一種超聲粘彈性測(cè)量方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超聲粘彈性測(cè)量方法及系統(tǒng)，方法包括：任意信號(hào)發(fā)生器同時(shí)產(chǎn)生原始組織激勵(lì)信號(hào)和超聲換能器激勵(lì)信號(hào)；所述原始組織激勵(lì)信號(hào)經(jīng)放大后加載在微型激勵(lì)器上，并通過振動(dòng)桿對(duì)指定的組織施加指定波形的振動(dòng)，使組織內(nèi)產(chǎn)生剪切波；所述超聲換能器激勵(lì)信號(hào)經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)發(fā)出以驅(qū)動(dòng)超聲換能器，超聲換能器發(fā)射出的超聲波經(jīng)所述組織反射和散射得到的原始回波信號(hào)并由超聲換能器接收，并經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)傳輸至采集卡；根據(jù)脈沖回波處理算法，及所述回波信號(hào)，得到剪切波在組織中的傳播速度；根據(jù)組織的粘彈性數(shù)據(jù)模型及剪切波在組織中的傳播速度，得到組織的彈性數(shù)據(jù)和粘性數(shù)據(jù)。本發(fā)明將編碼檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到超聲瞬時(shí)彈性成像系統(tǒng)，以增加檢測(cè)深度。
【專利說明】
一種超聲粘彈性測(cè)量方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及粘彈性測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲粘彈性測(cè)量方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常組織發(fā)生病變會(huì)導(dǎo)致組織粘彈性的變化。因此，對(duì)組織的彈性、粘性進(jìn)行定量 的測(cè)量對(duì)疾病的臨床診斷有一定的參考價(jià)值，彈性成像技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。彈性成像的基本原 理是：對(duì)組織施加一個(gè)內(nèi)部（包括自身的）或外部的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)/準(zhǔn)靜態(tài)的激勵(lì)，在彈性力 學(xué)、生物力學(xué)等物理規(guī)律作用下，組織將產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)，例如位移、應(yīng)變、速度的分布有一定 的差異。彈性模量較大即較硬的組織應(yīng)變較小，或者振動(dòng)的幅度較小或速度較大。利用超聲 成像、磁共振成像或者光學(xué)成像等方法，結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，可以估算出組織內(nèi)部的響 應(yīng)情況，從而反映組織內(nèi)部的彈性模量。
[0003] 基于外加振子的瞬時(shí)彈性成像方法是一種安全、易于集成到現(xiàn)有商用超聲系統(tǒng)上 的技術(shù)。它主要采用機(jī)械振動(dòng)器在體表，或者將振動(dòng)器和超聲探頭集成在一起，通過振動(dòng)器 向體內(nèi)傳播低頻振動(dòng)，用脈沖回波檢測(cè)振動(dòng)引起的剪切波傳播時(shí)的幅度、相位和速度信息， 由此得出組織的彈性模量。但該方法存在檢測(cè)深度有限的問題。
[0004] 現(xiàn)有的外加振子的瞬時(shí)彈性成像方法主要有種方式:透射式超聲瞬時(shí)彈性成像和 反射式超聲瞬時(shí)彈性成像。透射式超聲瞬時(shí)彈性成像是將超聲換能器固定在介質(zhì)的一側(cè)， 用于發(fā)射和接收超聲波，低頻振蕩器固定在介質(zhì)的另一側(cè)，兩者都垂直于介質(zhì)的表面，超聲 換能器固定在低頻振蕩器的軸向上，其作用類似于一個(gè)活塞式振蕩器(振蕩器的位移垂直 于活塞表面），用于產(chǎn)生低頻剪切波，這種方法檢測(cè)較為不方便，被測(cè)物體不能太厚。反射式 超聲瞬時(shí)彈性成像，超聲換能器固定在低頻振蕩器的軸向上，低頻振蕩器帶動(dòng)超聲換能器 振動(dòng)，在介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生低頻剪切波，超聲換能器用于發(fā)射和接收超聲波，同時(shí)起到活塞式振 蕩器的作用，這種方法剪切波所產(chǎn)生的絕對(duì)位移等于實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的位移減去超聲換能器自 身振動(dòng)的位移上。
[0005] 上述方法均采用傳統(tǒng)的超聲脈沖檢測(cè)回波信號(hào)的方法，檢測(cè)深度存在一定的限 制。
[0006] 因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種超聲粘彈性測(cè)量方法 及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中超聲脈沖檢測(cè)回波信號(hào)的方法，檢測(cè)深度存在限制的問題。
[0008] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：
[0009] -種超聲粘彈性測(cè)量方法，其中，所述方法包括以下步驟：
[0010] A、任意信號(hào)發(fā)生器同時(shí)產(chǎn)生原始組織激勵(lì)信號(hào)和超聲換能器激勵(lì)信號(hào)；
[0011] B、所述原始組織激勵(lì)信號(hào)經(jīng)放大后加載在微型激勵(lì)器上，并通過振動(dòng)桿對(duì)指定的 組織施加指定波形的振動(dòng)，使組織內(nèi)產(chǎn)生剪切波；
