超声弹性成像代码公开

在这里公开部分早期的研究工作, 分享给有需要的人

主要的工作内容发表在 ISBI 2011 的文章“A Strain-Based Ultrasound Elastography using Phase Shift with Prior Estimates and Meshfree Shape Function”

代码下载地址：

http://download.csdn.net/detail/jwyyuana/9360741

超声弹性成像技术简介

超声弹性成像技术的基本思想是从超声信号中获取生物组织的硬度/弹性信息并进行成像。超声弹性成像技术在疾病监测和诊断等临床实践中具有广阔的应用前景。生物组织的运动/位移估计在超声弹性成像中扮演着举足轻重的角色，因此在超声弹性成像中，位移场估计算法显得尤为重要。

长期的临床实践发现，生物组织的硬度或弹性的变化往往暗示着病变的发生，这很大程度上跟生物组织的分子构成和组合形式有关。例如，常见的乳腺癌、肾脏癌、前列腺癌以及肝转移等恶性疾病通常表现为组织上的硬化，其硬度明显大于病变前的正常组织。因此，生物组织的硬度或弹性信息对于疾病的检测，尤其是肿瘤的检测诊断，有着非常重要的参考意义。然而，传统的医学成像方式，包括X射线成像、CT、MRI以及传统B超成像等，都不能直接地将这一信息反映在医学图像上。

为了检测生物组织的硬度和弹性，临床上使用较多的方法是触诊，即临床医生直接用手对待测部位进行挤压，通过手指的触感来判定组织的硬化程度，进而辅助癌症肿瘤的检测和诊断。然而，触诊有很大的局限性。首先，对于病变的结果判定很大程度上依赖于临床医生的主观经验；其次，很多分布于组织深处或大小较小的肿瘤并不能通过手部触碰而感受到。

超声准静态弹性成像（以下简称超声弹性成像）的概念最早由Ophir等人于1991年首次提出，其目的是借助超声成像仪对生物组织的硬度信息、弹性参数进行成像显示。它的主要步骤包括：1) 用超声探头记录待测生物组织在某一时刻的一帧超声信号；2) 利用超声探头挤压待测组织，同时记录组织受挤压后的超声信号；3) 比对所记录的两帧超声信号，采用位移估计算法（如经典的互相关算法）计算出待测组织在受挤压后的位移场；4) 通过对组织位移场的分析，计算出最终的弹性图（elastogram，可以是应变图也可以是弹性模量图）。

在超声弹性成像系统中，如何快速准确地估计出生物组织在受到压力后的运动位移是最为核心的问题。因此，在近20年的研究当中，运动估计算法最受到相关研究人员的关注。利用互相关算法来估计超声RF信号时延的方法是公认适用于超声弹性成像技术比较准确的方法，目前已有很多的位移估计算法都是基于信号互相关技术。由于超声成像系统尤以其成像实时性为优势，因此在研究超声弹性成像时，人们对成像方法的实时性要求也较为关注。可以说，提高超声弹性成像中的位移估计算法的计算效率也是实现成像系统临床应用实时性的关键。由于信号的互相关是一系列的积分操作，因此会引入较大的运算量。在早期，硬件条件无法提供有力支持的情况下，互相关方法其实并不适用于实时成像。另一方面，也有不少研究人员受到超声多普勒血流成像技术的启发，提出了基于相位信息的位移估计算法。这些算法虽然在稳定性上相对弱于时域互相关算法，但是计算速度较快，能达到实时成像的要求。同时，由于相位信息具有周期性，因此当组织位移大于信号波长的1/4时，需要采取相位解调措施来避免相位信息错乱的发生。

本文提供代码的结果图，左图为常规超声b-mode图，右图为超声弹性成像图，可以明显观察到一个球体硬块：

更多实验结果以及详细算法请阅读原文章“A Strain-Based Ultrasound Elastography using Phase Shift with Prior Estimates and Meshfree Shape Function”