專利名稱：一種用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量探頭、系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彈性的測(cè)量探頭、系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量探頭、系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
慢性肝病常常伴隨長(zhǎng)期的肝纖維化過(guò)程，最終可導(dǎo)致肝硬化。肝纖維化或肝硬化直接導(dǎo)致肝臟彈性發(fā)生改變，即逐漸變硬。通過(guò)測(cè)量肝臟彈性可以得知肝纖維化的程度，從而可以檢測(cè)出肝臟的病變程度?，F(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于肝臟這種粘彈性組織彈性的測(cè)量， 通過(guò)超聲的方法進(jìn)行探測(cè)。中國(guó)專利03819132. 6披露了一種帶超聲換能器的觸頭，通過(guò)在觸頭上設(shè)置致動(dòng)器產(chǎn)生低頻振動(dòng)進(jìn)行組織的彈性測(cè)量，但是該技術(shù)方案需要依靠位置傳感器對(duì)粘彈性組織因致動(dòng)器低頻振動(dòng)而產(chǎn)生的位移進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)位置傳感器來(lái)計(jì)算粘彈性組織在低頻振動(dòng)作用下的位移。由于致動(dòng)器振動(dòng)頻率快，對(duì)位置傳感器要求比較高，因此， 位置傳感器的成本比較高，同時(shí)，采用位置傳感器傳感的位移，其計(jì)算方法復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是構(gòu)建一種用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量探頭、系統(tǒng)及方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中需要高精度的位置傳感器導(dǎo)致成本高，計(jì)算方法復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案是構(gòu)建一種用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量探頭，包括至少一個(gè)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的振動(dòng)器，至少一個(gè)帶超聲波換能器的觸頭，所述振動(dòng)器固定在所述超聲波換能器上，所述粘彈性介質(zhì)經(jīng)過(guò)超聲波照射時(shí)返回超聲波信號(hào)，所述振動(dòng)器向所述粘彈性介質(zhì)發(fā)出頻率為IHz至500Hz的瞬時(shí)低頻沖擊。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述觸頭的外端面呈圓形。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述振動(dòng)器為電磁力驅(qū)動(dòng)的電磁振動(dòng)器。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述電磁振動(dòng)器包括往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸，所述電磁振動(dòng)器的軸在電磁力驅(qū)動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述軸與所述觸頭連接，所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸驅(qū)動(dòng)所述觸頭產(chǎn)生振動(dòng)。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述粘彈性介質(zhì)為肝臟。本發(fā)明的技術(shù)方案是構(gòu)建一種用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量系統(tǒng)，包括對(duì)粘彈性介質(zhì)發(fā)射超聲波信號(hào)及產(chǎn)生低頻振動(dòng)的測(cè)量探頭、采集所述粘彈性介質(zhì)返回超聲波信號(hào)的采集單元、計(jì)算測(cè)量結(jié)果的計(jì)算單元、控制測(cè)量系統(tǒng)的控制單元、輸出測(cè)量結(jié)果的輸出單元。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是還包括根據(jù)采集的超聲波信號(hào)生成圖像的圖像生成單元。本發(fā)明的技術(shù)方案是包括對(duì)粘彈性介質(zhì)發(fā)射超聲波信號(hào)及產(chǎn)生低頻振動(dòng)的測(cè)量探頭，用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量方法包括如下步驟獲取超聲波信號(hào)測(cè)量探頭對(duì)所述粘彈性介質(zhì)產(chǎn)生低頻脈沖沖擊，并對(duì)所述粘彈性介質(zhì)進(jìn)行超聲波照射，所述粘彈性介質(zhì)經(jīng)超聲波照射后返回超聲波信號(hào)，獲取所述粘彈性介質(zhì)返回的超聲波信號(hào)數(shù)據(jù)；