[0012] C、所述超聲換能器激勵(lì)信號(hào)經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)發(fā)出以驅(qū)動(dòng)超聲換能器，超聲換能 器發(fā)射出的超聲波經(jīng)所述組織反射和散射得到的原始回波信號(hào)并由超聲換能器接收，并經(jīng) 超聲收/發(fā)系統(tǒng)傳輸至采集卡;所述步驟C與所述步驟B同步進(jìn)行；
[0013] D、根據(jù)脈沖回波處理算法，及所述回波信號(hào)，得到剪切波在組織中的傳播速度；
[0014] E、根據(jù)組織的粘彈性數(shù)據(jù)模型及剪切波在組織中的傳播速度，得到組織的彈性數(shù) 據(jù)和粘性數(shù)據(jù)。
[0015] 所述超聲粘彈性測(cè)量方法，其中，所述步驟B具體包括：
[0016] B1、所述原始組織激勵(lì)信號(hào)通過功率放大器放大，得到組織激勵(lì)信號(hào)；
[0017] B2、所述組織激勵(lì)信號(hào)加載在微型激勵(lì)器上，通過微型激勵(lì)器驅(qū)動(dòng)振動(dòng)桿對(duì)所述 組織施加指定波形的振動(dòng)，使組織內(nèi)產(chǎn)生剪切波;其中，深度為do的剪切波d( t) = Asin(2JT fvt+ Φ v)+d〇 ;其中，A是振動(dòng)幅值，fv是振動(dòng)頻率，Φ V是起始相位，t是時(shí)間參數(shù)。
[0018] 所述超聲粘彈性測(cè)量方法，其中，所述超聲換能器激勵(lì)信號(hào)包括由任意信號(hào)發(fā)生 器產(chǎn)生的第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)，和與第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)相位相差180度的第二 超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)。
[0019] 所述超聲粘彈性測(cè)量方法，其中，所述步驟C具體包括：
[0020] C1、所述第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)和所述第二超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)經(jīng)超聲收/發(fā) 系統(tǒng)耦合后，得到超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0021] C2、超聲換能器接收所述超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并發(fā)出原始超聲波p(t);其中，p (t^sin^fUhfo是超聲換能器的發(fā)射頻率，t是時(shí)間參數(shù)；
[0022] C3、所述原始超聲波經(jīng)所述組織的反射和散射后，得到原始回波信號(hào)r(t，k)，并被 所述超聲換能器接收;其中，1"(1:，1〇=?(1：-八〖1〇
Δ tk表示組織振動(dòng) 產(chǎn)生的延時(shí)，t是時(shí)間參數(shù)，k取任意正整數(shù)，Θ是原始超聲波的超聲波束與組織振動(dòng)方向的 夾角，c是超聲波聲速；
[0023] C4、所述原始回波信號(hào)r(t，k)經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)放大濾波濾掉高頻后，得到回波信 號(hào)H(t，k);其牛
[0024] C5、采集卡接收所述回波信號(hào)H( t，k)。
[0025] 所述超聲粘彈性測(cè)量方法，其中，所述步驟D中脈沖回波處理算法為Voigt模型，且 根據(jù)V 〇 i g t模型和回波信號(hào)得到剪切波在組織中的傳播速度c s ;其中，
￥切波在組織中的頻率為ω s，p是組織密度，μι是彈性模量，μ2 是粘性系數(shù)。
[0026] 所述超聲粘彈性測(cè)量方法，其中，所述步驟Ε中組織的粘彈性數(shù)據(jù)模型為
其中Ε是彈性模量，G是楊氏模量，σ是泊松比，ρ是組織密度。
[0027] -種超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)，其中，包括：
[0028] 任意信號(hào)發(fā)生器，用于同時(shí)產(chǎn)生原始組織激勵(lì)信號(hào)和超聲換能器激勵(lì)信號(hào)；
[0029] 組織激勵(lì)模塊，用于所述原始組織激勵(lì)信號(hào)經(jīng)放大后加載在微型激勵(lì)器上，并通 過振動(dòng)桿對(duì)指定的組織施加指定波形的振動(dòng)，使組織內(nèi)產(chǎn)生剪切波；
[0030] 脈沖回波檢測(cè)模塊，用于所述超聲換能器激勵(lì)信號(hào)經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)發(fā)出以驅(qū)動(dòng) 超聲換能器，超聲換能器發(fā)射出的超聲波經(jīng)所述組織反射和散射得到的原始回波信號(hào)并由 超聲換能器接收，并經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)傳輸至采集卡;所述脈沖回波檢測(cè)模塊與所述組織激 勵(lì)1?塊冋時(shí)啟動(dòng)；
[0031] 剪切波速度計(jì)算模塊，用于根據(jù)脈沖回波處理算法，及所述回波信號(hào)，得到剪切波 在組織中的傳播速度；
[0032] 彈性參數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)組織的粘彈性數(shù)據(jù)模型及剪切波在組織中的傳播速 度，得到組織的彈性數(shù)據(jù)和粘性數(shù)據(jù)。
[0033] 所述超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述組織激勵(lì)模塊具體包括：
[0034] 功率放大器，用于將所述原始組織激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行放大，得到組織激勵(lì)信號(hào)；
[0035] 微型激勵(lì)器，用于接收所述組織激勵(lì)信號(hào)并驅(qū)動(dòng)振動(dòng)桿；
[0036] 振動(dòng)桿，用于在微型激勵(lì)器的驅(qū)動(dòng)下對(duì)所述組織施加指定波形的振動(dòng)，使組織內(nèi) 產(chǎn)生剪切波。
