本发明专利技术涉及一种聚焦方法和装置，该方法包括：根据靶区与换能器阵列的距离计算换能器阵列的原始激励数字信号的时延，基于时延对原始激励数字信号进行处理并生成换能器阵列第一激励信号，利用第一激励信号激励换能器阵列并使得换能器阵列向靶区发出第一聚焦声束，换能器阵列接收靶区的反射声波，对靶区的反射声波进行采样并生成第一数字信号，对第一数字信号进行时间反转并生成第二数字信号，对第二数字信号进行处理并生成换能器阵列的第二激励信号，利用第二激励信号激励换能器阵列并使得换能器阵列向靶区发出第二聚焦声束。因此，该方法和装置能够在具有非均匀等特征的人体组织中实现自适应的高精度聚焦，从而提高了超声治疗的准确性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物医学工程领域，尤其涉及一种聚焦方法和装置。
技术介绍
目前在高强度聚焦超声技术(high-intensityfocused ultrasound, HIFU)中主要的聚焦方式有自聚焦、声透镜聚焦以及电子相控阵列聚焦。与前两种聚焦方式不同，电子相控阵列超声治疗系统的治疗头包含多个小的换能器阵元，通过控制单个阵元激励信号的相位或时延达到声束聚焦的目的，该电子相控阵列聚焦技术代表了当前的最新技术。图I为现有技术中利用电子相控阵列聚焦技术进行聚焦的示意图。如图所示，通 过激励碗状换能器的每个阵元形成聚焦声束聚焦在靶区所在的位置，从而消蚀人体组织内的病灶即祀区。其具体实现过程为首先，由超声诊断技术(type-B ultrasonic, B超)或电子计算机 X 身寸线断层扫描技术(electronic computer X-ray tomography technique,CT)等医疗成像技术确定针对人体特定组织的靶区的位置，比如靶区为肿瘤等异物。然后根据碗状换能器每一阵元到靶区的距离计算换能器每一阵元激发信号的时延；最后碗状换能器每一阵元向靶区发出声束并同时聚焦在靶区并将靶区的特定组织消蚀。上述方法只根据碗状换能器每一阵元到靶区的距离来决定激发信号的时延。但是，人体组织是一种非均匀介质，该介质还具有粘滞吸收和非线性特征，当碗状换能器各个阵元向靶区发出声束后，声束在人体各种组织中传播时的传播速度不是相同的而是各自发生了变化，并且由于人体组织的非线性特性，声束中不同的频率成分在同一组织中具有不同的传播速度和吸收系数，从而使得各个声束发生信号波形畸变和时延改变，最终导致各个声束最后形成的聚焦区域位置发生偏移、或者聚焦区域面积增大等而不能得到最佳的聚焦效果。同时，电子相控阵列超声系统产生的焦域形状一般为纺锤形，难以和实际的靶区很好匹配。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种聚焦方法和装置。该方法和装置利用时间反转原理能够在具有非均匀、热粘滞吸收和非线性等特征的人体组织中实现自适应的高精度聚焦，解决了现有技术中因人体组织是一种非均匀、热粘滞吸收和非线性等特征介质而导致聚焦声束聚焦在靶区的准确度不高的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种聚焦方法，所述方法包括根据靶区与换能器阵列中每一阵元的距离计算所述换能器阵列中每一阵元的原始激励数字信号的时延；基于时延对所述原始激励数字信号进行处理并生成所述换能器阵列中每一阵元的第一激励信号；利用所述第一激励信号激励所述换能器阵列中每一阵元并使得所述换能器阵列向所述靶区发出第一聚焦声束；所述换能器阵列中的每一阵元接收所述靶区的反射声波；对所述 靶区的反射声波进行采样并生成第一数字信号；对所述第一数字信号进行时间反转并生成第二数字信号；对所述第二数字信号进行处理并生成所述换能器阵列中每一阵元的第二激励信号；利用所述第二激励信号激励所述换能器阵列中每一阵元并使得所述换能器阵列向所述靶区发出第二聚焦声束。优选的，所述对所述第一数字信号进行时间反转并生成第二数字信号之后还包括存储所述第二数字信号。优选的，所述对所述原始数字信号进行处理并生成所述换能器阵列中每一阵元的第一激励信号中的所述处理是对所述原始数字信号进行数模转换和功率放大；所述对所述第二数字信号进行处理并生成所述换能器阵列中每一阵元的第二激励信号中的所述处理是对所述第二数字信号进行数模转换和功率放大。