之图像上已经丢失了相位，图像动态范围也比较小（BMODE

7、的灰度图像都是0－255）所以在图像上来做，也面临很多问题。实际上在图像来做运动追踪不是不可以做得很好的效果，关键的问题是需要达到实时处理，实时处理的高效性也是这三种处理方式要面临的主要挑战。第二步：弹性计算。在第一步得到实时的运动追踪结果后，就需要计算组织弹性了。如果查阅相关论文，大家都在讨论Young’smodulus。使用杨氏模量来这个材料力学的系数来描述。咋听上去不懂，实际就是以前大家学过的hook’slaw(虎克定理的扩展)。Y=应力/应变；（论文中称为stress）应力就是在单位面积上压力，单位就是Pa,(论文中称为s

8、train)应变就是目标组织的变化程度，strain=目标组织长度变化/目标组织的原长，所以这样一比Young’smodulus单位就是Pa.因此要真正得到杨氏模量必须知道力学的参数stress（应力），那么必然要在探头上安装些鬼怪的压力器之类的东