CN114287967B - 一种基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统及方法 - Google Patents
一种基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114287967B CN114287967B CN202111406926.7A CN202111406926A CN114287967B CN 114287967 B CN114287967 B CN 114287967B CN 202111406926 A CN202111406926 A CN 202111406926A CN 114287967 B CN114287967 B CN 114287967B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- signal
- array element
- echo
- signals
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 16
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 59
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000002961 echo contrast media Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 23
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 13
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 11
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 8
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 claims description 7
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 241000238413 Octopus Species 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- YOBAEOGBNPPUQV-UHFFFAOYSA-N iron;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Fe].[Fe] YOBAEOGBNPPUQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
本发明涉及医学检测设备领域,具体涉及一种基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统及方法,包括:单阵元超声探头,用于对感兴趣区域进行扫描,基于扫描发射超声脉冲并接收来自组织和超声造影剂微泡的回波信号;超声发射与接收模块,用于激励单阵元超声探头发射声波,在声波传递方向生成一条扫描线,接收扫描线上来自不同深度的回波信号,并对扫描线处理后形成一条波束状的回波信号;直流滤波模块,用于去掉回波信号中的直流分量;压力估计模块,用于去掉直流分量后回波信号,计算出压力估计值,并将该压力估计值进行显示。通过设置超声发射与接收模块,克服了两个单阵元超声探头难以保证每次实验时的装配位置与上次相同,因而影响测量结果的准确性和可重复性的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及医学检测设备领域,具体而言,涉及一种基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统及方法。
背景技术
当前基于单阵元超声探头的次谐波辅助压力估计装置需要采用收发分离两个单阵元超声换能器,其中,一个超声换能器用于发射声波,另一个超声换能器用于接收来自于血管中超声造影剂微泡的非线性声散射信号。这两个换能器的相对位置对于信噪比和压力测量的准确性和重复性有重要影响:1)这两个换能器通常成90°角放置,以避开组织回波信号的干扰;2)两个超声换能器需要共焦,即要精确的控制两个换能器的位置以使得两个焦点重合,使得发射换能器焦域内的微泡的散射信号能最高效率的被接收换能器获得。
这种收发分离的方式高度依赖两个换能器的装配精度,难以保证每次实验时的装配位置与上次相同,因此影响了测量结果的准确性和可重复性。另外,这种收发分离的单阵元装置由于两个共聚焦探头相对位置固定,不能通过灵活改变两个探头之间焦点灵活改变焦点深度,因此无法获取不同深度的回波信号进行成像,难以根据需要选择感兴趣区域的信号进行压力估计。
因此,这种收发分离装置不便于开展后续相关医学研究和应用。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统及方法,通过设置超声发射与接收模块,克服了两个单阵元超声探头难以保证每次实验时的装配位置与上次相同,因此影响了压力测量结果的准确性和可重复性的技术问题。
