CN113116381A - 生物组织的性质变化检测方法、变性控制方法及对应装置 - Google Patents

生物组织的性质变化检测方法、变性控制方法及对应装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种生物组织的性质变化检测方法、变性控制方法及对应装置，属于生物组织检测技术领域，其可解决现有的生物组织的问题。本发明的生物组织的性质变化检测方法，包括：向待检测的生物组织发射聚焦超声脉冲，聚焦超声脉冲产生声辐射力，以使所述声辐射力能够在所述生物组织内部产生剪切波；检测所述剪切波的传播速度；根据所述剪切波的传播速度变化确定所述生物组织的性质变化情况。

Description

生物组织的性质变化检测方法、变性控制方法及对应装置
技术领域
本发明属于生物组织检测技术领域，具体涉及一种生物组织的性质变化检测方法、变性控制方法及对应装置。
背景技术
高强度聚焦超声(HIFU)技术是通过聚焦超声换能器，将在生物组织中传播的超声波能量聚集起来，形成一个高强度的焦点，该焦点在吸收很强的声能量后，温度快速上升到65℃以上，从而使焦点范围内的生物组织达到凝固性坏死，且声波聚焦区域以外的生物组织并不受到损失，以此可实现对人体肿瘤或者病变组织的无创治疗。
在HIFU治疗过程中，影像监控对保证HIFU治疗的安全性和有效性具有重要意义。目前，影像监控手段主要包括磁共振成像和超声成像。其中，B超监控可通过比较治疗前后声像图中靶区有无强回声结合医生的经验来判断组织是否发生凝固性坏死，结果精确度不够稿。磁共振成像相对B超监控具有软组织对比度好、分辨率好等优点，但磁共振设备较为昂贵且每次扫描时间过长，严重影响了HIFU的治疗进程。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种能够快速检测生物组织性质的生物组织的性质变化检测方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种生物组织的性质变化检测方法，包括：
向待检测的生物组织发射聚焦超声脉冲，所述聚焦超声脉冲产生声辐射力，以使所述声辐射力能够在所述生物组织内部产生剪切波；
检测所述剪切波的传播速度；
根据所述剪切波的传播速度变化确定所述生物组织的性质变化情况。
优选的，所述检测所述根据所述剪切波的传播速度变化确定所述生物组织的性质变化情况的步骤包括：
根据所述剪切波的传播速度变化确定生物组织的弹性模量变化；
根据所述弹性模量变化确定所述生物组织的性质变化情况。
进一步优选的，所述根据所述弹性模量变化确定所述生物组织的性质变化情况的步骤包括：
判断在预设时间内所述剪切波的传播速度，当所述剪切波的传播速度大于预设值时，确定所述生物组织已变性。
进一步优选的，所述预设时间包括100-200微秒；所述预设值包括5米/秒。
优选的，所述生物组织包括蛋白质组织。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种生物组织的变性控制方法，包括：
向需变性的生物组织发射超声波；所述生物组织位于所述超声波的焦域内；
依据上述任意一种检测方法对所述生物组织进行性质变化检测；
根据检测结果控制超声波的输出参量，以使所述生物组织变性。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种生物组织的性质变化检测装置，包括：
第一发射模块，用于向待检测的生物组织发射聚焦超声脉冲，所述聚焦超声脉冲产生声辐射力，以使所述声辐射力能够在所述生物组织内部产生剪切波；
检测模块，用于检测所述剪切波的传播速度；
处理模块，用于根据所述剪切波的传播速度变化确定所述生物组织的性质变化情况。
优选的，所述处理模块包括：
第一处理单元，用于根据所述剪切波的传播速度变化确定生物组织的弹性模量变化；
第二处理单元，用于根据所述弹性模量变化确定所述生物组织的性质变化情况。
