基于超声主动空化成像的空化起始阈值分布重建方法技术

基于超声主动空化成像的空化起始阈值分布重建方法，先由信号发生器发射同步信号给空化能量源及全数字化超声成像设备，能量源以连续可变能量激励媒介产生空化，同时全数字化超声成像设备发射平面波并接收空化回波信号；回波信号通过合成孔径延时、相干系数自适应波束合成以及帧间解相关SSD实现空时高分辨、高信噪比的空化泡分布成像序列；从序列图像中进行区域分割并提取子区域能量强度曲线PIC，在PIC曲线中设置一个强度阈值，强度阈值所对应的能量作为空化起始阈值，在获得每个子区域的起始阈值后经过伪彩编码重建空化起始阈值空间分布；本发明专利技术为不同能量、不同参数作用下的空化泡分布情况提供了直观图像分析，为不同媒介空化分析提供了依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声检测与超声成像
，特别涉及到，该方法以结合宽波束合成孔径成像和相干系数最小方差自适应波束合成的空时高分辨、高信噪比的超声主动空化成像为基础，提出一种空化起始阈值空间分布的高频超声重建方法。
技术介绍
空化是指液体中的空化核在外加能量(热/力)的作用下被激活，表现为微小泡核的振荡、生长、收缩乃至崩溃等一系列动力学过程，是生物医学领域中药物释放、基因转染、体外碎石、溶栓、止血、热疗以及肿瘤热消融等方面的主要机制。空化形成过程伴随着空化泡的产生，空化泡或保持稳定的非线性径向振荡，或在迅速增长后随之被急剧压缩至崩溃，两种情况分别对应稳态空化和瞬态空化。使液体产生空化的最小能量值称为空化起始阈值，空化起始阈值的大小取决于媒介液体静态压、初始温度、液体本身的结构状态以及液体中外加的多样性空化核，这使得液体媒介中空化的产生具有一定的随机性。为更好地理解不同媒介空化的产生机制并更好地控制空化的产生，空化检测成像及空化阈值检测的研究受到越来越多的关注。现有的空化检测成像主要有光学检测方法和声学检测方法。光学检测成像通过高速/超高速摄影拍摄观察空化泡的行为，具有直观、同步性好、时间分辨率高的优点，缺点是对媒介透光性要求很高、不适用于原位研究。声学检测方法根据接收方式可分为被动空化检测方法和主动空化检测方法，其中被动空化检测基于空化过程中产生的声信息，包括谐波、次谐波、超谐波和宽带噪声等，通过换能器被动接收并提取不同信息分量反映空化状态(稳态空化对应次谐波分量、谐波分量及高次谐波分量；瞬态空化对应宽带噪声)，又可分为被动空化检测(Passive Cavitation Detection, PO))和被动空化成像(PassiveCavitation Imaging, PCI)。P⑶在各个领域的空化研究中被广泛使用，通常使用聚焦单阵元超声换能器来提高空 化检测的灵敏度，信号获取简便，但是不能反映空化泡分布的空间信息；PCI是在PCD基础上发展起来的，通过阵列换能器被动接收和通道信号波束合成及重建得到空化泡的空间分布，重建算法复杂且空间分辨率不高。PCD和PCI只能在能量场作用下空化泡处于活动状态时进行，受能量场干扰明显。主动空化检测由换能器主动发射声信号作用于目标区域，通过检测空化泡的背向散射回波反映空化状态，最基本的方法是B超成像，B超扫描成像过程决定了 B超图像的准实时性，即每帧图像的不同扫描线不是同一时刻获得的，同时成像帧率也被限制在几十赫兹，不能实现空化泡瞬态行为的获取。法国INSERM的Fink小组提出平面波复合快速超声成像法用于空化成核的检测成像，该方法通过平面波发射实现高帧率实时成像，并提出不同角度相干波复合提高成像信噪比，但是信噪比的提高在一定程度上牺牲了成像帧率。空化阈值较多的是理论建模方面的研究，包括空化的起始(稳态空化)以及空化的坍塌(瞬态空化)，实验方面局限于针对空化起始的光学高速/超高速摄影以及针对空化坍塌的声致发光/声致化学发光的研究，这两者均都受到介质透明度的限制。也有用PCD法检测宽带噪声信号来研究空化坍塌阈值，但是PCD不能提供空间分布信息且不能用于空化起始阈值的检测。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于超声主动空化成像的空化起始阈值分布的高频超声重建方法，将宽波束合成孔径成像和相干系数最小方差自适应波束合成相结合用于主动空化成像，具有空时高分辨、高信噪比的成像特点且成像不受媒介透明度的限制，在此基础上实现的高频超声空化起始阈值分布重建具有较高的检测灵敏度及空间分辨率。