專利名稱：使用切變波的成像方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用切變波的成像方法和裝置。
尤其，本發(fā)明涉及使用切變波觀察包含粒子反射超聲壓縮波的漫射粘彈性介質(zhì)的成像方法，在該方法中，彈性切變波在粘彈性介質(zhì)中產(chǎn)生，通過至少一個(gè)超聲壓縮波觀察遭受所述切變波的粘彈性介質(zhì)的位移。
該技術(shù)具有一個(gè)缺點(diǎn)，即在研究每次切變波產(chǎn)生時(shí)，只允許分析粘彈性介質(zhì)的一個(gè)點(diǎn)。如果有人希望得到一個(gè)被觀察粘彈性介質(zhì)的完整圖像，就必須重復(fù)操作很多次，這包括相當(dāng)長的無效時(shí)間(例如幾分鐘)以獲得該圖像。
該相當(dāng)長的無效時(shí)間使得該先前技術(shù)方法不實(shí)用。
此外，該無效時(shí)間會(huì)阻止所述方法的使用，而不能得到總是運(yùn)動(dòng)的活組織的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的特別是要減小這些缺點(diǎn)。
為了這個(gè)目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明，所述這種方法的本質(zhì)特征是通過將具有低頻脈沖形式的激發(fā)用于粘彈性介質(zhì)上以產(chǎn)生切變波，該低頻脈沖的中心頻率f在20到5000Hz之間，持續(xù)時(shí)間在1/2f到20/f之間，該方法中包括一個(gè)傳播觀察步驟，在此期間觀察切變波同時(shí)在被觀察介質(zhì)中多點(diǎn)的傳播，這些點(diǎn)形成了一個(gè)至少沿著第一軸延伸的大體上連續(xù)的觀察區(qū)域，該切變波傳播觀察步驟包括--將一連串至少10束超聲壓縮波以每秒100到100000束的速率發(fā)射到被觀察的介質(zhì)；
--實(shí)時(shí)檢測(cè)并記錄粘彈性介質(zhì)中反射粒子對(duì)每個(gè)超聲波束所產(chǎn)生的回波，這些回波對(duì)應(yīng)于(直接或間接)被觀察介質(zhì)的相繼圖像；--在所述的方法中還包括一個(gè)隨后的圖像處理步驟，在此期間，如此獲得的圖像在以后的時(shí)間里，至少要經(jīng)過相繼圖像之間的互相關(guān)處理，以確定在觀察區(qū)域中的每一點(diǎn)處從粘彈性介質(zhì)的位移和應(yīng)變中選出的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，用這種方法以獲得一連串表示在切變波傳播的影響下粘彈性介質(zhì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)演變的圖像。
依賴于這些安排，能獲得一個(gè)清楚顯示切變波在粘彈性介質(zhì)中傳播的影像，例如在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，它可用于直接標(biāo)記病人組織中的癌癥區(qū)域事實(shí)上切變波在癌癥區(qū)域的傳播與其相鄰的區(qū)域有很大的不同。
進(jìn)行這種標(biāo)記比通過超聲回波描記術(shù)進(jìn)行的傳統(tǒng)觀察要方便很多，因?yàn)榍凶儾ǖ膫鞑ヒ蕾囉诮橘|(zhì)的切變模量，它在健康組織區(qū)域和癌癥組織區(qū)域之間的變化很大；切變模量在健康區(qū)域和癌癥區(qū)域之間變化的比值通常是1到30，而用于超聲回波描記術(shù)中支配聲壓縮波傳播的體積模量在健康組織和癌癥組織之間的變化大約只有5％。
應(yīng)該注意到，獲得的影像顯示了切變波的傳播，比介質(zhì)的反射粒子所給出的一連串圖像要清楚得多，因?yàn)樗鲇跋衲軌螂S時(shí)觀察到被觀察介質(zhì)的區(qū)域，該區(qū)域遭受由切變波傳播引起的同樣數(shù)量的運(yùn)動(dòng)，然而反射粒子的一連串圖像只能觀察到模糊的運(yùn)動(dòng)亮點(diǎn)。