优选的，所述处理模块具体用于判断在预设时间内所述剪切波的传播速度，当所述剪切波的传播速度大于预设值时，确定所述生物组织已变性。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种生物组织的变性控制系统，包括：
第二发射模块，用于向需变性的生物组织发射超声波；所述生物组织位于所述超声波的焦域内；
检测装置，用于对所述生物组织进行性质变化检测；所述检测装置包括上述任意一种检测装置；
控制单元，用于根据检测结果控制超声波的输出参量，以使所述生物组织变性。
附图说明
图1为本发明的实施例1的生物组织的性质变化检测方法的流程图；
图2为本发明的实施例1的另一种生物组织的性质变化检测方法的流程图；
图3为本发明的实施例2的生物组织的变性控制方法的流程图；
图4为本发明的实施例3的生物组织的性质变化检测装置的框图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种生物组织的性质变化检测方法，可用于检测生物组织的性质变化情况。该检测方法包括：
S01、向待检测的生物组织发射聚焦超声脉冲，聚焦超声脉冲产生声辐射力，以使声辐射力能够在生物组织内部产生剪切波。
S02、检测剪切波的传播速度。
S03、根据剪切波的传播速度变化确定生物组织的性质变化情况。
其中，生物组织可以为皮肤组织，蛋白质组织等。剪切波是传播方向与介质质点的振动方向垂直的波。生物组织在性质发生变化后，其硬度也会发生相应改变。本实施例提供的检测方法中，声辐射力聚焦冲击能在生物组织内部产生剪切波，利用剪切波在不同硬度的生物组织传播速度不同的特性，通过检测剪切波的传播速度变化即可确定生物组织的硬度变化，从而确定生物组织的性质变化情况。
具体的，本实施例中，待检测的生物组织可以为人体肿瘤、病变组织等。当然，正常的生物组织也是可以的，但是正常生物组织通常不会变性，也不需要进行变性检测。利用本实施例检测方法，可在利用聚焦超声设备进行治疗的过程中，检测病灶生物组织的变性情况(例如生物组织正常、轻度变性、中度变性、重度变性、坏死等不同情况)，从而便于医生更好地进行手术操作。
为了对本实施例提供的检测方法进行更为清楚、具体地说明，下面以对肿瘤组织进行性质变化检测为例进行说明。该检测方法具体可包括以下步骤：
S11、向待检测的生物组织发射聚焦超声脉冲，聚焦超声脉冲产生声辐射力，以使声辐射力能够在生物组织内部产生剪切波。
本步骤中，为了使声辐射力能够在生物组织内部产生剪切波，待检测的生物组织应位于声辐射力的焦域处。具体的，可通过超声波发生器向位于焦域处的待检测的生物组织(具体为肿瘤组织)发射聚焦超声脉冲，聚焦超声脉冲产生声辐射力，声辐射力在焦域范围内低频振动，从而在其的法向方向上会产生剪切波并向外扩散，剪切波的速度与衰减与生物组织的黏弹性相关，从而通过测量剪切波的速度变化可以测量出剪切模量以致杨氏模量的变化，进而检测出焦域范围内的生物组织是否发生变性。
S12、检测剪切波的传播速度。
本步骤中，可通过检测模块检测出由上述的生物组织背部产生的剪切波的传播速度。本实施例中，在检测剪切波速度时采用高帧率成像，优选帧率为大于等于5000帧/秒。
S13、根据剪切波的传播速度变化确定生物组织的性质变化情况。
剪切波的传播速度与生物组织的粘弹性相关。当生物组织，特别是蛋白质组织在性质发生变化后，其粘弹性发生变化，剪切波的传播速度也发生变化。在此需要说明的是，在一定时间范围内，生物组织的弹性模量变化并非单一上升或者单一下降，且变化速度也是有快有慢的。在此需要说明的是，在一定温度范围内，生物组织的弹性模量变化并非单一上升或者单一下降，且变化速度也是有快有慢的。
作为一种实施方式，本实施例中可根据判断在预设时间内剪切波的传播速度弹性模量的变化量，当剪切波的传播速度变化量大于预设值时，确定生物组织已变性。其中优选的，预设时间包括100-200微秒；预设值包括5米/秒。也就是说，在100-200微秒内，当剪切波的速度超过5米/秒时，可判断生物组织发生变性。
