本發(fā)明涉及超聲彈性成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲內(nèi)窺探頭及彈性成像系統(tǒng)、方法。

背景技術(shù)：

彈性成像把獲取的生物組織的彈性信息轉(zhuǎn)換成醫(yī)生習(xí)慣的可見(jiàn)光圖像，從而讓醫(yī)生能夠通過(guò)可見(jiàn)光圖像判別生物組織的材料力學(xué)特性，進(jìn)而根據(jù)生物組織的軟硬情況判斷相應(yīng)組織或器官可能發(fā)生的病理改變以及其位置、形狀和大小。通常，生物組織的材料力學(xué)特性是通過(guò)觸覺(jué)感知的，而觸覺(jué)感知的本質(zhì)是材料被觸碰之后發(fā)生變形的難易程度。若材料容易變形，則觸覺(jué)感知到的信息就是材料較軟；反之就是較硬。也即若要獲知材料的軟硬程度，就必須使其發(fā)生形變。

現(xiàn)有超聲成像探頭設(shè)置有超聲換能器陣列，能夠發(fā)射超聲波并采集超聲波經(jīng)生物組織反射后的超聲回波。彈性成像方法通過(guò)超聲換能器陣列發(fā)射超聲波，收集該超聲波經(jīng)待成像生物組織反射后的第一超聲回波；然后使待成像生物組織產(chǎn)生微小形變，再次通過(guò)超聲換能器陣列發(fā)出超聲波，收集待成像生物組織反射后的第二超聲回波。對(duì)第一超聲回波、第二超聲回波依次進(jìn)行截取、采樣、希爾伯特變換，進(jìn)而得到壓縮前后的解析信號(hào)。通過(guò)對(duì)壓縮前后的解析信號(hào)進(jìn)行處理，得到壓縮前后的估計(jì)位移，并據(jù)此進(jìn)一步進(jìn)行彈性成像。

上述方法中，現(xiàn)有技術(shù)使待檢測(cè)生物組織產(chǎn)生微小形變的方式，通常是通過(guò)設(shè)置于身體外部的機(jī)械裝置，或者操作者手持超聲探頭對(duì)待檢測(cè)組織施加壓力，把外部作用力傳遞到身體內(nèi)部，引起待檢測(cè)組織發(fā)生形變。

然而，上述借助外部機(jī)械設(shè)備使待檢測(cè)生物組織產(chǎn)生微小形變的方式使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；上述通過(guò)操作者手工施加壓力的方式使得操作過(guò)程較為繁瑣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種超聲內(nèi)窺探頭及彈性成像系統(tǒng)、方法，以解決在獲取生物組織被壓縮前、后的超聲回波時(shí)必須借助外部機(jī)械設(shè)備或者手工施加壓力的問(wèn)題。

根據(jù)第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種超聲內(nèi)窺探頭，包括：超聲換能器陣列，包括多個(gè)超聲換能器，用于發(fā)射超聲波，并接收超聲波經(jīng)待檢測(cè)生物組織反射的超聲回波；自聚焦超聲換能器，用于產(chǎn)生聚焦超聲波束，所述聚焦超聲波束產(chǎn)生聲輻射力作用于所述待檢測(cè)生物組織。

可選地，所述超聲換能器陣列形成弧形曲面結(jié)構(gòu)。

可選地，所述自聚焦超聲換能器設(shè)置于所述超聲換能器陣列的中部。

可選地，所述超聲換能器陣列與所述自聚焦超聲換能器形成的曲面呈鼓形或橄欖形。

可選地，所述自聚焦超聲換能器的外表面凹陷設(shè)置；和/或，所述自聚焦超聲換能器上設(shè)置有聲透鏡。

可選地，所述超聲換能器陣列和所述自聚焦超聲換能器設(shè)置于基座表面；所述基座設(shè)置有軸向貫穿孔；所述超聲換能器陣列中各個(gè)陣列單元的輸入、輸出信號(hào)線通過(guò)所述軸向貫穿孔接出，并設(shè)置于所述超聲內(nèi)窺探頭軸向位置的一側(cè)。

