一種用于納米造影劑評價的三維掃描成像裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種用于納米造影劑評價的=維 掃描成像裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 納米造影劑突破了傳統(tǒng)微泡造影劑的局限性，不僅可W進行血池內(nèi)成像，還可W 透過血管壁對組織器官進行造影成像，實現(xiàn)超聲分子成像；提高了醫(yī)學(xué)診斷的敏感性和特 異性，尤其是提高對早期腫瘤診斷的準確性，是目前超聲領(lǐng)域的研究熱點。
[0003] 目前，對納米造影劑的研究，多采用二維超聲圖像評價的方法，但對二維超聲圖像 的識別嚴重依賴醫(yī)生的經(jīng)驗和專業(yè)知識，難W形象地顯示出=維結(jié)構(gòu)，且二維超聲圖像視 野有限，很難多方向、多角度進行觀察和研究；=維超聲可W提高超聲圖像的時間和空間 分辨力，有助于更清晰地顯示出研究對象的解剖方位，周鄰關(guān)系，活動規(guī)律和血流動力學(xué)變 化，對于納米造影劑的評價有著重要的意義。
[0004] 現(xiàn)有的=維超聲圖像采集方法主要有機械掃描法和面陣成像法；面陣成像法具有 多向多平面掃描獲得實時=維圖像的優(yōu)點，但是由于面陣所需的陣元數(shù)量巨大和通道數(shù)多 而使得其加工困難，并且陣元間的高密集度使得陣元阻抗高而影響成像質(zhì)量；現(xiàn)有的機械 掃描方法原理簡單，設(shè)計成本低廉，但其機械振動對=維超聲圖像的干擾較大，精度低，實 時性差，應(yīng)用于納米級超聲造影劑評價時效果較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種用于納米造影劑評價的 =維掃描成像裝置及方法，根據(jù)納米造影劑的造影強度隨時間變化曲線確定掃描區(qū)域及掃 描時間，其目的在于解決現(xiàn)有的掃描成像方法精度低的問題。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了 一種用于納米造影劑評價的= 維超聲掃描成像裝置，包括超聲探頭定位單元、機械掃描模塊、驅(qū)動控制模塊、串口通信模 塊和圖像采集重建模塊；
[0007] 其中，超聲探頭定位單元是采用對超聲反射能力弱的材料制成的多面立體結(jié)構(gòu)， 其中一面設(shè)有紅外傳感器；機械掃描模塊用于在脈沖驅(qū)動信號的控制下，掃描待研究對象 獲得二維超聲圖像序列；驅(qū)動控制模塊用于根據(jù)驅(qū)動控制命令生成所述脈沖驅(qū)動信號；圖 像采集重建模塊用于接收所述驅(qū)動控制模塊的狀態(tài)信息，根據(jù)該狀態(tài)信息生成驅(qū)動控制命 令；并用于根據(jù)二維超聲圖像序列重建=維超聲圖像；串口通信模塊用于連接圖像采集重 建模塊與驅(qū)動控制模塊；將驅(qū)動控制命令通過串口通信模塊發(fā)送給驅(qū)動控制模塊；將驅(qū)動 控制模塊的狀態(tài)信息通過串口通信模塊反饋到圖像采集重建模塊。
[000引優(yōu)選的，機械掃描模塊包括X向步進電機、Y向步進電機、豎直升降臺和超聲探頭；X向步進電機在脈沖驅(qū)動信號控制下沿X方向移動，Y向步進電機在脈沖驅(qū)動信號控制下沿 Y方向移動；Y方向是指水平面向右方向，X方向是水平面上與Y方向垂直的方向；
[0009]X向步進電機上設(shè)有第一滑塊，Y向步進電機固定搭載在第一滑塊上；Y向步進電 機上設(shè)有第二滑塊，豎直升降臺固定搭載在第二滑塊上，隨第二滑塊的運動而運動；豎直升 降臺的下端設(shè)有超聲探頭夾，用于固定超聲探頭；超聲探頭上設(shè)有便于紅外傳感器識別的 標識。