根据本发明的一实施例,提供了一种基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统,包括:
单阵元超声探头,用于发射超声脉冲波,并接收来自组织或者超声造影剂微泡的回波信号;
机械扫描部件用于控制单阵元超声探头的运动,使单阵元超声探头可以沿一特定轴做直线运动或者绕一固定轴摆动,以对特定区域实现线性或者扇形扫查;
超声发射与接收模块,包括任意波形发生器和功率放大器,用于激励单阵元超声探头发射声波,在声波传递方向生成一条扫描线,在发射声波间期,从发射模式转换为接收模式,接收扫描线上来自不同深度的回波信号,并对扫描线处理后形成一条波束状的回波信号;
直流滤波模块,用于去掉回波信号中的直流分量;
压力估计模块,用于处理去掉直流分量后回波信号,基于压力估计模块对回波信号的处理,计算出压力估计值,并将该压力估计值进行显示。
进一步地,超声发射与接收模块包括:
信号发生模块,包括任意波形发生器和功率放大器,用于激励单阵元超声探头发射声波,在声波传播方向上生成一条扫描线;
信号接收模块,用于接收所述扫描线上的回波信号;
限幅器,用于在发射声波间期,限制串入所述信号接收模块的发射信号的电压幅度不超过所述限幅器的上限,以保护所述信号接收模块;
前置放大器,用于将回波信号进行放大;
A/D采集模块,用于将经前置放大器放大后的回波信号离散化采集形成一条波束。
进一步地,压力估计模块包括:带通滤波器、信号幅度求解器及压力计算显示器;
带通滤波器用于对去掉直流分量后的回波信号,提取用于压力估计的次谐波信号,并将次谐波信号发送至信号幅度求解器;
信号幅度求解器基于接收到的次谐波信号,计算次谐波信号的次谐波幅度,并将次谐波幅度发送至压力计算显示器;
压力计算显示器基于次谐波幅度计算血流压力的估值,并将血流压力的估值进行显示。
进一步地,信号幅度求解器计算次谐波信号的次谐波幅度具体为:
基于次谐波信号,经I/Q解调,并计算I/Q分量的模后,得到次谐波信号的包络,对包络取均值后得到平均幅度;和/或,
基于次谐波信号,经快速傅里叶变换得到频谱,取频谱图中的最大幅值,得到次谐波信号的平均幅度。
进一步地,系统还包括:
成像模块,直流滤波模块将去掉直流分量后的回波信号发送至成像模块进行处理,基于成像模块对波束状的回波信号的处理,对相邻波束间的数据插值后进行显示。
进一步地,成像模块包括:
信号解调滤波模块,用于从去掉直流分量后的回波信号的波束中提取出其中的基波成分;
提取包络模块,用于对基波的I/Q分量取模计算回波幅度;
对数压缩模块,用于对计算的数据进行对数压缩,使数据适合显示的动态范围40-120dB;
图像处理模块,用于将所用波束按扫描先后顺序拼接形成图像,并对图像进行边缘增强和斑点噪声抑制处理,对处理后的相邻波束间的数据插值后进行显示。
进一步地,机械扫描部件包括:
步进电机,用于驱动单阵元超声探头移动到指定位置,到达指定位置后,触发信号发生模块发出激励信号;
机械扫描控制模块,用于控制步进电机驱动单阵元超声探头的移动。
一种基于单阵元超声脉冲回波的血压测量方法,方法包括以下步骤:
注入超声造影剂微泡;
对感兴趣区域进行扫描,基于扫描发射超声脉冲并接收组织和超声造影剂微泡的回波信号;
基于扫描激励发射声波,在声波传递方向生成一条扫描线,在发射声波间期,从发射模式转换为接收模式,接收扫描线上来自不同深度的回波信号,并对扫描线处理后形成一条波束状的回波信号;
去掉回波信号中的直流分量;
处理去掉直流分量后回波信号,基于对回波信号的处理,计算出压力估计值,并将该压力估计值进行显示。
进一步地,激励单阵元超声探头发射声波,在声波传播方向上生成一条扫描线;
接收扫描线上的回波信号;
在发射声波间期,限制串入信号接收模块的发射信号的电压幅度不超过限幅器的上限,以保护信号接收模块;
将回波信号进行放大;
将经前置放大器放大后的回波信号离散化采集形成一条波束。
进一步地,在处理去掉直流分量后回波信号,基于回波信号的处理,计算出压力估计值,并将该压力估计值进行显示还包括:
对感兴趣区域的下一扫描位置进行扫描。
本发明实施例中的基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统及方法中,系统包括:单阵元超声探头,用于对感兴趣区域进行扫描,基于扫描发射脉冲波并接收组织和超声造影剂微泡的回波信号;机械扫描部件用于控制单阵元超声探头的运动,使单阵元超声探头可以沿一特定轴做直线运动或者绕一固定轴摆动,以对特定区域实现线性或者扇形扫查;超声发射与接收模块,包括任意波形发生器和功率放大器,用于激励单阵元超声探头发射声波,在声波传递方向生成一条扫描线,接收扫描线上来自不同深度的回波信号,并对扫描线处理后形成一条波束状的回波信号;直流滤波模块,用于去掉回波信号中的直流分量;压力估计模块,用于处理去掉直流分量后回波信号,计算出压力估计值,并将该压力估计值进行显示。通过设置超声发射与接收模块,克服了两个单阵元超声探头难以保证每次实验时的装配位置与上次相同,因此影响了压力测量结果的准确性和可重复性的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统的原理图;
图2为本发明外部环境压力的变化图;
图3为本发明基于单阵元超声脉冲回波的血压测量方法的流程图。
附图标记:1-单阵元超声探头、2-超声发射与接收模块、3-直流滤波模块、4-压力估计模块、5-成像模块、6-步进电机、7-机械扫描控制模块;