为了精准确认生物组织的变性情况，作为另一实施方式优选的，步骤S13包括：S131、根据剪切波的传播速度变化确定生物组织的弹性模量变化。S132、根据弹性模量变化确定生物组织的性质变化情况。也即可通过检测剪切波的传播速度确定生物组织的弹性模量变化，从而根据生物组织的弹性模量变化确定生物组织的变形情况。
其中，剪切波的传播速度变化包括：剪切波的传播速度以及剪切波的传播加速度。以肌肉组织(其为蛋白质组织)为例，在正常体温(通常为20-37摄氏度)至50摄氏度范围内，随着温度的升高，肌肉组织的弹性模量呈线性降低的变化趋势。同时，在该温度范围内，随着温度的降低，肌肉组织的弹性模量可线性恢复至初始值。在50至60摄氏度范围内，肌肉组织的弹性模量降低速度逐渐变慢，并慢慢变为增加；超过60摄氏度时，肌肉组织的弹性模量将随着温度的增加而快速线性增加，且在该温度范围内，肌肉组织的变性为不可逆变性，也就是说，即使温度降低，肌肉组织的弹性模量将保持在高于初始值的状态无法恢复。因此，本实施例中可通过检测剪切波的传播速度以及剪切波的传播加速度判断生物组织的弹性模量为增高或是降低，从而对应确定出其的性质变化。
进一步优选的，步骤S132包括：判断在预设时间内弹性模量的变化量，当变化量大于预设值时，确定生物组织已变性。也就是说当在预设时间内生物组织的弹性模量的增长速度超过预设值时，则可判断该生物组织已变性。
其中可以理解的是，该预设时间和预设值与生物组织的具体类型相关。具体的，预设时间和预设值与生物组织性质的对应关系可根据提前进行的多次实验数据获取，实验次数越多，所获得的对应关系的可靠性越高。
实施例2：
如图2所示，本实施例提供一种生物组织的变性控制方法，可用于控制生物组织使其变性。具体的，本实施例在控制生物组织变性的过程中，可利用实施例1提供的检测方法对生物组织的性质进行检测，以便于精准控制生物组织的变性程度。本实施例提供的变性控制方法可包括以下步骤：
S21、向需变性的生物组织发射超声波；生物组织位于超声波的焦域内。
本实施例提供的变性控制方法中，可利用超声波控制生物组织变性。具体的，本实施例中可通过聚焦超声换能器向生物组织发射超声波，生物组织位于超声波的焦域范围内，超声换能器所发射的超声波在焦域内聚集起来，形成一个高强度的焦点，该焦点在吸收很强的声能量后，温度能够快速上升至一定范围后，焦域内生物组织可发生变性(例如凝固性坏死)，而声波聚焦区域以外的组织并不会受到影响。
S22、对生物组织进行性质变化检测。
具体的，本步骤中，可根据实施例1中提供的检测方法对生物组织进行性质变化检测。
S23、根据检测结果控制超声波的输出参量，以使生物组织变性。
可以理解的是，对生物组织的变性控制并非瞬间完成，而是一个持续的过程。本实施例提供的变性控制方法中，可在利用超声波使生物组织变性的同时，利用实施例1提供的性质检测方法对生物组织的性质进行检测，从而可根据性质检测结果调整超声波的输出参量，以精准控制生物组织的变性程度。
实施例3：
如图3所示，本实施例提供一种生物组织的性质变化检测装置，该性质变化检测装置可用于根据实施例1提供的性质变化检测方法对生物组织进行检测。该性质变化检测装置可包括：第一发射模块、检测模块和处理模块。
其中，第一发射模块用于向待检测的生物组织发射聚焦超声脉冲，聚焦超声脉冲产生声辐射力，以使声辐射力能够在生物组织内部产生剪切波。
检测模块用于检测剪切波的传播速度。
处理模块用于根据剪切波的传播速度变化确定生物组织的性质变化情况。
本实施例提供的性质变化检测装置中，第一发射模块与检测模块可集成在同一机器中(具体例如超声换能器等)，既可发射聚焦超声脉冲，以产生声辐射力，又可检测剪切波。
优选的，本实施例中的处理模块包括：第一处理单元和第二处理单元。其中，第一处理单元可用于根据剪切波的传播速度变化确定生物组织的弹性模量变化；第二处理单元可用于根据弹性模量变化确定生物组织的性质变化情况。
本实施例中，处理模块具体可为集成有上述功能的芯片或者处理器。
优选的，处理模块也可具体用于判断在预设时间内剪切波的传播速度，当剪切波的传播速度大于预设值时，可确定生物组织已变性。
实施例4：
