基于位移衰减特性的声辐射力脉冲弹性成像方法技术

本发明专利技术涉及一种基于位移衰减特性的声辐射力脉冲弹性成像方法，该方法的测量系统主要包括信号发生器、超声脉冲收发器、射频功率放大器、激励探头、跟踪探头、数据采集处理系统以及步进电机，其中激励探头用来产生声辐射力并激励介质产生位移响应，该探头的激励信号由信号发生器产生，并经过射频功率放大器放大；跟踪探头由超声脉冲收发器激励，并用于接收声辐射力激励前后的射频回波信号，通过数据采集处理系统对回波信号进行采集和处理，计算介质由于声辐射力激励产生的位移响应，评估介质的弹性特性；使用步进电机对跟踪探头进行移动，实现跟踪探头对侧向方向的检测，重建测量区域的弹性分布。

Pulse elastic imaging method of acoustic radiation force based on the characteristics of displacement attenuation

【技术实现步骤摘要】
基于位移衰减特性的声辐射力脉冲弹性成像方法
本专利技术属于超声弹性成像
，涉及利用位移在侧向方向的衰减特性，通过补偿剪切波在介质传播过程中引起位移的衰减，重建介质弹性特性分布，有效减少激励探头的激发次数，进而提高成像效率，特别是一种基于位移衰减特性的声辐射力脉冲弹性成像方法。
技术介绍
超声波在介质传播过程中，由于吸收和散射的作用导致能量密度发生变化，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，同时产生横向传播的剪切波。通过计算轴向方向上位移，或者检测剪切波波速等信息，评估介质的弹性特性参数，重建介质的弹性分布。超声弹性成像作为一种新型的超声成像方法，起源于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、基于声辐射力脉冲激励，通过计算声辐射力激励前后介质发生的局部位移，评估介质的弹性特性，使用声辐射力完成被测物场的扫描，重建介质的弹性分布；2、基于声辐射力脉冲激励，监测由声辐射力激励引起的剪切波的传播，计算剪切波横向传播的速度，评估介质的弹性特性，并实现图像重建；3、基于谐波声辐射力激励，利用调制的低频信号使聚焦区域产生简谐振动，进而向外辐射低频声波，使用水听器等设备检测声波的幅值和相位等信息，并对被测物场进行扫描，重建介质的弹性分布。目前文献中提及利用声辐射力脉冲激励，检测局部位移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(AcousticRadiationForceImpulse,ARFI)成像方法。通过发射高强度的聚焦超声波，在聚焦区域产生较大的声辐射力，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。2015年，杜克大学的Nightingale等人(SRosenzweig,MPalmeri,KNightingale,Analysisofrapidmulti-focal-zoneARFIimaging,《IEEETransactionsonUltrasonicsFerro-electricsandFrequencyControl》,2015,62:280-289)提出一种多区域聚焦的ARFI成像方法，研究表明，多区域聚焦的ARFI成像方法在获得与单区域聚焦ARFI成像方法结果相当的情况下，有效扩展激励的轴向区域，同时提高重建图像的对比度噪声比。目前文献中提及利用声辐射力脉冲激励，监测横向传播剪切波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，在聚焦区域产生较大的声辐射力，引起剪切应变，并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。2017年，Zhou等人(XJQian,TMa,MYYu,XYChen,KKShungandQFZhou,Multi-functionalultrasonicmicro-elastographyimagingsystem,《ScientificReports》,2017,7:1-11)针对ARFI成像方法和SWEI成像方法的特点，将两种方法有效的结合起来，实现了多功能的超声弹性成像，大大提高了成像的空间分辨率。目前文献中提及利用谐波声辐射力激励，检测辐射声波的幅值和相位等信息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。现有利用声辐射力激励的超声弹性成像方法中，利用聚焦超声波产生的声辐射力对介质进行激励，检测聚焦区域的响应，仅能对聚焦区域的弹性特性进行评估，需要控制聚焦超声换能器的移动实现对被测物场的扫描，才能重建整个被测物场的弹性分布，效率较低。而在SWEI方法中，利用侧向方向产生的位移的时间信息计算剪切波速度等信息，重建测量区域的弹性分布，其重建结果会受到较大的抖动干扰，因此重建图像的空间分辨率较低。
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供一种可以提交成像效率和质量的基于位移衰减特性的声辐射力脉冲弹性成像方法。本专利技术根据ARFI和SWEI成像方法的特点，充分利用剪切波传播引起的侧向方向的位移信息，在原有的脉冲波激励的基础上，将ARFI和SWEI两种方法相结合，使用由于剪切波传播引起的侧向方向的位移信息对测量区域的弹性特性直接进行重建，减少聚焦超声换能器的扫描和激励，简化了成像系统和测量过程，提高了成像效率，并提高了重建图像的空间分辨率。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于位移衰减特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于位移衰减特性的声辐射力脉冲弹性成像方法，该方法的测量系统主要包括信号发生器、超声脉冲收发器、射频功率放大器、激励探头、跟踪探头、数据采集处理系统以及步进电机，其中激励探头用来产生声辐射力并激励介质产生位移响应，该探头的激励信号由信号发生器产生，并经过射频功率放大器放大；跟踪探头由超声脉冲收发器激励，并用于接收声辐射力激励前后的射频回波信号，通过数据采集处理系统对回波信号进行采集和处理，计算介质由于声辐射力激励产生的位移响应，评估介质的弹性特性；使用步进电机对跟踪探头进行移动，实现跟踪探头对侧向方向的检测，重建测量区域的弹性分布。该方法包含以下步骤：/n(1)首先激发跟踪探头，得到能够反映介质初始位置的参考回波信号；然后信号发生器输出的信号经射频功率放大器放大后用于激发激励探头，使其在聚焦区域产生较大的声辐射力，引起介质的位移响应；再次激发跟踪探头，获得反映介质发生位移之后的回波信号；对两组回波信号进行处理并计算被测介质中跟踪探头轴向方向上各点产生的最大位移量；使用步进电机完成跟踪探头在侧向方向上的扫描，重复上述步骤，得到整个被测物场中各点的最大位移量u；/n(2)对介质中各点的最大位移量u取对数，值为Y，即Y＝lgu；将各点距焦点处的侧向距离l取对数，值为X，即X＝lgl；/n(3)求介质中各点沿侧向方向即剪切波传播方向位移量变化的梯度，即斜率k...