[0010] 優(yōu)選的，超聲探頭上設(shè)有激光定位器，激光定位器發(fā)出"十"字激光點實時顯示超 聲探頭在超聲探頭定位單元中的位置。 W11] 優(yōu)選的，X向步進電機與Y向步進電機均設(shè)置有3檔步進速度，分別為2cm/s、lcm/s、0.2cm/s。
[0012] 優(yōu)選的，在豎直升降臺與Y向步進電機上的第二滑塊的連接處設(shè)有緩沖件，起到 減弱機械振動、減小損耗作用。
[0013] 優(yōu)選的，所述緩沖件為彈性墊片。
[0014] 優(yōu)選的，彈性墊片采用1mm~1. 5mm厚度的硅膠墊片；通過評價S維超聲圖像的輪 廓光滑程度來評價減震效果；測試結(jié)果表明：采用1mm~1.5mm厚度的硅膠片重建后的管 壁最光滑，減震效果最佳。
[0015] 優(yōu)選的，圖像采集重建模塊包括數(shù)據(jù)處理模塊和圖像采集電路；數(shù)據(jù)處理模塊用 于控制圖像采集電路的開關(guān)并對二維超聲圖像序列進行=維重建；數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)驅(qū)動 控制模塊發(fā)送的圖像采集開關(guān)命令開啟或關(guān)閉圖像采集電路；采集的二維圖像序列存儲在 數(shù)據(jù)處理模塊中，經(jīng)重建獲得=維超聲圖像。
[0016] 優(yōu)選的，驅(qū)動控制模塊包括穩(wěn)壓直流電源、單片機和步進電機驅(qū)動器；直流穩(wěn)壓電 源用于將市電轉(zhuǎn)換為直流電，為步進電機驅(qū)動器和單片機供電；單片機用于根據(jù)驅(qū)動控制 命令生成脈沖信號；步進電機驅(qū)動器根據(jù)脈沖信號生成脈沖驅(qū)動信號；單片機實時采集步 進電機驅(qū)動器的狀態(tài)信息，通過串口通信模塊反饋給圖像采集重建模塊；
[0017] 單片機通過步進電機驅(qū)動器驅(qū)動X向步進電機和Y向步進電機，使得設(shè)置在豎直 升降臺下端的超聲探頭夾在=維的水箱空間內(nèi)精準定位。
[0018] 為實現(xiàn)本發(fā)明目的，按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種上述裝置中的超聲探 頭夾的定位方法，具體包括W下步驟：
[0019] (1)X方向位置調(diào)節(jié)：當(dāng)超聲探頭與待掃描對象在X方向的距離大于4cm時，X向 步進電機W2cm/s速度驅(qū)動滑塊；當(dāng)超聲探頭與待掃描對象之間在X方向的距離小于4cm 時，WIcm/s速度驅(qū)動滑塊；當(dāng)超聲探頭與待掃描對象之間在X方向的距離在1cmW內(nèi)時， W0. 2cm/s的速度驅(qū)動滑塊，直到X方向上，探頭中屯、與掃描對象的中屯、距離為零；
[0020] 似Y方向位置調(diào)節(jié)：當(dāng)超聲探頭與待掃描對象在Y方向上的距離大于4cm時，Y向 步進電機W2cm/s速度驅(qū)動超聲探頭；當(dāng)超聲探頭與待掃描對象之間在Y方向的距離小于 4cm時，WIcm/s速度驅(qū)動超聲探頭；當(dāng)超聲探頭與待掃描對象之間在Y方向的距離在1cm W內(nèi)時，W0. 2cm/s的速度驅(qū)動超聲探頭，直到在Y方向上，超聲探頭處于掃描初始點的上 方；
[0021] (3)Z方向調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)超聲探頭的高度，使得超聲探頭在Z方向上處于掃描初始點 正上方1cm~2cm;