[0037] 所述超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述超聲換能器激勵(lì)信號(hào)包括由任意信號(hào)發(fā)生 器產(chǎn)生的第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)，和與第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)相位相差180度的第二 超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)。
[0038] 所述超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述脈沖回波檢測(cè)模塊具體包括：
[0039] 耦合單元，用于將所述第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)和所述第二超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào) 進(jìn)行耦合，得到超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0040] 原始超聲波發(fā)送單元，用于接收所述超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并發(fā)出原始超聲波p (t);其中，p(t) =sin(23ifQt)，fo是超聲換能器的發(fā)射頻率，t是時(shí)間參數(shù)；
[0041] 超聲波接收單元，用于接收所述原始超聲波經(jīng)所述組織的反射和散射后而得到原 始回波信號(hào)1'(1:，1〇;其中，1'(1:，1〇=口(1：-&七1〇
Δ tk表示組織振動(dòng)產(chǎn) 生的延時(shí)，t是時(shí)間參數(shù)，k取任意正整數(shù)，Θ是原始超聲波的超聲波束與組織振動(dòng)方向的夾 角，c是超聲波聲速；
[0042] 高頻濾波單元，用于將所述原始回波信號(hào)r(t，k)濾波濾掉高頻后，得到回波信號(hào)Η (t，k);其中
[0043] 采集單元，用于接收所述回波信號(hào)H(t，k);
[0044] 其中，所述耦合單元、及所述高頻濾波單元均設(shè)置在超聲收/發(fā)系統(tǒng)中，所述原始 超聲波發(fā)送單元、及所述超聲波接收單元均設(shè)置在超聲換能器中，所述采集單元為采集卡。
[0045] 本發(fā)明所述的超聲粘彈性測(cè)量方法及系統(tǒng)，方法包括:任意信號(hào)發(fā)生器同時(shí)產(chǎn)生 原始組織激勵(lì)信號(hào)和超聲換能器激勵(lì)信號(hào);所述原始組織激勵(lì)信號(hào)經(jīng)放大后加載在微型激 勵(lì)器上，并通過振動(dòng)桿對(duì)指定的組織施加指定波形的振動(dòng)，使組織內(nèi)產(chǎn)生剪切波;所述超聲 換能器激勵(lì)信號(hào)經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)發(fā)出以驅(qū)動(dòng)超聲換能器，超聲換能器發(fā)射出的超聲波經(jīng) 所述組織反射和散射得到的原始回波信號(hào)并由超聲換能器接收，并經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)傳輸 至采集卡;根據(jù)脈沖回波處理算法，及所述回波信號(hào)，得到剪切波在組織中的傳播速度;根 據(jù)組織的粘彈性數(shù)據(jù)模型及剪切波在組織中的傳播速度，得到組織的彈性數(shù)據(jù)和粘性數(shù) 據(jù)。本發(fā)明將編碼檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到超聲瞬時(shí)彈性成像系統(tǒng)，以增加檢測(cè)深度。
【附圖說明】
[0046] 圖1為本發(fā)明所述超聲粘彈性測(cè)量方法較佳實(shí)施例的流程圖。
[0047] 圖2為本發(fā)明所述超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
[0048] 圖3為本發(fā)明所述超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)具體實(shí)施例的示意框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 本發(fā)明提供一種超聲粘彈性測(cè)量方法及系統(tǒng)，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效 果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所 描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0050] 請(qǐng)參考圖1，其為本發(fā)明所述超聲粘彈性測(cè)量方法較佳實(shí)施例的流程圖。如圖1所 示，所述超聲粘彈性測(cè)量方法，包括以下步驟：
[0051] 步驟S100、任意信號(hào)發(fā)生器同時(shí)產(chǎn)生原始組織激勵(lì)信號(hào)和超聲換能器激勵(lì)信號(hào)；
[0052] 步驟S200、所述原始組織激勵(lì)信號(hào)經(jīng)放大后加載在微型激勵(lì)器上，并通過振動(dòng)桿 對(duì)指定的組織施加指定波形的振動(dòng)，使組織內(nèi)產(chǎn)生剪切波；
[0053]步驟S300、所述超聲換能器激勵(lì)信號(hào)經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)發(fā)出以驅(qū)動(dòng)超聲換能器，超 聲換能器發(fā)射出的超聲波經(jīng)所述組織反射和散射得到的原始回波信號(hào)并由超聲換能器接 收，并經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)傳輸至采集卡;所述步驟S300與所述步驟S200同步進(jìn)行；
[0054]步驟S400、根據(jù)脈沖回波處理算法，及所述回波信號(hào)，得到剪切波在組織中的傳播 速度；
