超快超声多普勒脊髓微血流成像系统.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CN111772676A(43)申请公布日2020.10.16(21)申请号202010723268.3(22)申请日2020.07.24(71)申请人复旦大学地址200433上海市杨浦区邯郸路220号(72)发明人许凯亮臧佳琦闫少渊他得安王威琪(74)专利代理机构上海正旦专利代理有限公司31200代理人陆飞陆尤(51)Int.Cl.A61B8/06(2006.01)A61B8/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称超快超声多普勒脊髓微血流成像系统(57)摘要本发明属于生物医学超声成像技术领域，具体为一种超快超声多普勒脊髓微血流成像系统。本发明系统包含硬件和软件两部分；硬件部分包含超声波发射和接收模块和实验器材模块。软件部分包含超快超声成像、波束合成、运动校准、杂波滤除、多普勒成像、求差和相关性分析等模块。首先，基于超快超声成像技术和多角度平面波复合成像的理论编写超声平面波发射与接收控制模块，并由计算机软件控制硬件设备发射和接收超声波；对接收到的回波数据进行处理，最终得到多普勒血流图像；并对血流的速度、方向等参数进行分析。该系统还提供了在脊髓加压、受损伤，刺激条件下对脊髓微血流进行成像的模式，可以进行脊髓功能分析和生理病理性分析。CN111772676ACN111772676A权利要求书1/2页1.一种超快超声多普勒脊髓微血流成像系统，其特征在于，包括硬件和软件两大部分；硬件部分包括超声信号发射和接收模块，以及实验器材模块；超声信号发射和接收模块包含波形发生器、超声探头、模拟信号放大器、模拟信号滤波器、模数转换器和存储单元；实验器材模块包含脊髓固定装置、生理信号检测装置、脊髓加压装置、电刺激装置、示波器和任意波形发生器；软件部分包括超声脉冲发射与接受序列模块、波束合成模块、运动校准模块、杂波滤除取模块、血流多普勒成像模块、求差模块；硬件部分的模工作流程为：首先由软件设定的超声波发射与接收序列控制波形发生器产生传输波形，并由超声探头将电能转化为声能发射超声波；回波信号的接收由同一个或不同的超声探头完成，并由模拟信号放大器和模拟信号滤波器对回波信号进行处理，然后由模数转换器进行模数转换，送入存储单元，完成数据存储；实验器材模块中，脊髓固定装置用于对脊髓进行固定；利用脊髓加压装置对脊髓定量地加压，并通过示波器观察在不同的压力情况下血流动力学的变化；或者利用电刺激装置对观测对象施加电刺激，通过脊髓微血流分析探究脊髓神经功能与血流变化的关系，从而进行相关的生理病理性分析；并辅以生理信号监测装置实时测量呼吸、心跳等生理信号，进行呼吸心跳相关的运动校准，以及其他生理信号与血流信号的相关性分析；软件部分的工作流程为：首先，由超声脉冲发射与接受序列模块编写超声平面波发射与接收序列，控制硬件模块发射超声波并接收回波信号；由波束合成模块对接收到的回波信号进行波束合成，得到B模式图像，并对发射多个角度平面波得到的B模式图像的数据进行相干复合，得到高质量的B模式图像；由运动校准模块对图像之间的位置进行校准；然后由杂波滤除模块进行杂波滤除，然后由血流多普勒成像模块做进一步的处理得到多普勒血流图；对脊髓加压或是对观测对象施加电刺激，对不同状态下的得到的图像数据由求差模块进行求差计算，以便进行脊髓功能分析和相关的生理病理性分析。2.根据权利要求1所述的超快超声多普勒脊髓微血流成像系统，其特征在于，所述超声平面波发射与接收模块中，确定一个超声平面波的发射和接收序列，满足高帧频、高质量成像的要求；一个完整的序列包含多个子序列，在每一个子序列中，发射一组N个不同角度的倾斜平面波，由这N次发射倾斜平面波得到的B模式图像可合成一帧高质量的B模式图像；1秒内该子序列重复K次即每秒可以获得K帧高质量的复合B模式图像；设定采样时长为t秒，对时间t秒内得到的回波数据进行分析；首先计算两次发射超声平面波之间的可以达到的最短的时间间隔，计算出理论上的最高成像帧频，据此设计平面波发射与接收序列，已知成像区域深度为d、探头阵列的总长度为L，超声波在软组织中的传播速度为c，则两次发射超声平面波之间的最短的时间间隔计算如下：一组倾斜平面波的个数为N,最高帧频为：3.根据权利要求2所述的超快超声多普勒脊髓微血流成像系统，其特征在于，所述波束合成模块中，对一段时间接收到的回波数据进行波束合成，得到成像区域的B模式图像的数据；即对时间t秒内的超声探头接收到的每一组N个角度的回波数据进行波束合成，获得连续多帧高质量的复合B模式图像；波束合成之后，对每一组发射多角度倾斜平面波得到的图像数据进行相干复合成像，以有效地提高图像的信噪比和分辨率，得到高质量的B模式图像。2CN111772676A权利