位移估計(jì)對(duì)粘彈性介質(zhì)因振動(dòng)而產(chǎn)生的位移進(jìn)行估計(jì)； 應(yīng)變估計(jì)對(duì)粘彈性介質(zhì)因振動(dòng)而產(chǎn)生的彈性應(yīng)變進(jìn)行估計(jì)； 獲取彈性剪切波速度根據(jù)應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系獲取彈性剪切波速度； 計(jì)算彈性模量計(jì)算出粘彈性介質(zhì)的彈性模量。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述組織位移估計(jì)采用快速互相關(guān)算法進(jìn)行估計(jì)。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是將彈性模量計(jì)算的結(jié)果與組織應(yīng)變成像圖疊合形成圖像。本發(fā)明的技術(shù)效果是構(gòu)建一種用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量探頭、系統(tǒng)及方法，測(cè)量探頭的所述振動(dòng)器固定在所述超聲波換能器上，所述粘彈性介質(zhì)經(jīng)過(guò)超聲波照射時(shí)返回超聲波信號(hào)，所述振動(dòng)器向所述粘彈性介質(zhì)發(fā)出頻率為IHz至500Hz的瞬時(shí)低頻沖擊。本發(fā)明僅采用簡(jiǎn)單的測(cè)量探頭即完成粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量，通過(guò)位移估計(jì)測(cè)量出粘彈性介質(zhì)的彈性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、計(jì)算方法簡(jiǎn)便。


圖1為本發(fā)明測(cè)量探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明測(cè)量探頭的使用示意圖。圖3為本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的流程圖。圖5為本發(fā)明檢測(cè)粘彈性介質(zhì)時(shí)的M-mode超聲圖。圖6為本發(fā)明檢測(cè)粘彈性介質(zhì)的應(yīng)變圖像。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如下本發(fā)明一種用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量探頭，包括至少一個(gè)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的振動(dòng)器3，至少一個(gè)帶超聲波換能器1的觸頭， 所述振動(dòng)器3固定在所述超聲波換能器1上，觸頭由導(dǎo)線4連接控制系統(tǒng)，所述粘彈性介質(zhì)經(jīng)過(guò)超聲波照射時(shí)返回超聲波信號(hào)，所述振動(dòng)器3向所述粘彈性介質(zhì)5發(fā)出頻率為IHz至 500Hz的瞬時(shí)低頻沖擊。如圖2所示，本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程如下測(cè)量探頭的觸頭垂直壓在被測(cè)粘彈性介質(zhì)5或生物組織5的表面上，測(cè)量時(shí)固定好振動(dòng)器3。然后振動(dòng)器3發(fā)出一個(gè)或多個(gè) 1-500HZ之間的振動(dòng)，本發(fā)明中，所述振動(dòng)采用為正弦振動(dòng)信號(hào)。同時(shí)超聲波換能器向粘彈性介質(zhì)5或生物組織5發(fā)射超聲波并接收回波信號(hào)。超聲波回波信號(hào)通過(guò)連線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器中。然后通過(guò)彈性計(jì)算方法對(duì)超聲波回波信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算求出該被測(cè)粘彈性介質(zhì)或生物組織的彈性模量。具體實(shí)施過(guò)程中，所述觸頭的外端面呈圓形。本發(fā)明中，所述粘彈性介質(zhì)5是人或動(dòng)物器官，特別是人的肝臟。如圖1所示，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式是所述振動(dòng)器3為電磁力驅(qū)動(dòng)的電磁振動(dòng)器，所述電磁振動(dòng)器包括往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸2，所述電磁振動(dòng)器的軸2在電磁力驅(qū)動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述軸2與所述觸頭連接，所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸驅(qū)動(dòng)所述觸頭產(chǎn)生振動(dòng)。如圖3所示，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
