具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
需要说明的是,术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
超声空化作用应用于医疗和化学领域,通过施加超声波能量,使空化核在声场作用下振动、生长并不断聚集能量,最终急剧崩溃闭合,从而提升目标病灶的药物吸收能力以辅助治疗,或加速不同介质之间的混合以加速物理或化学反应。其中,空化核定义为生物体内存在的微米级及以下的小气泡,在本发明一实施方式中特指液体中存在的微小气泡。
超声空化装置通过超声探头施加超声波能量,综合考虑探头体积和目标环境等多方面因素,超声探头发射超声波形成的声场往往强度不均,导致超声探头扫查范围内,不同区域声场强度也即所述MI值(Mechanical Index,机械指数)不同,产生的空化效应也不同。如此,若始终以相同的参数建立声场,则会导致无法集中声场重点施加至待处理目标处,对治疗和反应的辅助作用极大减弱。
为此,本发明一实施方式提供一种超声空化装置,以解决现有技术中的问题,提升超声空化的辅助效果。如图1所示,超声空化装置包括主控模块11、超声探头12、图像处理模块13、存储模块14以及参数设定模块15,超声空化装置配置为执行超声空化参数调整方法进行参数调整,增强空化作用的效果。
具体地,主控模块11与外设的显示装置和操作装置连接,接收操作者通过操作装置在显示装置中选定的检测框,接收图像处理模块13分析得到的标记位置在存储模块14中执行检索,将检索到的符合条件的图像放入图像处理模块13中执行处理,提取得到对应参数后输出至参数设定模块15执行参数设定;在一些具体的实施方式中,主控模块11还可以进一步配置为执行输出空化触发信号、接收回波数据、接收射频数据、转发伪彩数据、接收并输出空化显示图像等步骤,此点可以根据本领域技术人员需要进行调整,本发明不在此进行限制;
值得注意地,在一种实施方式中,显示装置可以特指上位机或其他计算机的显示屏,操作装置可以特指计算机的主机、键鼠套装等装置,显示装置至少用于显示本发明涉及的、超声空化装置接收和输出的图像,操作装置至少用于输入检测框选定信号;
超声探头12连接主控模块11和参数设定模块15,在一种实施方式中配置为集成空化作用输出功能、空化作用反馈功能以及超声成像功能,当然其他实施方式中可以将上述功能分别设置于不同的装置中,此时至少用于输出空化作用的部分配置为连接参数设定模块15,且用于反馈空化作用和用于超声成像的部分配置为连接主控模块11;进一步地,超声探头12至少配置为接受参数设定模块15的空化输出参数设定,输出空化作用,接收空化作用反馈的数据,在一种具体的实施方式中还可以配置为用于输出和接收用于成像的超声信号,此点可以根据本领域技术人员的需要进行调整;
图像处理模块13连接主控模块11,配置为分析并输出检测框在图像(或显示画面)中的位置,分析并输出筛选后的空化强度分布图对应的空化输出参数;在一种实施方式中,还可以配置为执行根据反馈的数据计算得到空化强度分布图、建立并输出强度分布图集、生成并输出空化显示图像等步骤;当然图像处理模块13与主控模块11可以分体设置也可以集成设置,两个模块对应的功能同样可以配置为由其中另一承担;
存储模块14连接主控模块11,配置为接受主控模块11检索,存储强度分布图集,存储执行超声空化参数调整方法中涉及的数据和过程图像;所述参数设定模块15分别连接主控模块11和超声探头12,配置为接收和输出空化输出参数。
应当理解地,上述关于模块的说明均通过模块相互的功能进行区分,并不代表在本实施方式中,上述模块必然分体设置,或上述模块所执行的功能只能由对应模块唯一承担,本领域技术人员对模块和功能进行调整所产生的其他实施方式均在本发明的保护范围内。
在一种实施方式中,超声空化装置还可以具体包括依次连接的回波处理模块16、带通滤波器17以及数据处理模块18,回波处理模块16和数据处理模块18分别与主控模块11连接;其中,回波处理模块16配置为对主控模块11转发的回波数据执行处理得到射频数据,带通滤波器17配置为提取所述射频数据中的次谐波信号并输出,数据处理模块18配置为根据次谐波信号和/或射频数据计算空化强度数据,对空化强度数据执行映射得到并输出伪彩数据;当然上述模块并非实现本发明预期技术效果的必要技术特征,模块及功能配置可根据需要调整,上述涉及的数据和图像一些为过程数据内容,一些为最终输出的数据内容,输出的数据内容之前还可能包含其他过程数据内容,本领域技术人员当然也可以将过程数据内容作为输出。
