CN112515702B - 基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法 - Google Patents
基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法 Download PDFInfo
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Abstract
本公开提供一种基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，包括：获取柔性超声探头中柔性超声阵列的阵元的回波信号的参数信息；计算并存储柔性超声阵列中每行的加权系数值，以及每个阵元对应的加权系数；多次测量获取柔性超声阵列第n行中每个阵元与皮肤之间的相对位移、以及获取柔性超声阵列第n行的回波信号；确定柔性超声阵列第n行的回波信号的加权系数值与该行内每个超声阵元与皮肤之间相对位移之间的对应关系；根据所找到对应关系在每次测量柔性超声阵列第n行时对加权系数值进行自适应修正；根据每个阵元接收的第n线回波信号和对应的加权系数值进行波束合成；对合成波束数据进行成像信号处理，得到完整的处理后的图像。
Description
技术领域
本公开涉及超声波检测技术领域，尤其涉及一种基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法。
背景技术
柔性阵列传感技术由于可以与复杂皮肤表面紧密贴合，为解决超声传感对病人的无创连续监测的问题指出了一个重要的发展方向。但是在研究过程中发现超声回波信号随着柔性阵列与皮肤的相对变化而发生变化，极大的影响了常规超声回波检测理论在柔性超声阵列传感技术中的直接应用。通常用于人体超声检测的超声频率范围在几到几十MHz范围内，声速在人体软组织中传播的速度大约1540m/s，因此超声波长在亚毫米级。人体皮肤会随着外界环境的变化而变化，导致柔性阵列传感器产生与人体皮肤的贴合的相对变化，这会对超声回波信号调控的形成障碍，同时也会造成超声敏感元件与皮肤的透射情况的变化，引起的超声回波相位与返回时间变化问题，导致超声回波接收的不准确，限制了超声技术在使用者无创连续监测应用方面的发展。
如何消除柔性超声阵列传感器与人体皮肤的贴合的相对变化导致的超声回波变化问题，成为柔性超声传感技术发展过程中亟需解决的科学问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于上述问题，本公开提供了一种基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，以缓解现有技术中柔性超声阵列传感器与人体皮肤的贴合的相对变化导致的超声回波变化问题等技术问题。
(二)技术方案
本公开提供一种基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，包括：
操作S1：获取柔性超声探头中柔性超声阵列的阵元的回波信号的参数信息；
操作S2：计算并存储柔性超声阵列中每行的加权系数值，以及每个阵元对应的加权系数；
操作S3：多次测量获取柔性超声阵列第n行中每个阵元与皮肤之间的相对位移、以及获取柔性超声阵列第n行的回波信号；
操作S4：确定柔性超声阵列第n行的回波信号的加权系数值与该行内每个超声阵元与皮肤之间相对位移之间的对应关系；
操作S5：根据操作S4所找到对应关系在每次测量柔性超声阵列第n行时对加权系数值进行自适应修正；
操作S6：根据每个阵元接收的第n线回波信号和对应的加权系数值进行波束合成；
操作S7：对合成波束数据进行成像信号处理，得到第n行处理后的图像；以及
操作S8：遍历柔性超声阵列中所有行，得到完整的处理后的图像。
在本公开实施例中，所述参数信息包括超声波信号从阵元发射到返回的传递时间以及回波波信号的强度。
在本公开实施例中，操作S3中所述阵元与皮肤之间的相对位移包括：垂直相对位移和水平相对位移。
在本公开实施例中，通过阵元所对应的匹配层中设置的相对位移监测单元，检测阵元与皮肤之间的垂直相对位移与水平相对位移。
在本公开实施例中，操作S4中采用通用数据拟合的方法确定柔性超声阵列第n行的回波信号的加权系数值与该行内每个超声阵元与皮肤之间相对位移之间的对应关系。
在本公开实施例中，所述数据拟合方法为线性拟合方法。
在本公开实施例中，操作S4中还包括，采用数据融合方法，把第n行内每个超声阵元与皮肤之间的垂直相对位移与水平相对位移信息融合到加权系数值中。
在本公开实施例中，所述数据融合方法为神经网络方法。
在本公开实施例中，所述超声探头包括柔性超声阵列层和阵列匹配层。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)提高了波速合成的准确度；
(2)使得超声回波不受超声阵列阵元与人体皮肤之间的相对位移影响。
附图说明
图1本公开实施例的柔性超声阵列立体和剖面结构示意图
图2是公开实施例的基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法的流程示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1-柔性超声阵列层；2-阵列匹配层，3-压电单元，4-相对位移监测单元。
具体实施方式
本公开提供了一种基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，能够自适应的修正超声波束发射及接收单元的位置变化对超声系统的影响，提超声聚焦与波束合成的准确度，进而提高超声成像质量。所述超声波束合成方法把柔性阵列与皮肤的相对变化信息融合到常规的超声波速合成方法中；进而实现自适应超声回波信号的补偿，解决柔性超声阵列传感器与人体皮肤的贴合的相对变化导致的超声回波变化的问题。
在实现本发明的过程中发明人发现，如果在工作的过程中可以实时监测柔性阵列传感器与人体皮肤的贴合的相对变化的情况，并把变化情况信息引入到超声波束合成算法中，消除超声回波变化问题，那么柔性超声阵列传感技术的实用性能将大大提高。例如专利CN 101209211 B描述了一种接收孔径可调整的数字化超声波束合成方法及装置，支持单个或多个波束合成，可以结合不同应用场合，灵活地改变接收孔径的最大数目和接收孔径在探头上的位置。专利CN 104739449 B为解决现有波束合成的射频数据的信噪比较低的问题，公开了一种超声波束合成方法，根据超声阵元的相互影响进行加权系数值的调整。专利CN 107997784 A，CN 107789008 A，CN 107997783 A从声速、通道数据以及超声方向上对超声波束合成方法进行了优化，提高成像质量。专利CN 106154251 A描述了一种超声波速合成方法在增大超声波束能量的同时，保证各换能器阵列发出的波束精确聚焦于目标聚焦点。而本发明从超声阵元与皮肤相对位移的角度对超声波速合成方法进行了描述。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在本公开实施例中，提供一种基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，结合图1至图2所示，所述方法，包括：
