超聲波成像系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種超聲波成像系統，屬于超聲波成像系統領域，為解決現有裝置檢測效果差等問題而設計。本實用新型超聲波成像系統包括前端位移傳感器、信號處理板和上位機，前端位移傳感器與信號處理板之間雙向信號連通，信號處理板和上位機之間雙向信號連通。本實用新型超聲波成像系統穩定性好，檢測結果更準確。
【專利說明】
超聲波成像系統
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及超聲波成像系統領域。
【背景技術】
[0002] 超聲彈性成像的原理是通過對被檢測物體(被檢測組織)施加一個外部的激勵，在 彈性力學和生物力學等物理規律作用下被檢測組織將產生一個響應(例如位移、應變、速度 的分布會產生差異），通過數字信號處理和數字圖像處理技術計算得到被檢測組織的位移 變化和應變變化。
[0003] 現有的一維彈性成像系統沒有考慮到橫向波動的影響、以及脂肪衰減程度的不同 差異，導致彈性計算的位移和應變值準確度和穩定度不高。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型的目的在于提出一種檢測信號穩定性好的超聲波成像系統。
[0005] 為達此目的，本實用新型采用以下技術方案：
[0006] -種超聲波成像系統，包括前端位移傳感器、信號處理板和上位機，所述前端位移 傳感器與信號處理板之間雙向信號連通，所述信號處理板和上位機之間雙向信號連通;其 中，前端位移傳感器用于發送剪切波信號，所述剪切波用于根據其在被檢測物體中的速度 變化和楊氏模量來反映被檢測物體的物理特性變化;信號處理板用于產生超聲波并接收所 述上位機發送的控制端口信息；上位機用于向信號處理板發送控制端口信息，處理超聲回 波信號并計算出所述剪切波在被檢測物體中的速度變化和楊氏模量，進而獲知所述被檢測 物體的物理特性變化。
[0007] 特別是，所述信號處理板包括用于產生超聲波的FPGA芯片和用于接收所述上位機 發送的控制端口信息的高速通訊協議芯片，所述FPGA芯片和高速通訊協議芯片雙向信號連 通。
[0008] 特別是，所述高速通訊協議芯片包括高速通訊協議串口。
[0009] 本實用新型超聲波成像系統包括前端位移傳感器、信號處理板和上位機，基于該 成像系統的超聲波成像方法通過處理超聲回波信號計算出剪切波在被檢測物體中的速度 變化和楊氏模量以反映被檢測物體的物理特性變化，系統穩定性好，檢測結果更加準確。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本實用新型優選實施例一提供的超聲波成像系統的原理圖；
[0011] 圖2是本實用新型優選實施例二提供的一維位移掃描方法的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本實用新型的技術方案。
[0013] 優選實施例一：
[0014] 本優選實施例公開一種超聲波成像系統。如圖1所示，該超聲波成像系統主要由前 端位移傳感器、信號處理板和上位機三部分組成。利用超聲波無創的特性，通過位移傳感器 發送剪切波信號，并讓超聲波回波信號作為剪切波回波的載體，通過處理超聲回波信號計 算出剪切波在被檢測物體中的速度變化和楊氏模量，以反映被檢測物體的物理特性變化。
[0015] 其中，前端位移傳感器將由信號處理板發射過來的單載波信號轉換為矢量信號， 驅動電機發送剪切波信號，同時發送和接收超聲信號；信號處理板主要由FPGA芯片和高速 通訊協議芯片組成，其中FPGA芯片主要完成與相關外設的交互，高速通訊協議主要完成協 議數據的傳輸、并通過異步串口端口發送指令給FPGA芯片;上位機主要完成彈性成像算法 的處理以及界面的顯示和控制。
