CN111887889A - 一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法及系统 - Google Patents

一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法及系统 Download PDF

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冯巧梅
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Abstract

本发明公开了一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法及系统，其中所涉及的一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法，包括步骤：S11.开启超声探头灵敏度自动扫查模式，并采集超声探头各阵元透镜表面的透镜回波电信号数据Sk(t)；S12.根据所述采集到的电信号数据Sk(t)计算透镜回波峰峰值P；S13.判断所述透镜回波峰峰值P是否大于超声探头灵敏度预设阈值，若是，则退出灵敏度自动扫查模式；若否，则提醒用户需要更换超声探头。本发明在系统开机启动后，自动进入超声探头灵敏度自动扫查模式，实现了超声探头灵敏度实时自动化监测；且及时发现灵敏度不满足使用需求的探头，避免探头灵敏度下降影响图像质量，造成误诊误断现象。

Description

一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法及系统
技术领域
本发明涉及超声探头检测技术领域，尤其涉及一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法及系统。
背景技术
超声探头是在超声波检测过程中发射和接收超声波的装置。探头的性能直接影响超声波的特性，影响超声波的检测性能。
在诊断超声设备中，探头的质量、灵敏度的好坏决定着诊断图像的质量，从而决定了超声诊断设备的价值。因此在超声诊断主机设备稳定的情况下，提高探头的质量与灵敏度来提高超声图像质量，一直是超声行业的一个重点。
如公开号为CN110236592A的专利公开了一种用于超声探头灵敏度自动检测方法，包含以下步骤：A、对超声B图像两个或多个固定位置、区域的选取；B、对区域内所有图像像素点灰度值的计算、统计；C、对样本灰度值、标准偏差值的对比与判断及统计计算；D、对区域内中图像像素点灰度值、样本对比结果用直方图的形式图文并茂的显示；本发明使用的探头灵敏度自动检测方法，是更客观、更高效、更准确、更稳定的探头检测系统，具有智能统计的系统。因此可以大大提高超声设备质量，降低探头检测成本，从而提供优质、稳定的超声图像，为临床诊断带来更好的反馈效果。该专利虽然可以提高超声设备质量，但是每次检测时需把探头固定在超声体模相同位置，操作复杂，不能自动化实时检测探头的灵敏度。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法及系统。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法，包括步骤：
S1.开启超声探头灵敏度自动扫查模式，并采集超声探头各阵元透镜表面的透镜回波电信号数据Sk(t)；
S2.根据所述采集到的电信号数据Sk(t)计算透镜回波峰峰值P；
S3.判断所述透镜回波峰峰值P是否大于超声探头灵敏度预设阈值，若是，则退出灵敏度自动扫查模式；若否，则提醒用户需要更换超声探头。
进一步的，所述步骤S3中超声探头灵敏度预设阈值表示为：
P阈值＝α*Porg
其中，P阈值表示超声探头灵敏度预设阈值；α表示超声探头灵敏度下限阈值比率；Porg表示超声探头初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值。
进一步的，所述超声探头灵敏度下限阈值比率表示为：
Figure BDA0002576834330000021
其中，α表示超声探头灵敏度下限阈值比率；Porg表示超声探头初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值；Pthreshold表示超声探头透镜回波电信号下限峰峰值。
进一步的，所述超声探头初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值具体为：
A1.出厂前开启超声探头灵敏度扫查模式，并将超声探头置于空气中，采集超声探头透镜表面透镜回波初始电信号数据
Figure BDA0002576834330000022
并存储所述初始电信号数据
Figure BDA0002576834330000023
A2.根据所述存储的初始电信号数据
Figure BDA0002576834330000024
计算初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值Porg。
进一步的，所述超声探头透镜回波电信号下限峰峰值具体为：
B1.出厂前获取常规扫查模式下图像质量低于图像预设阈值的超声探头的发射电压V；
B2.出厂前开启超声探头灵敏度扫查模式，将所述发射电压V作为超声探头的发射电压，并采集超声探头透镜表面透镜回波电信号数据
Figure BDA0002576834330000025
存储所述电信号数据
Figure BDA0002576834330000026
B3.根据所述存储的电信号数据
Figure BDA0002576834330000027
计算超声探头透镜回波电信号下限峰值Pthreshold。
