甲状腺结节的超声弹性成像研究

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1、南方医科大学2010级硕士学位论文甲状腺结节的超声弹性成像研究StudyonUltrasoundElastographyofThyroidNodules课题来源：国家重点基础研究发展规划(973)项目(No：2010CB732505)广东省高校人才引进专项基金计划(No：2050205)学位申请人导师姓名专业名称培养类型培养层次所在学院张文静冯前进，王青生物医学工程学术型硕士生物医学工程2013年5月23曰广州硕士学位论文甲状腺结节的超声弹性成像研究硕士研究生：张文静指导老师：冯前进，王青摘要研究背景一生物组织的力学特性和病理变化都与其硬度变化有关，因此，软组织

2、的弹性信息对疾病的诊断具有重要参考价值。由于甲状腺是位于浅表的器官，因此触诊是诊断甲状腺疾病的重要技术，可以将肿瘤硬度作为判断良恶性的指标，但这种诊断方法太过主观，且仅限于较大病灶和浅表结节Il】。近年来高分辨率超声设备的发展，使得病灶的检测更加容易，取代了利用触诊来感知病灶。然而，要实现肿瘤的弹性信息可视化这一客观技术，仍存在一些实际困难。弹性成像技术是基于组织压缩后，较软的组织比较硬的组织更容易变形这一原则。在这一技术中，组织在各个不同深度产生的位移量取决于组织被压缩前后反射的超声信号发生的变化程度，相应的应变则根据这些位移计算并显示出来。与位于皮下脂肪和胸

3、大肌之间的乳腺不同，即便甲状腺结节属于浅表器官，要实现对它的均匀施压也是很困难的。甲状腺的凸型结构及其气管位于中心的解剖学特点，使得它的硬度信息非常特殊，很难进行弹性成像。但是，我们仍然可以利用弹性成像进行甲状腺的临床检查，以期达到甲状腺癌的检测和鉴别诊断的目的。超声弹性成像最早由J．Ophir等人于1991年提出，一直为医学影像领域研究的热点及重点，它将软组织的病变检测从定性判断提高到定量诊断，在诊断软组织病变方面相当有效，已有相关的临床实验验证了其准确性【2】。弹性成像的基本原理是，用超声探头垂直按压组织表面，分别采集组织压缩前后的射频信号，利用在时间延迟估

4、计中应用非常广泛的互相关分析方法对信号进行分析，计算出组织内部的位移场图像，从而得到组织内部的应变分布13J。作为一种新摘要的超声成像方法，超声弹性成像通过获取有关组织的弹性信息进行成像【4】，弥补了X射线、超声成像(US)、磁共振成像(M砒)、计算机断层扫描(CT)等传统医学成像模态不能直接提供组织弹性的不足，具有无创、简单、便宜、容易应用等优点，被广泛应用于临床，成为目前医学弹性成像的一个研究热点岭J，目前研究主要应用于乳腺、甲状腺、肝脏、前列腺、血管等部位的病变组织。研究方法一用于弹性成像的方法有多种，而互相关作为基本的成像方法，目前被作为弹性成像方法的“

5、金标准”，是衡量其他弹性成像方法好坏的基准16J。本研究主要采用了三种成像方法分别对两组体模数据和一组甲状腺临床数据进行弹性成像。(1)首先利用互相关方法对体模数据进行处理，计算了组织受压形变后的位移与应变图像，并评价了上述方法的弹性图像质量及时间效率。(2)由于传统的互相关效率较低，且有严重的块状效应，本研究又在传统互相关的基础上做了一定的改进，利用归一化互相关计算了体模组织形变后的位移和应变图。(3)由于临床上对图像质量和时间效率的要求愈来愈高，而动态规划方法是一种有效的非迭代的全局优化方法，本研究又采用了此方法分别对两组体模数据和一组甲状腺临床数据进行处理

6、，分别计算了体模组织和甲状腺组织形变后的位移和应变场。实验结果一实验结果显示，互相关方法原理简单，易于实现，但其运行效率不高且成像质量一般，在对一组1700"508大小的体模数据进行计算时，运行时间约数小时，无法满足临床上实时成像的需求。归一化互相关较传统的互相关方法对噪声具有良好的抗干扰性，成像速度及成像质量虽稍有提高，但改善不多，处理同样一组数据，运行时间10分钟左右，虽然运行效率稍有提高，但对于实时成像的临床需求仍相距甚远17J。而利用动态规划方法处理该组数据，运行时间仅2．3秒，不仅具有较高的时间效率，与上述两种方法相比，还具有较高的信噪比(SNR)，对

7、比信噪比(CNR)，分辨率等，更适合临床上甲状腺的实时超声成像181。硕士学位论文研究结论一首先，互相关作为基本的超声弹性成像方法在过去数十年逐渐发展成熟，其成像原理简单，易于实现，但由于其成像效率不高，计算时间较长。由于组织受到的是准静态压缩，位移量一般较小，因此在寻找相关系数最大点时可适当选择一个较小的搜索区域，这样既保证了结果的准确，同时提高了算法的速度。其次，超声信号中有乘性噪声存在，而由于归一化互相关对噪声较为鲁棒【9】，这就使得归一化互相关的成像质量较传统的互相关有所提高。再次，虽然与其他方法相比，动态规划方法成像效率高且成像质量好，但由于其计算时采

8、用的是自上而下的动态规划