为进一步实现发明预期的技术效果,本发明一实施方式提供一种超声空化参数调整方法,如图2所示,包括:
步骤31,接收检测框选定信号,分析检测框位置,得到标记位置;
步骤32,检索预设的强度分布图集中所述标记位置的空化强度数据,筛选具有最大空化强度数据的空化强度分布图,得到最优强度分布图;
步骤33,提取最优强度分布图对应的空化输出参数,得到最优输出参数并输出。
其中,检测框是操作者在显示画面中选定的区域,可以是具有一定面积的框体,也可以是点或点集等形式,显示画面在一种实施方式中定义为超声检测图像,操作者根据需要在超声检测图像上选定区域作为选定框,并生成相应的选定信号。分析检测框位置的过程可参考检测框的对角两点或几何中心的位置,位置可以是在以显示画面建立平面直角坐标系并以坐标形式表示,也可以在显示画面中设定参考点,以与参考点的相对位置确定检测框的位置,此处根据本领域技术人员惯用手段形成的实施方式,均在本发明保护范围内。
执行上述过程生成的标记位置被存储,主控模块11以所述标记位置为参考检索强度分布图集中,每张空化强度分布图在标记位置处的空化强度数据。标记位置展现为具有面积的框体或点集时,在空化强度分布图中对所述面积区域进行扫查,求得平均或加权后的空化强度数据并进行比较;如若标记位置展现为单个点时,则定位空化强度分布图中对应位置,提取空化强度数据进行比较。
值得注意地,所述空化强度分布图在本实施方式中定义为,超声探头12在某一参数组合(也即空化输出参数)的设定下输出的空化作用在显示画面中的分布情况,通常情况下靠近超声探头12中心位置的空化强度较远离中心位置的空化强度更强,但在不同参数设定前提下,较强空化强度和较弱空化强度的区域分布情况和面积大小具有差异,本实施方式中将配置在不同设定参数状态下生成的空化强度分布图预设在装置中以查询调用。所述强度分布图集在本实施方式中定义为,上述不同参数设定状态下的多张空化强度分布图形成的集合,具体形式可以根据本领域技术人员需要进行调整。
在此需要对空化强度数据和空化输出参数进行区分,空化强度数据是空化强度分布图中不同区域处的数据情况,用于表征空化强度分布图中该区域的空化强度;空化输出参数则是生成每张空化强度分布图的参数设定条件。空化输出参数与空化强度分布图对应,空化强度数据和空化强度分布图中某个区域对应。
上述强度分布图集可以是参考大数据进行前置运算得到的,也可以是利用本发明提供的超声空化装置执行探测和计算得到的,对于后一种情况,本发明另一种实施方式提供了一种超声空化参数调整方法,如图3所示,具体包括:
步骤21,以至少两组预设空化输出参数输出至少两组空化触发信号;
步骤22,分析得到与至少两组空化触发信号对应的至少两组射频数据,根据射频数据分析得到至少两张空化强度分布图,建立强度分布图集;
步骤31,接收检测框选定信号,分析检测框位置,得到标记位置;
步骤32,检索预设的强度分布图集中所述标记位置的空化强度数据,筛选具有最大空化强度数据的空化强度分布图,得到最优强度分布图;
步骤33,提取最优强度分布图对应的空化输出参数,得到最优输出参数并输出。
空化触发信号至少包含空化输出参数中影响空化作用效果的数据,例如发射频率、发射周期、声功率和PRF(Pulse Repetition Frequency,脉冲重复频率)等信息,两组空化输出参数及对应的空化触发信号之间,上述参数至少有一种存在差别,从而得到强度分布情况不同的至少两张空化强度分布图。
空化作用的反馈形式在本实施方式中主要为射频信号,因而空化强度分布图在本实施方式中根据空化触发信号对应的射频数据分析并计算得到,在反馈形式具有其他实施方式的情况下,上述步骤21至步骤22当然可以对应调整,只要足以产生两张相互区别的空化强度分布图即可。此外,步骤21和步骤22与步骤31至步骤33的先后顺序可以进行调整,只要在执行步骤32之前对所述强度分布图集预设完毕,即可达到本发明预期的技术效果。
