[發明專利]基于超聲主動空化成像的空化起始閾值分布重建方法

有效

• 申請號: 201310150100.8
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN103235041A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 萬明習;胡虹;王素品;王晶晶
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

技術領域

本發明涉及超聲檢測與超聲成像技術領域，特別涉及到基于超聲主動空化成像的空化起始閾值分布重建方法，該方法以結合寬波束合成孔徑成像和相干系數最小方差自適應波束合成的空時高分辨、高信噪比的超聲主動空化成像為基礎，提出一種空化起始閾值空間分布的高頻超聲重建方法。

背景技術

空化是指液體中的空化核在外加能量（熱/力）的作用下被激活，表現為微小泡核的振蕩、生長、收縮乃至崩潰等一系列動力學過程，是生物醫學領域中藥物釋放、基因轉染、體外碎石、溶栓、止血、熱療以及腫瘤熱消融等方面的主要機制。空化形成過程伴隨著空化泡的產生，空化泡或保持穩定的非線性徑向振蕩，或在迅速增長后隨之被急劇壓縮至崩潰，兩種情況分別對應穩態空化和瞬態空化。使液體產生空化的最小能量值稱為空化起始閾值，空化起始閾值的大小取決于媒介液體靜態壓、初始溫度、液體本身的結構狀態以及液體中外加的多樣性空化核，這使得液體媒介中空化的產生具有一定的隨機性。為更好地理解不同媒介空化的產生機制并更好地控制空化的產生，空化檢測成像及空化閾值檢測的研究受到越來越多的關注。

現有的空化檢測成像主要有光學檢測方法和聲學檢測方法。光學檢測成像通過高速/超高速攝影拍攝觀察空化泡的行為，具有直觀、同步性好、時間分辨率高的優點，缺點是對媒介透光性要求很高、不適用于原位研究。聲學檢測方法根據接收方式可分為被動空化檢測方法和主動空化檢測方法，其中被動空化檢測基于空化過程中產生的聲信息，包括諧波、次諧波、超諧波和寬帶噪聲等，通過換能器被動接收并提取不同信息分量反映空化狀態（穩態空化對應次諧波分量、諧波分量及高次諧波分量；瞬態空化對應寬帶噪聲），又可分為被動空化檢測（Passive?Cavitation?Detection,PCD）和被動空化成像(Passive?Cavitation?Imaging,PCI)。PCD在各個領域的空化研究中被廣泛使用，通常使用聚焦單陣元超聲換能器來提高空化檢測的靈敏度，信號獲取簡便，但是不能反映空化泡分布的空間信息；PCI是在PCD基礎上發展起來的，通過陣列換能器被動接收和通道信號波束合成及重建得到空化泡的空間分布，重建算法復雜且空間分辨率不高。PCD和PCI只能在能量場作用下空化泡處于活動狀態時進行，受能量場干擾明顯。

主動空化檢測由換能器主動發射聲信號作用于目標區域，通過檢測空化泡的背向散射回波反映空化狀態，最基本的方法是B超成像，B超掃描成像過程決定了B超圖像的準實時性，即每幀圖像的不同掃描線不是同一時刻獲得的，同時成像幀率也被限制在幾十赫茲，不能實現空化泡瞬態行為的獲取。法國INSERM的Fink小組提出平面波復合快速超聲成像法用于空化成核的檢測成像，該方法通過平面波發射實現高幀率實時成像，并提出不同角度相干波復合提高成像信噪比，但是信噪比的提高在一定程度上犧牲了成像幀率。

空化閾值較多的是理論建模方面的研究，包括空化的起始（穩態空化）以及空化的坍塌（瞬態空化），實驗方面局限于針對空化起始的光學高速/超高速攝影以及針對空化坍塌的聲致發光/聲致化學發光的研究，這兩者均都受到介質透明度的限制。也有用PCD法檢測寬帶噪聲信號來研究空化坍塌閾值，但是PCD不能提供空間分布信息且不能用于空化起始閾值的檢測。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于超聲主動空化成像的空化起始閾值分布的高頻超聲重建方法，將寬波束合成孔徑成像和相干系數最小方差自適應波束合成相結合用于主動空化成像，具有空時高分辨、高信噪比的成像特點且成像不受媒介透明度的限制，在此基礎上實現的高頻超聲空化起始閾值分布重建具有較高的檢測靈敏度及空間分辨率。

為實現上述任務，本發明給出如下的技術解決方案：

基于超聲主動空化成像的空化起始閾值分布重建方法，包括以下步驟：

步驟一、在源能量溫度或壓力連續可調的情況下激勵空化的產生，并對空化信號進行檢測：空化的產生裝置包括產生能量場的源裝置和控制時序的同步信號發生器；空化信號的檢測裝置包括可編程發射寬波束的高頻陣列換能器和并行通道數據采集及存儲單元，同步信號發生器產生同步信號分別控制能量源裝置和陣列換能器，能量源裝置產生連續可變能量激勵空化的產生，同時陣列換能器發射寬波束對空化進行檢測，得到的空化回波信號由并行通道數據采集及存儲單元采集存儲；