基于聚焦超声声振信号的弹性成像方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109730722A(43)申请公布日2019.05.10(21)申请号201910147428.1(22)申请日2019.02.27(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人许燕斌张胜男董峰(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人程毓英(51)Int.Cl.A61B8/00(2006.01)A61B8/08(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图4页(54)发明名称基于聚焦超声声振信号的弹性成像方法(57)摘要本发明涉及一种基于聚焦超声声振信号的弹性成像方法，所采用的成像系统包括信号发生器、超声脉冲收发器、功率放大器、激励探头、跟踪探头、数据采集卡、计算机和运动控制器，通过激发激励探头，使其在聚焦区域产生ARF，引起聚焦区域介质的振动，进而发射二次超声波，检测二次超声波的幅值信息，评估介质的弹性特性，移动激励探头，使其扫描整个被测物场，重建介质的弹性分布。CN109730722ACN109730722A权利要求书1/1页1.一种基于聚焦超声声振信号的弹性成像方法，所采用的成像系统包括信号发生器、超声脉冲收发器、功率放大器、激励探头、跟踪探头、数据采集卡、计算机和运动控制器，通过激发激励探头，使其在聚焦区域产生ARF，引起聚焦区域介质的振动，进而发射二次超声波，检测二次超声波的幅值信息，评估介质的弹性特性，移动激励探头，使其扫描整个被测物场，重建介质的弹性分布。该方法包含以下步骤：(1)测量激励探头的焦距及焦斑尺寸，将测量物场根据焦斑尺寸划分为N个聚焦区域，确定激励探头对各个聚焦区域的扫描顺序，使得聚焦超声波对整个测量物场进行扫描，确定激励探头、跟踪探头与介质之间的相对位置，保证激励探头和跟踪探头的平面与介质表面平行；选择激励探头与跟踪探头垂直放置的方案；(2)设备连接，测量超声波在水中传播的声速以及在介质中传播的声速；信号发生器产生的信号，经过功率放大器放大之后用于激发激励探头；(3)调整跟踪探头位置，使其位于激励探头焦斑的短轴延长线上；(4)使用单一频率信号激发激励探头，在聚焦区域产生ARF，引起介质振动，并在聚焦区域激发二次超声波，该超声波信号能够反映介质的弹性信息；(5)跟踪探头接收二次超声波信号，该信号经过超声脉冲收发器放大，使用NI采集卡采集到的超声波信号被送入计算机；(6)提取二次超声波信号的幅值p(d,ω)作为评估介质弹性特性的指标；(7)使用运动控制器移动激励探头，重复步骤4-6，分别获得每个聚焦区域ARF激励后激发的二次超声波信号；(8)重建介质的弹性特性分布；(9)根据下列公式计算聚焦区域介质的杨氏模量E(o1)：其中，υ为介质的泊松比，ρ为介质的密度，ω为振动的角速度，与激励探头的中心频率相关，d为振动点o1与检测点o2之间的距离，c为超声波波速，θ为o1、o2的连线与聚焦区域长轴的夹角，Farf(o1)为聚焦超声波在聚焦区域由于能量变化产生的声辐射力，其中α为超声波在介质中传播的衰减系数，I为声强，其与声压的平方成正比。2CN109730722A说明书1/6页基于聚焦超声声振信号的弹性成像方法技术领域[0001]本发明属于超声弹性成像技术领域，涉及利用聚焦超声声辐射力激发的二次超声波信号检测介质弹性特性，并重建介质弹性分布的方法，特别是一种基于聚焦超声声振信号的弹性成像方法。背景技术[0002]生物组织的弹性特性是生物体内固有的力学属性，人体内不同的生物组织(特别是病变组织)中各部分的弹性特性存在差异，一些病理现象和生理活动均会引起生物组织弹性特性的变化，因此生物组织携带着丰富的生理和病理信息。触诊(Palpation)是最为传统的用来诊断生物组织弹性特性的方法之一，该方法简单易操作，但是其诊断结果大大依赖于医生的主观判断能力，而且当病变过小或位于身体较深的部位时，将不能被检测出来。[0003]超声波在生物组织的传播过程中由于吸收和反射等效应造成了能量密度的变化，由此产生声辐射力(AcousticRadiationForce,ARF)。ARF作用到组织上，会产生轴向的压缩拉伸，进而产生位移，同时产生横向传播的剪切波。通过计算轴向位移，或者检测剪切波波速等信息，评估组织的弹性特性参数，重建弹性分布。1990年，Sugimoto(TSugimoto,SUehaandKItoh,Tissuehardnessmeasurementusingtheradiationforceoffocusedultrasound,《IEEESymposiumonUltrasonics》,1990,171591)首次利用聚焦超声波产生的ARF对组织的硬度进行评估。近年来，基于ARF激励