本發明涉及一種超聲設備聲場快速校準方法，尤其是涉及一種醫用超聲設備專用的聲場快速校準裝置的校準方法。

背景技術：

在高強度聚焦超聲治療中，病灶點處的溫度能達到60℃-90℃，而正常組織對熱的耐受性一般不超過45℃，最高不超過46℃，這就要求對焦域的形狀和位置有精確的控制。HIFU技術的關鍵環節就是對各陣元的發射的超聲束的相位進行精確控制，即能夠考慮到人體結構不均勻性的前提下，對人體內病灶組織實現精準定位。臨床發現由于人體組織的非均一性，當病灶點較深時超聲束的聚焦效果不是很精確，病灶靶區周圍的超聲束傳播方向會發生非線性變化，導致病灶靶區周圍溫度場分布變化，也就是說超聲束沒有聚焦到病灶靶區，實際的聚焦點發生了偏移或者散焦(沒有形成聚焦點，而是形成一個很大的聚焦區域)，也就是說焦域沒有在病灶點處，或焦域的體積比較大。這樣的結果往往會導致腫瘤不能得到徹底消除，同時很可能對靶區周圍的正常人體組織產生不必要的損傷。

由此可見，超聲聚焦的焦域具體大小的精確測量就顯得至關重要，同時隨著HIFU在醫學治療的廣泛應用，使用者對于HIFU聲場的要求也日益提高。使用者希望HIFU發射的能量集中，不隨時間變化而出現大的散射，也希望設備的移動精度、頻率精度以及場強精度不出現大的漂移，以確保使用者在進行高精度的手術時，使患者的創傷更小，降低手術的危險系數，減少患者的痛苦。所以，醫院機構會對HIFU設備進行周期性的檢定校準。

目前校準高強度聚焦超聲設備的方法是按照國家標準來進行測量的。國標規定HIFU聲場參數測量采用水聽器法，測定聲場中的聲壓波形及其空間分布，再導出相應的聲強和相關參數。依據測得的聲場中聲壓分布，確定聲場的聲聚焦的幾何參數。該方法測量精度高，但是測量方法復雜、測量周期長，對測量系統的要求也高，無法滿足對高強度聚焦超聲系統進行實時監測的要求。而且在測量過程中，由于水聽器置身于聲場中，其周圍容易產生聲空化等非線性效應的現象，容易損害光纖水聽器，并且加大了測量的不確定度。

隨著HIFU在醫學治療的廣泛應用，人們對于HIFU設備的要求也越來越高。現有市場在對HIFU設備的聲場進行校準時，通常參照國標GB/T 19890-2005。該方法干擾因素多，而且測量過程復雜，測量周期長，不適合做實時校準。

技術實現要素：

針對背景技術的不足，本發明的目的在于提供一種在線快速校準醫療超聲設備聲場的方案，用于在線快速校準HIFU聲場，以便實時保證HIFU的精度以及安全性。

本發明用支架將待測的高強度聚焦超聲設備固定在水槽上部，并在水槽底部放置吸聲材料；在水槽的一側，固定超聲校準用背景圖像以及光源，背景圖像緊貼水槽壁，光源放置在背景圖像后側；在水槽另一側架設工業攝像機，工業攝像機上加裝光學鏡頭；工業攝像機通過數據傳輸線連接圖像處理設備，圖像處理設備連接輸出設備；工業攝像機在調整好相應距離后即對背景圖案上進行拍攝，然后圖像處理設備根據所得到的圖像進行處理，最終得到高強度聚焦超聲換能器聚焦聲場的焦域半徑、焦域面積。

本發明的有益效果：

本發明可以有效提高HIFU設備的校準速度，使醫護人員能夠將高強度聚焦超聲儀的質量納入日常管控，降低因HIFU設備故障而引起的手術二次創傷的風險，減小因手術而給患者帶來的不可避免的傷口，提高HIFU治療的水平，給醫院帶來優良的口碑，也最終給醫院帶來巨大的經濟效益，提高醫院HIFU治療的競爭力。

另外，本發明也可以降低相關機構對HIFU校準人員的專業要求，使得HIFU校準更便捷更高效。同時也減少了相關機構對HIFU校準人員的培訓支出。

該方法還可以應用到其他超聲儀器聲場的測量上，比如醫用超聲診斷儀、超聲多普勒胎兒監護儀、超聲多普勒診斷儀、超聲刀等超聲設備，有效提高了醫療超聲設備的安全性與精準性。

附圖說明

圖1為本發明原理圖。

①工業攝像機②光學鏡頭③待測的高強度聚焦超聲設備④超聲設備的支架⑤光源⑥超聲校準用背景圖像⑦水槽⑧吸聲材料⑨底座⑩圖像處理設備?輸出設備。

圖2為本發明圖像算法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的說明。

如圖1所示，一種超聲設備聲場快速校準裝置，包括工業攝像機①、光學鏡頭②、圖像處理設備⑩、輸出設備?、超聲校準用背景圖像⑥、光源⑤、水槽⑦、吸聲材料⑧、支架④、底座⑨。

本發明將待測的高強度聚焦超聲設備③用相應的支架固定在水槽上部，并在水槽底部放置吸聲材料。在水槽的一側，固定超聲校準用背景圖像以及光源，背景圖像緊貼水槽壁，光源放置在背景圖像后側；在水槽另一側架設工業攝像機，工業攝像機用相應的支架支撐，工業攝像機上加裝光學鏡頭。工業攝像機通過數據傳輸線連接圖像處理設備，圖像處理設備連接輸出設備。

本發明的校準原理是：當液體中存在超聲時，受超聲壓縮作用部分的液體密度會變大，受伸張作用部分的密度會變小。又因為液體的折射率和它的密度直接相關，所以在有密度變化的液體里，光束的傳播方向就發生了彎曲，進而使得工業攝像機拍攝到的背景圖案扭曲。

本發明用支架將待測的高強度聚焦超聲設備用相應的支架固定在水槽上部，并在水槽底部放置吸聲材料，以免聲場在底部發生反射，造成聲場的疊加。在水槽的一側，緊貼超聲校準用背景圖像，在另一側架設工業攝像機，工業攝像機用相應的支架支撐。工業攝像機通過數據傳輸線連接圖像處理設備，在調整好相應距離后即可對背景圖案上進行拍攝，然后圖像處理設備根據所得到的圖像進行圖像的算法研究，最終可以得到高強度聚焦超聲換能器聚焦聲場的焦域半徑、焦域面積。圖像處理設備連接輸出設備，用于顯示或者輸出檢測結果。

所述的圖像算法具體見圖2：

1、將有聲場的原始圖像灰度化，得到圖像I1。

2、用OSTU閾值分割法將圖像I1進行二值化處理，得到圖像I2。

3、對圖像I2進行標記，并找到棋盤格區域所在位置。

4、提取I2中棋盤格區域圖像I3；（聲場所在區域是黑色）。

5、分別計算在無聲場處單黑格棋盤格模板w1、四格棋盤格模板w2的白色像素的總數n1，n2。

6、用模板w1掃描圖像I3，粗略的找出聲場所在位置，得到圖像I4。

7、用模板w2掃描圖像I4，快速抹去聲場以外的棋盤格，得到圖像I5。

8、用模板w1掃描圖像I5，得到更精確的聲場范圍，得到圖像I6。

9、由聲場上界像素值減去聲場下界像素值，尋找最小值，即聲場焦域像素寬度b。

10、聲場焦域像素寬度b最終計算出聲場焦域寬度L。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。