[發(fā)明專利]一種基于超聲基波和諧波的非線性成像方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510159101.8
• 申請日: 2015-04-07
• 公開（公告）號: CN104757999B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石丹;尹皓;劉東權(quán)
• 申請（專利權(quán)）人: 聲泰特（成都）科技有限公司
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所51221
• 代理人: 王蕓,韓洋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超聲波成像領(lǐng)域，特別涉及一種基于超聲基波和諧波的非線性成像方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

醫(yī)學(xué)超聲成像系統(tǒng)適用于人體諸如肝臟、腎臟、乳腺等器官的臨床診斷。長期以來，傳統(tǒng)超聲成像技術(shù)的理論基礎(chǔ)往往都是基于簡化后的線性聲學(xué)物理模型。但是線性理論是一種近似，它一方面忽略了非線性項；另一方面是假定介質(zhì)中聲壓和密度的變化成正比，但當(dāng)介質(zhì)不太符合線性關(guān)系，超聲波的強度很大，或者我們需要進行精細(xì)分析時，基于線性聲學(xué)的傳統(tǒng)超聲成像技術(shù)就不能滿足要求。

研究者在利用非線性聲學(xué)理論改進圖像的同時，也在尋求一種使用非線性進行組織定征的成像方法。使用非線性聲學(xué)理論，將介質(zhì)的聲壓p和密度ρ變化之間的關(guān)系用冪級數(shù)的定義展開如下：

其中ρ₀是介質(zhì)原來的密度，而Δρ是密度的變化量。通常由于三次及以上項很小可以忽略，將二次項系數(shù)B和一次項系數(shù)A的比值定義為介質(zhì)的非線性參量。非線性參量B/A是由介質(zhì)的非線性特性決定的，與組織結(jié)構(gòu)有非常密切的關(guān)系。而生物組織所固有的非線性聲參量對生物組織在組份、結(jié)構(gòu)及病理狀態(tài)方面的變化更為敏感，因此過多脂肪的和標(biāo)準(zhǔn)的組織可以通過非線性參數(shù)(B/A)來予以區(qū)分，此外，產(chǎn)生于氣泡的非線性(例如來自于造影劑)與組織內(nèi)的非線性也會有明顯不同，這可用于增強微弱血流。因此，如果對非線性參量進行合理測量，并實現(xiàn)組織內(nèi)部非線性聲參量的空間和時間分布的有效成像，將會給臨床早期診斷帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益。

Nikoonahad和Liu等所發(fā)表文獻《Pulse-echo single frequency acoustic nonlinearity parameter(B/A)measurement》提出了一種使用單頻激勵測量非線性參數(shù)B/A的方法，他們已經(jīng)確切的闡述了基波和二次諧波下發(fā)射模塊輸入輸出電壓的關(guān)系，并使用不同的幅度數(shù)據(jù)來估算B/A。隨后，F(xiàn)atemi和Greenleaf發(fā)表的論文《Real-time assessment of the parameter of nonlinearity in tissue using“nonlinear shadowing”》調(diào)整了Liu的計算公式提出了一種基于寬帶實時回波脈沖測量組織非線性的方法。Greenleaf的方法基于每個聲束位置進行兩次脈沖發(fā)射，一次脈沖采用高電壓以激發(fā)非線性傳播，而另一次使用較低電壓以進行線性傳播。非線性估算就可以通過分離線性和非線性傳播的回波包絡(luò)來完成。對于對數(shù)壓縮之后的數(shù)據(jù)，這樣的分離等價于線性和非線性激勵產(chǎn)生的幅度差值。在美國專利No.4771786中使用了一種多次發(fā)射具有不同強度的脈沖來對與累積的非線性效應(yīng)有關(guān)的變量進行成像的方法。基于Liu的理論分析，線性和非線性激勵所產(chǎn)生的這個幅度差值函數(shù)(即Greenleaf論文中成像函數(shù)L)是關(guān)于B/A的單調(diào)遞增函數(shù)，即：

L≈-log[sech(C₀βV)](2)

其中V為電壓，β是關(guān)于非線性參數(shù)B/A的函數(shù)，對于液體有β＝1+B/2A，并且有

其中k₁和α分別為波數(shù)和衰減系數(shù)，C是初始條件被定義為z＝z₀時基波頻率成分的幅度，z₀為軸向的初始距離，因此C₀對于給定的深度z而言是一個常量。從公式(2)，可以知道由于sech函數(shù)是一個關(guān)于B/A的遞減函數(shù)(取值是小于或等于1)，一個大的B/A(更高的非線性)會得到一個較大的L.因此，雖然成像函數(shù)L不是直接顯示B/A的數(shù)值，但能夠有效的識別非線性區(qū)域和確定非線性程度。基于這個結(jié)論，Greenleaf所述方法采用Liu的分析宣稱公式(1)這個成像函數(shù)是關(guān)于B/A的增函數(shù)，并且用它通過檢測成像函數(shù)強度變化來識別非線性區(qū)域。但他們所提出的方法，成像函數(shù)僅僅使用了基波而沒有涉及二次諧波，這使得采用他們所提出的方法獲得的非線性效果來自于輸入能量的增加，在實際系統(tǒng)中輸入能量的精確改變往往是非常困難的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服超聲波成像現(xiàn)有技術(shù)中獲得非線性效果僅依靠輸入能量的增加而導(dǎo)致控制不夠精確的問題，提供一種同時利用基波和二次諧波獲得非線性成像的基于超聲基波和諧波的非線性成像方法包括如下步驟：

(1)根據(jù)預(yù)設(shè)頻率、相位連續(xù)發(fā)射檢測脈沖波，并接收從待檢測物體反射回的回波。

(2)對回波進行信號放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、波束形成的處理，從而將回波處理為射頻信號。