[0055] 步驟S500、根據(jù)組織的粘彈性數(shù)據(jù)模型及剪切波在組織中的傳播速度，得到組織 的彈性數(shù)據(jù)和粘性數(shù)據(jù)。
[0056] 本發(fā)明的實(shí)施例中，由任意信號(hào)發(fā)生器同時(shí)產(chǎn)生原始組織激勵(lì)信號(hào)和超聲換能器 激勵(lì)信號(hào)。之所以需要同時(shí)產(chǎn)生原始組織激勵(lì)信號(hào)和超聲換能器激勵(lì)信號(hào)，是因?yàn)橐_保 步驟S200和步驟S300同步進(jìn)行。步驟S200中振動(dòng)桿對(duì)指定的組織施加指定波形的振動(dòng)，使 組織內(nèi)產(chǎn)生剪切波，但由于剪切波存在時(shí)間短且很快就會(huì)消失，故需要超聲換能器同步發(fā) 出用于檢測(cè)的超聲波，以實(shí)現(xiàn)對(duì)剪切波成分的檢測(cè)和分析，故步驟S200和步驟S300同步進(jìn) 行，也即每次超聲波檢測(cè)剪切波時(shí)要保證組織中的激勵(lì)波形(也即剪切波的波形)處在同樣 的狀態(tài)。
[0057]具體實(shí)施時(shí)，所述步驟S100中，任意信號(hào)發(fā)生器中輸出信號(hào)具有多樣性，也即任意 信號(hào)發(fā)生器提供了組織激勵(lì)方式的多樣性。例如，可以采用不同脈沖寬度的標(biāo)準(zhǔn)正弦激勵(lì) 組織(類似于突然敲打一下組織的作用），也可以是N個(gè)周期的正弦脈沖，或者是某一頻率的 連續(xù)振動(dòng)波形等。通過任意信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生不同形式的振動(dòng)波形激勵(lì)組織，使組織中的散 射子做不同形式的振動(dòng)以產(chǎn)生剪切波，有利于對(duì)組織粘彈性的測(cè)量。
[0058]所述超聲換能器激勵(lì)信號(hào)經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)發(fā)出以驅(qū)動(dòng)超聲換能器的檢測(cè)脈沖， 可以通過控制任意信號(hào)發(fā)生器靈活地產(chǎn)生。本發(fā)明不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的脈沖回波檢測(cè)，還 可以實(shí)現(xiàn)編碼檢測(cè)，且該發(fā)明僅適合相位編碼方式。
[0059]進(jìn)一步的，所述步驟S200具體包括：
[0060]步驟S201、所述原始組織激勵(lì)信號(hào)通過功率放大器放大，得到組織激勵(lì)信號(hào)；
[0061] 步驟S202、所述組織激勵(lì)信號(hào)加載在微型激勵(lì)器上，通過微型激勵(lì)器驅(qū)動(dòng)振動(dòng)桿 對(duì)所述組織施加指定波形的振動(dòng)，使組織內(nèi)產(chǎn)生剪切波；其中，深度為do的剪切波d(t) = Asin(2Jifvt+ Φ v)+do;其中，A是振動(dòng)幅值，fv是振動(dòng)頻率，Φ v是起始相位，t是時(shí)間參數(shù)。
[0062] d(t)還與外加機(jī)械振動(dòng)有關(guān)，如果只是采用單獨(dú)一個(gè)正弦波的振動(dòng)形式，A將隨時(shí) 間衰減;如果采用連續(xù)正弦振動(dòng)形式，A近似為常數(shù)，Φ v是起始相位。
[0063]進(jìn)一步的，所述步驟S300具體包括：
[0064]步驟S301、所述第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)和所述第二超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)經(jīng)超聲 收/發(fā)系統(tǒng)耦合后，得到超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0065]步驟S302、超聲換能器接收所述超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并發(fā)出原始超聲波p(t);其 中，p(t)=sin(23ifQt)，f〇是超聲換能器的發(fā)射頻率，t是時(shí)間參數(shù)。
[0066]步驟S303、所述原始超聲波經(jīng)所述組織的反射和散射后，得到原始回波信號(hào)r(t， k)，并被所述超聲換能器接收;其中，r(t，k)=p(t_A tk)
，.Δ tk表示組 織振動(dòng)產(chǎn)生的延時(shí)，t是時(shí)間參數(shù)，k取任意正整數(shù)，Θ是原始超聲波的超聲波束與組織振動(dòng) 方向的夾角，c是超聲波聲速。
[0067]步驟S304、所述原始回波信號(hào)r(t，k)經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)放大濾波濾掉高頻后，得到 回波信號(hào)H(t，k);其中
[0068]對(duì)原始回波信號(hào)r ( t，k )進(jìn)行正交分解，得到信號(hào)z ( t，k )，其中：
[0069] 其中
_應(yīng)用一個(gè)線性相位低通濾波器將信號(hào)z(t，k)中 ，. 的高頻濾掉，得到回波信號(hào)H( t，k); 12 H(t，k)的相位為 ph(
2 可知，組織的振動(dòng)信號(hào)為
當(dāng)t = t〇 = 2d〇/c時(shí)（其 中t0 = 2d0/c表示超聲波往返超聲換能器與深度為d0處的散射子所需的時(shí)間），得到深度為 d0處的散射子的慢時(shí)振動(dòng)信號(hào)d(to+kT)。當(dāng)采用根據(jù)不同深度下的組織振動(dòng)慢時(shí)信號(hào)峰值 出現(xiàn)的時(shí)刻不一樣，即達(dá)峰時(shí)間，即可計(jì)算出振動(dòng)在組織中的傳播速度。
[0072]這里假設(shè)散射子做正弦振動(dòng)，當(dāng)散射子為其他形式的振動(dòng)波形時(shí)，振動(dòng)檢測(cè)算法 原理依然可以采用該過程。這一脈沖回波處理算法采用了傳統(tǒng)的脈沖回波檢測(cè)，即探頭發(fā) 射Μ個(gè)正弦波的形式，當(dāng)采用編碼檢測(cè)方式時(shí)，在對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行正交解調(diào)之后，需要進(jìn)行 解碼，后面的步驟不變。