是構(gòu)建一種用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量系統(tǒng)，包括對(duì)粘彈性介質(zhì)發(fā)射超聲波信號(hào)及產(chǎn)生低頻振動(dòng)的測(cè)量探頭61、采集所述粘彈性介質(zhì)返回超聲波信號(hào)的采集單元62、計(jì)算測(cè)量結(jié)果的計(jì)算單元63、控制測(cè)量系統(tǒng)的控制單元65、輸出測(cè)量結(jié)果的輸出單元64。具體實(shí)施過(guò)程如下測(cè)量探頭61的觸頭垂直壓在被測(cè)粘彈性介質(zhì)5或生物組織5 的表面上，測(cè)量時(shí)固定好振動(dòng)器3。然后振動(dòng)器3輸入一個(gè)或多個(gè)1-500HZ之間的正弦信號(hào)。同時(shí)超聲波換能器向粘彈性介質(zhì)5或生物組織5發(fā)射超聲波并接收回波信號(hào)。超聲波回波信號(hào)通過(guò)連線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器中。采集單元62采集到返回的超聲波信號(hào)后經(jīng)計(jì)算單元63通過(guò)彈性計(jì)算方法對(duì)超聲波回波信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算求出該被測(cè)粘彈性介質(zhì)或生物組織的彈性模量，然后將計(jì)算結(jié)果經(jīng)輸出單元64輸出，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的控制由控制單元65 進(jìn)行控制。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，測(cè)量系統(tǒng)還包括根據(jù)采集的超聲波信號(hào)生成圖像的圖像生成單元66，圖像生成單元66根據(jù)輸出單元64輸出的計(jì)算數(shù)據(jù)生成圖像，所述圖像包括二維圖像和三維圖像。如圖4所示，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
是包括對(duì)粘彈性介質(zhì)發(fā)射超聲波信號(hào)及產(chǎn)生低頻振動(dòng)的測(cè)量探頭，用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量方法包括如下步驟
步驟100 獲取超聲波信號(hào)，即測(cè)量探頭對(duì)所述粘彈性介質(zhì)產(chǎn)生低頻脈沖沖擊，并對(duì)所述粘彈性介質(zhì)進(jìn)行超聲波照射，所述粘彈性介質(zhì)經(jīng)超聲波照射后返回超聲波信號(hào)，獲取所述粘彈性介質(zhì)返回的超聲波信號(hào)數(shù)據(jù)。具體實(shí)施過(guò)程如下測(cè)量探頭對(duì)所述粘彈性介質(zhì)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)1-500HZ的低頻脈沖沖擊，測(cè)量探頭同時(shí)對(duì)所述粘彈性介質(zhì)進(jìn)行超聲波照射，所述粘彈性介質(zhì)經(jīng)超聲波照射后返回超聲波信號(hào)，測(cè)量系統(tǒng)獲取所述粘彈性介質(zhì)返回的超聲波信號(hào)數(shù)據(jù)。步驟200 位移估計(jì)，即對(duì)粘彈性介質(zhì)因振動(dòng)而產(chǎn)生的位移進(jìn)行估計(jì)。具體實(shí)施過(guò)程如下獲取所述粘彈性介質(zhì)返回的超聲波信號(hào)數(shù)據(jù)后，如圖5所示， 通過(guò)對(duì)不同深度的粘彈性介質(zhì)或生物組織在不同時(shí)間的回波信號(hào)利用數(shù)據(jù)顯示模塊得到一幀M-mode (即，“Motion mode”，M型超聲圖像)，顯示出不同深度的粘彈性介質(zhì)或生物組織在低頻振動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)情況。位移估計(jì)采用經(jīng)典的互相關(guān)算法，并在此基礎(chǔ)上引入快速互相關(guān)算法。具體方法是將采集到的超聲信號(hào)數(shù)據(jù)沿深度方向分成0. 05mm的小段χ (s)，重疊率為50% 90%。其中是相鄰的信號(hào)小段，則互相關(guān)函數(shù)R (η)將會(huì)有一個(gè)很突出的峰值出現(xiàn)。若將X1(S)^2(S)在固定長(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)行卷積。當(dāng)11= 時(shí)，X1 (s)、x2 (S)中的信號(hào)部分重合，R (η)有最大值，此時(shí)，通過(guò)X1 (s)移動(dòng)的距離Iitl既是粘彈性介質(zhì)或生物組織位移。對(duì)于采集到的超聲信號(hào)，互相關(guān)函數(shù)的表達(dá)式為