为了排除不必要的探测目标对空化作用的反馈信号(例如回波信号)的干扰,优选地,步骤21和步骤22可以配置为在区分于步骤31至步骤32的环境中执行,该环境在一种实施方式中被定义为注射有造影剂且不含气泡的纯净水环境,该环境可以在水槽中搭建。操作过程中,超声探头12的探测面(一种实施方式中为超声单元阵列)被设置为与水槽的水面平行且浸入水中。本领域技术人员当然可以采用其他技术手段,达到与上述技术方案相同的效果。
前文所述的空化强度分布图可以为简单的灰度图,通过灰度数据的大小表征空化强度的分布情况,但在该实施方式中,为了提升空化强度分布图的显示效果,进一步提供了如图4所示的第一实施例,具体包括:
步骤21,以至少两组预设空化输出参数输出至少两组空化触发信号;
步骤221,分析得到与至少两组空化触发信号对应的至少两组射频数据,计算得到对应的空化强度数据;
步骤222,分别对空化强度数据执行映射,得到伪彩数据,并根据所述伪彩数据生成空化强度分布图,并建立强度分布图集;
步骤31,接收检测框选定信号,分析检测框位置,得到标记位置;
步骤32,检索预设的强度分布图集中所述标记位置的空化强度数据,筛选具有最大空化强度数据的空化强度分布图,得到最优强度分布图;
步骤33,提取最优强度分布图对应的空化输出参数,得到最优输出参数并输出。
伪彩数据的映射过程为,以空化强度数据作为代码值,在CLUT(Color Look-UpTable,色彩查找表)中对应查找该空化强度数据对应的R、G、B强度值,进而执行映射。由于映射得到的伪彩数据仍然包含表征空化强度的空化强度数据,且人眼对色彩较灰度更为敏感,因此对应生成的空化强度分布图能够更为显著地表示空化强度的分布情况。得到的空化强度分布图或强度分布图集不仅可以存储于存储模块14中,当然也可以输出至显示装置进行显示。
空化触发信号输出至超声探头12,超声探头12对应执行空化作用并接收表征空化作用效果的回波信号,回波信号的收集是根据时间进程执行的,而空化强度分布图的建立需要深度和横向相对位置关系进行,关于如何将回波信号转化为可用于生成空化强度分布图的数据,可以具有多种实施方式,在该实施方式中进一步提供了关于上述过程的第二实施例,如图5所示,具体包括:
步骤21,以至少两组预设空化输出参数输出至少两组空化触发信号;
步骤2211,接收与空化触发信号对应的回波数据;
步骤2212,对回波数据执行处理,对应得到射频数据;
步骤2213,提取射频数据中的次谐波信号,计算得到二维扫描平面内至少第一测试点的总压强数据;
步骤2214,根据第一测试点的总压强数据和第一测试点的液体压强数据,计算得到第一测试点的空化强度数据;
步骤222,分别对空化强度数据执行映射,得到伪彩数据,并根据所述伪彩数据生成空化强度分布图,并建立强度分布图集;
步骤31,接收检测框选定信号,分析检测框位置,得到标记位置;
步骤32,检索预设的强度分布图集中所述标记位置的空化强度数据,筛选具有最大空化强度数据的空化强度分布图,得到最优强度分布图;
步骤33,提取最优强度分布图对应的空化输出参数,得到最优输出参数并输出。
回波数据处理得到射频数据的过程可以具有具体配置方式,在一种实施方式中可利用回波数据执行波束形成,以形成后的接收波束作为所述射频数据。射频数据通过带通滤波器17的提取得到次谐波信号,在静水环境下,次谐波信号与水体内压强具有极强的相关性,因而本实施方式利用次谐波信号的振幅变化情况计算水体内至少第一测试点的总压强数据。
需要注意地,次谐波信号区分于一次谐波分量(the first harmonic component)或二次谐波分量(the second harmonic component),在本实施方式中特指次谐波分量(subharmonic component,或称亚谐波分量),其与压强的相关性更好,估算得出的总压强数据更为准确。
空化强度数据与总压强数据的关系式可以具有不同的实施方式,在本实施例中,设定空化强度数据为总压强数据和液体压强数据的差值,也即:
Pfinal=Pultrasound+Pbubble=Pcal-Pwater;