根據(jù)第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種彈性成像系統(tǒng)，包括：第一方面或者第一方面任意一種可選實(shí)施方式所述的超聲內(nèi)窺探頭；超聲發(fā)射控制器，與所述超聲換能器陣列中各個(gè)超聲換能器的輸入端連接，用于控制各個(gè)超聲換能器發(fā)射超聲波；超聲接收采集器，與所述超聲換能器陣列中各個(gè)超聲換能器的輸出端連接，用于獲取超聲波經(jīng)待檢測(cè)生物組織反射的超聲回波；處理器，與所述超聲接收采集器連接，用于對(duì)所接收到的超聲回波進(jìn)行處理，得到彈性成像圖像；顯示器，與所述處理器連接，用于對(duì)所述彈性成像圖像進(jìn)行顯示。

可選地，所述超聲內(nèi)窺探頭為兩個(gè)以上；其中，每個(gè)超聲內(nèi)窺探頭的超聲換能器陣列和自聚焦超聲換能器設(shè)置于一個(gè)基座表面，每個(gè)基座均設(shè)置有軸向貫穿孔；通過(guò)彈性支撐件穿過(guò)多個(gè)基座的軸向貫穿孔串連多個(gè)超聲內(nèi)窺探頭。

可選地，所述彈性支撐件為彈簧。

可選地，所述超聲換能器陣列中各個(gè)陣列單元的輸入、輸出信號(hào)線穿過(guò)所述彈簧的內(nèi)腔接出，并設(shè)置于所述彈簧的一端。

根據(jù)第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種彈性成像方法，適用于第二方面或者第二方面任意一種可選實(shí)施方式所述的彈性成像系統(tǒng)，所述方法包括：控制超聲換能器陣列中各個(gè)超聲換能器發(fā)射第一超聲波，并采集所述第一超聲波經(jīng)待檢測(cè)生物組織反射的第一超聲回波；控制自聚焦超聲換能器發(fā)射聚焦超聲波束，所述聚焦超聲波束產(chǎn)生聲輻射力作用于所述待檢測(cè)生物組織，使所述待檢測(cè)生物組織產(chǎn)生形變；控制超聲換能器陣列中各個(gè)超聲換能器發(fā)射第二超聲波，并采集所述第二超聲波經(jīng)待檢測(cè)生物組織反射的第二超聲回波；通過(guò)處理器對(duì)所接收到的所述第一超聲回波和所述第二超聲回波進(jìn)行處理，得到彈性成像圖像；通過(guò)顯示器對(duì)所述彈性成像圖像進(jìn)行顯示。

本發(fā)明實(shí)施例提供的超聲內(nèi)窺探頭及彈性成像系統(tǒng)、方法，通過(guò)超聲換能器陣列獲取生物組織被壓縮前、后的超聲回波信號(hào)，以便對(duì)超聲回波信號(hào)進(jìn)行處理，得到彈性成像圖像；通過(guò)自聚焦超聲換能器產(chǎn)生聚焦超聲波束，通過(guò)該聚焦超聲波束的聲輻射力作用于待檢測(cè)生物組織，從而使待檢測(cè)生物組織產(chǎn)生形變，從而采用該超聲內(nèi)窺探頭獲取生物組織被壓縮前、后的超聲回波信號(hào)時(shí)，無(wú)需操作者手工施加外力，操作過(guò)程簡(jiǎn)便，也無(wú)需借助于外部機(jī)械裝置，降低系統(tǒng)成本；超聲換能器陣列與自聚焦超聲換能器設(shè)置于同一超聲內(nèi)窺探頭上，而沒(méi)有分別設(shè)置于兩個(gè)探頭上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，既能夠減少被檢測(cè)者的痛苦，又可以使操作簡(jiǎn)便。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲內(nèi)窺探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種超聲內(nèi)窺探頭的俯視示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種超聲內(nèi)窺探頭的正視示意圖；

圖4分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種超聲內(nèi)窺探頭的側(cè)視示意圖；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一種超聲內(nèi)窺探頭的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一種超聲內(nèi)窺探頭的軸向剖視圖；

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種彈性成像系統(tǒng)的示意圖；

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的彈性成像系統(tǒng)中的超聲內(nèi)窺探頭的示意圖；

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種彈性成像方法的示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲內(nèi)窺探頭的結(jié)構(gòu)示意圖，該超聲內(nèi)窺探頭用于對(duì)生物組織進(jìn)行彈性成像時(shí)獲取生物組織被壓縮前、后的超聲回波信號(hào)。需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，此處的生物組織包括血管、腸胃等，也包括器官內(nèi)的組織。