201-信号发生模块、202-信号接收模块、203-前置放大器、204-A/D采集模块、205-限幅器、206-功率放大器、207-任意波形发送器;
401-带通滤波器、402-信号幅度求解器、403-压力计算显示器;
501-I/Q解调模块、502-高通滤波模块、503-提取包络模块、504-对数压缩模块、505-图像处理模块。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
当前基于单阵元超声探头的次谐波辅助压力估计装置采用收发分离两个单阵元超声换能器,这种系统的缺点,一是收发分离方式高度依赖两个换能器的装配精度,难以保证每次实验时的装配位置与上次相同,因此影响了压力测量结果的准确性和可重复性;二是收发分离单阵元装置无法进行扫描成像,难以根据需要选择感兴趣区域的信号进行压力估计;
针对上述问题,本发明采用基于一个单阵元探头的任意波形脉冲-回波系统搭配机械扫描装置实现成像和对感兴趣区域的压力测量。
参见图1,根据本发明一实施例,提供一种基于单阵元超声任意波形脉冲回波的血压测量系统,包括:单阵元超声探头1,用于对感兴趣区域进行扫描,基于扫描发射超声脉冲并接收来自组织和超声造影剂微泡的回波信号,单阵元超声探头通过接口与超声发射与接收模块连接,单阵元超声探头通过接口与信号发生模块及信号接收模块连接在一起;超声发射与接收模块2,用于激励单阵元超声探头1发射声波,在声波传递方向生成一条扫描线,在发射声波间期,从发射模式转换为接收模式,接收扫描线上来自不同深度的回波信号,并对扫描线处理后形成一条波束状的回波信号;直流滤波模块3,用于去掉回波信号中的直流分量;压力估计模块4,用于处理去掉直流分量后回波信号,基于压力估计模块4对回波信号的处理,计算出压力估计值,并将该压力估计值进行显示。通过设置超声发射与接收模块2,克服了两个单阵元超声探头1难以保证每次实验时的装配位置与上次相同,因此影响了压力测量结果的准确性和可重复性的技术问题。
本发明提出了一种基于单阵元超声脉冲回波的血流压力测量装置,本发明包括单阵元超声探头1、超声发射与接收模块2、机械扫描部件,成像模块5及压力估计模块4,各模块间协同工作。单阵元超声探头1发射脉冲波并接收来自微泡或者组织回波信号,用于成像和压力估计。
超声发射与接收模块2包括:信号发生模块201及信号接收模块202。信号发生模块201包括任意波形发生器207和功率放大器206,功率放大器206用于信号的放大,任意波形发生器207产生并传输发射声波;信号接收模块202包括限幅器205、前置放大器203及A/D采集模块204。信号发生模块201用于激励单阵元超声探头1发射声波,在声波传播方向上生成一条扫描线;信号接收模块202接收扫描线上的回波信号;在发射声波间期,限幅器205通过限制,经接口串入信号接收模块202的发射信号的电压幅度不超过限幅器205的上限电压(比如上限电压为2V),来保护信号接收模块202;微弱的回波信号无损地通过限幅器205后至前置放大器203放大后并经A/D采集模块204处理离散化采集形成一条波束;直流滤波模块3去掉感兴趣区域的回波信号中的直流分量,并分别将处理去掉直流分量后回波信号发射至压力估计模块4和成像模块5;机械扫描部件,用于控制单阵元超声探头的运动,使单阵元超声探头可以沿一特定轴做直线运动或者绕一固定轴摆动,以对特定区域实现线性或者扇形扫查,在完成一次扫描后,机械扫描部件控制单阵元超声探头1移动至下一位置重复上述过程至扫描完所有区域。
压力估计模块4包括:带通滤波器401、信号幅度求解器402及压力计算显示器403;感兴趣区域的回波信号通过直流滤波模块3去掉其中的直流分量后,再经过带通滤波器401提取用于压力估计的次谐波信号,并将次谐波信号传送至信号幅度求解器402中计算信号的次谐波幅度;将次谐波幅度输入压力计算显示器403中,除以灵敏度系数得到血流压力的估值,并将该血流压力的估值显示在屏幕上。
进一步地,灵敏度系数需要在特定声压下测量次谐波散射信号幅度与环境压力之间的相关性曲线获得。如图2所示,得到了500kPa声压下10、20、30、40、50mmHg时的次谐波散射信号幅度.当环境压力从10mmHg升至50mmHg时,次谐波幅度下降了4.8dB,则灵敏度系数=次谐波幅度变化量/环境压力变化量=4.8dB/40mmHg=0.12dB/mmHg。
进一步地,信号幅度求解器402计算次谐波信号的次谐波幅度的实现方式有两种:1)带通滤波器401后得到的次谐波信号,经I/Q解调,并计算I/Q分量的模后,得到次谐波信号的包络,并对包络取均值后得到平均幅度;2)带通滤波器401后得到的次谐波信号,经快速傅里叶变换得到频谱,并取频谱图中的最大幅值,得到次谐波的平均幅度。
成像模块5包括:信号解调滤波模块、提取包络模块503、对数压缩模块504、图像处理模块505;信号解调滤波模块包括I/Q解调模块501及高通滤波模块502。
A/D采集模块204形成的每条波束通过直流滤波模块3去掉其中的直流分量后,再经I/Q解调模块501和高通滤波模块502从回波信号中提取出其中的基波成分;提取包络模块503对基波的I/Q分量取模计算回波幅度,并通过对数压缩模块504对数据进行对数压缩,使数据适合显示的动态范围40-120dB;通过图像处理模块505将所用波束按扫描先后顺序拼接形成图像,并对图像进行边缘增强和斑点噪声抑制等处理;对处理后的相邻波束间的数据进行插值后进行显示。