[0073]步驟S305、采集卡接收所述回波信號(hào)H(t，k)。
[0074] 進(jìn)一步的，所述步驟S400中脈沖回波處理算法為Voigt模型，且根據(jù)Voigt模型和 回波信號(hào)得到剪切波在組織中的傳播速度cs;其中，
剪切波在
組織中的頻率為C0S，P是組織密度，μι是彈性模量，μ2是粘性系數(shù)。
[0075] 進(jìn)一步的，所述步驟S500中組織的粘彈性數(shù)據(jù)模型為 C中 E是彈性模量，G是楊氏模量，σ是泊松比，p是組織密度。
[0076] 基于上述方法實(shí)施例，本發(fā)明還提供了一種超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)。如圖2和圖3所 示，所述超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)包括：
[0077] 任意信號(hào)發(fā)生器1-1，用于同時(shí)產(chǎn)生原始組織激勵(lì)信號(hào)和超聲換能器激勵(lì)信號(hào)； [0078]組織激勵(lì)模塊200,用于所述原始組織激勵(lì)信號(hào)經(jīng)放大后加載在微型激勵(lì)器上，并 通過振動(dòng)桿對(duì)指定的組織施加指定波形的振動(dòng)，使組織內(nèi)產(chǎn)生剪切波；
[0079] 脈沖回波檢測(cè)模塊300,用于所述超聲換能器激勵(lì)信號(hào)經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)發(fā)出以驅(qū) 動(dòng)超聲換能器，超聲換能器發(fā)射出的超聲波經(jīng)所述組織反射和散射得到的原始回波信號(hào)并 由超聲換能器接收，并經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)傳輸至采集卡;所述脈沖回波檢測(cè)模塊與所述組織 激勵(lì)t吳塊冋時(shí)啟動(dòng)；
[0080] 剪切波速度計(jì)算模塊400,用于根據(jù)脈沖回波處理算法，及所述回波信號(hào)，得到剪 切波在組織中的傳播速度；
[0081] 彈性參數(shù)獲取模塊500,用于根據(jù)組織的粘彈性數(shù)據(jù)模型及剪切波在組織中的傳 播速度，得到組織的彈性數(shù)據(jù)和粘性數(shù)據(jù)。
[0082]具體實(shí)施時(shí)，所述剪切波速度計(jì)算模塊400及彈性參數(shù)獲取模塊500設(shè)置在電腦5-2中。
[0083]進(jìn)一步的，在所述超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)中，所述組織激勵(lì)模塊200具體包括：
[0084] 功率放大器2-1，用于將所述原始組織激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行放大，得到組織激勵(lì)信號(hào)；
[0085] 微型激勵(lì)器3-1，用于接收所述組織激勵(lì)信號(hào)并驅(qū)動(dòng)振動(dòng)桿3-2;
[0086] 振動(dòng)桿3-2,用于在微型激勵(lì)器3-1的驅(qū)動(dòng)下對(duì)所述組織施加指定波形的振動(dòng)，使 組織內(nèi)產(chǎn)生剪切波。
[0087] 進(jìn)一步的，在所述超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)中，所述超聲換能器激勵(lì)信號(hào)包括由任意 信號(hào)發(fā)生器1-1產(chǎn)生的第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)，和與第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)相位相差 180度的第二超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)。
[0088]進(jìn)一步的，在所述超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)中，所述脈沖回波檢測(cè)模塊300具體包括：
[0089] 耦合單元，用于將所述第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)和所述第二超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào) 進(jìn)行耦合，得到超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0090] 原始超聲波發(fā)送單元，用于接收所述超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并發(fā)出原始超聲波p (t);其中，p(t) =sin(23ifQt)，fo是超聲換能器的發(fā)射頻率，t是時(shí)間參數(shù)；
[0091] 超聲波接收單元，用于接收所述原始超聲波經(jīng)所述組織的反射和散射后而得到原 始回波信號(hào)r(t，k);其中，r(t，k)=p(t-A tk)，Δ"=域' +人廠'co..氣，.A tk表示組織振動(dòng)產(chǎn) C 生的延時(shí)，t是時(shí)間參數(shù)，k取任意正整數(shù)，Θ是原始超聲波的超聲波束與組織振動(dòng)方向的夾 角，C是超聲波聲速；
[0092] 高頻濾波單元，用于將所述原始回波信號(hào)r(t，k)濾波濾掉高頻后，得到回波信號(hào)Η (t，k);其中
[0093] 采集單元，用于接收所述回波信號(hào)H(t，k);
[0094] 其中，所述耦合單元、及所述高頻濾波單元均設(shè)置在超聲收/發(fā)系統(tǒng)4-1中，所述原 始超聲波發(fā)送單元、及所述超聲波接收單元均設(shè)置在超聲換能器3-3中，所述采集單元為采 集卡5-1。
