基于幅值调制的声辐射力脉冲激励方法技术

本发明专利技术涉及一种基于幅值调制的声辐射力脉冲激励方法，该方法采用的测量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、运动控制器，通过使用幅值调制后的信号激发激励探头，使其在聚焦区域产生单位时间内幅值变化的声辐射力，引起聚焦区域产生局部位移，利用跟踪探头接收到的声辐射力激励前后的超声回波信号对产生的位移响应进行计算，进而评估介质的弹性特性，重建介质的弹性分布。

Acoustic Radiation Force Pulse Excitation Method Based on Amplitude Modulation

【技术实现步骤摘要】
基于幅值调制的声辐射力脉冲激励方法
本专利技术属于超声弹性成像
，涉及利用幅值调制方法调制声压信号，通过获得较大的位移响应提高成像分辨率的方法，特别是一种基于幅值调制的声辐射力脉冲激励方法。
技术介绍
超声波携带着能量和动量，其在介质的传播过程中由于吸收和反射等效应造成了能量和动量的交换，由此产生声辐射力。声辐射力作用到具有弹性特性的介质上，会产生轴向的压缩拉伸，进而产生位移，通过计算轴向方向上的位移，评估介质的弹性特性参数，重建介质的弹性分布。近年来，基于声辐射力激励的超声弹性成像方法受到了研究学者们的广泛关注。1990年，Sugimoto(TSugimoto,SUehaandKItoh,Tissuehardnessmeasurementusingtheradiationforceoffocusedultrasound,《IEEESymposiumonUltrasonics》,1990,171591)首次利用聚焦超声波产生的声辐射力对介质的硬度进行评估。目前基于声辐射力激励的超声弹性成像方法的研究，主要可以概括为以下几个方面：1、基于脉冲波的激励，使聚焦区域发生局部位移和横向传播的剪切波，利用声辐射力激励前后的超声回波信号计算组织发生的位移，或对剪切波的传播进行监测，对介质的弹性分布进行重建；2、基于连续波的激励，利用调制的低频信号使聚焦区域产生简谐振动，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，重建介质的弹性分布。目前文献中提及利用脉冲波激励的超声弹性成像方法中，2001年，美国杜克大学的Nightingale领导的研究组(KRNightingale,MLPalmeri,RWNightingaleandGETrahey,Onthefeasibilityofremotepalpationusingacousticradiationforce,《TheJournaloftheAcousticalSocietyofAmerica》,2001,110:625-634)提出了声辐射力脉冲成像方法。通过发射高强度的聚焦超声波，产生声辐射力，致使介质产生局部位移。使用传统的方法(多普勒/脉冲回波检测位移)检测介质发生的位移，估计其弹性属性，通过扫描整个被测物场，重建被测物场的弹性分布。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脉冲波激励的超声弹性成像方法中，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)。该方法运用脉冲信号激励聚焦超声换能器，在聚焦区域产生了声辐射力，使得聚焦区域产生横向传播的剪切波，利用磁共振技术对剪切波的传播进行监测，从而实现对介质弹性特性的定量分析。2012年，美国专利(US20080249408A1)公开了一种估计超声剪切波速度以及重建剪切模量分布的方法。目前文献中提及利用连续波激励的超声弹性成像方法中，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至数万Hz)的正弦信号分别激励两个共焦的超声换能器，在聚焦区域产生周期性低频振荡的声辐射力，使介质的聚焦区域产生简谐振动，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，评估介质的弹性属性，通过对被测物场进行扫描，实现弹性分布的重建。2010年美国专利(US007785259B2)公开了振动声成像的方法。目前文献中提及利用连续波激励的超声弹性成像方法中，2004年，Fatemi等人(ShigaoChen,MostafaFatemi,RandallKinnick,andF.Greenleaf,ComparisonofStressFieldFormingMethodsforVibro-acoustography,《IEEETransactionsonUltrasonics,Ferroelectrics,andFrequencyControl》,2004,51:313-321)提出了利用幅值调制的方法产生谐波振荡的声辐射力。