在根據(jù)本發(fā)明方法的較佳實(shí)施例中，可能還要依賴以下安排中的一個(gè)和/或其它--低頻脈沖的持續(xù)時(shí)間在1/2f到2f之間；--低頻脈沖的中心頻率在30到1000Hz之間；--被觀察的粘彈性介質(zhì)包括一個(gè)活體，該活體包含至少一個(gè)脈動(dòng)性運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部器官，產(chǎn)生切變波的低頻脈沖由所述內(nèi)部器官的脈動(dòng)性運(yùn)動(dòng)所確定；--被觀察的粘彈性介質(zhì)由一個(gè)外表面界定，低頻脈沖施加于該外表面附近；--通過選自以下的激發(fā)施加低頻脈沖●至少一個(gè)聲換能器產(chǎn)生的聲波，●由粘彈性介質(zhì)外表面附近的直接接觸局域產(chǎn)生的振動(dòng)；--發(fā)射超聲壓縮波束，并用一排換能器檢測(cè)粘彈性介質(zhì)的反射粒子所產(chǎn)生的回波，所述一排換能器包含至少一個(gè)換能器且與粘彈性介質(zhì)的外表面接觸，通過在所述一排換能器上施加脈動(dòng)性位移，將切變波強(qiáng)加于粘彈性介質(zhì)；
--所述的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是粘彈性介質(zhì)的應(yīng)變?cè)谏衔闹凶詈笏O(shè)想的情況下，這種安排特別有用，因?yàn)樗梢圆挥蒙鲜鲆慌艙Q能器的位移，另外該位移會(huì)擾亂觀察區(qū)域中各點(diǎn)位移的測(cè)量值；--在觀察切變波的傳播期間，以每秒100到100000束的速率發(fā)射100到10000束的超聲壓縮波；--觀察區(qū)域至少沿著一個(gè)平面延伸，該平面一方面包含第一軸，另一方面包含垂直于第一軸的第二軸；--在傳播觀察步驟期間，至少沿著第二軸排列的一排幾個(gè)聲換能器用于發(fā)射超聲壓縮波束，并檢測(cè)粘彈性介質(zhì)中反射粒子所產(chǎn)生的回波，直接存儲(chǔ)每個(gè)聲換能器檢測(cè)的回波而無需在傳播觀察步驟期間預(yù)先處理，圖像處理步驟包含一個(gè)預(yù)先形成通路的子步驟，在此期間通過組合各種換能器所接收的回波中的至少幾個(gè)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于每個(gè)超聲壓縮波束的粘彈性介質(zhì)的圖像；--在圖像處理步驟之后(立刻或另外)是觀察步驟，在此期間在慢動(dòng)作下觀察包括相繼處理圖像的影像，每個(gè)圖像的每一點(diǎn)顯示一個(gè)根據(jù)分配到該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)值變化的光學(xué)參數(shù)；--光學(xué)參數(shù)選自灰度和彩色度；--在圖像處理步驟之后(立刻或另外)是映射步驟，在此期間基于觀察區(qū)域中運(yùn)動(dòng)參數(shù)的演變，為觀察區(qū)域中至少幾個(gè)點(diǎn)處的切變波計(jì)算至少一個(gè)傳播參數(shù)；--在映射步驟中計(jì)算的切變波傳播參數(shù)選自于切變波速度、切變模量、切變波衰減、切變彈性和切變粘性。
此外，本發(fā)明還有一個(gè)主題是使用切變波觀察包含粒子反射超聲壓縮波的漫射粘彈性介質(zhì)的成像裝置，該裝置包含用于在粘彈性介質(zhì)中產(chǎn)生彈性切變波的激發(fā)裝置和用于通過至少一個(gè)超聲壓縮波，觀察遭受所述切變波的粘彈性介質(zhì)位移的捕獲裝置；該裝置的特征是，其中的激發(fā)裝置適于將具有低頻脈沖形式的激發(fā)用于粘彈性介質(zhì)，該低頻脈沖的中心頻率f在20到5000Hz，它的持續(xù)時(shí)間為1/2f到20/f；以及其中的捕獲裝置適于觀察切變波同時(shí)在被觀察介質(zhì)中多點(diǎn)的傳播，這些點(diǎn)形成一個(gè)至少沿第一軸延伸的大體上連續(xù)的觀察區(qū)域，所述捕獲裝置適用于--將一連串至少10束超聲壓縮波以每秒100到100000束的速率發(fā)射到被觀察的介質(zhì)；--實(shí)時(shí)檢測(cè)并記錄粘彈性介質(zhì)中反射粒子對(duì)每個(gè)超聲波束所產(chǎn)生的回波，這些回波反應(yīng)了(直接或間接)被觀察介質(zhì)的相繼圖像；--在所述的裝置中還包括圖像處理裝置，適于在以后的時(shí)間里，至少通過相繼圖像之間的互相關(guān)處理觀察裝置獲得的圖像，以確定在觀察區(qū)域中的每一點(diǎn)處的從粘彈性介質(zhì)位移和應(yīng)變中選出的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，用這種方法以獲得一連串表示在切變波傳播的影響下粘彈性介質(zhì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)演變的圖像。