[0022] (4)重復(fù)步驟（1)~（3)，直至超聲探頭的中屯、對準掃描初始點；通過從X、Y、ZS 個方向分時、逐次進行調(diào)節(jié)，可使超聲探頭快速、準確地到達掃描初始位置；
[0023]其中，Y方向是指水平面向右方向，X方向是水平面上與Y方向垂直的方向，Z方向 是與水平面垂直的豎直向上方向。
[0024]為實現(xiàn)本發(fā)明目的，按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于納米造影劑評價 的=維掃描成像方法，具體如下：
[00巧](1)測試納米造影劑的造影強度，獲取其造影強度隨時間變化曲線，獲取造影強度 維持穩(wěn)定的時間段的起始時間點與終止時間點；
[0026] (2)在所述造影強度維持穩(wěn)定的時間段的起始時間點開始掃描，在造影強度維持 穩(wěn)定的時間段的終止時間點結(jié)束掃描，使得納米造影劑在被掃描期間始終處于造影穩(wěn)定狀 態(tài)。
[0027]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有 益效果：
[00測 （1)本發(fā)明提供的裝置，其的圖像采集范圍為紅外傳感器之間的間距，通過改變紅 傳感器之間的間距，獲得感興趣區(qū)域的二維超聲圖像序列；在一對紅外傳感器的作用下，可 W獲得任意感興趣區(qū)域內(nèi)二維超聲圖像序列；
[0029] 似本發(fā)明提供的裝置，其X向步進電機、Y向步進電機設(shè)置了多檔速度調(diào)節(jié)，可W 快速的確定掃描初始位置；
[0030] (3)通過本發(fā)明提供的裝置，應(yīng)用本發(fā)明提供的逐次逼近的超聲探頭定位方法，可 W準確快速的對掃描初始位置進行定位，避免了非機械情況下，超聲探頭不自主運動；
[0031] (4)本發(fā)明提供的與納米造影劑物理特性相適應(yīng)的掃描方法，充分考慮到納米級 超聲造影劑其造影強度隨時間變化表現(xiàn)為緩慢增強、強度保持、緩慢減弱=個階段的特性， 在造影劑處在造影穩(wěn)定的時間段內(nèi)進行數(shù)據(jù)采集，其灰度值變化最小，克服了不同廠家不 同批次納米級超聲造影劑的差異性。
【附圖說明】
[0032] 圖1是實施例提供的用于納米造影劑評價的=維超聲掃描裝置系統(tǒng)示意圖；
[0033] 圖2是采用實施例提供的用于納米造影劑評價的=維超聲掃描裝置進行=維超 聲掃描的流程；
[0034] 圖3是實施例中5次測試納米造影劑獲得的造影強度隨時間變化曲線。
【具體實施方式】
[0035]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0036]實施例提供的用于納米造影劑評價的=維超聲掃描裝置，包括水箱、機械掃描模 塊、驅(qū)動控制模塊、串口通信模塊和圖像采集重建模塊；其系統(tǒng)示意圖如圖1所示；
[0037]其中，采用立方體水箱作為超聲探頭定位單元，用于盛放冷卻的蒸饋水；水箱采用 對超聲反射能力弱的亞克力材料，水箱的有效空間容量為40cm*40cm*40cm;水箱的一面設(shè) 有紅外傳感器，用于識別超聲探頭上的標識；
[0038] 機械掃描模塊包括X向步進電機、Y向步進電機和豎直升降臺；X向步進電機上設(shè) 有第一滑塊，Y向步進電機固定搭載在第一滑塊上，在第一滑塊與Y向步進電機的接觸處部 位有1mm~1. 5mm厚的硅膠墊片；Y向步進電機上設(shè)有第二滑塊，豎直升降臺固定搭載在第 二滑塊上，跟隨第二滑塊的運動而運動；豎直升降臺與第二滑塊的接觸部位設(shè)有硅膠墊片； 豎直升降臺的下端是超聲探頭夾，用于固定超聲探頭，超聲探頭帶有用于紅外傳感器識別 的標識，激光定位器粘附在超聲探頭上；探頭夾與超聲探頭的接觸部位設(shè)有1mm~1. 5mm厚 的硅膠墊片；一方