成像模块5的设置解决了收发分离单阵元装置无法进行扫描成像,难以根据需要选择感兴趣区域的信号进行压力估计的技术问题。
进一步地,机械扫描部件包括步进电机6和机械扫描控制模块7。步进电机6用于驱动单阵元超声探头1移动到指定位置,到达指定位置后,触发信号发生模块201发出激励信号;机械扫描控制模块7用于控制步进电机6驱动单阵元超声探头1的移动。
机械扫描控制模块7与信号发生模块201及A/D采集通过时钟同步,实现协作。一种协作方式为:当机械扫描控制模块7控制步进电机6驱动单阵元探头移动到达指定位置,触发信号发生模块201发射信号;信号发射模块发射信号的同时,输出同步信号给A/D采集模块204触发其开始对信号进行采集;当采集完成,信号发生模块201停止发射,采集卡停止采集,机械扫描控制模块7控制步进电机6驱动单阵元超声探头1移动至下一位置。
进一步地,超声换能器为单阵元超声换能器(V306-SU,Panametrics,Waltham,MA,USA),中心频率为3.5MHz。接口可以通过一个三通连接头实现。
超声发射与接收模块2中的信号发生模块201通过信号发生器(AFG3102,Tektronix,Inc.,Beaverton,OR,USA)和功率放大器(LZY-22+,Mini-Circuits,Brooklyn,NY,USA)实现。对于信号接收模块,限幅器205由射频同轴功率限幅器(5086-7261,惠普,美国)实现,前置放大器203(ATA-5310,西安安泰电子科技有限公司)、A/D采集通过高速采集卡(Octopus 822F,Gage,Lockport,IL,USA)实现。限幅器205也可以由发射/接收转换开关芯片(MD0101,Microchip Technology Inc.)替代实现。
成像模块5中的I/Q解调、带通滤波、包络提取、对数压缩、图像处理、扫描变换等模块均通过高性能显卡NVIDIA TITAN X 12G Pascal实现。
压力估计模块4中的带通滤波器401、信号幅度求解器402、压力值和波形显示,通过高性能显卡NVIDIA TITAN X 12G Pascal实现。
机械扫描部件的步进电机6以及机械扫描控制模块7通过一体化微型直线电机(NLi080Q-45,Lingmotor,奥地利)实现。
本申请基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统效果包括:(1)本发明在收发分离的单阵元超声测压系统中引入限幅器后,实现收发共用一个超声探头的可发射任意波形的扫描式脉冲回波系统;(2)本发明在引入机械扫描部件后可实现单阵元任意波形脉冲回波系统的扫描成像功能;(3)本发明通过限幅器来限制接口中串入接收模块的发射高电压信号的幅度,从而保护信号接收模块,实现基于单个单阵元超声探头的任意波形扫描式脉冲回波系统;(4)本发明在信号发生模块引入任意波形发生器和功率放大器,实现任意波形和功率信号的发射。
进一步地,本发明限幅器主要有两个端口,一个端口通过接口装置连接单阵元超声换能器,另一个端口接前置放大器;
在发射信号时,任意波形发生器产生的信号经功率放大器放大后再通过接口激励连接在接口上的单阵元超声探头发射声波,为防止发射的高压电信号经接口串入接收电路烧毁前置放大和采集卡,限幅器将串入的发射信号电压削波,将其幅度限制在安全幅度(电压<2V)范围内,保护其后端的前置放大器和采集卡;接收信号时,微弱回波信号被单阵元超声探头接收经接口进入限幅器,再进入前置放大器放大,A/D采集后做进一步信号处理,由于回波信号很微弱远小于限幅器允许通过的上限电压,因此可以无损耗的通过限幅器,保持波形不变。
本发明提出的任意波形扫描式脉冲回波系统具有成像模块和压力估计模块,可实现图像引导下的压力测量。
参见图3,根据本发明的另一实施例,提供一种基于单阵元超声脉冲回波的血压测量方法,方法包括以下步骤:
注入超声造影剂微泡后,
S101:对感兴趣区域进行扫描,基于扫描发射超声脉冲并接收组织和超声造影剂微泡的回波信号;
S102:基于扫描激励发射声波,在声波传递方向生成一条扫描线,在发射声波间期,从发射模式转换为接收模式,接收扫描线上来自不同深度的回波信号,并对扫描线处理后形成一条波束状的回波信号;
S103:去掉回波信号中的直流分量;
S104:处理去掉直流分量后回波信号,基于对回波信号的处理,计算出压力估计值,并将该压力估计值进行显示。
通过设置在发射声波间期,从发射模式转换为接收模式,使得发射声波及接受回波信号能精确配合,从而增加测量结果的准确性和可重复性。
实施例中,基于扫描激励发射声波,在声波传递方向生成一条扫描线,在发射声波间期,从发射模式转换为接收模式,接收扫描线上来自不同深度的回波信号,并对扫描线处理后形成一条波束状的回波信号包括:
激励单阵元超声探头发射声波,在声波传播方向上生成一条扫描线;
接收扫描线上的回波信号;
在发射声波间期,限制串入信号接收模块的发射信号的电压幅度不超过限幅器的上限,以保护信号接收模块;
将回波信号进行放大;
将经前置放大器放大后的回波信号离散化采集形成一条波束。
实施例中,在处理去掉直流分量后回波信号,基于对回波信号的处理,计算出压力估计值,并将该压力估计值进行显示还包括:
对感兴趣区域的下一扫描位置进行扫描。
在对一个地方扫描完成后,依照方法S101-S104重复对其它地方进行扫描,直至完成需要扫描的全部区域。
