[發(fā)明專利]一種反映空化泡尺寸時空分布的成像方法和系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010866064.5
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112184879A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘徽;馬泉龍;馬學進
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T19/20;G06T9/00;G06T5/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發(fā)明公開了一種反映空化泡尺寸時空分布的成像方法和系統(tǒng)，該方法從空間二維射頻數(shù)據(jù)中提取不同階次的次諧波信號，利用空化泡產(chǎn)生前數(shù)據(jù)得到三個閾值矩陣，利用空化泡產(chǎn)生后數(shù)據(jù)得到三個信號強度矩陣，通過三個閾值矩陣和信號強度矩陣進行比對后降噪后，對不同階次的次諧波信號進行彩色編碼，得到空化泡尺寸時空分布的成像圖。本發(fā)明提出的方法屬于主動空化成像范疇，利用次諧波的提取并結(jié)合脈沖逆轉(zhuǎn)技術(shù)進一步提高了空化泡檢測的靈敏度，能進行實時的空間成像，大致反映空化泡尺寸的空間分布以及在時間上的變化情況，且能夠大體反映不同尺寸空化泡在空間上的位置分布以及各自在空化泡群中所占的大致比例，適用于各種可以產(chǎn)生空化泡的場合。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于超聲檢測及成像領(lǐng)域，具體涉及一種反映空化泡尺寸時空分布的成像方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】

超聲波空化效應(yīng)是指存在于液體中的微氣核在聲波的作用下形成空化泡，并在聲場的作用下振動、生長以及崩潰的動力學過程?？栈?yīng)可應(yīng)用于高強度聚焦超聲(HIFU)治療、促進化學反應(yīng)、粉碎液體懸浮物、制造乳劑、殺滅細菌以及超聲清洗等。不同的應(yīng)用采用不同的超聲頻率，產(chǎn)生的空化泡尺寸范圍也不盡相同?？栈莩叽绲拇笮〖胺植寂c應(yīng)用產(chǎn)生的實際效果有著非常密切的關(guān)系。

在高強度聚焦超聲(HIFU)治療中，空化效應(yīng)能夠顯著增強組織對超聲能量的吸收，提升治療的效率。但同時，也會產(chǎn)生一些不確定性，對組織造成不規(guī)則的“蝌蚪狀”損傷以及不可預(yù)測的細胞損傷。HIFU治療中產(chǎn)生的空化泡的大小和分布情況會直接影響到組織損傷的程度以及損傷的分布情況。然而，目前對HIFU治療中的空化進行實時監(jiān)控的手段僅能判斷有無空化，以及整體空化的位置等情況，還沒有方法能夠判斷空化泡尺寸的分布情況；目前的一些測量空化泡尺寸分布的方法需要一個相對長的測量時間，不能實時反映空化泡的分布變化情況，也不能反映空化泡尺寸的空間分布情況。

利用空化泡的非線性特性是檢測空化泡以及對空化泡進行成像的一類重要方法。目前主要的非線性方法是利用空化泡的二次諧波或高次諧波，然而生物組織或其它具有聲學非線性特性的物體也會產(chǎn)生二次諧波和高次諧波，這對空化泡的成像會產(chǎn)生背景噪聲，降低空化泡的檢測靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種反映空化泡尺寸時空分布的成像方法和系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中確定空化泡尺寸分布的測量時間長，難以反映空化泡尺寸的空間分布情況，以及二次諧波或高次諧波檢測空化泡時靈敏度低的技術(shù)問題。

為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種反映空化泡尺寸時空分布的成像方法，

步驟1，獲取空化泡產(chǎn)生前的空間二維射頻數(shù)據(jù)，空化泡產(chǎn)生后每一時刻的空間二維射頻數(shù)據(jù)，所述空間二維射頻數(shù)據(jù)為脈沖逆轉(zhuǎn)加和后的空間二維射頻數(shù)據(jù)；

將空間二維射頻數(shù)據(jù)進行濾波，并從中提取1/2次諧波信號、1/3次諧波信號和1/4次諧波信號，將各個次諧波信號對應(yīng)的二維射頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維圖像數(shù)據(jù)；空化泡產(chǎn)生前的二維圖像數(shù)據(jù)獲得三個參考閾值矩陣，空化泡產(chǎn)生后的每一刻的二維圖像數(shù)據(jù)獲得三個信號強度矩陣；

步驟2，對于每一刻的空間二維射頻數(shù)據(jù)，比較1/2次諧波信號對應(yīng)的參考閾值矩陣和信號強度矩陣，當強度矩陣中的信號強度大于參考閾值矩陣中的參考閾值時，將1/2次諧波信號出現(xiàn)位置的彩色編碼Colormap1值置為1，否則置為0；比較1/3次諧波信號對應(yīng)的參考閾值矩陣和信號強度矩陣，當信號強度大于參考閾值時，將1/3次諧波信號出現(xiàn)位置的彩色編碼Colormap2的值置為1，否則置為0；比較1/4次諧波信號對應(yīng)的參考閾值矩陣和信號強度矩陣，將信號強度大于參考閾值時，對1/4次諧波信號出現(xiàn)位置的彩色編碼Colormap3的值置為1，否則置為0；

步驟3，將每一刻的每一個次諧波的信號強度矩陣與其對應(yīng)的彩色編碼值進行乘法運算，得到新的信號強度矩陣，將三個新的信號強度矩陣復(fù)合成為三維矩陣；