在根據(jù)本發(fā)明裝置的較佳實(shí)施例中，可能還要依賴于一個(gè)和/或其它的以下安排--觀察裝置包含一排換能器，所述一排換能器包括至少一個(gè)換能器且適于與界定粘彈性介質(zhì)的外表面接觸，激發(fā)裝置適于在所述一排換能器上施加脈動(dòng)性位移；--所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)是粘彈性介質(zhì)的應(yīng)變；--觀察區(qū)域至少沿著一個(gè)平面延伸，該平面一方面包含第一軸，另一方面包含垂直于第一軸的第二軸，所述一排換能器包含至少沿第二軸排列的幾個(gè)換能器，提供了用于選擇性操作裝置的控制裝置，或者用切變波的成像模式，或者用標(biāo)準(zhǔn)的回波描記術(shù)，以能夠獲得每秒10到100幅圖像。
在以下結(jié)合附圖，以非限制性實(shí)例的方式給出的幾個(gè)實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過切變波成像裝置的示意圖；圖2是顯示圖1裝置另一形式的細(xì)部圖。
具體實(shí)施例方式
在各個(gè)附圖中，同樣的標(biāo)號(hào)指定同樣的或類似的部件。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過切變波成像裝置的一個(gè)實(shí)例，用于研究彈性切變波在相對(duì)于超聲壓縮波漫射的粘彈性介質(zhì)1中的傳播，例如粘彈性介質(zhì)可以是--惰性體，特別是在工業(yè)應(yīng)用的質(zhì)量控制中，和特別是在農(nóng)業(yè)食品的應(yīng)用中；--或是活體，例如在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，是病人身體的一部分。
該裝置包括一個(gè)靠著被觀察介質(zhì)1的外表面3擺放的聲換能器，例如擴(kuò)音器2或振動(dòng)器，例如在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，該表面3由病人的皮膚組成。
擴(kuò)音器2可以通過例如低頻脈沖發(fā)生器電路G(特別的，該電路可以由微型計(jì)算機(jī)4的聲卡組成)和放大器A，由微型計(jì)算機(jī)4控制，以便用于以低頻脈沖的形式激發(fā)被觀察介質(zhì)的表面3，以致在粘彈性介質(zhì)1中產(chǎn)生切變波。
該低頻脈沖通常呈現(xiàn)出一個(gè)大約1mm的振幅，和一個(gè)在20到5000Hz的中心頻率f，應(yīng)用的持續(xù)時(shí)間為1/2f到20/f。較佳的，低頻脈沖應(yīng)用的持續(xù)時(shí)間在1/2f到2f之間，頻率f在30到1000Hz，典型的該頻率為大約50Hz。
用另一形式，也可以獲得聲切變波(具有上述振幅和頻率特征)--通過用微型計(jì)算機(jī)4控制的至少一個(gè)自動(dòng)致動(dòng)器，直接接觸粘彈性介質(zhì)外表面附近而局域產(chǎn)生振動(dòng)；--通過手動(dòng)直接接觸粘彈性介質(zhì)外表面附近而局域產(chǎn)生振動(dòng)；--或者，在醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面，通過人體或動(dòng)物體內(nèi)部器官的自然脈動(dòng)性運(yùn)動(dòng)(例如心搏)。
擴(kuò)音器2產(chǎn)生的彈性切變波以一個(gè)相當(dāng)慢的速度Cs移動(dòng)，大約為每秒幾米(典型地，在人體內(nèi)是每秒1到10米)，并在被觀察的粘彈性介質(zhì)1中產(chǎn)生內(nèi)部運(yùn)動(dòng)。
這些運(yùn)動(dòng)之后，就將超聲壓縮波發(fā)送到介質(zhì)1中，該超聲壓縮波與介質(zhì)1中的漫射粒子5交互作用，該粒子相對(duì)于超聲壓縮波進(jìn)行反射。粒子5可以由介質(zhì)1中的任何異質(zhì)構(gòu)成，特別是涉及醫(yī)學(xué)應(yīng)用時(shí)，是存在于人體組織內(nèi)的膠原質(zhì)粒子。