根據(jù)圖1所示，該超聲內(nèi)窺探頭包括超聲換能器陣列10和自聚焦超聲換能器20。超聲換能器陣列10包括多個(gè)超聲換能器，用于發(fā)射超聲波，并接收超聲波經(jīng)待檢測(cè)生物組織反射的超聲回波。自聚焦超聲換能器20用于產(chǎn)生聚焦超聲波束，該聚焦超聲波束會(huì)產(chǎn)生聲輻射力作用于待檢測(cè)生物組織，從而使待檢測(cè)生物組織產(chǎn)生形變。

上述超聲內(nèi)窺探頭，通過(guò)超聲換能器陣列獲取生物組織被壓縮前、后的超聲回波信號(hào)，以便對(duì)超聲回波信號(hào)進(jìn)行處理，得到彈性成像圖像；通過(guò)自聚焦超聲換能器產(chǎn)生聚焦超聲波束，通過(guò)該聚焦超聲波束的聲輻射力作用于待檢測(cè)生物組織，從而使待檢測(cè)生物組織產(chǎn)生形變，從而采用該超聲內(nèi)窺探頭獲取生物組織被壓縮前、后的超聲回波信號(hào)時(shí)，無(wú)需操作者手工施加外力，操作過(guò)程簡(jiǎn)便，也無(wú)需借助于外部機(jī)械裝置，降低系統(tǒng)成本；超聲換能器陣列與自聚焦超聲換能器設(shè)置于同一超聲內(nèi)窺探頭上，而沒(méi)有分別設(shè)置于兩個(gè)探頭上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，既能夠減少被檢測(cè)者的痛苦，又可以使操作簡(jiǎn)便。

實(shí)施例二

圖2、圖3和圖4分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種超聲內(nèi)窺探頭的俯視示意圖、正視示意圖和側(cè)視示意圖，該超聲內(nèi)窺探頭用于對(duì)生物組織進(jìn)行彈性成像時(shí)獲取生物組織被壓縮前、后的超聲回波信號(hào)。需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，此處的生物組織包括血管、腸胃等，也可以器官內(nèi)的組織。

如圖2所示，該超聲內(nèi)窺探頭包括超聲換能器陣列10和自聚焦超聲換能器20。關(guān)于超聲換能器陣列10和自聚焦超聲換能器20的具體描述請(qǐng)參閱實(shí)施例一。

如圖3所示，超聲換能器陣列10形成弧形曲面結(jié)構(gòu)。與超聲換能器陣列10形成平面結(jié)構(gòu)相比，弧形曲面結(jié)構(gòu)能夠增大超聲內(nèi)窺成像探頭的視場(chǎng)，即所能夠觀察的生物組織范圍更大。圖3中僅僅示出了弧形曲面為劣弧曲面的情形，除此之外，該弧形曲面還可以為優(yōu)弧曲面。

作為本實(shí)施例的一種可選實(shí)施方式，自聚焦超聲換能器20設(shè)置于超聲換能器陣列10的中部，即在超聲換能器10所在區(qū)域范圍內(nèi)設(shè)置自聚焦超聲換能器20，如圖2和圖4所示。自聚焦超聲換能器20設(shè)置于多個(gè)超聲換能器中間，可以使得生物組織的形變位置位于超聲換能器陣列10的中部。需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，自聚焦超聲換能器20還可以設(shè)置于超聲換能器陣列10的一側(cè)，例如，設(shè)置于圖2中所示的超聲換能器陣列10的上方或下方，即分別對(duì)應(yīng)圖4中所示的超聲換能器陣列10的左側(cè)或右側(cè)。此外，多個(gè)自聚焦超聲換能器20的排布方式也不僅限于圖中所示的線形排列，可以為任意排列方式。

作為本實(shí)施例的一種可選實(shí)施方式，自聚焦超聲換能器20的外表面凹陷設(shè)置。凹陷設(shè)置的外表面可以將超聲波聚集到一起，形成功率密度更大的聚焦超聲波束。超聲波束的功率密度只有達(dá)到一定值，其所產(chǎn)生的聲輻射力才能夠使生物組織產(chǎn)生形變。