下面以具体实施例,对本发明基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统进行详细说明:
步骤一:泵入超声造影剂微泡如声诺维或示卓安;
步骤二:开启成像模式,对血管进行成像。参数设定为:发射频率4MHz,脉冲持续周期两个;
步骤三:在图像上通过取样框选定感兴趣区域;
步骤四:开启测压模式,参数设定为:发射频率4MHz,声压450kPa,脉冲持续周期十六个,分别发射0°相位和180°相位的两个脉冲,两个脉冲之间的时间间隔大于最远处回波信号到达换能器的时间(若最远距离是10cm,则时间间隔可设为150微秒);采集感兴趣局域内的超声回波信号,将0°发射脉冲的回波信号与180°发射脉冲的回波信号叠加消掉血管壁的信号,以提高微泡的非线性散射信号,估计信号中的频率为2MHz的次谐波信号的幅度,并根据灵敏度系数α=0.2dB/mmHg计算感兴趣区域内的压力,并将压力值实时显示在屏幕上。
需要说明的是,目前一种商用的单阵元探头的脉冲回波系统是奥林巴斯生产的脉冲发射接收机(5800PR),该机器只能发射持续时间极短的方波脉冲,无法根据需要产生任意波形(如正弦波、三角波等),无法设置正弦脉冲的频率、相位、持续周期、占空比、电压、脉冲重复频率等参数,因此也无法产生功率超声。并且上述系统缺少机械扫描装置,也无法进行扫描成像。本发明将单阵元超声探头1、任意信号发生器、功率放大器、限幅器或者发射/接收开关、A/D采集卡、机械扫描部件等集成为一种功能强大的单阵元超声脉冲回波血压测量系统,可根据需要发射任意波形,用于成像和测压的需求,实现图像引导的测压。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统,其特征在于,包括:
单阵元超声探头,用于发射超声脉冲波,并接收来自组织或者超声造影剂微泡的回波信号;
机械扫描部件,用于控制所述单阵元超声探头的运动,使所述单阵元超声探头可以沿一特定轴做直线运动或者绕一固定轴摆动,以对特定区域实现线性或者扇形扫查;
超声发射与接收模块,包括任意波形发生器和功率放大器,用于激励所述单阵元超声探头发射声波,在声波传递方向生成一条扫描线,在发射声波间期,从发射模式转换为接收模式,接收所述扫描线上的回波信号,并对所述扫描线处理后形成一条波束状的回波信号;
直流滤波模块,用于去掉所述回波信号中的直流分量;
压力估计模块,用于处理去掉直流分量后所述回波信号,基于所述压力估计模块对所述回波信号的处理,计算出压力估计值,并将该压力估计值进行显示;
所述超声发射与接收模块还包括:
信号发生模块,用于激励单阵元超声探头发射声波,在声波传播方向上生成一条扫描线;
信号接收模块,用于接收所述扫描线上的回波信号;
限幅器,用于在发射声波间期,限制串入所述信号接收模块的发射信号的电压幅度不超过所述限幅器的上限,以保护所述信号接收模块;
前置放大器,用于将所述回波信号进行放大;
A/D 采集模块,用于将经所述前置放大器放大后的所述回波信号离散化采集形成一条波束;
所述机械扫描部件包括:
步进电机,用于驱动所述单阵元超声探头移动到指定位置,到达所述指定位置后,触发信号发生模块发出激励信号;
机械扫描控制模块,用于控制所述步进电机驱动所述单阵元超声探头的移动;
所述机械扫描控制模块与所述信号发生模块及A/D采集通过时钟同步,实现协作;
当所述机械扫描控制模块控制步进电机驱动单阵元探头移动到达指定位置,触发信号发生模块发射信号;信号发射模块发射信号的同时,输出同步信号给A/D采集模块触发其开始对信号进行采集;当采集完成,信号发生模块停止发射,采集卡停止采集,机械扫描控制模块控制步进电机驱动单阵元超声探头移动至下一位置;
所述压力估计模块包括:带通滤波器、信号幅度求解器及压力计算显示器;所述带通滤波器用于对去掉直流分量后的所述回波信号,提取用于压力估计的次谐波信号,并将所述次谐波信号发送至所述信号幅度求解器;所述信号幅度求解器基于接收到的所述次谐波信号,计算所述次谐波信号的次谐波幅度,并将所述次谐波幅度发送至所述压力计算显示器;所述压力计算显示器基于所述次谐波幅度计算血流压力的估值,并将所述血流压力的估值进行显示;
所述信号幅度求解器计算所述次谐波信号的次谐波幅度具体为:
基于所述次谐波信号,经I/Q 解调,并计算I/Q 分量的模后,得到次谐波信号的包络,对包络取均值后得到平均幅度;和/或,
基于所述次谐波信号,经快速傅里叶变换得到频谱,取频谱图中的最大幅值,得到所述次谐波信号的平均幅度。
2.根据权利要求1所述的基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统,其特征在于,所述系统还包括:
成像模块,所述直流滤波模块将去掉直流分量后的所述回波信号发送至所述成像模块进行处理,基于所述成像模块对波束状的所述回波信号的处理,对相邻波束间的数据插值后进行显示。
3.根据权利要求2所述的基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统,其特征在于,所述成像模块包括:
信号解调滤波模块,用于从去掉直流分量后的所述回波信号的波束中提取出其中的基波成分;
提取包络模块,用于对基波的I/Q 分量取模计算回波幅度;
对数压缩模块,用于对计算的数据进行对数压缩,使数据适合显示的动态范围40-120dB;
