颅骨声学非均质性的测量系统及方法技术方案

本申请公开了一种颅骨声学非均质性的测量系统及方法，其中，系统包括：声波激励模块，用于在目标颅骨内激发颅内声波；声波测量模块，用于采集颅内声波；数据采集及处理模块，用于基于干涉信号判断颅内声波是否满足预设混叠条件，以在颅内声波满足预设混叠条件时，对干涉信号进行抗混叠处理，并且利用抗混叠处理后的干涉信号得到用于反演颅骨声学非均质性的全场超声波。由此，解决了相关技术中，基于灰度图像构建颅骨声学性质分布的测量精度较差，难以满足大脑精确调控的需要，且缺乏坚实的物理基础等技术问题。理基础等技术问题。理基础等技术问题。

【技术实现步骤摘要】
颅骨声学非均质性的测量系统及方法


[0001]本申请涉及测量
，特别涉及一种颅骨声学非均质性的测量系统及方法。

技术介绍

[0002]大脑是操控人体的中枢，是人体中最为复杂、充满未知的器官。一方面，通过对大脑活动进行成像是脑科学研究最有力的途径；另一方面，对大脑神经活动进行调控是治疗大脑疾病、认知大脑神经调控环路的基础工具。
[0003]基于超声波的脑功能成像和神经调控近年来受到广泛的重视，原因如下：第一，超声成像具有较高的空间分辨率和成像深度，非常适于脑的成像和神经调控；第二，对细胞力敏感通路的研究逐渐揭示了力学刺激对神经元可能存在重要的调控作用，声遗传学(sonogenetics)这一研究领域应运而生；第三，超声波是一种机械波，安全无辐射，并且便携性好，性价比高。基于超声波实施大脑的成像(功能超声成像和光声成像)和调控最大的障碍来自于颅骨对于超声强烈的散射作用。颅骨的声学性质具有强烈的空间非均质性，将显著降低超声成像的信噪比，影响神经调控空间定位的精度。一般而言，如果已知颅骨声学非均质性，可以通过相位调制等方法，修正颅骨带来的散射效应等，从而达到提升成像信噪比、精确调控大脑等目的。
[0004]相关技术中，可以基于CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)或者磁共振成像得到的颅骨影像，利用影像的灰度值间接推测颅骨的声速，然而，相关技术虽然能够大致通过灰度图像间接给出颅骨声学非均质性，但精度较差，尚不能满足大脑精确调控的需要，也无法帮助实现颈颅的脑功能成像，且颅骨CT/或者磁共振图像中的灰度值与声速的关系较为复杂，直接基于灰度图像构建颅骨声学性质分布缺乏坚实的物理基础，有待改进。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种颅骨声学非均质性的测量系统及方法，以解决相关技术中，基于灰度图像构建颅骨声学性质分布的测量精度较差，难以满足大脑精确调控的需要，且缺乏坚实的物理基础等技术问题。
[0006]本申请第一方面实施例提供一种颅骨声学非均质性的测量系统，包括：声波激励模块，用于在目标颅骨内激发颅内声波；声波测量模块，用于采集所述颅内声波；数据采集及处理模块，用于基于干涉信号判断所述颅内声波是否满足预设混叠条件，以在所述颅内声波满足所述预设混叠条件时，对所述干涉信号进行抗混叠处理，并且利用抗混叠处理后的干涉信号得到用于反演颅骨声学非均质性的全场超声波。
[0007]可选地，在本申请的一个实施例中，所述声波测量模块包括：用于波长线性采样的扫频激光源；样品臂，用于发射和接收所述颅内的样品光；参考臂，用于发射和接收参考光；平衡探测器，用于测量所述参考光和所述样品光之间的干涉信息。
[0008]可选地，在本申请的一个实施例中，所述样品臂包括第一光旋转器、第一准直镜、扫描振镜和物镜。
[0009]可选地，在本申请的一个实施例中，所述参考臂包括第二光旋转器、第二准直镜和平面镜。
[0010]可选地，在本申请的一个实施例中，所述数据采集及处理模块包括：判断单元，用于基于所述干涉信号得到所述颅内声波的频率，并基于所述频率判断所述颅内声波是否满足所述预设混叠条件；求和处理单元，用于对运动模式信号进行求和，得到主瓣信号；计算单元，用于利用所述干涉信号减去所述主瓣信号，得到左旁瓣信号与右旁瓣信号；区分单元，用于对所述干涉信号进行傅里叶变换，并基于所述左旁瓣信号与所述右旁瓣信号的相位变化区分所述左旁瓣信号和所述右旁瓣信号，以基于所述区分结果反演得到所述全场超声波。
[0011]可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：反演模块，用于利用全波反演算法对所述全场超声波进行反演，得到所述颅骨声学非均质性。
[0012]可选地，在本申请的一个实施例中，所述声波激励模块为单振源超声换能器或者多振源超声换能器。