為了觀察切變波的傳播，因此使用靠著被觀察介質(zhì)1的外表面3設(shè)置的超聲波探測(cè)器6。該探測(cè)器沿著X軸發(fā)送超聲壓縮波的脈沖，該超聲壓縮波為那些通常用于回波描記術(shù)的類型，例如它的頻率在1到100MHz，較佳的在3到15MHz。應(yīng)該注意到探測(cè)器6可以如下設(shè)置--與擴(kuò)音器2一樣在介質(zhì)1同一邊，如圖1所示；--或者在介質(zhì)1上擴(kuò)音器2所在邊的對(duì)邊；--或者在任何其它位置，例如相對(duì)于擴(kuò)音器2橫向排列。
超聲波探測(cè)器6包括一排n個(gè)超聲波換能器T1，T2，…，Ti，…，Tn，n為整數(shù)，至少等于1。
該探測(cè)器6通常使用直條裝的形式，它可以包含例如n＝128個(gè)沿垂直于X軸的Y軸排列的換能器，用于同時(shí)發(fā)送它們的超聲波脈沖，通過這種方法以產(chǎn)生一個(gè)“平面”波(也就是說在該實(shí)例中波的波陣面在X，Y平面上是直的)或其它任何類型能輻射到整個(gè)觀察區(qū)域的波。
用另一形式，所述一排換能器可能減少為一個(gè)單獨(dú)的換能器T1，或相反使用例如沿垂直于X軸的平面延伸的二維排列。
每個(gè)換能器T1，T2，…，Tn由微型計(jì)算機(jī)或中央處理器CPU(它包含在電子機(jī)架7中，通過可彎曲的電纜連接到探測(cè)器6)控制，在持續(xù)時(shí)間少于1秒的觀察相位期間和發(fā)射p束超聲壓縮波期間(p為100到1000之間的整數(shù)，最好是在1000到10000之間)，換能器以每秒100到100000束，最好是每秒1000到100000束的速率(該速率受壓縮波在介質(zhì)1中向外/回程時(shí)間的限制，因此也限制于介質(zhì)1在X方向的厚度事實(shí)上探測(cè)器6必須在新的壓縮波發(fā)射之前，接收壓縮波產(chǎn)生的所有回波)，將連續(xù)的超聲壓縮波束發(fā)射到介質(zhì)1。
觀察相位的超聲壓縮波束最好正好在切變波發(fā)射之前開始。
此外，在活體組織的脈動(dòng)性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生切變波的情況下，更容易使超聲壓縮波束的開始和該脈動(dòng)性運(yùn)動(dòng)同步。例如，在切變波由心博產(chǎn)生的情況下，可能使超聲壓縮波束的開始與心電圖中選中的相位同步。
這些束中的每一個(gè)都引起介質(zhì)1中超聲壓縮波以高于切變波很多的傳播速度的傳播，例如在人體內(nèi)為大約1500m/s。
如此產(chǎn)生的超聲波與反射粒子5交互作用，從而產(chǎn)生回波或其它類似的信號(hào)干擾，在回波描記術(shù)領(lǐng)域眾所周知的為“斑點(diǎn)噪聲”。
在獲得每個(gè)束之后，換能器T1，…，Tn獲得該“斑點(diǎn)噪聲”。在j號(hào)束之后每個(gè)換能器獲得的信號(hào)sij(t)首先被采樣器高頻采樣(例如30到100MHz)和實(shí)時(shí)數(shù)字化(例如8位，或在特定情況下為1位)，該采樣器分別為E1，E2，…，En，它屬于機(jī)架7，并與換能器相連。
然后，將如此采樣和數(shù)字化的信號(hào)sij(t)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器Mi中，該存儲(chǔ)器Mi屬于機(jī)架7，并對(duì)應(yīng)于換能器Ti。
每個(gè)存儲(chǔ)器Mi具有例如1Mb的容量，并包含所有相繼接收束j＝1到p的信號(hào)sij(t)。
然后，在存儲(chǔ)完所有對(duì)應(yīng)于一個(gè)和同樣切變波傳播的信號(hào)sij(t)后，中央處理器CPU使屬于機(jī)架7的求和電路S通過通路形成的常規(guī)過程再次處理這些信號(hào)(或者CPU自己執(zhí)行該處理，或者在微型計(jì)算機(jī)4中執(zhí)行該處理)。
信號(hào)Sj(x，y)由此產(chǎn)生，每個(gè)都對(duì)應(yīng)于j號(hào)束之后觀察區(qū)域的圖像。
例如，信號(hào)Sj(t)可以通過以下公式確定Sj(t)=Σi=1nαi(x,y)·sij[t(x,y)+di(x,y)/V]]]>其中--sij是j號(hào)超聲壓縮波束之后，i號(hào)換能器感覺到的粗信號(hào)；--t(x，y)是超聲壓縮波到達(dá)觀察區(qū)域中坐標(biāo)為(x，y)的點(diǎn)所用去的時(shí)間，在j號(hào)束發(fā)出時(shí)t＝0；--di(x，y)是觀察區(qū)域中坐標(biāo)為(x，y)的點(diǎn)與i號(hào)換能器之間的距離，或者是該距離的近似值；--V是超聲壓縮波在被觀察的粘彈性介質(zhì)中傳播的平均速度；--αi(x，y)是允許變跡法的加權(quán)系數(shù)(實(shí)際上，在很多情況下，可以看做αi(x，y)＝1)。