[0095] 具體實(shí)施時(shí)，本發(fā)明所述超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)由任意信號(hào)發(fā)生器1-1、功率放大器 2- 1，微型激勵(lì)器3-1，振動(dòng)桿3-2，超聲換能器3-3，仿體3-4，超聲收/發(fā)系統(tǒng)4-1，采集卡5-1， 電腦5-2組成。其中任意信號(hào)發(fā)生器1-1在外部時(shí)鐘7的控制下產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)所有需要的信號(hào)： 原始組織激勵(lì)信號(hào)1，組織激勵(lì)信號(hào)2,第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)3,第二超聲換能驅(qū)動(dòng)子信 號(hào)4,超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)5,采集卡的觸發(fā)信號(hào)6,原始回波信號(hào)8,回波信號(hào)9。
[0096] 由功率放大器2-1放大任意信號(hào)發(fā)生器1-1產(chǎn)生的原始組織激勵(lì)信號(hào)1，得到組織 激勵(lì)信號(hào)2;由微型激勵(lì)器3-1接收組織激勵(lì)信號(hào)2,并通過帶動(dòng)振動(dòng)桿3-2、超聲換能器3-3 作用于仿體3-4;由超聲收/發(fā)系統(tǒng)4-1耦合任意信號(hào)發(fā)生器1-1產(chǎn)生的第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子 信號(hào)3,第二超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)4，，將耦合后的超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)5作用于超聲換能器 3- 3并將其原始回波信號(hào)8放大和濾波;采集卡5-1通過采集經(jīng)過超聲收/發(fā)系統(tǒng)4-1處理過 的回波信號(hào)9，處理之后在計(jì)算機(jī)5-2上存儲(chǔ)、處理、顯示。
[0097]其中：任意信號(hào)發(fā)生器1-1選用美國(guó)的LeCroy Arbstudio 1104,采用外部時(shí)鐘控 制方式，在模擬口產(chǎn)生特定形式的組織激勵(lì)信號(hào)，在數(shù)字口產(chǎn)生采集卡的觸發(fā)信號(hào)、相位相 差180度的第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)3及第二超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)4,該第一超聲換能驅(qū)動(dòng) 子信號(hào)3及第二超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)4可以通過編碼進(jìn)行調(diào)制得到超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)5;
[0098] 功率放大器2-1和微型激勵(lì)器3-1是選用丹麥Briiel&Kj/aeT^ Denmark的Power Amplifier Type 2718和Mini-shaker Type 4810,配套使用，理論上微型激勵(lì)器可以產(chǎn)生 頻率低于18kHz的任意波形的振動(dòng)信號(hào);超聲收/發(fā)系統(tǒng)4-1和超聲換能器3-3是采用德力凱 TCD EMS-9A系列的超聲收/發(fā)模塊和配套的超聲換能器，其中心頻率是2MHz ;采集卡5-1是 采用ADLINK的PCI-9820，它是一個(gè)2通道14位65MS/s采樣數(shù)字化儀，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)外部觸發(fā)和 外部時(shí)鐘控制。
[0099] 在超聲收/發(fā)系統(tǒng)4-1提供的時(shí)鐘信號(hào)控制下，意信號(hào)發(fā)生器1-1產(chǎn)生系統(tǒng)所有的 信號(hào)，且均由該外部時(shí)鐘7分頻得到，這保證了這些信號(hào)具有公共的周期，從而可以實(shí)現(xiàn)信 號(hào)之間的嚴(yán)格同步。該外部時(shí)鐘信號(hào)為8MHz，選擇超聲收/發(fā)系統(tǒng)4-1的脈沖重復(fù)頻率8e6/ 1080~7.41^^4 = 866/69120~115抱，用12€或者更高的€的倍頻激勵(lì)組織使組織產(chǎn)生剪 切波，并用超聲換能器3-3得到傳統(tǒng)檢測(cè)的結(jié)果和編碼檢測(cè)的結(jié)果。
[0100] 本發(fā)明的實(shí)施例中，設(shè)置組織激勵(lì)模塊200、脈沖回波檢測(cè)模塊300和采集卡5-1的 時(shí)鐘源為同一個(gè)外部時(shí)鐘，組織激勵(lì)模塊200、脈沖回波檢測(cè)模塊300和采集卡5-1的觸發(fā)信 號(hào)統(tǒng)一由任意信號(hào)發(fā)生器1-1產(chǎn)生，且這三個(gè)觸發(fā)信號(hào)的頻率均由外部時(shí)鐘信號(hào)分頻得到， 保證了這些信號(hào)具有公共的周期，從而可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)之間的嚴(yán)格同步。