优选的，所述第一激励信号的电压幅值小于所述第二激励信号的电压幅值。本专利技术还提供了一种聚焦装置，所述装置包括控制模块，发射模块、换能器阵列、采样模块和处理模块。控制模块，用于根据靶区与换能器阵列中每一阵元的距离计算所述 换能器阵列中每一阵元的原始激励数字信号的时延；还用于对第一数字信号进行时间反转并生成第二数字信号；发射模块，用于利用所述第一激励信号激励所述换能器阵列中每一阵元并使得所述换能器阵列向所述靶区发出第一聚焦声束；还用于利用所述第二激励信号激励所述换能器阵列中每一阵元并使得所述换能器阵列向所述靶区发出第二聚焦声束。换能器阵列，用于向所述靶区发出所述第一聚焦声束并接收所述靶区的反射声波；还用于向所述靶区发出所述第二聚焦声束；采样模块，用于对所述靶区的反射声波进行采样并生成所述第一数字信号；处理模块，用于对所述原始激励数字信号进行处理并生成所述换能器阵列中每一阵元的第一激励信号；还用于对所述第二数字信号进行处理并生成所述换能器阵列中每一阵元的第二激励信号；其中，所述控制模块控制所述发射模块向所述换能器阵列发射所述第一激励信号，所述换能器阵列接收到所述第一激励信号后向所述靶区发出所述第一聚焦声束并接收所述靶区的所述反射声波，所述反射声波经所述采样模块采样后生成所述第一数字信号并发送至所述控制模块，所述控制模块对所述第一数字信号进行时间反转并生成所述第二数字信号，所述第二数字信号经所述处理模块后生成所述第二激励信号，通过所述发射模块向所述换能器阵列发射所述第二激励信号，所述换能器阵列接收到所述第二激励信号后向所述靶区发出所述第二聚焦声束。优选的，所述处理模块还用于根据所述第二数字信号确定再次激励所述换能器的每个阵元的所述第二激励信号的激励时延。优选的，所述装置还包括存储模块，用于存储所述第二数字信号。优选的，所述处理模块中所述处理具体为分别对所述原始激励数字信号和所述第二数字信号进行数模转换和功率放大。优选的，所述处理模块中所述第一激励信号的电压幅值小于所述第二激励信号的电压幅值。因此，本专利技术公开的一种聚焦方法和装置，该方法和装置通过将第一次聚焦声束从靶区反射回来得到的接收信号进行时间反转后再次发出第二次聚焦声束，能够在具有非均匀、粘滞吸收和非线性等特征的人体组织中实现自适应的高精度聚焦，从而提高了利用该方法和装置进行超声治疗的准确性。附图说明图I为现有技术中利用电子相控阵列聚焦技术进行聚焦的示意图2为本专利技术实施例一种聚焦系统的架构图；图3为本专利技术实施例一种聚焦方法的流程图；图4为本专利技术实施例一种聚焦方法的控制发射部分的电路图；图5为本专利技术实施例一种聚焦方法的接收处理部分的电路图；图6为本专利技术实施例中使用的人体组织模型示意图；图7为本专利技术实施例使用电子相控阵列聚焦技术进行聚焦的声压幅值图；图8为本专利技术实施例使用时间反转聚焦技术进行聚焦的声压幅值图； 图9为本专利技术实施例一种聚焦装置的示意图。具体实施例方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。本专利技术实施例将时间反转原理应用于HIFU系统中，克服人体组织非均匀、热粘滞吸收和非线性特征对现有HIFU系统中采用的聚焦技术带来的不利影响，以实现自适应的高精度聚焦。时间反转方法最早由法国的FINK教授引入到超声检测领域，它可以实现在不均匀介质中的声束聚焦成像。时间反转方法的基本原理是由换能器阵元组成的时间反转镜接收来自目标处的脉冲回波信号，将其转换成电信号后进行存储和时间反转处理，然后将这个时间反转信号加到换能器阵上重新激发声波，在原目标处将这些发散的声波变成会聚声波。但到目前为止，尚未见时间反转方法在人体组织这种不均匀又具有粘滞吸收和非线性特征的介质中的应用。图2为本专利技术实施例一种聚焦系统的架构图。如图所示，本专利技术实施例系统架构图具体由碗状的换能器阵本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林伟军，张海澜，贺洪斌，张澄宇，刘蕾，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：
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