當(dāng)觀察區(qū)域是三維(平面排列換能器)時(shí)，將空間坐標(biāo)由(x，y)替換為(x，y，z)，以上公式就可用于變異變種體。
當(dāng)探測(cè)器6只包含一個(gè)換能器時(shí)，通路形成步驟就是非必要的，我們可以直接使用Sj(x)＝sj[2.x/V]，符號(hào)和以上相同。
通路形成步驟以后，應(yīng)該有一個(gè)中央處理器CPU，將圖像信號(hào)Sj(x，y)或Sj(x)或Sj(x，y， z)存儲(chǔ)到屬于機(jī)架7的中央存儲(chǔ)器M中，其中每個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)于j號(hào)束。當(dāng)微型計(jì)算機(jī)4自己執(zhí)行圖像處理時(shí)，這些信號(hào)也可以存儲(chǔ)在微型計(jì)算機(jī)4中。
然后成對(duì)處理這些圖像，再以后，進(jìn)行互相關(guān)?；ハ嚓P(guān)可以在屬于機(jī)架7的DSP電路中完成，或被編入中央處理器CPU，或被編入微型計(jì)算機(jī)4。
作為實(shí)例，可以通過在具有預(yù)定長度Δx的滑動(dòng)空間窗口上比較信號(hào)Sj(x，y)和Sj+1(x，y)(在二維觀察區(qū)域的情況下)，完成該互相關(guān)，Δx的范圍例如可以從λ到10λ，其中λ是超聲壓縮波的波長(也就是在水中或人體中，3.5MHz時(shí)大約為從0.42到4.2mm)。此外，上述窗口可以相互交迭它們沿x軸長度的大約20％。
在該互相關(guān)過程期間，互相關(guān)函數(shù)<Sj(x，y)，Sj+1(x，y)>取最大值，以確定引起超聲回波的每個(gè)粒子5在X方向所遭受的位移。
這種互相關(guān)計(jì)算的實(shí)例在本技術(shù)領(lǐng)域的陳述中已經(jīng)給出，特別是由O’Donnell等人(″Internal displacement and strain imaging using speckle tracking″，IEEE transactions on ultrasonic，ferroelectrics，and frequency control，vo1.41，No.3，May 1994，p.314-325)，和Ophir等人(″Elastographyaquantitative method for imaging the elasticity of biological tissues″，Ultrasonic imag.，vol.13，p.111-134，1991)。
如此獲得在切變波的影響下，介質(zhì)1在X方向的一連串位移值Djx(x，y)。
一連串的位移值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器M中，或微型計(jì)算機(jī)4中，而且可以特別通過微型計(jì)算機(jī)的屏幕4a以慢動(dòng)作影像的形式進(jìn)行觀察，其中位移值通過光學(xué)參數(shù)表示，例如通過灰度或彩色度。
如此能較佳的觀察切變波在不同特征介質(zhì)1中傳播的不同，例如在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中就是健康組織和癌癥組織。
此外，切變波傳播影像還可以疊加入上述這種裝置產(chǎn)生的常規(guī)回波描記術(shù)圖像，它可以操作--或者以切變波圖像模式；--或者以標(biāo)準(zhǔn)回波描記術(shù)模式，作為例如從微型計(jì)算機(jī)的鍵盤4b接收到的命令功能。
此外，除了被觀察介質(zhì)1中每個(gè)點(diǎn)的位移之外，還可以計(jì)算介質(zhì)在X方向的應(yīng)變Ejx(x，y)，也就是位移Djx(x，y)對(duì)x的導(dǎo)數(shù)。
這些連續(xù)的應(yīng)變值對(duì)于觀察切變波以影像形式傳播與先前的一樣有用，此外它還顯示出相對(duì)于被觀察介質(zhì)1放棄探測(cè)器6的位移的優(yōu)點(diǎn)。
該變化特別有利于圖2所示的實(shí)施例，其中擴(kuò)音器或振動(dòng)器2支撐探測(cè)器6，這就必須包括所述探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)楹笳弑旧懋a(chǎn)生切變波。
