[發(fā)明專利]基于位移衰減特性的聲輻射力脈沖彈性成像方法

有效

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• 申請日: 2019-11-09
• 公開（公告）號: CN110927729B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許燕斌;張勝男;鮑旭陽;董峰
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S7/52
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

本發(fā)明涉及一種基于位移衰減特性的聲輻射力脈沖彈性成像方法，該方法的測量系統(tǒng)主要包括信號發(fā)生器、超聲脈沖收發(fā)器、射頻功率放大器、激勵探頭、跟蹤探頭、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)以及步進(jìn)電機，其中激勵探頭用來產(chǎn)生聲輻射力并激勵介質(zhì)產(chǎn)生位移響應(yīng)，該探頭的激勵信號由信號發(fā)生器產(chǎn)生，并經(jīng)過射頻功率放大器放大；跟蹤探頭由超聲脈沖收發(fā)器激勵，并用于接收聲輻射力激勵前后的射頻回波信號，通過數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)對回波信號進(jìn)行采集和處理，計算介質(zhì)由于聲輻射力激勵產(chǎn)生的位移響應(yīng)，評估介質(zhì)的彈性特性；使用步進(jìn)電機對跟蹤探頭進(jìn)行移動，實現(xiàn)跟蹤探頭對側(cè)向方向的檢測，重建測量區(qū)域的彈性分布。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超聲彈性成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及利用位移在側(cè)向方向的衰減特性，通過補償剪切波在介質(zhì)傳播過程中引起位移的衰減，重建介質(zhì)彈性特性分布，有效減少激勵探頭的激發(fā)次數(shù)，進(jìn)而提高成像效率，特別是一種基于位移衰減特性的聲輻射力脈沖彈性成像方法。

背景技術(shù)

超聲波在介質(zhì)傳播過程中，由于吸收和散射的作用導(dǎo)致能量密度發(fā)生變化，由此產(chǎn)生聲輻射力。聲輻射力作用到具有彈性特性的介質(zhì)上，會產(chǎn)生軸向的壓縮拉伸，進(jìn)而產(chǎn)生位移，同時產(chǎn)生橫向傳播的剪切波。通過計算軸向方向上位移，或者檢測剪切波波速等信息，評估介質(zhì)的彈性特性參數(shù)，重建介質(zhì)的彈性分布。超聲彈性成像作為一種新型的超聲成像方法，起源于1990年，Sugimoto(T Sugimoto,S Ueha and K Itoh,Tissue hardnessmeasurement using the radiation force of focused ultrasound,《IEEE Symposiumon Ultrasonics》,1990,171591)首次利用聚焦超聲波產(chǎn)生的聲輻射力對介質(zhì)的硬度進(jìn)行評估。

目前基于聲輻射力激勵的超聲彈性成像方法的研究，主要可以概括為以下幾個方面：

1、基于聲輻射力脈沖激勵，通過計算聲輻射力激勵前后介質(zhì)發(fā)生的局部位移，評估介質(zhì)的彈性特性，使用聲輻射力完成被測物場的掃描，重建介質(zhì)的彈性分布；

2、基于聲輻射力脈沖激勵，監(jiān)測由聲輻射力激勵引起的剪切波的傳播，計算剪切波橫向傳播的速度，評估介質(zhì)的彈性特性，并實現(xiàn)圖像重建；

3、基于諧波聲輻射力激勵，利用調(diào)制的低頻信號使聚焦區(qū)域產(chǎn)生簡諧振動，進(jìn)而向外輻射低頻聲波，使用水聽器等設(shè)備檢測聲波的幅值和相位等信息，并對被測物場進(jìn)行掃描，重建介質(zhì)的彈性分布。

目前文獻(xiàn)中提及利用聲輻射力脈沖激勵，檢測局部位移的超聲彈性成像方法中，2001年，美國杜克大學(xué)的Nightingale領(lǐng)導(dǎo)的研究組(K R Nightingale,M L Palmeri,R WNightingale and G E Trahey,On the feasibility of remote palpation usingacoustic radiation force,《The Journal of the Acoustical Society of America》,2001,110:625-634)提出了聲輻射力脈沖(Acoustic Radiation Force Impulse,ARFI)成像方法。通過發(fā)射高強度的聚焦超聲波，在聚焦區(qū)域產(chǎn)生較大的聲輻射力，致使介質(zhì)產(chǎn)生局部位移。使用傳統(tǒng)的方法(多普勒/脈沖回波檢測位移)檢測介質(zhì)發(fā)生的位移，估計其彈性屬性，通過掃描整個被測物場，重建被測物場的彈性分布。2005年，美國專利(US 20050215899A1)公開了一種關(guān)于ARFI成像的方法和系統(tǒng)。2015年，杜克大學(xué)的Nightingale等人(SRosenzweig,M Palmeri,K Nightingale,Analysis of rapid multi-focal-zone ARFIimaging,《IEEE Transactions on Ultrasonics Ferro-electrics and FrequencyControl》,2015,62:280-289)提出一種多區(qū)域聚焦的ARFI成像方法，研究表明，多區(qū)域聚焦的ARFI成像方法在獲得與單區(qū)域聚焦ARFI成像方法結(jié)果相當(dāng)?shù)那闆r下，有效擴展激勵的軸向區(qū)域，同時提高重建圖像的對比度噪聲比。