本实施例提供一种生物组织的变性控制系统，可用于根据实施例2提供的变性控制方法控制生物组织进行变性。该变性控制系统包括：
第二发射模块用于向需变性的生物组织发射超声波；生物组织位于超声波的焦域内；
检测装置用于对生物组织进行性质变化检测；检测装置包括实施例3提供的任意一种检测装置；
控制单元用于根据检测结果控制超声波的输出参量，以使生物组织变性。
可以理解的是，本实施例中，第一发射单元和第二发射单元可集成于同一设备中，或者用一发射设备既第一发射单元，又作为第二发射单元，例如可用同一聚焦超声换能器根据需要调整发射频率，即可发射用于产生声辐射力的聚焦超声波，又可用于发射用于控制生物组织变性的聚焦超声波。其中，若这两种超声波频率相同，则可直接发射该聚焦超声波，若频率不同，则可尖端间隔发射两种频率的聚焦超声波，以边控制生物组织变性，边对生物组织的性质进行检测。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生物组织的性质变化检测方法，其特征在于，包括：
向待检测的生物组织发射聚焦超声脉冲，所述聚焦超声脉冲产生声辐射力，以使所述声辐射力能够在所述生物组织内部产生剪切波；
检测所述剪切波的传播速度；
根据所述剪切波的传播速度变化确定所述生物组织的性质变化情况。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述检测所述根据所述剪切波的传播速度变化确定所述生物组织的性质变化情况的步骤包括：
根据所述剪切波的传播速度变化确定生物组织的弹性模量变化；
根据所述弹性模量变化确定所述生物组织的性质变化情况。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述根据所述剪切波的传播速度变化确定所述生物组织的性质变化情况的步骤包括：
判断在预设时间内所述剪切波的传播速度，当所述剪切波的传播速度大于预设值时，确定所述生物组织已变性。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述预设时间包括100-200微秒；所述预设值包括5米/秒。
5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述生物组织包括蛋白质组织。
6.一种生物组织的变性控制方法，其特征在于，包括：
向需变性的生物组织发射超声波；所述生物组织位于所述超声波的焦域内；
依据权利要求1至5中任意一项所述的检测方法对所述生物组织进行性质变化检测；
根据检测结果控制超声波的输出参量，以使所述生物组织变性。
7.一种生物组织的性质变化检测装置，其特征在于，包括：
第一发射模块，用于向待检测的生物组织发射聚焦超声脉冲，所述聚焦超声脉冲产生声辐射力，以使所述声辐射力能够在所述生物组织内部产生剪切波；
检测模块，用于检测所述剪切波的传播速度；
处理模块，用于根据所述剪切波的传播速度变化确定所述生物组织的性质变化情况。
8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述处理模块包括：
第一处理单元，用于根据所述剪切波的传播速度变化确定生物组织的弹性模量变化；
第二处理单元，用于根据所述弹性模量变化确定所述生物组织的性质变化情况。
9.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述处理模块具体用于判断在预设时间内所述剪切波的传播速度，当所述剪切波的传播速度大于预设值时，确定所述生物组织已变性。
10.一种生物组织的变性控制系统，其特征在于，包括：
第二发射模块，用于向需变性的生物组织发射超声波；所述生物组织位于所述超声波的焦域内；
检测装置，用于对所述生物组织进行性质变化检测；所述检测装置包括权利要求7至9中任意一项所述的检测装置；
控制单元，用于根据检测结果控制超声波的输出参量，以使所述生物组织变性。
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