[0101] 將本發(fā)明所述的超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)彈性仿體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)彈性仿 體Elasticity QA Phantom Model 049A放置在超聲換能器3-3下方，在超聲換能器3-3和仿 體3-4之間涂上一層醫(yī)用耦合劑，用頻率f = 8e6/69120~115Hz去激勵(lì)組織，脈沖重復(fù)頻率 為8e6/1080~7.4kHz，采集卡5-1的采樣率為8MHz，用傳統(tǒng)4個(gè)波的脈沖方法獲得回波信號(hào)， 對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行上述方法處理得到標(biāo)準(zhǔn)彈性仿體的剪切波速度值是2.7m/s，從而得到彈性 值是7.3kPa。而后，在相同位置，用7位的Barker碼，每個(gè)位中有4個(gè)波的方式調(diào)制超聲換能 器驅(qū)動(dòng)信號(hào)之后接收回波信號(hào)，計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)彈性仿體的剪切波速度為2.74m/s，從而得到 彈性值是7.5kPa。標(biāo)準(zhǔn)彈性仿體的彈性標(biāo)稱值是7-9.7kPa，編碼與傳統(tǒng)檢測(cè)都能在標(biāo)準(zhǔn)彈 性仿體上得到在標(biāo)稱值之內(nèi)的值，且在相同條件下，二者得到的結(jié)果很接近。應(yīng)當(dāng)理解的是 本實(shí)施例中的編碼是為了解釋本發(fā)明方法和裝置，本發(fā)明系統(tǒng)不局限于只有該編碼，所有 的相位編碼均可以用于本發(fā)明系統(tǒng)中。
[0102] 綜上所述，本發(fā)明提供了一種超聲粘彈性測(cè)量方法及系統(tǒng)，方法包括:任意信號(hào)發(fā) 生器同時(shí)產(chǎn)生原始組織激勵(lì)信號(hào)和超聲換能器激勵(lì)信號(hào);所述原始組織激勵(lì)信號(hào)經(jīng)放大后 加載在微型激勵(lì)器上，并通過振動(dòng)桿對(duì)指定的組織施加指定波形的振動(dòng)，使組織內(nèi)產(chǎn)生剪 切波;所述超聲換能器激勵(lì)信號(hào)經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)發(fā)出以驅(qū)動(dòng)超聲換能器，超聲換能器發(fā)射 出的超聲波經(jīng)所述組織反射和散射得到的原始回波信號(hào)并由超聲換能器接收，并經(jīng)超聲 收/發(fā)系統(tǒng)傳輸至采集卡;根據(jù)脈沖回波處理算法，及所述回波信號(hào)，得到剪切波在組織中 的傳播速度;根據(jù)組織的粘彈性數(shù)據(jù)模型及剪切波在組織中的傳播速度，得到組織的彈性 數(shù)據(jù)和粘性數(shù)據(jù)。本發(fā)明將編碼檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到超聲瞬時(shí)彈性成像系統(tǒng)，以增加檢測(cè)深度。
[0103] 可以理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及本發(fā) 明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保 護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超聲粘彈性測(cè)量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟： A、 任意信號(hào)發(fā)生器同時(shí)產(chǎn)生原始組織激勵(lì)信號(hào)和超聲換能器激勵(lì)信號(hào)； B、 所述原始組織激勵(lì)信號(hào)經(jīng)放大后加載在微型激勵(lì)器上，并通過振動(dòng)桿對(duì)指定的組織 施加指定波形的振動(dòng)，組織內(nèi)產(chǎn)生剪切波； C、 所述超聲換能器激勵(lì)信號(hào)經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)發(fā)出以驅(qū)動(dòng)超聲換能器，超聲換能器發(fā) 射出的超聲波經(jīng)所述組織反射和散射得到的原始回波信號(hào)并由超聲換能器接收，并經(jīng)超聲 收/發(fā)系統(tǒng)傳輸至采集卡;所述步驟C與所述步驟B同步進(jìn)行； D、 根據(jù)脈沖回波處理算法，及所述回波信號(hào)，得到剪切波在組織中的傳播速度； E、 根據(jù)組織的粘彈性數(shù)據(jù)模型及剪切波在組織中的傳播速度，得到組織的彈性數(shù)據(jù)和 粘性數(shù)據(jù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述超聲粘彈性測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟B具體包括： B1、所述原始組織激勵(lì)信號(hào)通過功率放大器放大，得到組織激勵(lì)信號(hào)； B2、所述組織激勵(lì)信號(hào)加載在微型激勵(lì)器上，通過微型激勵(lì)器驅(qū)動(dòng)振動(dòng)桿對(duì)所述組織 施加指定波形的振動(dòng)，使組織內(nèi)產(chǎn)生剪切波；其中，深度為do的剪切波d(t)=Asin(23ifvt+ 小 v)+do;其中，A是振動(dòng)幅值，fv是振動(dòng)頻率，巾v是起始相位，t是時(shí)間參數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述超聲粘彈性測(cè)量方法，其特征在于，所述超聲換能器激勵(lì)信號(hào)包 括由任意信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)，和與第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)相位 相差180度的第二超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述超聲粘彈性測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟C具體包括： C1、所述第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)和所述第二超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng) 耦合后，得到超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)； C2、超聲換能器接收所述超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并發(fā)出原始超聲波p(t);其中，p(t) = 以11(2對(duì)。