为实现上述任务，本专利技术给出如下的技术解决方案:，包括以下步骤:步骤一、在源能量温度或压力连续可调的情况下激励空化的产生，并对空化信号进行检测:空化的产生装置包括产生能量场的源装置和控制时序的同步信号发生器；空化信号的检测装置包括 可编程发射宽波束的高频阵列换能器和并行通道数据采集及存储单元，同步信号发生器产生同步信号分别控制能量源装置和阵列换能器，能量源装置产生连续可变能量激励空化的产生，同时阵列换能器发射宽波束对空化进行检测，得到的空化回波信号由并行通道数据采集及存储单元采集存储；步骤二、通过PC机上高分辨、高信噪比的成像软件对步骤一中采集到的空化信号进行成像:首先选定空化成像区域中的某个目标点，根据目标点的位置计算有效孔径及延时得到对目标点进行接收聚焦后的通道信号；然后对通道信号进行相干系数最小方差自适应波束合成，实现目标点通道信号的最优幅度变迹及相干系数加权，得到目标点最优输出；遍历所有目标点得到整个空化成像区域的射频数据；最后通过解相关SSD及射频信号成像算法，实现空时高分辨、高信噪比的超声主动空化成像；对步骤一中得到的连续可变能量源激励下的空化信号分别进行成像即可得到随能量变化的空化序列图像；步骤三、对步骤二中得到的随能量变化的空化序列图像进行空化起始阈值提取并实现空化起始阈值分布的重建:首先对各空化图像进行区域分割，计算每个子区域的图像强度，提取各子区域图像强度随序列变化的曲线即能量强度曲线(Pic曲线);然后在PIC曲线上设置一个强度阈值，达到强度阈值时对应的能量值即为该子区域空化起始阈值；最后在得到每个子区域的起始阈值后经过伪彩编码重建空化起始阈值的空间分布。步骤二中所述的相干系数最小方差自适应波束合成，具体方法为:(I)、选定目标点并根据目标点位置计算波束合成的有效孔径(有效阵元数)大小，记为M ；(2)、根据目标点位置对M个阵元通道信号计算延时，得到延时后的信号，记为X(t):权利要求1.，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、在源能量温度或压力连续可调的情况下激励空化的产生，并对空化信号进行检测，空化的产生装置包括产生能量场的源装置和控制时序的同步信号发生器；空化信号的检测装置包括可编程发射宽波束的高频阵列换能器和并行通道数据采集及存储单元，同步信号发生器产生同步信号分别控制能量源装置和阵列换能器，能量源装置产生连续可变能量激励空化的产生，同时阵列换能器发射宽波束对空化进行检测，得到的空化回波信号由并行通道数据采集及存储单元采集存储； 步骤二、通过PC机上高分辨、高信噪比的成像软件对步骤一中采集到的空化信号进行成像:首先选定空化成像区域中的某个目标点，根据目标点的位置计算有效孔径及延时得到对目标点进行接收聚焦后的通道信号；然后对通道信号进行相干系数最小方差自适应波束合成实现目标点通道信号的最优幅度变迹及相干系数加权，得到目标点最优输出；遍历所有目标点得到整个空化成像区域的射频数据；最后通过解相关SSD及射频信号成像算法，实现空时高分辨、高信噪比的超声主动空化成像。对步骤一中得到的连续可变能量源激励下的空化信号分别进行成像即可得到随能量变化的空化序列图像； 步骤三、对步骤二中得到的随能量变化的空化序列图像进行空化起始阈值提取并实现空化起始阈值分布的重建，首先对各空化图像进行区域分割，计算每个子区域的图像强度，提取各子区域图像强度随序列变化的曲线即能量强度曲线；然后在能量强度曲线上设置一个强度阈值，达到强度阈值时对应的能量值即为该子区域空化起始阈值；最后在得到每个子区域的起始阈值后经过伪彩编码重建空化起始阈值的空间分布。2.根据权利要求1所本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于超声主动空化成像的空化起始阈值分布重建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在源能量温度或压力连续可调的情况下激励空化的产生，并对空化信号进行检测，空化的产生装置包括产生能量场的源装置和控制时序的同步信号发生器；空化信号的检测装置包括可编程发射宽波束的高频阵列换能器和并行通道数据采集及存储单元，同步信号发生器产生同步信号分别控制能量源装置和阵列换能器，能量源装置产生连续可变能量激励空化的产生，同时阵列换能器发射宽波束对空化进行检测，得到的空化回波信号由并行通道数据采集及存储单元采集存储；步骤二、通过PC机上高分辨、高信噪比的成像软件对步骤一中采集到的空化信号进行成像：首先选定空化成像区域中的某个目标点，根据目标点的位置计算有效孔径及延时得到对目标点进行接收聚焦后的通道信号；然后对通道信号进行相干系数最小方差自适应波束合成实现目标点通道信号的最优幅度变迹及相干系数加权，得到目标点最优输出；遍历所有目标点得到整个空化成像区域的射频数据；最后通过解相关SSD及射频信号成像算法，实现空时高分辨、高信噪比的超声主动空化成像。对步骤一中得到的连续可变能量源激励下的空化信号分别进行成像即可得到随能量变化的空化序列图像；步骤三、对步骤二中得到的随能量变化的空化序列图像进行空化起始阈值提取并实现空化起始阈值分布的重建，首先对各空化图像进 行区域分割，计算每个子区域的图像强度，提取各子区域图像强度随序列变化的曲线即能量强度曲线；然后在能量强度曲线上设置一个强度阈值，达到强度阈值时对应的能量值即为该子区域空化起始阈值；最后在得到每个子区域的起始阈值后经过伪彩编码重建空化起始阈值的空间分布。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：万明习，胡虹，王素品，王晶晶，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：