根據(jù)位移或應(yīng)變值，如果適當(dāng)?shù)脑?，可以進(jìn)行映射步驟，在此期間根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)(位移或應(yīng)變)隨時(shí)間在觀察區(qū)域X，Y(在單換能器的情況下是X，在平面排列換能器的情況下是X，Y，Z)上的演變，計(jì)算至少一個(gè)切變波的傳播參數(shù)，或者是在用戶從微型計(jì)算機(jī)4中選出觀察區(qū)域的某些點(diǎn)上，或者是整個(gè)觀察區(qū)域。
在映射步驟期間計(jì)算的切變波傳播參數(shù)從例如切變波的速度Cs、切變模量μ、切變波的衰減α、切變彈性μ1和切變粘性μ2中選出。
通過用常規(guī)的逆向過程執(zhí)行該計(jì)算，以下給出一個(gè)它在二維觀察區(qū)域(在分別具有多個(gè)換能器T1和平面排列換能器的一維或三維觀察區(qū)域的情況下，同樣的過程可用于變異變種體)情況下的的實(shí)例。
在該實(shí)例中，近似設(shè)定切變粘性μ2為0，介質(zhì)為各向同性的。
給出介質(zhì)1中每個(gè)點(diǎn)位移向量D的波動(dòng)方程可寫為ρ∂2D-∂t2=Δ(μ·D-)----(I),]]>
其中ρ為介質(zhì)1的密度，μ為切變模量(假定將它簡(jiǎn)化到它的實(shí)數(shù)部分切變彈性μ1，因?yàn)榧俣ㄇ凶冋承驭?為0)。
對(duì)于向量D的第一分量u，也就是說對(duì)于介質(zhì)在X方向上的位移，因此我們得到ρ∂2u∂t2=∂2(μu)∂x2+∂2(μu)∂y2----(II),]]>在時(shí)域傅里葉變換和離散化之后，該方程可寫成以下矩陣形式，它可寫出切變波頻譜中的每個(gè)頻率B＝H·M (III)，其中--M是(L+2)·(M+2)-4維的向量，它的每個(gè)分量等于μlm，也就是在每個(gè)坐標(biāo)為(x1，Xm)的離散化點(diǎn)處的切變模量局部值，其中l(wèi)和m分別是0到L+1和0到M+1的整數(shù)，除去(l，m)等于(0，0)，(0，M+1)，(L+1，0)和(L+1，M+1)的點(diǎn)，L+2和M+2是介質(zhì)1的圖像中分別沿X和Y軸離散化點(diǎn)的數(shù)目；--B是L·M維的向量，它的分量等于-ω2·ρ·Ulm，其中ω是低頻切變波的角頻率，ρ是介質(zhì)的密度，Ulm是坐標(biāo)為(xl，ym)點(diǎn)處位移u的時(shí)域傅里葉變換，l在1到L之間，m在1到M之間；--H是一矩陣，其維度為L·M行，(L+2)·(M+2)-4列，所有這些分量都可以從波動(dòng)方程中知道。
通過并列分別對(duì)應(yīng)于切變波頻率頻譜各個(gè)項(xiàng)目的足夠多的方程(III)，獲得一個(gè)全局矩陣方程，該方程可通過矩陣求逆解答出，以獲得向量M，也就是在觀察區(qū)域中每一點(diǎn)的切變模量μ值。
然后，以此推出切變波在每一點(diǎn)傳播速度Cs的局部值，如果需要，可通過公式 如果用被觀察介質(zhì)1的應(yīng)變替換位移，計(jì)算模式也是一樣。
權(quán)利要求
1.一種成像方法，使用切變波觀察所含粒子(5)反射超聲壓縮波的漫射粘彈性介質(zhì)(1)，在該方法中，彈性切變波在粘彈性介質(zhì)中產(chǎn)生，通過至少一個(gè)超聲壓縮波觀察遭受所述切變波的粘彈性介質(zhì)(1)的位移，其特征在于，通過將具有低頻脈沖形式的激發(fā)施加于粘彈性介質(zhì)上以產(chǎn)生切變波，該低頻脈沖的中心頻率f在20到5000Hz之間，持續(xù)時(shí)間在1/2f到20/f之間，該方法中包括一個(gè)傳播觀察步驟，在此期間同時(shí)觀察切變波在被觀察介質(zhì)中多點(diǎn)的傳播，這些點(diǎn)形成了一個(gè)至少沿著第一軸(x)延伸的大體上連續(xù)的觀察區(qū)域，該切變波傳播觀察步驟包括--將一連串至少10束超聲壓縮波以每秒100到100000束的速率發(fā)射到被觀察的介質(zhì)；--實(shí)時(shí)檢測(cè)并記錄粘彈性介質(zhì)中反射粒子對(duì)每個(gè)超聲波束所產(chǎn)生的回波，這些回波對(duì)應(yīng)于被觀察介質(zhì)的相繼圖像；--在所述的方法中還包括一個(gè)隨后的圖像處理步驟，在