一种基于环形阵列的超声定向定温加热方法技术

本申请实施例公开了一种基于环形阵列的超声定向定温加热方法，包括：利用环形超声传感器阵列，对目标空间发射并采集超声波信号，重建目标空间的B型超声图像，通过分析B型超声图像得到加热目标的位置信息；通过对目标位置聚焦超声波能量加热目标；通过环形超声传感器阵列重建目标区域内的声速分布图像，进而计算出目标区域内的温度分布；根据计算出的目标区域温度反馈调整聚焦超声波的能量值，通过阶梯式提高加热功率，以实现定量控制温度的功能。相对于现有技术，对目标区域无损伤无辐射，同时大大减少了设备成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于环形阵列的超声定向定温加热方法
本专利技术涉及超声成像及处理
，尤其涉及一种基于环形阵列的超声定向定温加热方法。
技术介绍
超声聚焦加热是一种利用超声波的高能量特性，使多束超声波聚焦在同一区域从而使该区域的介质温度升高的技术。在超声聚焦加热技术中，如果想要实现恒温加热，必须对加热区域的温度进行检测和监控。现有的超声聚焦加热技术往往使用插入式的温度传感器或核磁共振技术进行温度检测和监控，但插入式的温度传感器会对目标区域造成损伤，同时无法检测整个区域范围内的温度。而核磁共振技术的成本很高，并且具有辐射性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于环形阵列的超声定向定温加热方法，以解决现有的恒温超声定向定温加热方法采用插入式的温度传感器或者核磁共振技术对目标区域进行温度监测和监控，导致目标区域的损伤、检测范围小、以及成本较高的问题。本专利技术实施例提供一种基于环形阵列的超声定向定温加热方法，包括：步骤1，通过环形阵列超声传感器中的所有超声传感器元，对目标空间发射并接收超声波信号，重建所述目标空间内的B型超声图像，根据所述B型超声图像定位加热目标的具体位置；步骤2，通过所述环形阵列超声传感器的超声传感器元发射超声波，并通过对每个所述超声传感器元发射的超声波信号进行不同的时延，使得超声波的能量聚焦到所述加热目标的具体位置，对所述加热目标进行定向加热；步骤3，通过所述环形阵列超声传感器中的每个超声传感器元对目标空间发射超声波，并通过所有所述超声传感器元接收超声波，得到整个所述目标空间内的声学参数信息，即对接收到的超声波信号进行分析计算，重建出目标空间的声速分布图像，再通过所述声速分布图计算出目标区域内的温度分布；步骤4，通过所述目标区域内的温度分布确定加热目标的温度，根据所述加热目标的温度值定量调整聚焦超声波的能量，通过阶梯式提高加热功率，使得加热目标实现恒温。进一步地，在一种实现方式中，所述步骤1中，所述环形阵列超声传感器包括一组环形排列的超声传感器元，所有所述超声传感器元的位置相对固定，并且每一个所述超声传感器元可以独立工作；在对所述目标空间发射并采集超声波信号时，所述环形阵列超声传感器设定的工作模式是所有超声传感器元发射超声波信号，同时，所有的所述超声传感器元接收超声波信号；发射超声波信号时，所述环形阵列超声传感器开启所有的超声传感器元向目标区域发射超声波信号；采集所述超声波信号时，所述环形阵列超声传感器开启所有超声传感器元，所有所述超声传感器元同时采集目标空间内的超声波反射、投射和散射信号。进一步地，在一种实现方式中，所述步骤1中，所述重建目标空间的B型超声图像，使用的重建信号是所述环形阵列超声传感器采集到的目标空间对超声波的反射、投射和散射信号，使用的重建方法是基于所述环形传感器的波束形成法和延时叠加法：所述波束形成法，是利用所述环形传感器发射不同时延的超声波信号，使所有所述超声波信号能够聚焦在一个区域；所述延时叠加法，是对应所述波束形成法的图像重建方法，在接收所述超声波信号延时叠加时，所述延时是对应波束形成时的发射超声波信号延时，通过所述延时后的叠加能够重建出发射超声波信号的聚焦成像区域。进一步地，在一种实现方式中，所述步骤1中根据B型超声图像定位加热目标的具体位置，包括：根据所述B型超声图像中的灰度值，确认不同的介质区域，根据所述不同的介质区域确认需要加热的区域所在的具体位置。进一步地，在一种实现方式中，所述步骤2中使得超声波的能量聚焦到所述加热目标的具体位置，对所述加热目标进行定向加热，包括：通过使所述环形阵列超声传感器开启所有超声传感器元，并通过使不同的所述超声传感器元按照不同的延时发射超声波，使得超声波能量聚焦在固定的区域。进一步地，在一种实现方式中，所述步骤2包括：所述延时发射并聚焦超声波能量，每一个所述超声传感器元根据自身的位置和加热目标的具体位置，按照不同的延时发射超声波，从而实现聚焦效果，其中，根据以下公式计算第n个所述超声传感器元发射超声波信号的延时信息dn：其中，round表示四舍五入取整函数，in表示第n个超声传感器元，in＝1,2…N,N为超声传感器元的最大数量，pitch表示超声传感器元的长度，pitch的大小和超声传感器元的型号有关，θ表示发射波阵面聚焦的方向角，c0表示成像区域的背景声速值，成像区域的背景声速值c0的大小与成像区域内的介质种类有关，dt表示抽样时间间隔，其中f表示超声波信号的中心频率，F表示目标空间中心点与环形阵列超声传感器中心之间的距离，0≤F≤R，R为环形阵列超声传感器的半径。