操作S1，获取柔性超声探头中柔性超声阵列的阵元的回波信号的参数信息；
所述参数信息包括超声波信号发射到返回的传递时间以及超声波信号的强度。
在本公开实施例中，所述柔性超声探头由外至内包括：柔性超声阵列层和阵列匹配层，其中柔性超声阵列层包括多行、多列压电单元组成的柔性超声阵列，例如为N行×M列压电单元的阵元组成的柔性超声阵列，其中N≥3，M≥3，N为正整数，M为正整数，n≤N；在柔性超声阵列中每一个阵元(压电单元)对应的匹配层中设置有相对位移监测单元，用以检测阵元与皮肤之间的垂直相对位移(Dv)与水平相对位移(Dh)。
操作S2，计算并存储柔性超声阵列中每列的加权系数值，以及每个阵元对应的加权系数；
在本公开实施中，计算并存储柔性超声阵列的加权系数值，得到每个阵元对应的加权系数。
操作S3，多次测量获取柔性超声阵列第n行中每个阵元与皮肤之间的相对位移、以及获取柔性超声阵列第n行的回波信号
所述阵元与皮肤之间的相对位移包括：垂直相对位移和水平相对位移。
在本公开实施例中，每个阵元与皮肤之间的垂直相对位移Dvi(n，m)和Dhi(n，m)，其中i≥3，n≤N，m≤M；
操作S4：确定柔性超声阵列第n行的回波信号的加权系数值与该行内每个超声阵元与皮肤之间相对位移之间的对应关系；
在本公开实施例中，操作S4中可以采用通用数据拟合的方法确定柔性超声阵列第n行的实时回波信号的加权系数值与该行内每个超声阵元与皮肤之间的垂直相对位移与水平相对位移之间的对应关系，例如线性拟合方法等。
在本公开实施例中，所述操作S4，还可以采用数据融合的方法，例如神经网络方法，把该行(第n行)内每个超声阵元与皮肤之间的垂直相对位移与水平相对位移信息融合到加权系数值中。
操作S5，根据操作S4所找到对应关系在每次测量柔性超声阵列第n行时对加权系数值进行自适应修正。
在操作S5中，在操作S3中每次测量柔性超声阵列第n行时对加权系数值进行自适应修正，使得回波信号不受阵元与皮肤间垂直与水平方向相对位移影响。
操作S6，根据每个阵元接收的第n线回波信号和对应的加权系数值进行波束合成。
操作S7，对合成波束数据进行成像信号处理，得到第n行处理后的图像。
操作S8，遍历柔性超声阵列中所有行，得到完整的处理后的图像。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供了一种基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，能够自适应的修正超声波束发射及接收单元的位置变化对超声系统的影响，提稿超声聚焦与波束合成的准确度，进而提高超声成像质量。本方法把柔性阵列与皮肤的相对变化信息融合到常规的超声波速合成方法中；通过算法实现自适应超声回波信号的补偿，解决柔性超声阵列传感器与人体皮肤的贴合的相对变化导致的超声回波变化的问题。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，包括：
操作S1：获取柔性超声探头中柔性超声阵列的阵元的回波信号的参数信息；
操作S2：计算并存储柔性超声阵列中每行的加权系数值，以及每个阵元对应的加权系数；
操作S3：多次测量获取柔性超声阵列第n行中每个阵元与皮肤之间的相对位移、以及获取柔性超声阵列第n行的回波信号；
操作S4：确定柔性超声阵列第n行的回波信号的加权系数值与该行内每个超声阵元与皮肤之间相对位移之间的对应关系；
操作S5：根据操作S4所找到对应关系在每次测量柔性超声阵列第n行时对加权系数值进行自适应修正；
操作S6：根据每个阵元接收的第n线回波信号和对应的加权系数值进行波束合成；
操作S7：对合成波束数据进行成像信号处理，得到第n行处理后的图像；以及
操作S8：遍历柔性超声阵列中所有行，得到完整的处理后的图像。
2.根据权利要求1所述的基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，所述参数信息包括超声波信号从阵元发射到返回的传递时间以及回波信号的强度。
3.根据权利要求1所述的基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，操作S3中所述阵元与皮肤之间的相对位移包括：垂直相对位移和水平相对位移。
4.根据权利要求3所述的基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，通过阵元所对应的匹配层中设置的相对位移监测单元，检测阵元与皮肤之间的垂直相对位移与水平相对位移。
5.根据权利要求1所述的基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，操作S4中采用通用数据拟合的方法确定柔性超声阵列第n行的回波信号的加权系数值与该行内每个超声阵元与皮肤之间相对位移之间的对应关系。
6.根据权利要求5所述的基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，所述数据拟合方法为线性拟合方法。
7.根据权利要求1所述的基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，操作S4中还包括，采用数据融合方法，把第n行内每个超声阵元与皮肤之间的垂直相对位移与水平相对位移信息融合到加权系数值中。
8.根据权利要求7所述的基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，所述数据融合方法为神经网络方法。
9.根据权利要求1所述的基于超声探头与皮肤相对位移的自适应超声波束合成方法，所述超声探头包括柔性超声阵列层和阵列匹配层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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