此期間，如此獲得的圖像在稍后的時(shí)間里，至少要經(jīng)過相繼圖像之間的互相關(guān)處理，以確定在觀察區(qū)域中的每一點(diǎn)處從粘彈性介質(zhì)的位移和應(yīng)變中選出的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，用這種方法以獲得一連串表示在切變波傳播的影響下粘彈性介質(zhì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)演變的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，低頻脈沖的持續(xù)時(shí)間在1/2f到2f之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，低頻脈沖的中心頻率在30到1000Hz。
4.如上述任何權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，被觀察粘彈性介質(zhì)(1)包括一個(gè)活體，該活體包含至少一個(gè)脈動(dòng)性運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部器官，產(chǎn)生切變波的低頻脈沖由所述內(nèi)部器官的脈動(dòng)性運(yùn)動(dòng)所確定。
5.如權(quán)利要求1到3中任何一條所述的方法，其特征在于，被觀察的粘彈性介質(zhì)(1)由一個(gè)外表面(3)界定，低頻脈沖施加于該外表面附近。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過激發(fā)施加低頻脈沖，該激發(fā)選自--至少一個(gè)聲換能器(2)產(chǎn)生的聲波，--通過直接接觸粘彈性介質(zhì)外表面(3)附近而局域產(chǎn)生的振動(dòng)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，發(fā)射超聲壓縮波束，并用一排換能器(6)檢測(cè)粘彈性介質(zhì)的反射粒子所產(chǎn)生的回波，所述一排換能器至少包含一個(gè)換能器(T1，…，Tn)且與粘彈性介質(zhì)外表面接觸，通過在所述一排換能器上施加脈動(dòng)性位移，將切變波施加于粘彈性介質(zhì)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)是粘彈性介質(zhì)的應(yīng)變。
9.如上述任何權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在觀察切變波的傳播期間，以每秒1000到100000束的速率發(fā)射100到10000束的超聲壓縮波。
10.如上述任何權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，觀察區(qū)域至少沿著一個(gè)平面延伸，該平面一方面包含第一軸(X)，另一方面包含垂直于第一軸的第二軸(Y)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在傳播觀察步驟期間，至少沿著第二軸(Y)排列的一排幾個(gè)聲換能器(T1，…，Tn)用于發(fā)射超聲壓縮波束，并檢測(cè)粘彈性介質(zhì)中反射粒子所產(chǎn)生的回波，直接存儲(chǔ)每個(gè)聲換能器檢測(cè)的回波而無需在傳播觀察步驟期間預(yù)先處理，圖像處理步驟包含一個(gè)預(yù)先形成通路的子步驟，在此期間通過組合各種換能器(T1，…，Tn)所接收的回波中的至少幾個(gè)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于每個(gè)超聲壓縮波束的粘彈性介質(zhì)的圖像。
12.如上述任何權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在圖像處理步驟之后是觀察步驟，在此期間在慢動(dòng)作下觀察由相繼處理圖像組成的影像，每個(gè)圖像的每一點(diǎn)顯示一個(gè)根據(jù)分配到該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)值變化的光學(xué)參數(shù)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，光學(xué)參數(shù)選自灰度和彩色度。
