基于聚焦超声声振信号的弹性特性检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于聚焦超声声振信号的弹性特性检测方法，所采用的检测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、NI采集卡和计算机，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。

Elastic Characteristic Detection Method Based on Focused Ultrasound Acoustic Vibration Signal

The present invention relates to a method for detecting elastic characteristics of focused ultrasound acoustic vibration signals. The detection system used includes signal generator, ultrasonic pulse transceiver, power amplifier, excitation probe, tracking probe, NI acquisition card and computer. By exciting excitation probe, ARF is generated in the focusing area, which causes medium vibration in the focusing area, and then secondary ultrasound is transmitted. Wave, the amplitude information of the second ultrasonic wave is detected, and the elastic properties of the medium are evaluated.

【技术实现步骤摘要】
基于聚焦超声声振信号的弹性特性检测方法
本专利技术属于超声弹性成像
，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的方法，特别是一种基于聚焦超声声振信号的弹性特性检测方法。
技术介绍
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。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。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激励的弹性特性检测方法已经成为超声医学领域的热门课题。目前基于ARF激励的超声弹性检测方法的研究，主要可以概括为以下几个方面：1、基于暂态ARF的激励，使聚焦区域发生局部位移和横向传播的剪切波，利用ARF激励前后的超声回波信号计算组织发生的位移，估计其弹性特性；2、基于暂态ARF的激励，使聚焦区域发生局部位移和横向传播的剪切波，通过磁共振等技术对剪切波的传播进行监测，实现对生物组织弹性特性的定量分析；3、基于谐波ARF的激励，使聚焦区域产生谐波振动，进而向外辐射声波，使用水听器等设备检测声波的幅值和相位等信息，评估组织的弹性特性。目前文献中提及利用暂态ARF激励计算聚焦区域发生的局部位移，2000年，美国杜克大学的Nightingale领导的研究组(KRNightingale,RWNightingale,MLPalmeri,andGETrahey,AFiniteElementModelofRemotePalpationofBreastLesionsUsingRadiationForce:FactorsAffectingTissueDisplacement,《UltrasonicImaging》,2000,22:35-54)首次对ARF引起的组织位移进行研究，使用传统的方法(多普勒/脉冲回波检测位移)检测组织发生的位移，估计其弹性特性，并提出了影响位移的因素。2005年，美国专利(US20050215899A1)公开了一种关于ARFI成像的方法和系统。目前文献中提及利用暂态ARF激励监测剪切波的传播，1998年，Sarvazyan(APSarvazyan,OVRudenko,SDSwanson,JBFowlkesandSYEmelianov,Shearwaveelasticityimaging:anewultrasonictechnologyofmedicaldiagnostics,《UltrasoundinMedicine&Biology》,1998,24:1419-1435)首次提出剪切波弹性成像方法(ShearWaveElasticityImaging,SWEI)。该方法运用高强度的声压信号激励聚焦超声换能器，产生的ARF作用于组织，使其产生纵向位移和横向传播的剪切波，利用磁共振技术对剪切波的传播进行监测，从而实现对生物组织弹性特性的定量分析。目前文献中提及利用谐波ARF激励，检测由振动引起的声波信息，1998年，Fatemi等人(MFatemiandJFGreenleaf,Ultrasound-StimulatedVibro-AcousticSpectrography,《Science》,1998,280:82-85)提出了声振动成像方法并通过实验证明了该方法的可行性。该方法使用两个具有微小频差Δf(一般为几百Hz至数十kHz)的正弦信号分别激励两个共焦的超声换能器，使得在聚焦区域产生周期性低频振荡的ARF，导致组织产生谐波振动，进而向外辐射频率为Δf的声波，这种声波同时包含了聚焦区域组织的弹性信息和声衰减信息，使用水听器检测声波的幅值和相位等信息，评估组织的弹性属性。2010年美国专利(US007785259B2)公开了振动声成像的方法。现有基于暂态ARF激励的弹性特性检测的研究中，其激励信号时序包含三部分：首先需要激发跟踪探头，获得被测区域初始位置的超声测量信号；然后激发激励探头，使其在聚焦区域产生ARF，产生纵向位移和横向传播的剪切波；最后再次激发跟踪探头，获得被测区域发生位移后的超声测量信号。将两组超声测量信号使用互相关等算法进行处理，得到组织发生的位移或剪切波传播速度等信息，评估聚焦区域的弹性属性。由上述步骤可以看出，该方法步骤比较多，需要的时间较长；由于该方法引起的位移为微米级，因此该方法较高采样频率的测量系统，或者使用上采样等技术增加数据量；并且其检测的分辨率依赖于不同的算法，不同的参数选取等因素。而现有的基于谐波ARF激励的方法直接检测介质振动激发的低频声波，由于该声波频率很低，衰减较慢，因此具有较高的分辨率，但是该方法中谐波ARF需要由两个具有微小频差的共焦超声换能器同时激励或者幅值调制的方法产生，共焦超声换能器结构复杂，且两束超声波在传播的过程中会产生驻波，影响检测的精度；使用幅值调制方法时，在传感器的整个表面发生能量调制，振荡的ARF会对传感器的表面产生影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种基于聚焦超声声振信号的弹性特性检测方法，降低对测量系统的要求，简化检测步骤，快速实时的检测介质弹性特性，提高生物组织弹性特性检测的分辨率。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于聚焦超声声振信号的弹性特性检测方法，所采用的检测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、数据采集卡和计算机，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，该方法包含以下步骤：(1)测量激励探头的焦距及焦斑尺寸，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，采集到的超声波信号被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于聚焦超声声振信号的弹性特性检测方法，所采用的检测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、数据采集卡和计算机，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。该方法包含以下步骤：(1)测量激励探头的焦距及焦斑尺寸，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，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)根据下列公式计算聚焦区域介质的杨氏模量E(o1)：...

【技术特征摘要】
1.一种基于聚焦超声声振信号的弹性特性检测方法，所采用的检测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、数据采集卡和计算机，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。该方法包含以下步骤：(1)测量激励探头的焦距及焦斑尺寸，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：许燕斌，张胜男，董峰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12