进一步的，所述步骤A2中计算初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值Porg，表示为：
Figure BDA0002576834330000031
其中，P()表示峰峰值运算；N表示超声系统通道数。
进一步的，所述步骤B3中计算超声探头透镜回波电信号下限峰峰值Pthreshold，表示为：
Figure BDA0002576834330000032
其中，
Figure BDA0002576834330000033
表示第k通道图像质量低于图像预设阈值的透镜电信号数据；P()表示峰峰值运算；N表示超声系统通道数。
进一步的，步骤S2中计算透镜回波峰峰值P，表示为：
Figure BDA0002576834330000034
其中，P()表示峰峰值运算；N表示超声系统通道数。
相应的，还提供一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测系统，包括：
采集模块，用于开启超声探头灵敏度自动扫查模式，并采集超声探头各阵元透镜表面的透镜回波电信号数据Sk(t)；
计算模块，用于根据所述采集到的电信号数据Sk(t)计算透镜回波峰峰值P；
判断模块，用于判断所述透镜回波峰峰值P是否大于超声探头灵敏度预设阈值。
进一步的，所述计算模块中计算透镜回波峰峰值P，表示为：
Figure BDA0002576834330000041
其中，P()表示峰峰值运算；N表示超声系统通道数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的系统在开机启动后，自动进入超声探头灵敏度自动扫查模式，实现了超声探头灵敏度实时自动化监测；
2、本发明及时发现灵敏度不满足使用需求的探头，避免探头灵敏度下降影响图像质量，造成误诊误断现象。
附图说明
图1是实施例一提供的一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法流程图；
图2是实施例二提供的一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测系统结构图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法及系统。
实施例一
本实施例提供的一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法，如图1所示，包括步骤：
S11.开启超声探头灵敏度自动扫查模式，并采集超声探头各阵元透镜表面的透镜回波电信号数据Sk(t)；
S12.根据所述采集到的电信号数据Sk(t)计算透镜回波峰峰值P；
S13.判断所述透镜回波峰峰值P是否大于超声探头灵敏度预设阈值，若是，则退出灵敏度自动扫查模式；若否，则提醒用户需要更换超声探头。
需要说明的是，本实施例的执行主体为检测系统。
在步骤S11中，开启超声探头灵敏度自动扫查模式，并采集超声探头各阵元透镜表面的透镜回波电信号数据Sk(t)。
用户每次启动超声系统后，自动进入超声探头灵敏度自动扫查模式，并提示用户将探头置于空气中。超声系统控制所有阵元以相同延时发射，并采集各阵元透镜表面回波电信号Sk(t)。
具体为，首先将超声探头与超声系统的主机进行连接，然后开启超声系统，并启动扫描模式，通过扫描控制模块，使得超声系统进入灵敏度自动扫查模式；最后将超声探头放置在空气中，采集各阵元超声探头透镜表面透镜回波电信号数据Sk(t)。
各阵元透镜回波电信号是指透镜表面与空气阻抗不匹配形成的透镜回波(声波)，经过换能器压电效应转换成的电压信号，即电信号。
在步骤S12中，根据采集到的电信号数据Sk(t)计算透镜回波峰峰值P。
根据采集到的各阵元电信号数据Sk(t)，计算当前探头状态下透镜回波电信号峰峰值P。
在本实施例中，计算透镜回波峰峰值P，表示为：
Figure BDA0002576834330000051
其中，P()表示峰峰值运算；N表示超声系统通道数。
在步骤S13中，判断透镜回波峰峰值P是否大于超声探头灵敏度预设阈值，若是，则退出灵敏度自动扫查模式；若否，则提醒用户需要更换超声探头。
判断透镜回波峰峰值P是否大于超声探头灵敏度预设阈值，若是，则退出灵敏度自动扫查模式，提示用户可正常使用；若否，则提醒用户联系厂家需要更换超声探头。
在本实施例中，超声探头灵敏度预设阈值是基于超声探头出厂前进行设置的，具体为：
在出厂前，首先要对超声探头的透镜回波电信号峰峰值Porg以及超声探头透镜回波电信号下限峰值比率α测定进行测定，然后计算得到超声探头灵敏度预设阈值P阈值；表示为：
P阈值＝α*Porg
其中，P阈值表示超声探头灵敏度预设阈值；α表示超声探头灵敏度下限阈值比率；Porg表示超声探头初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值。
在本实施例中，在出厂前对超声探头的透镜回波电信号峰峰值Porg进行测定，具体为：
A1.开启超声探头灵敏度扫查模式，并将超声探头置于空气中，采集超声探头透镜表面透镜回波初始电信号数据
Figure BDA0002576834330000061
并存储初始电信号数据
Figure BDA0002576834330000062
首先将超声探头与超声系统的主机进行连接，然后开启超声系统，并启动扫描模式，通过扫描控制模块，使得超声系统进入灵敏度自动扫查模式，即将各阵元的发射通道延时值设置为相同数值，保证所有通道同时发射；最后将超声探头放置在空气中，采集各阵元超声探头透镜表面透镜回波初始电信号数据
Figure BDA0002576834330000063
并存储初始电信号数据