14.如上述任何權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在圖像處理步驟之后是映射步驟，在此期間根據(jù)觀察區(qū)域中運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間的演變，為觀察區(qū)域中至少幾個(gè)點(diǎn)處的切變波計(jì)算至少一個(gè)傳播參數(shù)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在映射步驟中計(jì)算的切變波傳播參數(shù)選自切變波的速度、切變模量、切變波的衰減、切變彈性和切變粘性。
16.一種成像裝置，它使用切變波觀察所含粒子反射超聲壓縮波的漫射粘彈性介質(zhì)(1)，該裝置包含用于在粘彈性介質(zhì)中產(chǎn)生彈性切變波的激發(fā)裝置和用于通過至少一個(gè)超聲壓縮波觀察遭受所述切變波的粘彈性介質(zhì)位移的捕獲裝置(CPU、Ti、Ei、Mi)，其特征在于，激發(fā)裝置(2)適于將具有低頻脈沖形式的激發(fā)施加于粘彈性介質(zhì)，該低頻脈沖的中心頻率f在20到5000Hz，它的持續(xù)時(shí)間為1/2f到20/f，以及捕獲裝置(CPU、Ti、Ei、Mi)適于同時(shí)觀察切變波在被觀察介質(zhì)中多點(diǎn)的傳播，這些點(diǎn)形成一個(gè)至少沿第一軸(X)延伸的大體上連續(xù)的觀察區(qū)域，所述捕獲裝置適用于--將一連串至少10束超聲壓縮波以每秒100到100000束的速率發(fā)射到被觀察的介質(zhì)，--實(shí)時(shí)檢測(cè)并記錄粘彈性介質(zhì)中反射粒子對(duì)每個(gè)超聲波束所產(chǎn)生的回波，這些回波對(duì)應(yīng)于被觀察介質(zhì)的相繼圖像；--所述裝置還包括圖像處理裝置(CPU，S DSP)，它適于在以后的時(shí)間里，至少通過圖像之間的互相關(guān)處理觀察裝置獲得的圖像，以確定在觀察區(qū)域中的每一點(diǎn)處的從粘彈性介質(zhì)位移和應(yīng)變中選出的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，用這種方法以獲得一連串顯示在切變波傳播的影響下粘彈性介質(zhì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的演變圖像。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，觀察裝置包含一排(6)換能器(T1，…，Tn)，它包括至少一個(gè)換能器且適于與界定粘彈性介質(zhì)(1)的外表面(3)接觸，激發(fā)裝置(2)適于在所述一排換能器上施加脈動(dòng)性位移。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)是粘彈性介質(zhì)的應(yīng)變。
19.如權(quán)利要求17和18中任何一條所述的方法，其特征在于，觀察區(qū)域至少沿著一個(gè)平面延伸，該平面一方面包含第一軸(X)，另一方面包含垂直于第一軸的第二軸(Y)，所述一排換能器(6)包含至少沿第二軸排列的幾個(gè)換能器(T1，…，Tn)，提供了用于選擇性操作裝置的控制裝置(4，CPU)，或者用切變波的成像模式，或者用標(biāo)準(zhǔn)的回波描記術(shù)，使每秒能夠獲得10到100幅圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種成像方法,用于觀察低頻切變脈沖波同時(shí)在漫射粘彈性介質(zhì)(1)中多點(diǎn)的傳播。該方法包括發(fā)送一個(gè)高速超聲壓縮波,以獲得一連串介質(zhì)的圖像;然后在通過互相關(guān)得出圖像的延時(shí)處理中,確定當(dāng)切變波傳播時(shí)每個(gè)圖像的每個(gè)點(diǎn)中的介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G01N29/06GK1343310SQ0080508
公開日2002年4月3日 申請(qǐng)日期2000年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月15日
發(fā)明者M·芬克, L·圣德林, M·唐特, S·卡特蘭 申請(qǐng)人:彈性測(cè)量體系彈性推動(dòng)公司