[0016]信號處理板中FPGA模塊信號處理流程如下：
[0017] 1、鏈路初始化，在上位機完成固件的下載并讀取固件的信息狀態描述后，通過上 電復位或者手動復位，通過串口發送握手指令給上位機；
[0018] 2、超聲波發射與采樣數據接收，在收到上位機通過串口發送的啟動指令后開啟設 備，發送超聲方波信號，在等待一段時間后開始RF數據的采集；
[0019] 3、剪切波發送，在采集到一定的掃描線后開始剪切波的發送，發送低頻的單載波 給位移傳感器，此后的采樣數據就含有剪切波的信息；
[0020] 4、控制通路的信息，通過高速通訊協議的串口來傳送上位機發送的控制端口信 息，包括數據通路的讀和寫指令(這里只需要通過塊讀取數據通路的數據，不需要通過塊向 數據通路寫數據）；通過高速通訊協議的串口來傳送下位機的狀態信息指令給上位機；
[0021] 5、數據通路的信息，通過上位機的讀寫指令來將數據存儲到存儲介質中，其中，默 認發送的是讀指令一直讀取采集到的數據。
[0022] 上位機部分處理流程：
[0023] 1、軟件初始化，首先初始化固件，然后上位機通過控制端點發送寫命令控制字，開 啟監視工作線程循環;主要內容是通過控制端點發送讀命令控制字、通過控制端點讀回串 口信息用來驗證設備鏈路是否啟動握手成功；
[0024] 2、啟動觸發線程循環，通過控制端點發送寫啟動命令，開啟塊端口讀循環線程；
[0025] 3、數據讀取，在塊端口讀循環線程中使用響應的塊讀取方法讀取數據到上位機；
[0026] 4、數據處理，包括二個獨立部分，一部分是利用原始數據產生Μ模式圖像信息，另 一部分是利用原始數據產生剪切波速度變化信息和楊氏模量信息。
[0027]基于該超聲波成像系統的超聲波成像方法是使用超聲波回波信號作為剪切波回 波的載體，通過處理超聲回波信號計算得到剪切波在被檢測物體中的速度變化和楊氏模 量，以獲知被檢測物體的物理特性變化。
[0028]具體的，通過對RF數據進行處理能分別繪制Μ模式超聲圖像和計算瞬時彈性參數。 在繪制Μ模式超聲圖像中，通過讀取下位機采集的RF數據，排列成數據矩陣，然后對RF數據 進行匹配濾波以提高信號的信噪比，經過hibert濾波后提取信號的包絡，最后繪制Μ模式超 聲圖像。在瞬時彈性算法中，讀取原始RF數據，排列成數據矩陣形式，每列代表一條掃描線； 對原始數據進行帶通濾波提高數據的信噪比，然后對相鄰掃描線的數據塊進行互相關運 算，計算由剪切波傳播所造成的組織位移，對組織位移進行平滑濾波和匹配濾波，并替換掉 奇異值，然后根據修正后的組織位移計算組織應變，最后根據組織應變計算剪切波速度和 楊氏模量。
[0029] 優選實施例二：
[0030] 本優選實施例公開一種一維位移掃描方法。如圖2所示，將采集到的回波掃描線數 據劃分成特定大小的數據塊，每條掃描線由一定采樣數據構成，對應深度為被檢測物體(被 檢測組織)的檢測區域。在常規的一維位移計算中通常只考慮組織的縱向改變，計算相鄰的 掃描線上對應位置的數據塊的互相關函數，而沒有考慮組織的橫向改變，導致位移計算結 果穩定度不高。本實施例中除了計算相鄰的掃描線上對應位置的數據塊的互相關函數，也 計算次鄰掃描線上的對應位置的數據塊互相關函數，充分考慮橫向變化的影響?？紤]到成 像的實時性，本實施例中計算相鄰的第i-Ι條掃描線、第i條掃描線和第i+Ι條掃描線的互相 關函數，并將計算結果進行加權平均作為第i條掃描線上對應數據塊的位移偏移值。
[0031] 優選實施例三：
[0032] 本優選實施例公開一種脂肪含量檢測方法，應用范圍包括但不限于肝臟部位處的 脂肪含量檢測。
[0033] 脂肪含量是通過超聲回波的衰減系數進行估計的，所述的檢測方法根據超聲在異 質組織的衰減模型