其中,Pfinal为等效空化强度数据,Pultrasound为超声探头12发射的声场压强,Pbubble为空化核(微小气泡)共振产生的压强,也即实际空化强度数据,Pcal为所述总压强数据,Pwater为所述液体压强数据。上述推导公式的原理在于,实际空化强度数据Pbubble与影响声场压强Pultrasound的参数具有极强的相关性,特别是与稀疏压力峰值(PRP,PeakRarefactional Pressure)、脉冲重复频率(PRF,Pulse Repetition Frequency),以及脉冲持续时间(PD,Pulse Duration),因此可以认为空化强度数据Pbubble与声场压强Pultrasound之间具有对应关系,声场压强Pultrasound可以被换算为带有空化强度数据Pbubble的参数,当然也可以定义一个等效空化强度数据Pfinal来表征当前空化强度。
进一步地,至少第一测试点在操作过程中会同时受到液体压强Pwater、实际空化强度Pbubble以及声场压强Pultrasound的共同作用,也即受到液体压强Pwater和所述等效空化强度数据Pfinal的共同作用,从而构成超声探头12探测得到的总压强Pcal。如此,利用上述关系式可以简单地利用减法运算计算得出可以表征空化强度的空化强度数据,也即所述等效空化强度数据。
此处需要说明地,对于液体压强Pwater,可以通过其他多种实施方式进行测量,当然在本实施方式中,步骤2213和步骤2214可以拆分成两个阶段,在第一阶段,超声探头12不对水体施加空化作用,仅测量所述第一测试点的液体压强Pwater,在第二阶段下,超声探头12对水体施加空化作用,测得所述第一测试点的总压强数据Pcal,由此利用两阶段下分别测得的数据作差,得到表征空化作用的等效空化强度数据。
本发明单纯调用空化强度数据进行比较,进而确定空化输出参数,实际上利用原始的(等效)空化强度数据足以实现发明目的。进一步地,该实施方式第三实施例为了提高空化强度分布图的显示质量,提供了一种由灰度数据映射伪彩数据以生成空化强度分布图的技术方案,如图6所示,具体包括:
步骤21,以至少两组预设空化输出参数输出至少两组空化触发信号;
步骤221,分析得到与至少两组空化触发信号对应的至少两组射频数据,计算得到对应的空化强度数据;
步骤2221,遍历所有空化强度数据,得到最大强度数据和最小强度数据;
步骤2222,根据最大强度数据、最小强度数据和空化强度数据,计算得到与空化强度数据对应的灰度数据;
步骤2223,根据灰度数据和RGB映射曲线,映射得到灰度数据对应的伪彩数据,并根据伪彩数据生成空化强度分布图;
步骤31,接收检测框选定信号,分析检测框位置,得到标记位置;
步骤32,检索预设的强度分布图集中所述标记位置的空化强度数据,筛选具有最大空化强度数据的空化强度分布图,得到最优强度分布图;
步骤33,提取最优强度分布图对应的空化输出参数,得到最优输出参数并输出。
其中,灰度数据满足:
x为所述空化强度数据,g为所述空化强度数据对应的所述伪彩数据,x
max为所述最大强度数据,x
min为所述最小强度数据。如此可以将数据范围大的空化强度数据首先映射到数据量为0至255范围内生成灰度数据,然后利用查表或曲线映射等方式将灰度数据映射为伪彩数据,最终根据当前空化输出参数对应的所有伪彩数据生成一张空化强度分布图。
当然由于后续步骤需要查找空化强度分布图中的空化强度数据情况,因此映射生成空化强度分布图的过程并不丢失空化强度数据,或在步骤32之前设置独立的步骤将伪彩数据或灰度数据重新转换为空化强度数据,或变更步骤32中检索空化强度数据为检索灰度数据或检索伪彩数据,均能够达到预期技术效果。
经过上述步骤生成的空化强度分布图显示为彩色,空化强度数据量大(空化作用强)的区域被显示为深红色或红色,空化强度数据量小(空化作用弱)的区域被显示为紫色或蓝紫色,介于强弱之间的区域显示为黄色、绿色等颜色。
当然由均匀分布的数据映射形成伪彩数据并进一步生成伪彩图像,还存在多种可替换的实施方式,本领域技术人员可以替换地实施于本发明提供的技术方案中。
针对利用灰度数据代替空化强度数据执行检索和筛选的技术方案,本发明再一实施方式中提供了如图7所示的超声空化参数调整方法,具体包括:
步骤21,以至少两组预设空化输出参数输出至少两组空化触发信号;
步骤221,分析得到与至少两组空化触发信号对应的至少两组射频数据,计算得到对应的空化强度数据;
步骤2221,遍历所有空化强度数据,得到最大强度数据和最小强度数据;
步骤2222,根据最大强度数据、最小强度数据和空化强度数据,计算得到与空化强度数据对应的灰度数据;
步骤2223,根据灰度数据和RGB映射曲线,映射得到灰度数据对应的伪彩数据,并根据伪彩数据生成空化强度分布图;