或者，作為上述實(shí)施方式的一種變形實(shí)施方式，自聚焦超聲換能器20上設(shè)置有聲透鏡，通過(guò)聲透鏡將超聲波聚集到一起，形成功率密度更大的聚焦超聲波束。

或者，自聚焦超聲換能器20的外表面凹陷設(shè)置，并且設(shè)置有聲透鏡，從而更利于將超聲波聚集到一起。

作為本實(shí)施例的一種可選實(shí)施方式，超聲換能器陣列10和自聚焦超聲換能器20設(shè)置于基座30表面，即該超聲內(nèi)窺探頭包括基座30。如圖4所示，基座30設(shè)置有軸向貫穿孔。超聲換能器陣列10中各個(gè)陣列單元的輸入、輸出信號(hào)線通過(guò)軸向貫穿孔接出，并設(shè)置于超聲內(nèi)窺探頭軸向位置的一側(cè)。

實(shí)施例三

圖5和圖6分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一種超聲內(nèi)窺探頭的總體結(jié)構(gòu)示意圖、軸向剖視圖，該超聲內(nèi)窺探頭用于對(duì)生物組織進(jìn)行彈性成像時(shí)獲取生物組織被壓縮前、后的超聲回波信號(hào)。需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，此處的生物組織包括血管、腸胃等，也可以器官內(nèi)的組織。

根據(jù)圖5所示，該超聲內(nèi)窺探頭包括超聲換能器陣列10和自聚焦超聲換能器20，具體請(qǐng)參閱實(shí)施例一。

如圖5所示，超聲換能器陣列10與自聚焦超聲換能器20形成的曲面呈鼓形或橄欖形。從而超聲換能器陣列10形成弧形曲面結(jié)構(gòu)，與超聲換能器陣列10形成平面結(jié)構(gòu)相比，弧形曲面結(jié)構(gòu)能夠增大超聲內(nèi)窺成像探頭的視場(chǎng)，即所能夠觀察的生物組織范圍更大。另外，超聲換能器陣列10與自聚焦超聲換能器20形成的曲面呈鼓形或橄欖形，即超聲換能器在鼓形或橄欖形沿周向分布，使得該超聲內(nèi)窺探頭能夠檢測(cè)其周圍多角度范圍內(nèi)的生物組織，而無(wú)需旋轉(zhuǎn)。

作為本實(shí)施例的一種可選實(shí)施方式，自聚焦超聲換能器20設(shè)置于超聲換能器陣列10的中部，即在超聲換能器10所在區(qū)域范圍內(nèi)設(shè)置自聚焦超聲換能器20，如圖5和圖6所示。自聚焦超聲換能器20設(shè)置于多個(gè)超聲換能器中間，可以使得生物組織的形變位置位于超聲換能器陣列10的中部。需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，自聚焦超聲換能器20可以設(shè)置于超聲換能器陣列10的一側(cè)或兩側(cè)。此外，多個(gè)自聚焦超聲換能器20的排布方式也不僅限于圖中所示的線形排列，可以為任意排列方式。

作為本實(shí)施例的一種可選實(shí)施方式，自聚焦超聲換能器20的外表面凹陷設(shè)置。凹陷設(shè)置的外表面可以將超聲波聚集到一起，形成功率密度更大的聚焦超聲波束。超聲波束的功率密度只有達(dá)到一定值，其所產(chǎn)生的聲輻射力才能夠使生物組織產(chǎn)生形變。

或者，作為上述實(shí)施方式的一種變形實(shí)施方式，自聚焦超聲換能器20上設(shè)置有聲透鏡，通過(guò)聲透鏡將超聲波聚集到一起，形成功率密度更大的聚焦超聲波束。

或者，自聚焦超聲換能器20的外表面凹陷設(shè)置，并且設(shè)置有聲透鏡，從而更利于將超聲波聚集到一起。

作為本實(shí)施例的一種可選實(shí)施方式，超聲換能器陣列10和自聚焦超聲換能器20設(shè)置于基座30表面，即該超聲內(nèi)窺探頭包括基座30。如圖5和圖6所示，基座30設(shè)置有軸向貫穿孔。超聲換能器陣列10中各個(gè)陣列單元的輸入、輸出信號(hào)線通過(guò)軸向貫穿孔接出，并設(shè)置于超聲內(nèi)窺探頭軸向位置的一側(cè)。如圖中5中所示，各個(gè)陣列單元的輸入、輸出信號(hào)線連接至圖中的信號(hào)軸，該信號(hào)軸位于超聲內(nèi)窺探頭軸向的右側(cè)位置。該信號(hào)軸分為41、42兩部分，41部分連接輸入信號(hào)，42部分連接輸出信號(hào)。