进一步地，在一种实现方式中，所述步骤3中，所述重建目标空间内的声速分布图像，使用的重建信号是环形阵列超声传感器采集到的目标空间内所有的超声波反射、投射和散射信号，使用的重建方法是基于声波方程的参数重建方法：所述声波方程，是描述超声波在介质空间中传播规律的方程，所述声波方程中的声学参数信息包含介质空间中的声速分布、声压值和声源信号，所述声压值用于反应超声波信号强度，所述声波方程的表达式如下：其中，表示在一次声速成像过程中每一次超声传感器元发射的声波脉冲信号，下标m＝0,1,2,…,M-1，M表示声波脉冲的总数，表示第m束声波脉冲传播经过扫描区域时生成的声压场分布，c(r)表示介质中的声速分布；在已知在一次声速成像过程中每一次超声传感器元发射的声波脉冲信号sm(r,t)和第m束声波脉冲传播经过扫描区域时生成的声压场分布pm(r,t)的情况下，通过所述声波方程的表达式求解出介质空间中的声速分布c(r)。进一步地，在一种实现方式中，所述步骤3中通过所述声速分布图计算出目标区域内的温度分布，包括：对于同一种介质，根据所述介质内部的声速值与温度之间确定的关系计算出介质内部的温度值；所述目标区域是由多种介质构成的，获取每一种介质内部的温度值后，即确定整个目标区域内不同位置的温度，即确定了所述目标区域的温度分布。进一步地，在一种实现方式中，所述步骤4中，超声加热功率使用阶梯式提高的方式来使目标区域实现恒温，包括：步骤4-1，设定超声加热功率为恒定的初始加热功率，通过不断向加热区域传递能量使得加热区域温度提升至设定得恒温温度值；步骤4-2，当加热区域温度升高至恒温温度值后，加热方式转换为控温模式，由于加热区域温度升高后，与外部的热交换速率也对应升高，保持温度恒定需要更多的热量输入，通过阶梯式提高加热功率，使得加热区域温度保持在设定的恒温温度值附近的可控范围内。进一步地，在一种实现方式中，所述步骤4包括，根据目标空间中的温度分布，以加热目标的温度作为控制参数，根据以下公式计算超声功率控制参数：其中，δ(t)表示超声控制参数，e(t)表示控制温度与设定温度之间的差值，Kp表示功率控制比例系数，Ki表示功率控制积分系数，Kd表示功率控制微分系数；通过所述超声控制参数，对超声波发射的功率进行调节，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于环形阵列的超声定向定温加热方法，其特征在于，包括：/n步骤1，通过环形阵列超声传感器中的所有超声传感器元，对目标空间发射并接收超声波信号，重建所述目标空间内的B型超声图像，根据所述B型超声图像定位加热目标的具体位置；/n步骤2，通过所述环形阵列超声传感器的超声传感器元发射超声波，并通过对每个所述超声传感器元发射的超声波信号进行不同的时延，使得超声波的能量聚焦到所述加热目标的具体位置，对所述加热目标进行定向加热；/n步骤3，通过所述环形阵列超声传感器中的每个超声传感器元，对目标空间发射超声波，并通过所有所述超声传感器元接收超声波，得到整个所述目标空间内的声学参数信息，即对接收到的超声波信号进行分析计算，重建出目标空间的声速分布图像，再通过所述声速分布图计算出目标区域内的温度分布；/n步骤4，通过所述目标区域内的温度分布确定加热目标的温度，根据所述加热目标的温度值定量调整聚焦超声波的能量，通过阶梯式提高加热功率，使得加热目标实现恒温。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于环形阵列的超声定向定温加热方法，其特征在于，包括：
步骤1，通过环形阵列超声传感器中的所有超声传感器元，对目标空间发射并接收超声波信号，重建所述目标空间内的B型超声图像，根据所述B型超声图像定位加热目标的具体位置；
步骤2，通过所述环形阵列超声传感器的超声传感器元发射超声波，并通过对每个所述超声传感器元发射的超声波信号进行不同的时延，使得超声波的能量聚焦到所述加热目标的具体位置，对所述加热目标进行定向加热；
步骤3，通过所述环形阵列超声传感器中的每个超声传感器元，对目标空间发射超声波，并通过所有所述超声传感器元接收超声波，得到整个所述目标空间内的声学参数信息，即对接收到的超声波信号进行分析计算，重建出目标空间的声速分布图像，再通过所述声速分布图计算出目标区域内的温度分布；
步骤4，通过所述目标区域内的温度分布确定加热目标的温度，根据所述加热目标的温度值定量调整聚焦超声波的能量，通过阶梯式提高加热功率，使得加热目标实现恒温。