幅值调制方法的核心是对两个幅值为P0，主频为f0，但具有微小频差Δf的连续声压信号P1(t)＝P0sin(2πf1t)和P2(t)＝P0sin(2πf2t)进行调制，其中f1＝f0+Δf/2，f2＝f0-Δf/2。得到的调制信号包含高频成分(主频f0)和低频成分(差频Δf)两个部分，其中高频部分产生一个恒定的声辐射力，而低频部分则产生一个简谐变化的声辐射力。将该调制信号作用于聚焦超声换能器，低频振荡的声辐射力使聚焦区域发射声波，通过测量声波的幅值相位等信息，估计介质的力学特性参数等信息。现有利用脉冲波激励的超声弹性成像方法通过产生的暂态声辐射力使聚焦区域发生局部位移和横向传播的剪切波，再利用声辐射力激励前后的超声回波信号计算组织发生的位移，或对剪切波的传播进行监测。该方法引起的位移为微米级，可能由于响应太小导致位移不能被检测到，或者即使能够检测到相应的位移，其分辨率也不高；此外该方法需要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，以计算微米级的位移；并且其检测的分辨率取决于算法的种类，和算法中选取的参数等因素。而现有利用连续波激励的超声弹性成像方法则直接检测介质振动激发的低频声波，该声波频率很低，衰减较慢，因此具有较高的分辨率，但是两束连续波调制产生的连续波声压信号在传播过程中会产生驻波，这会影响成像的精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于幅值调制的声辐射力脉冲激励方法。本专利技术在原有的脉冲波激励的基础上，在传递相同的能量总量的前提下，调制出能量更为集中的激励信号，从而提供更高幅值的声辐射力，增大由声辐射力激励引起的位移响应，提高弹性成像的空间分辨率和对比度，降低对测量系统的要求。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于幅值调制的声辐射力脉冲激励方法，该方法采用的测量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、运动控制器，通过使用幅值调制后的信号激发激励探头，使其在聚焦区域产生单位时间内幅值变化的声辐射力，引起聚焦区域产生局部位移，利用跟踪探头接收到的声辐射力激励前后的超声回波信号对产生的位移响应进行计算，进而评估介质的弹性特性，重建介质的弹性分布。该方法包含以下步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于幅值调制的声辐射力脉冲激励方法，该方法采用的测量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，通过使用幅值调制后的信号激发激励探头，使其在聚焦区域产生单位时间内幅值变化的声辐射力，引起聚焦区域产生局部位移，利用跟踪探头接收到的声辐射力激励前后的超声回波信号对产生的位移响应进行计算，进而评估介质的弹性特性，重建介质的弹性分布。该方法包含以下步骤：(1)根据跟踪探头的频率设置激发跟踪探头的信号P1；(2)确定声辐射力的形式，令施加在介质上的声辐射力的幅值由小逐渐增大再减小，根据声压信号与声辐射力的关系，调制出激发激励探头的信号P2，并通过信号发生器和超声脉冲收发器的连接完成信号P1和P2的同步；(3)利用超声脉冲收发器发射的P1信号激发跟踪探头，获得射频回波信号RF1；(4)信号发生器发射的P2信号，经功率放大器放大之后用于激发激励探头，使其在聚焦区域产生所需的声辐射力，进而引起聚焦区域产生局部位移；(5)再次通过超声脉冲收发器使用步骤2确定的信号P1激发跟踪探头，使其获得另外一组射频回波信号RF2；(6)将跟踪探头接收到的两组射频回波信号RF1和RF2使用互相关算法等进行数据处理，计算由声辐射力引起的位移；(7)通过位移直接估计介质聚焦区域的弹性信息，或通过计算剪切波速度定量计算聚焦区域的弹性特性；(8)对被测物场进行扫描，重复步骤3‑7，重建被测物场的弹性分布。...

【技术特征摘要】
1.一种基于幅值调制的声辐射力脉冲激励方法，该方法采用的测量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，通过使用幅值调制后的信号激发激励探头，使其在聚焦区域产生单位时间内幅值变化的声辐射力，引起聚焦区域产生局部位移，利用跟踪探头接收到的声辐射力激励前后的超声回波信号对产生的位移响应进行计算，进而评估介质的弹性特性，重建介质的弹性分布。该方法包含以下步骤：(1)根据跟踪探头的频率设置激发跟踪探头的信号P1；(2)确定声辐射力的形式，令施加在介质上的声辐射力的幅值由小逐渐增大再减小，根据声压信号与声辐射力的关系，调制出激发激励探头的信号P2，并通过信号发生器和超声脉冲收发器的连接完成信号P1和P2的同步；(3)利用超声脉冲收发器发射的P1信号激发跟踪探头，获得射频回波信号RF1；(4)信号发生器发射的P2信号，经功率放大器放大之后用于激发激励探头，使其在聚焦区域产生...

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