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量探頭，其特征在于，包括至少一個(gè)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的振動(dòng)器，至少一個(gè)帶超聲波換能器的觸頭，所述振動(dòng)器固定在所述超聲波換能器上，所述粘彈性介質(zhì)經(jīng)過(guò)超聲波照射時(shí)返回超聲波信號(hào)，所述振動(dòng)器向所述粘彈性介質(zhì)發(fā)出頻率為IHz至500Hz的瞬時(shí)低頻沖擊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量探頭，其特征在于，所述觸頭的外端面呈圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量探頭，其特征在于，所述振動(dòng)器為電磁力驅(qū)動(dòng)的電磁振動(dòng)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量探頭，其特征在于，所述電磁振動(dòng)器包括往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸，所述電磁振動(dòng)器的軸在電磁力驅(qū)動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述軸與所述觸頭連接，所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸驅(qū)動(dòng)所述觸頭產(chǎn)生振動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量探頭，其特征在于，所述粘彈性介質(zhì)為肝臟。
6.一種應(yīng)用上述任一權(quán)利要求所述用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量探頭的測(cè)量系統(tǒng)， 其特征在于，包括對(duì)粘彈性介質(zhì)發(fā)射超聲波信號(hào)及產(chǎn)生低頻振動(dòng)的測(cè)量探頭、采集所述粘彈性介質(zhì)返回超聲波信號(hào)的采集單元、計(jì)算測(cè)量結(jié)果的計(jì)算單元、控制測(cè)量系統(tǒng)的控制單元、輸出測(cè)量結(jié)果的輸出單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，還包括根據(jù)采集的超聲波信號(hào)生成圖像的圖像生成單元。
8.. 一種用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量方法，其特征在于，包括對(duì)粘彈性介質(zhì)發(fā)射超聲波信號(hào)及產(chǎn)生低頻振動(dòng)的測(cè)量探頭，用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量方法包括如下步驟獲取超聲波信號(hào)測(cè)量探頭對(duì)所述粘彈性介質(zhì)產(chǎn)生低頻脈沖沖擊，并對(duì)所述粘彈性介質(zhì)進(jìn)行超聲波照射，所述粘彈性介質(zhì)經(jīng)超聲波照射后返回超聲波信號(hào)，獲取所述粘彈性介質(zhì)返回的超聲波信號(hào)數(shù)據(jù)；位移估計(jì)對(duì)粘彈性介質(zhì)因振動(dòng)而產(chǎn)生的位移進(jìn)行估計(jì)；應(yīng)變估計(jì)對(duì)粘彈性介質(zhì)因振動(dòng)而產(chǎn)生的彈性應(yīng)變進(jìn)行估計(jì)；獲取彈性剪切波速度根據(jù)應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系獲取彈性剪切波速度；計(jì)算彈性模量計(jì)算出粘彈性介質(zhì)的彈性模量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量方法，其特征在于，所述組織位移估計(jì)采用快速互相關(guān)算法進(jìn)行估計(jì)。
10..根據(jù)權(quán)利要求8所述用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量方法，其特征在于，將彈性模量計(jì)算的結(jié)果與組織應(yīng)變成像圖疊合形成圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量探頭、系統(tǒng)及方法，測(cè)量探頭中的所述振動(dòng)器固定在所述超聲波換能器上，所述粘彈性介質(zhì)經(jīng)過(guò)超聲波照射時(shí)返回超聲波信號(hào)，所述振動(dòng)器向所述粘彈性介質(zhì)發(fā)出頻率為1Hz至500Hz的瞬時(shí)低頻沖擊。本發(fā)明僅采用簡(jiǎn)單的測(cè)量探頭即完成粘彈性介質(zhì)彈性的測(cè)量，通過(guò)位移估計(jì)測(cè)量出粘彈性介質(zhì)的彈性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、計(jì)算方法簡(jiǎn)便。
文檔編號(hào)A61B8/08GK102151152SQ20111004880
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者余譽(yù)民, 吳睿, 孟慶前, 張志斌, 張曉峰, 王慧海, 肖俊, 鐘鋒, 陳琦 申請(qǐng)人:深圳市一體醫(yī)療科技股份有限公司