2.根据权利要求1所述的一种基于环形阵列的超声定向定温加热方法，其特征在于，所述步骤1中，所述环形阵列超声传感器包括一组环形排列的超声传感器元，所有所述超声传感器元的位置相对固定，并且每一个所述超声传感器元可以独立工作；
在对所述目标空间发射并采集超声波信号时，所述环形阵列超声传感器设定的工作模式是所有超声传感器元发射超声波信号，同时，所有的所述超声传感器元接收超声波信号；
发射超声波信号时，所述环形阵列超声传感器开启所有的超声传感器元向目标区域发射超声波信号；
采集所述超声波信号时，所述环形阵列超声传感器开启所有超声传感器元，所有所述超声传感器元同时采集目标空间内的超声波反射、投射和散射信号。


3.根据权利要求2所述的一种基于环形阵列的超声定向定温加热方法，其特征在于，所述步骤1中，所述重建目标空间的B型超声图像，使用的重建信号是所述环形阵列超声传感器采集到的目标空间对超声波的反射、投射和散射信号，使用的重建方法是基于所述环形传感器的波束形成法和延时叠加法：
所述波束形成法，是利用所述环形传感器发射不同时延的超声波信号，使所有所述超声波信号能够聚焦在一个区域；
所述延时叠加法，是对应所述波束形成法的图像重建方法，在接收所述超声波信号延时叠加时，所述延时是对应波束形成时的发射超声波信号延时，通过所述延时后的叠加能够重建出发射超声波信号的聚焦成像区域。


4.根据权利要求3所述的一种基于环形阵列的超声定向定温加热方法，其特征在于，所述步骤1中根据B型超声图像定位加热目标的具体位置，包括：根据所述B型超声图像中的灰度值，确认不同的介质区域，根据所述不同的介质区域确认需要加热的区域所在的具体位置。


5.根据权利要求4所述的一种基于环形阵列的超声定向定温加热方法，其特征在于，所述步骤2中使得超声波的能量聚焦到所述加热目标的具体位置，对所述加热目标进行定向加热，包括：通过使所述环形阵列超声传感器开启所有超声传感器元，并通过使不同的所述超声传感器元按照不同的延时发射超声波，使得超声波能量聚焦在固定的区域。


6.根据权利要求5所述的一种基于环形阵列的超声定向定温加热方法，其特征在于，所述步骤2包括：所述延时发射并聚焦超声波能量，每一个所述超声传感器元根据自身的位置和加热目标的具体位置，按照不同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁杰，尤琦，丁尧，王玉婵，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32