估計超聲 在不同的脂肪組織中的衰減系數。ω是信號的數字頻率，d是信號的傳播深度，S(co，d)代表 信號的回波頻譜。c(d)是信號的直流分量代表了衍射系數，G( ω )表示以探頭中心頻率的高 斯分布頻譜，β是頻率依賴的衰減系數，是衰減傳播方程的相位反饋，R( ω，d)則代 表了組織的漫反射方程。
[0034] 為了提高估計頻譜的采樣密度，將每一幀的RF信號加窗分割成若干個重疊的部 分，取每個重疊部分的頻譜S( ω，d)，將頻譜S( ω，d)進行對數變換獲得如下：
[0036] 每部分的頻譜在對數閾內減去直流分量logc(d)和探頭中頻對應的高斯分布頻譜 logG( ω )，其中l〇gc(d)通過分割部分頻譜的零頻分量進行估計，高斯分布頻譜logG( ω )可 以寫作：
ω。是探頭的數字中心頻率，〇代表信號的帶寬，信號的帶寬 〇 也是通過RF信號估計出來的。一定程度上認為超聲脈沖信號符合高斯分布，超聲脈沖波的 高斯頻率譜的中心頻率上會隨著探測深度的變化會發生改變，帶寬的大小是固定的。通過 計算多個相鄰陣的平均頻譜，幅值0.6倍峰值的頻譜寬度看作信號帶寬的估計。
[0037] 減去信號直流分量和超聲脈沖的高斯頻譜的剩余頻譜在對數閾表示為：
,#代表超聲衰減系數的估計，是隨頻率以及 發射深度變化而變化的，R( ω，d)是組織內部的漫反射方程，是隨頻率隨機改變的參數，對 頻譜logSK ω，d)進行線性擬合獲得斜率K，通過K/(_2d)可以計算出超聲的衰減系數|。
[0038] 注意，上述僅為本實用新型的較佳實施例及所運用的技術原理。本領域技術人員 會理解，本實用新型不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種 明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本實用新型的保護范圍。因此，雖然通過以上實施 例對本實用新型進行了較為詳細的說明，但是本實用新型不僅僅限于以上實施例，在不脫 離本實用新型構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本實用新型的范圍由所 附的權利要求范圍決定。
【主權項】
1. 一種超聲波成像系統，其特征在于，包括前端位移傳感器、信號處理板和上位機，所 述前端位移傳感器與信號處理板之間雙向信號連通，所述信號處理板和上位機之間雙向信 號連通;其中， 前端位移傳感器，用于發送剪切波信號； 信號處理板，用于產生超聲波并接收所述上位機發送的控制端口信息； 上位機，用于向信號處理板發送控制端口信息。2. 根據權利要求1所述的超聲波成像系統，其特征在于，所述信號處理板包括用于產生 超聲波的FPGA芯片和用于接收所述上位機發送的控制端口信息的高速通訊協議芯片，所述 FPGA芯片和高速通訊協議芯片雙向信號連通。3. 根據權利要求2所述的超聲波成像系統，其特征在于，所述高速通訊協議芯片包括高 速通訊協議串口。
【文檔編號】A61B8/08GK205683094SQ201620131972
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年2月19日 公開號201620131972.9, CN 201620131972, CN 205683094 U, CN 205683094U, CN-U-205683094, CN201620131972, CN201620131972.9, CN205683094 U, CN205683094U
【發明人】王海生, 王楚瀟, 王挺, 李擎, 王衛, 王曉猛, 李宇宏, 秦世民
【申請人】樂普（北京）醫療器械股份有限公司