Figure BDA0002576834330000064
A2.根据存储的初始电信号数据
Figure BDA0002576834330000065
计算初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值Porg。
计算初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值Porg，表示为：
Figure BDA0002576834330000066
其中，P()表示峰峰值运算；N表示超声系统通道数。
在本实施例中，在出厂前对超声探头透镜回波电信号下限峰值比率测定进行测定，具体为：
B1.获取常规扫查模式下图像质量低于图像预设阈值的超声探头的发射电压V；
首先将超声探头与超声系统的主机进行连接，然后开启超声系统，直接进入常规扫查模式，记录在常规扫查模式下的图像，再降低发射电压，有临床医生评估图像质量的变化，并记录图像质量已不满足实际需求时的电压值V。
降低发射电压具体是超声系统通过设置的高压模块寄存器，可实现任意发射电压输出。
B2.开启超声探头灵敏度扫查模式，将所述发射电压V作为超声探头的发射电压，并采集超声探头透镜表面透镜回波电信号数据
Figure BDA0002576834330000071
存储所述电信号数据
Figure BDA0002576834330000072
超声系统启动扫描模式，通过扫描控制模块，使得超声系统进入灵敏度自动扫查模式，将超声探头的发射电压设置为V，并将超声探头置于空气中，采集各阵元超声探头透镜表面透镜回波初始电信号数据
Figure BDA0002576834330000073
存储电信号数据
Figure BDA0002576834330000074
B3.根据所述存储的电信号数据
Figure BDA0002576834330000075
计算超声探头透镜回波电信号下限峰值Pthreshold；
计算超声探头透镜回波电信号下限峰峰值Pthreshold，表示为：
Figure BDA0002576834330000076
其中，
Figure BDA0002576834330000077
表示第k通道满足图像质量的最低的透镜电信号数据；P()表示峰峰值运算；N表示超声系统通道数。
B4.根据计算得到的超声探头透镜回波电信号下限峰值Pthreshold以及初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值Porg计算超声探头灵敏度下限阈值比率α。
超声探头灵敏度下限阈值比率α表示为：
Figure BDA0002576834330000078
其中，α表示超声探头灵敏度下限阈值比率；Porg表示超声探头初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值；Pthreshold表示超声探头透镜回波电信号下限峰峰值。
在步骤S13中，判断透镜回波峰峰值P是否大于P阈值，若是，则退出扫查模式，用户正常使用；若否，则证明探头灵敏度已不满足使用需求，提醒用户联系厂家更换探头。
本实施例利用超声探头透镜与空气阻抗不匹配产生的透镜回波检测超声探头灵敏度。
超声探头透镜表面阻抗与空气阻抗值不匹配会反射超声波，即透镜回波；该反射波通过压电陶瓷超声探头的压电效应转换为电信号，即透镜回波电信号；电信号的幅度取决于探头的灵敏度，幅度越大，探头灵敏度越高；故跟踪透镜回波电信号幅度的变化即可检测探头灵敏度的变化。
探头透镜与空气声阻抗不匹配的原理，具体为：
声阻抗用于刻画介质对声波传播的阻碍程度，不同介质声阻抗不一样。声阻抗可表示为：
Z＝ρ·Vs
其中，ρ表示介质密度；Vs表示声波在介质中的传播速度。
当空气和透镜的密度相差很大时，空气和透镜中声波传播速度相差也很大，故探头透镜和空气的声阻抗不相等，即不匹配。
产生透镜回波的方法具体为：
透镜回波本质为声波在阻抗不匹配界面出现的声学反射现象，其原理与光学反射一致。
超声换能器通过压电效应将电信号转换为声波，并传播。发射波形电信号作用到换能器上，换能器通过逆压电效应转换为声波，声波进入透镜，在透镜与空气界面产生透镜反射波，反射波作为声波反向传播至换能器表面。换能器通过正压电效应将透镜反射波转换为透镜回波电信号，即为透镜回波。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
1、本实施例的系统在开机启动后，自动进入超声探头灵敏度自动扫查模式，实现了超声探头灵敏度实时自动化监测，保证超声探头的可靠性；
2、本实施例及时发现灵敏度不满足使用需求的探头，避免探头灵敏度下降影响图像质量，造成误诊误断现象，且让用户更加放心，也为患者提供一份保障，避免误诊导致的医疗事故。；
3、本实施例通过在出厂前设置的灵敏度阈值，可实时判断超声探头的灵敏度，依据灵敏度变化及时更换探头，降低厂家的成本。
实施例二
本实施例提供一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测系统，如图2所示，包括：
采集模块11，用于开启超声探头灵敏度自动扫查模式，并采集超声探头各阵元透镜表面的透镜回波电信号数据Sk(t)；
计算模块12，用于根据所述采集到的电信号数据Sk(t)计算透镜回波峰峰值P；
判断模块13，用于判断所述透镜回波峰峰值P是否大于超声探头灵敏度预设阈值。
进一步的，计算模块12中计算透镜回波峰峰值P，表示为：
Figure BDA0002576834330000091
其中，P()表示峰峰值运算；N表示超声系统通道数。