實(shí)施例四

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種彈性成像系統(tǒng)的示意圖，該彈性成像系統(tǒng)用于對(duì)生物組織進(jìn)行彈性成像。需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，此處的生物組織包括血管、腸胃等，也可以器官內(nèi)的組織。

根據(jù)圖7所示，該彈性成像系統(tǒng)包括實(shí)施例一至三或者其任意一種可選實(shí)施方式所述的超聲內(nèi)窺探頭，還包括超聲發(fā)射控制器50、超聲接收采集器60、處理器70和顯示器80。

超聲發(fā)射控制器50與超聲換能器陣列10中各個(gè)超聲換能器的輸入端連接，用于控制各個(gè)超聲換能器發(fā)射超聲波。

超聲接收采集器60與超聲換能器陣列10中各個(gè)超聲換能器的輸出端連接，用于獲取超聲波經(jīng)待檢測(cè)生物組織反射的超聲回波。

處理器70與超聲接收采集器60連接，用于對(duì)所接收到的超聲回波進(jìn)行處理，得到彈性成像圖像。

顯示器80與處理器70連接，用于對(duì)彈性成像圖像進(jìn)行顯示。

作為本實(shí)施例的一種可選實(shí)施方式，如圖8所示，超聲內(nèi)窺探頭為兩個(gè)以上(包括兩個(gè))。其中，每個(gè)超聲內(nèi)窺探頭的超聲換能器陣列和自聚焦超聲換能器設(shè)置于一個(gè)基座表面，每個(gè)基座均設(shè)置有軸向貫穿孔。通過(guò)彈性支撐件穿過(guò)多個(gè)基座的軸向貫穿孔串連多個(gè)超聲內(nèi)窺探頭。

可選地，彈性支撐件為彈簧。

作為本實(shí)施例的一種可選實(shí)施方式，超聲換能器陣列中各個(gè)陣列單元的輸入、輸出信號(hào)線穿過(guò)彈簧的內(nèi)腔接出，并設(shè)置于彈簧的一端，如圖8所示。

實(shí)施例五

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種彈性成像方法的示意圖，該方法適用于實(shí)施例四或者其任意一種可選實(shí)施方式所述的彈性成像系統(tǒng)。根據(jù)圖9所示，該方法包括如下步驟：

s10：控制超聲換能器陣列中各個(gè)超聲換能器發(fā)射第一超聲波，并采集第一超聲波經(jīng)待檢測(cè)生物組織反射的第一超聲回波。

s20：控制自聚焦超聲換能器發(fā)射聚焦超聲波束，聚焦超聲波束產(chǎn)生聲輻射力作用于待檢測(cè)生物組織，使待檢測(cè)生物組織產(chǎn)生形變。

s30：控制超聲換能器陣列中各個(gè)超聲換能器發(fā)射第二超聲波，并采集第二超聲波經(jīng)待檢測(cè)生物組織反射的第二超聲回波。

s40：通過(guò)處理器對(duì)所接收到的第一超聲回波和第二超聲回波進(jìn)行處理，得到彈性成像圖像。

s50：通過(guò)顯示器對(duì)彈性成像圖像進(jìn)行顯示。

需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，步驟s40對(duì)超聲回波進(jìn)行處理以得到成像結(jié)果的方法有多種，本申請(qǐng)?jiān)诖瞬蛔鱿薅ā?/p>

作為本實(shí)施例的一種可選實(shí)施方式，步驟s40可以根據(jù)第一超聲回波和第二超聲回波分析，得到生物組織產(chǎn)生形變時(shí)，剪切波在生物組織中的傳播速度，再利用剪切波在生物組織中的傳播速度與彈性的線性關(guān)系計(jì)算得道組織的定量彈性數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到彈性成像圖像。

雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下作出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。