步骤31,接收检测框选定信号,分析检测框位置,得到标记位置;
步骤321,检索并计算强度分布图集中,每张空化强度分布图在标记位置处的灰度数据均值;
步骤322,筛选具有最大灰度数据均值的空化强度分布图,得到最优强度分布图;
步骤33,提取最优强度分布图对应的空化输出参数,得到最优输出参数并输出。
其中,灰度数据均值用以表征标记位置处的空化强度数据。
需要说明地,一方面,取均值只是本发明其中一个实施方式中提供的方案,在其他实施方式中还可以执行加权融合等算法实现预期技术效果;另一方面,细化的步骤321和步骤322只需要根据空化强度数据计算得到的灰度数据即可执行,因此步骤2223的伪彩映射过程并非本实施方式的必要技术特征。
在显示画面定义为超声检测图像这一特殊的工作条件下,本发明提供又一实施方式,该实施方式具体包括如图8所示的第一实施例,以及如图9所示的第二实施例。
该实施方式的第一实施例提供的超声空化参数调整方法,具体包括:
步骤30,接收超声检测图像;
步骤31,接收检测框选定信号,分析检测框位置,得到标记位置;
步骤32,检索预设的强度分布图集中所述标记位置的空化强度数据,筛选具有最大空化强度数据的空化强度分布图,得到最优强度分布图;
步骤33,提取最优强度分布图对应的空化输出参数,得到最优输出参数并输出;
步骤34,将最优强度分布图半透明叠加于超声检测图像之上,生成空化显示图像并输出。
超声检测图像,特别是B型超声检测图像通常是黑白色的图像,将处理成半透明且显示为彩色的最优强度分布图叠加于超声检测图像之上,可以清楚地表现当前探测目标与空化强度分布之间的关系,以使操作者了解当前探测(或称成像)和空化作用施加的情况。当然,采用其他方式生成能够融合最优强度分布图和超声检测图像两者特征的空化显示图像,同样可以达到预期技术效果。
此外,步骤30和步骤34的先后顺序同样不做限制,只要满足步骤30在步骤34之前执行,步骤34在步骤32之后执行即可实现预期技术效果。
该实施方式的第二实施例提供的超声空化参数调整方法,具体包括:
步骤30,接收超声检测图像;
步骤31,接收检测框选定信号,分析检测框位置,得到标记位置;
步骤32,检索预设的强度分布图集中所述标记位置的空化强度数据,筛选具有最大空化强度数据的空化强度分布图,得到最优强度分布图;
步骤33,提取最优强度分布图对应的空化输出参数,得到最优输出参数并输出;
步骤341,在超声检测图像中选定感兴趣区域;
步骤342,设定最优强度分布图具有第一权重,设定感兴趣区域具有第二权重,将最优强度分布图和感兴趣区域进行加权混合,生成空化显示图像并输出。
其中,第一权重和第二权重取值范围为0至1,且第一权重和第二权重之和为1。如此,可以通过调整第一权重和第二权重的数值,调整最优强度分布图的透明度,改变空化显示图像的显示效果。
此处所述感兴趣区域(ROI,Region of Interest)应用在图像处理和机器视觉领域中,定义为从被处理的图像(本实施方式中的超声检测图像)以方框、圆、椭圆等方式勾勒出需要处理的区域,常应用于Halcon、OpenCV、Matlab等软件中。在一具体实施方式中,可以将超声检测图像全局选定为感兴趣区域,也可以将检测框或其他操作者输入的区域选定为感兴趣区域。在另一具体实施方式中,超声检测图像、空化强度分布图、空化显示图像具有相同的尺寸,优选地与所述显示画面尺寸相同。
此外,对于本发明提供的超声空化参数调整方法对应的多种实施方式和实施例,其步骤的先后顺序可以根据本领域技术人员需要、在不影响实现技术效果的前提下进行调整,同时需要注意地,不能孤立的看待本发明提供的多个超声空化参数调整方法,每个实施方式或实施例的步骤当然可以进行组合和/或替换,如此产生的新的实施方式应包含在本发明的保护范围内。
综上,本发明提供的超声空化参数调整方法,通过分析预设强度分布图集中标记位置的空化强度数据,选取最大的空化强度数据对应的空化强度分布图,并调整输出参数为该空化强度分布图对应的最优输出参数,如此不管选定框位置如何,均能够检索得到最合适的预设空化输出参数,规避操作者的人为调节,达到了提升效率、实现全局自动化、保证输出空化作用最优的技术效果。
应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。