[0013]本申请第二方面实施例提供一种颅骨声学非均质性的测量方法，包括以下步骤：在目标颅骨内激发颅内声波；采集所述颅内声波；基于干涉信号判断所述颅内声波是否满足预设混叠条件，以在所述颅内声波满足所述预设混叠条件时，对所述干涉信号进行抗混叠处理，并且利用抗混叠处理后的干涉信号得到用于反演颅骨声学非均质性的全场超声波。
[0014]本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的颅骨声学非均质性的测量方法。
[0015]本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的颅骨声学非均质性的测量方法。
[0016]本申请实施例可以利用声波激励模块在目标颅骨内激发颅内声波，通过声波测量模块得到颅内声波，从而利用数据采集及处理模块，基于干涉信号筛选满足预设混叠条件的颅内声波，对干涉信号进行抗混叠处理，并且利用抗混叠处理后的干涉信号得到用于反演颅骨声学非均质性的全场超声波，实现了颅骨中声波的可视化，利用全场声波反演声学非均质性，具有坚实的物理基础，可以测量声学非均质性的频率依赖，广泛适用于脑功能声学成像和大脑神经调控。由此，解决了相关技术中，基于灰度图像构建颅骨声学性质分布的测量精度较差，难以满足大脑精确调控的需要，且缺乏坚实的物理基础等技术问题。
[0017]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0018]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0019]图1为根据本申请实施例提供的一种颅骨声学非均质性的测量系统的结构示意图；
[0020]图2为根据本申请一个实施例的声波测量模块的工作原理示意图；
[0021]图3为根据本申请一个实施例的数据采集及处理模块的原理示意图；
[0022]图4为根据本申请一个实施例的颅骨声学非均质性的测量系统的原理示意图；
[0023]图5为根据本申请实施例提供的一种颅骨声学非均质性的测量方法的流程图；
[0024]图6为根据本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0025]下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
[0026]下面参考附图描述本申请实施例的颅骨声学非均质性的测量系统及方法。针对上述
技术介绍
中提到的相关技术中，基于灰度图像构建颅骨声学性质分布的测量精度较差，难以满足大脑精确调控的需要，且缺乏坚实的物理基础等技术问题，本申请提供了一种颅骨声学非均质性的测量系统，在该系统中，可以利用声波激励模块在目标颅骨内激发颅内声波，通过声波测量模块得到颅内声波，从而利用数据采集及处理模块，基于干涉信号筛选满足预设混叠条件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种颅骨声学非均质性的测量系统，其特征在于，包括：声波激励模块，用于在目标颅骨内激发颅内声波；声波测量模块，用于采集所述颅内声波；数据采集及处理模块，用于基于干涉信号判断所述颅内声波是否满足预设混叠条件，以在所述颅内声波满足所述预设混叠条件时，对所述干涉信号进行抗混叠处理，并且利用抗混叠处理后的干涉信号得到用于反演颅骨声学非均质性的全场超声波。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述声波测量模块包括：用于波长线性采样的扫频激光源；样品臂，用于发射和接收所述颅内的样品光；参考臂，用于发射和接收参考光；平衡探测器，用于测量所述参考光和所述样品光之间的干涉信息。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述样品臂包括第一光旋转器、第一准直镜、扫描振镜和物镜。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述参考臂包括第二光旋转器、第二准直镜和平面镜。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集及处理模块包括：判断单元，用于基于所述干涉信号得到所述颅内声波的频率，并基于所述频率判断所述颅内声波是否满足所述预设混叠条件；求和处理单元，用于对运动模式信号进行求和，得到主瓣信号；计算单元，用于利用所述干涉信号减去所述主瓣信号，得到左旁瓣信号与右旁瓣信号；区分单元，用于对所述干涉信号进行傅里叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国洋，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：