一种超声空化的微秒级多尺度时空成像及特征图谱计算方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种超声空化的微秒级多尺度时空成像及特征图谱计算方法与系统：沿X和Y方向规划感兴趣成像位置；对二维超声面阵换能器检测的时空三维空化信号进行延时处理，沿阵元方向叠加后得到空化背向散射信号，对空化背向散射信号进行小波包分解得到空化背向散射有效尺度信号，对其进行希尔伯特变换后计算空化瞬时强度，遍历所有感兴趣成像位置得到X和Y方向的微秒级空化时空成像结果；在此基础上计算空化特征指标沿X和Y方向的分布，遍历所有有效尺度得到X和Y方向的空化特征图谱。本发明专利技术可实现微秒时间分辨下超声空化的多尺度时空成像及特征图谱的计算，适用于超声空化的瞬态物理机制研究及精细调控。

【技术实现步骤摘要】
一种超声空化的微秒级多尺度时空成像及特征图谱计算方法与系统
本专利技术属于超声检测与超声成像
，具体涉及一种超声空化的微秒级多尺度时空成像及特征图谱计算方法与系统。
技术介绍
聚焦超声波作用于生物组织中会激发出空化效应，即从微泡成核、生长到最后坍塌的物理过程。低强度下空化微泡的振动可使得血脑屏障可逆地开放，有助于药物传输；高强度下空化的强烈机械作用可直接粉碎细胞，从而实现目标组织的均匀毁损，有助于肿瘤组织的精准切除。然而空化效应本身的随机性可能会造成意外的组织损伤，这就需要对空化活动进行准确的实时影像监控。在聚焦超声尤其是脉冲聚焦超声作用下，单个脉冲内空化的动力学过程以及相邻脉冲之间的交互作用机制是脉冲聚焦超声治疗方案优化的重要物理基础；而由于聚焦超声频率本身为兆赫兹级，因此微秒级时间分辨率下空化随时间和空间变化的瞬态物理过程的监控至关重要。目前，最为常见的空化声学监控手段是一种使超声换能器工作在不发射只接收模式的被动检测方法，该方法由于不受到聚焦超声声场的干扰，可实现超声空化的实时监控。根据所使用的超声换能器类型又可分为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声空化的微秒级多尺度时空成像方法，其特征在于：包括以下步骤：/n1)根据空化源位置，沿X方向、Y方向分别规划若干个感兴趣成像位置；/n2)根据步骤1)规划的某一感兴趣成像位置到二维超声面阵换能器阵元位置的超声波传播时间，对二维超声面阵换能器检测的时空三维空化信号进行延时处理，将经过延时的空化信号沿阵元方向叠加，得到空化背向散射信号；对所得空化背向散射信号进行小波包分解，得到不同有效尺度下的空化背向散射有效尺度信号，根据所得任意有效尺度下的空化背向散射有效尺度信号及该有效尺度信号的希尔伯特变换结果，计算得到所述感兴趣成像位置在所述有效尺度下的空化瞬时强度；/n3)通过重复步骤2)分别计...

【技术特征摘要】
1.一种超声空化的微秒级多尺度时空成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据空化源位置，沿X方向、Y方向分别规划若干个感兴趣成像位置；
2)根据步骤1)规划的某一感兴趣成像位置到二维超声面阵换能器阵元位置的超声波传播时间，对二维超声面阵换能器检测的时空三维空化信号进行延时处理，将经过延时的空化信号沿阵元方向叠加，得到空化背向散射信号；对所得空化背向散射信号进行小波包分解，得到不同有效尺度下的空化背向散射有效尺度信号，根据所得任意有效尺度下的空化背向散射有效尺度信号及该有效尺度信号的希尔伯特变换结果，计算得到所述感兴趣成像位置在所述有效尺度下的空化瞬时强度；
3)通过重复步骤2)分别计算步骤1)中沿X方向和Y方向规划的各感兴趣成像位置在所述有效尺度下的空化瞬时强度，得到所述有效尺度下X方向和Y方向的微秒级空化时空成像结果。


2.一种基于微秒级多尺度时空成像的超声空化特征图谱计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据空化源位置，沿X方向、Y方向分别规划若干个感兴趣成像位置；
2)根据步骤1)规划的某一感兴趣成像位置到二维超声面阵换能器阵元位置的超声波传播时间，对二维超声面阵换能器检测的时空三维空化信号进行延时处理，将经过延时的空化信号沿阵元方向叠加，得到空化背向散射信号；对所得空化背向散射信号进行小波包分解，得到不同有效尺度下的空化背向散射有效尺度信号，根据所得任意有效尺度下的空化背向散射有效尺度信号及该有效尺度信号的希尔伯特变换结果，计算得到所述感兴趣成像位置在所述有效尺度下的空化瞬时强度；
3)通过重复步骤2)分别计算步骤1)中沿X方向和Y方向规划的各感兴趣成像位置在不同有效尺度下的空化瞬时强度，得到X方向和Y方向的不同有效尺度下的微秒级空化时空成像结果；
4)根据X方向和Y方向的不同有效尺度下的微秒级空化时空成像结果，计算X方向和Y方向的对应特征图谱。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述时空三维空化信号是通过二维超声面阵换能器被动接收的包含两个空间维度及一个时间维度的空化采样信号。


4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，空化背向散射信号表示为：



其中，CB(x,y,z,t)为空化背向散射信号，Nx和Ny分别为二维超声面阵换能器X方向和Y方向的阵元数目，chi,j(t)为所述时空三维空化信号，t为二维超声面阵换能器阵元接收时空三维空化信号的时刻，τi,j(x,y,z)为某一感兴趣成像位置(x,y,z)到二维超声面阵换能器阵元位置(xei,yej,0)的超声波传播时间。


5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，小波包分解的小波基选自小波消失矩阶数L较大的dbL小波或symL小波，L为6～10；小波包分解的有效尺度根据二维超声面阵换能器的接收带宽来确定：



其中，f1和f2分别为二维超声面阵换能器的接收带宽的下限和上限，fNyquist为Nyquist频率，ceil(·)表示向上取整，floor(·)表示向下取整，p为小波包分解层数。


6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，空化瞬时强度按照以下公式计算：



其中，CIAk(x,y,z,t)为某一感兴趣成像位置(x,y,z)在第k个有效尺度下的空化瞬时强度，CBEk(x,y,z,t)为第k个空化背向散射有效尺度信号，CBEHk(x,y,z,t)为第k个空化背向散射有效尺度信号所对应的希尔伯特变换结果。

【专利技术属性】
技术研发人员：路舒宽，万明习，赵岩，张博，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61