【技术特征摘要】
1.一种基于位移衰减特性的声辐射力脉冲弹性成像方法，该方法的测量系统主要包括信号发生器、超声脉冲收发器、射频功率放大器、激励探头、跟踪探头、数据采集处理系统以及步进电机，其中激励探头用来产生声辐射力并激励介质产生位移响应，该探头的激励信号由信号发生器产生，并经过射频功率放大器放大；跟踪探头由超声脉冲收发器激励，并用于接收声辐射力激励前后的射频回波信号，通过数据采集处理系统对回波信号进行采集和处理，计算介质由于声辐射力激励产生的位移响应，评估介质的弹性特性；使用步进电机对跟踪探头进行移动，实现跟踪探头对侧向方向的检测，重建测量区域的弹性分布。该方法包含以下步骤：
(1)首先激发跟踪探头，得到能够反映介质初始位置的参考回波信号；然后信号发生器输出的信号经射频功率放大器放大后用于激发激励探头，使其在聚焦区域产生较大的声辐射力，引起介质的位移响应；再次激发跟踪探头，获得反映介质发生位移之后的回波信号；对两组回波信号进行处理并计算被测介质中跟踪探头轴向方向上各点产生的最大位移量；使用步进电机完成跟踪探头在侧向方向上的扫描，重复上述步骤，得到整个被测物场中各...

【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