〇，心是超聲換能器的發(fā)射頻率4是時(shí)間參數(shù)； C3、所述原始超聲波經(jīng)所述組織的反射和散射后，得到原始回波信號(hào)r(t，k)，并被所述 超聲換能器接收;其中，1"(1:，1〇=?(1：-八〖1〇，，A tk表示組織振動(dòng)產(chǎn)生 的延時(shí)，t是時(shí)間參數(shù)，k取任意正整數(shù)，0是原始超聲波的超聲波束與組織振動(dòng)方向的夾角， c是超聲波聲速； C4、所述原始回波信號(hào)r(t，k)經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)放大濾波濾掉高頻后，得到回波信號(hào)H (t，k);其中C5、采集卡接收所述回波信號(hào)H(t，k)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述超聲粘彈性測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟D中脈沖回波處理 算法為Voigt模型，且根據(jù)Voigt模型和回波信號(hào)得到剪切波在組織中的傳播速度 Cs;其中，，剪切波在組織中的頻率為《 s，P是組織密度，yi是彈性模量，y2 是粘性系數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述超聲粘彈性測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟E中組織的粘彈性 數(shù)據(jù)模型，其中E是彈性模量，G是楊氏模量，〇是泊松比，P是組織密 度。7. -種超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括： 任意信號(hào)發(fā)生器，用于同時(shí)產(chǎn)生原始組織激勵(lì)信號(hào)和超聲換能器激勵(lì)信號(hào)； 組織激勵(lì)模塊，用于所述原始組織激勵(lì)信號(hào)經(jīng)放大后加載在微型激勵(lì)器上，并通過振 動(dòng)桿對(duì)指定的組織施加指定波形的振動(dòng)，使組織內(nèi)產(chǎn)生剪切波； 脈沖回波檢測(cè)模塊，用于所述超聲換能器激勵(lì)信號(hào)經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)發(fā)出以驅(qū)動(dòng)超聲 換能器，超聲換能器發(fā)射出的超聲波經(jīng)所述組織反射和散射得到的原始回波信號(hào)并由超聲 換能器接收，并經(jīng)超聲收/發(fā)系統(tǒng)傳輸至采集卡;所述脈沖回波檢測(cè)模塊與所述組織激勵(lì)模 塊冋時(shí)啟動(dòng)； 剪切波速度計(jì)算模塊，用于根據(jù)脈沖回波處理算法，及所述回波信號(hào)，得到剪切波在組 織中的傳播速度； 彈性參數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)組織的粘彈性數(shù)據(jù)模型及剪切波在組織中的傳播速度， 得到組織的彈性數(shù)據(jù)和粘性數(shù)據(jù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述組織激勵(lì)模塊具體包 括： 功率放大器，用于將所述原始組織激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行放大，得到組織激勵(lì)信號(hào)； 微型激勵(lì)器，用于接收所述組織激勵(lì)信號(hào)并驅(qū)動(dòng)振動(dòng)桿； 振動(dòng)桿，用于在微型激勵(lì)器的驅(qū)動(dòng)下對(duì)所述組織施加指定波形的振動(dòng)，使組織內(nèi)產(chǎn)生 剪切波。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲換能器激勵(lì)信號(hào)包 括由任意信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)，和與第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)相位 相差180度的第二超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述超聲粘彈性測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖回波檢測(cè)模塊具 體包括： 耦合單元，用于將所述第一超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)和所述第二超聲換能驅(qū)動(dòng)子信號(hào)進(jìn)行 耦合，得到超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 原始超聲波發(fā)送單元，用于接收所述超聲換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并發(fā)出原始超聲波P(t);其 中，p(t)=sin(23Tf〇t)，f〇是超聲換能器的發(fā)射頻率，t是時(shí)間參數(shù)； 超聲波接收單元，用于接收所述原始超聲波經(jīng)所述組織的反射和散射后而得到原始回 波信號(hào)r(t，k);其中，r(t，k)=p(t-A tk)，A tk表示組織振動(dòng)產(chǎn)生的 延時(shí)，t是時(shí)間參數(shù)，k取任意正整數(shù)，0是原始超聲波的超聲波束與組織振動(dòng)方向的夾角，c 是超聲波聲速； 高頻濾波單元，用于將所述原始回波信號(hào)r(t，k)濾波濾掉高頻后，得到回波信號(hào)H(t， k);其中，采集單元，用于接收所述回波信號(hào)H(t，k); 其中，所述耦合單元、及所述高頻濾波單元均設(shè)置在超聲收/發(fā)系統(tǒng)中，所述原始超聲 波發(fā)送單元、及所述超聲波接收單元均設(shè)置在超聲換能器中，所述采集單元為采集卡。
【文檔編號(hào)】A61B8/08GK106037816SQ201610334175
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】刁現(xiàn)芬, 朱菁, 覃正笛, 陳思平
【申請(qǐng)人】深圳大學(xué)