图像处理模块,用于将所用波束按扫描先后顺序拼接形成图像,并对图像进行边缘增强和斑点噪声抑制处理,对处理后的相邻波束间的数据插值后进行显示。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111406926.7A CN114287967B (zh) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | 一种基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111406926.7A CN114287967B (zh) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | 一种基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统及方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114287967A CN114287967A (zh) | 2022-04-08 |
CN114287967B true CN114287967B (zh) | 2023-12-29 |
Family
ID=80966590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111406926.7A Active CN114287967B (zh) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | 一种基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114287967B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116098652B (zh) * | 2023-04-12 | 2023-07-11 | 中国医学科学院北京协和医院 | 基于次谐波谐振频率的超声造影血液压力测量装置与方法 |
CN117918887B (zh) * | 2024-03-20 | 2024-08-23 | 中国医学科学院北京协和医院 | 基于脉冲反转二次谐波成像的压力确定方法及装置 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1792334A (zh) * | 2005-10-31 | 2006-06-28 | 西安交通大学 | 基于包膜微泡的灌注成像与超声控制释放的系统和方法 |
CN101982156A (zh) * | 2010-09-08 | 2011-03-02 | 北京航空航天大学 | 基于微泡超声造影剂的血压无创测量装置及其测量方法 |
CN103110431A (zh) * | 2012-09-12 | 2013-05-22 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 无创连续血压测量装置与方法 |
CN105708494A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-06-29 | 成都欣声科技有限公司 | 一种基于超声的血压测量方法 |
CN106022369A (zh) * | 2016-05-12 | 2016-10-12 | 南京大学 | 一种基于超声背向散射信号成像的骨质评价方法 |
CN111374696A (zh) * | 2018-12-28 | 2020-07-07 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 超声诊断设备及超声成像方法 |
CN112168140A (zh) * | 2019-07-05 | 2021-01-05 | 山东大学齐鲁医院 | 基于人工智能芯片的穿戴式生物信息监测设备及方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005074805A1 (en) * | 2004-02-05 | 2005-08-18 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Ultrasonic imaging of perfusion and blood flow with harmonic contrast agents |
-
2021
- 2021-11-24 CN CN202111406926.7A patent/CN114287967B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1792334A (zh) * | 2005-10-31 | 2006-06-28 | 西安交通大学 | 基于包膜微泡的灌注成像与超声控制释放的系统和方法 |
CN101982156A (zh) * | 2010-09-08 | 2011-03-02 | 北京航空航天大学 | 基于微泡超声造影剂的血压无创测量装置及其测量方法 |
CN103110431A (zh) * | 2012-09-12 | 2013-05-22 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 无创连续血压测量装置与方法 |