需要说明的是，本实施例提供的一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测系统与实施例一类似，在此不多做赘述。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
1、本实施例的系统在开机启动后，自动进入超声探头灵敏度自动扫查模式，实现了超声探头灵敏度实时自动化监测；
2、本实施例及时发现灵敏度不满足使用需求的探头，避免探头灵敏度下降影响图像质量，造成误诊误断现象。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法，其特征在于，包括步骤：
S1.开启超声探头灵敏度自动扫查模式，并采集超声探头各阵元透镜表面的透镜回波电信号数据Sk(t)；
S2.根据所述采集到的电信号数据Sk(t)计算透镜回波峰峰值P；
S3.判断所述透镜回波峰峰值P是否大于超声探头灵敏度预设阈值，若是，则退出灵敏度自动扫查模式；若否，则提醒用户需要更换超声探头。
2.根据权利要求1所述的一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法，其特征在于，所述步骤S3中超声探头灵敏度预设阈值表示为：
P阈值＝α*Porg
其中，P阈值表示超声探头灵敏度预设阈值；α表示超声探头灵敏度下限阈值比率；Porg表示超声探头初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值。
3.根据权利要求2所述的一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法，其特征在于，所述超声探头灵敏度下限阈值比率表示为：
Figure FDA0002576834320000011
其中，α表示超声探头灵敏度下限阈值比率；Porg表示超声探头初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值；Pthreshold表示超声探头透镜回波电信号下限峰峰值。
4.根据权利要求3所述的一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法，其特征在于，所述超声探头初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值具体为：
A1.出厂前开启超声探头灵敏度扫查模式，并将超声探头置于空气中，采集超声探头透镜表面透镜回波初始电信号数据
Figure FDA0002576834320000012
并存储所述初始电信号数据
Figure FDA0002576834320000013
A2.根据所述存储的初始电信号数据
Figure FDA0002576834320000014
计算初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值Porg。
5.根据权利要求3所述的一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法，其特征在于，所述超声探头透镜回波电信号下限峰峰值具体为：
B1.出厂前获取常规扫查模式下图像质量低于图像预设阈值的超声探头的发射电压V；
B2.出厂前开启超声探头灵敏度扫查模式，将所述发射电压V作为超声探头的发射电压，并采集超声探头透镜表面透镜回波电信号数据
Figure FDA0002576834320000024
存储所述电信号数据
Figure FDA0002576834320000025
B3.根据所述存储的电信号数据
Figure FDA0002576834320000026
计算超声探头透镜回波电信号下限峰值Pthreshold。
6.根据权利要求4所述的一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法，其特征在于，所述步骤A2中计算初始灵敏度对应的透镜回波峰峰值Porg，表示为：
Figure FDA0002576834320000021
其中，P()表示峰峰值运算；N表示超声系统通道数。
7.根据权利要求5所述的一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法，其特征在于，所述步骤B3中计算超声探头透镜回波电信号下限峰峰值Pthreshold，表示为：
Figure FDA0002576834320000022
其中，
Figure FDA0002576834320000027
表示第k通道图像质量低于图像预设阈值的透镜电信号数据；P()表示峰峰值运算；N表示超声系统通道数。
8.根据权利要求1所述的一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测方法，其特征在于，步骤S2中计算透镜回波峰峰值P，表示为：
Figure FDA0002576834320000023
其中，P()表示峰峰值运算；N表示超声系统通道数。
9.一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于开启超声探头灵敏度自动扫查模式，并采集超声探头各阵元透镜表面的透镜回波电信号数据Sk(t)；
计算模块，用于根据所述采集到的电信号数据Sk(t)计算透镜回波峰峰值P；
判断模块，用于判断所述透镜回波峰峰值P是否大于超声探头灵敏度预设阈值。
10.根据权利要求9所述的一种基于透镜回波的超声探头灵敏度自动检测系统，其特征在于，所述计算模块中计算透镜回波峰峰值P，表示为：
Figure FDA0002576834320000031
其中，P()表示峰峰值运算；N表示超声系统通道数。
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