CN105708494A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-06-29 | 成都欣声科技有限公司 | 一种基于超声的血压测量方法 |
CN106022369A (zh) * | 2016-05-12 | 2016-10-12 | 南京大学 | 一种基于超声背向散射信号成像的骨质评价方法 |
CN111374696A (zh) * | 2018-12-28 | 2020-07-07 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 超声诊断设备及超声成像方法 |
CN112168140A (zh) * | 2019-07-05 | 2021-01-05 | 山东大学齐鲁医院 | 基于人工智能芯片的穿戴式生物信息监测设备及方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114287967A (zh) | 2022-04-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9986973B2 (en) | Method for shear wave ultrasound vibrometry with interleaved push and detection pulses | |
CN114287967B (zh) | 一种基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统及方法 | |
Jensen et al. | SARUS: A synthetic aperture real-time ultrasound system | |
US7785259B2 (en) | Detection of motion in vibro-acoustography | |
US7753847B2 (en) | Ultrasound vibrometry | |
US6827686B2 (en) | System and method for improved harmonic imaging | |
JP4504004B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
CN109077754B (zh) | 一种测量组织力学特性参数的方法及设备 | |
JP5322522B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
JP5416499B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
JP4582827B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
KR20110039581A (ko) | 다중 구경 의료용 초음파를 통한 이미징 및 주변 시스템의 동기화 | |
Qiu et al. | A flexible annular-array imaging platform for micro-ultrasound | |
CN110392553B (zh) | 用于定位声学传感器的定位设备和系统 | |
WO2009140607A1 (en) | Vibration generation and detection in shear wave dispersion ultrasound vibrometry with large background motions | |
WO2023092329A1 (zh) | 一种基于单阵元超声脉冲回波的血压测量系统及方法 | |
Zangabad et al. | Real-time coded excitation imaging using a CMUT-based side looking array for intravascular ultrasound | |
JP2004195228A (ja) | 最適化された送信シーケンスを用いた超音波撮像における適応フィルタリング | |
CN116026919A (zh) | 造影剂微泡声学特性测量方法、装置、设备及存储介质 | |
WO2018162305A1 (en) | Location device and system for locating an acoustic sensor | |
JPH08140971A (ja) | 超音波診断装置 | |
CN211049411U (zh) | 探头和组织弹性检测系统 | |
CN211049410U (zh) | 组织成像和参数检测系统 | |
JP4575014B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
Park et al. | Stand-alone front-end system for high-frequency, high-frame-rate coded excitation ultrasonic imaging |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |