CN114451916A - 声透结构、弹性检测装置、探头、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声透结构、弹性检测装置、探头、系统及方法，其中，所述声透结构包括声透结构本体以及设置在所述声透结构顶部的凸起部。本发明通过将设置有凸起部的声透结构设置在超声换能器的前端，以通过凸起部低频振动在待检测目标内产生剪切波，不仅实现了图像二维B图像引导功能，还能够保证瞬时弹性检测质量。

Description

声透结构、弹性检测装置、探头、系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及的是一种声透结构、弹性检测装置、探头、系统及方法。

背景技术

在临床实践发现，生物组织的硬度或者弹性的变化往往与组织的病变程度密切相关，弹性成像在软组织病变的早期诊断上具有重要的研究意义。瞬时弹性成像技术(Transient Elastography,TE)作为肝病检测技术，具有无创、快速、定量的特点，能够为慢性肝病人群提供肝病早期筛查、诊断和治疗评估的有效工具，解决了传统诊断方式的创伤、不准确等问题，具有广阔的应用前景。目前，由于瞬时弹性成像技术诊断纤维化程度的准确性，已经被包括世界卫生组织在内的全球主要肝病指南所推荐。但是其缺点也很明显，由于通常采用单阵元探头进行弹性检测，因此缺少图像引导功能,即不能进行二维成像。单阵元探头只能实现一个维度成像，无法直接实现二维成像，要想实现二维成像，需要通过机械扇扫方式实现对二维成像区域的观察，但是会增加系统设计难度，增加设计成本。在常规的瞬时弹性成像系统设计中，由于其本身需要参与机械振动，无法实现机械扇扫。肝脏组织当中分布很多大血管，以及存在一些囊肿等不适合进行瞬时弹性成像的区域和位置，在瞬时弹性成像检测时候则需要避开这些位置，否则会导致弹性检测结果异常甚至错误。如果在瞬时弹性成像技术中引入图像引导功能，将会增加瞬时弹性成像检测的准确性，进一步改善医生的操作体验，为临床患者提供更好的诊断服务。

瞬时弹性成像技术原理主要是通过测量低频剪切波在肝组织纤维中的传播速度来判断肝脏的硬度，从而评估出肝脏纤维化的程度。其中，瞬时弹性成像中的剪切波是利用探头本身机械振动，作用于检测目标表面，在检测目标内部激励出剪切波，对探头正下方沿中心轴区域剪切波的传播进行跟踪和检测。当用于激励剪切波的探头尺寸变大时，激励出的剪切波会存在一定程度的衍射现象，衍射现象不利于进行瞬时弹性检测，利用该剪切波进行弹性检测得出的剪切波速度会偏离真实值，造成检测结果存在偏差或是错误，从而降低弹性检测质量。因此，在常规的瞬时弹性成像技术中，为了降低探头的尺寸(保证弹性检测质量)，通常采用单阵元探头进行弹性检测。多阵元超声换能器虽然可以提供图形引导功能，但是会增加换能器的尺寸，导致常规瞬时弹性成像技术存在图像引导功能和弹性检测质量无法兼顾的问题。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种声透结构、弹性检测装置、探头、系统及方法，以解决现有弹性检测探头中存在的图像引导功能和弹性检测质量无法兼顾的问题。

本发明的技术方案如下：

一种声透结构，其包括：

声透结构本体；

凸起部，所述凸起部设置在所述声透结构顶部。

本发明的进一步设置，所述凸起部与所述声透结构本体同轴设置。

本发明的进一步设置，所述凸起部振动在检测目标内产生剪切波。

本发明的进一步设置，所述凸起部与所述声透结构本体一体设置。

本发明的进一步设置，所述凸起部的表面宽度方向上的两外延切面分别与所述凸起部中心轴之间的夹角为0-30度。

本发明的进一步设置，所述凸起部的表面的宽度为5-15mm。

本发明的进一步设置，所述凸起部为柱状或圆台状。

本发明的进一步设置，所述凸起部的端面的长度小于两倍所述凸起部的端面的宽度。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种弹性检测装置，其包括：

超声换能器；

如上述所述的声透结构，所述声透结构设置在所述超声换能器前端。

本发明的进一步设置，所述超声换能器为多阵元超声换能器。

本发明的进一步设置，所述超声换能器包括第一阵列及位于所述第一阵列两侧的第二阵列，所述凸起部设置在所述第一阵列正上方，所述凸起部的中心轴与所述第一阵列的中心轴重合。

本发明的进一步设置，在瞬时弹性成像过程中，所述第一阵列的至少部分阵元用于发射和接收超声信号，以对剪切波进行跟踪和检测。

本发明的进一步设置，所述超声换能器的阵元的阵列方向与所述凸起部的表面的长度方向相对应设置。

本发明的进一步设置，所述声透结构单独活动或所述声透结构与所述超声换能器一体活动。

本发明的进一步设置，所述声透结构与所述超声换能器一体活动时，所述超声换能器与所述声透结构直接连接或间接连接。

本发明的进一步设置，所述声透结构与所述超声换能器之间设置有过渡结构。

本发明的进一步设置，所述声透结构单独活动时，所述超声换能器与所述声透结构之间设置有连接件。

本发明的进一步设置，所述超声换能器与所述声透结构之间设置有过渡结构。

本发明的进一步设置，所述连接件为弹性声透袋，所述弹性声透袋连接在所述超声换能器与所述声透结构之间；其中，所述弹性声透袋内设置有声透介质。

本发明的进一步设置，所述声透介质为声透液体。

本发明的进一步设置，所述声透结构与所述超声换能器同轴设置。

本发明的进一步设置，所述弹性检测装置还包括：安装部；所述安装部设置在所述声透结构底部。

本发明的进一步设置，所述声透结构与所述安装部一体成型。

本发明的进一步设置，所述安装部与所述超声换能器对应的位置设置有开口，所述开口与所述凸起部形成一容置腔，所述超声换能器全部或部分置于所述容置腔中，并与所述声透结构直接或间接接触。

本发明的进一步设置，所述超声换能器的外壳与所述安装部连接；或者，所述超声换能器的外壳与所述安装部一体设置。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种弹性检测探头，包括上述所述的弹性检测装置，所述弹性检测探头还包括壳体、驱动组件，所述驱动组件设置在所述壳体内，并用于驱动所述声透结构。

本发明的进一步设置，所述驱动组件包括：

振动器；

至少一个传动杆，所述至少一个传动杆的一端与所述振动器连接，所述至少一个传动杆的另一端与所述超声换能器或所述安装部连接。

本发明的进一步设置，还包括：连接装置；所述超声换能器设置在所述连接装置上，所述传动杆与所述连接装置连接。

本发明的进一步设置，所述连接装置与所述超声换能器之间设有弹性垫片。

本发明的进一步设置，所述弹性检测探头还包括固定部，所述固定部设于所述壳体内，所述超声换能器设置在所述固定部上；所述传动杆穿设于所述固定部，并与所述安装部连接。

本发明的进一步设置，所述超声检测探头还包括：弹性介质，所述弹性介质连接于所述安装部与所述外壳之间，或者，所述弹性介质连接于所述连接装置与所述外壳之间。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种弹性检测系统，其包括：超声信号收发单元、低频激励单元、数据存储单元、数据分析单元、显示单元、主控单元以及如上述所述的弹性检测探头；其中，

所述超声信号收发单元分别与所述超声换能器以及所述主控单元连接，用于激励所述超声换能器中的阵元产生超声波并对超声波回波信号进行接收；

所述低频激励单元分别与所述驱动组件以及所述主控单元连接，用于驱动所述驱动组件产生低频振动；

所述主控单元分别与所述数据存储单元以及所述数据分析单元连接，用于控制所述数据存储单元对超声回波信号进行采集和存储，并用于控制所述数据分析单元读取数据存储单元的数据，提取出反应组织结构信息的B图数据和反应组织硬度信息的弹性信息，或者反映脂肪肝程度的超声信号衰减信息；

所述显示单元与所述数据分析单元连接，用于对所述数据分析单元提取的信息进行显示。

一种弹性检测方法，应用于上述所述的弹性检测系统，包括：

向目标区域发出超声波，并对超声波的回波信号进行接收；其中，获取所述超声波在声透结构中传播速度与预设组织中传播速度的差值，若超声波的传播速度与预设组织中传播速度存在偏差，则对所述回波信号进行深度信息校正；

根据深度信息校正后的回波信号得到目标区域的二维图像；

根据所述二维图像确定检测位置；

向所述检测位置施加机械振动以产生剪切波；

向所述检测位置发射跟踪所述剪切波的超声波，并接收所述目标区域的超声波，以获得超声波回波数据；其中，所述超声波回波数据为反应组织硬度信息的弹性信息；

根据所述超声波回波数据获得所述检测位置的检测结果并进行显示。

综上所述，本发明所提供的一种声透结构、弹性检测装置、探头、系统及方法，其中，所述声透结构包括声透结构本体以及设置在所述声透结构顶部的凸起部。本发明通过将设置有凸起部的声透结构设置在超声换能器的前端，以通过凸起部低频振动在待检测目标内产生剪切波，不仅实现图像二维B图像引导功能，还能够保证瞬时弹性检测质量。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明中弹性检测探头的整体结构示意图。

图2是本发明中声透结构的结构示意图。

图3是本发明中声透结构与超声换能器一体活动的结构示意图。

图4是本发明中声透结构单独活动的结构示意图1。

图5是本发明中声透结构单独活动的结构示意图2。

图6是超声换能器的阵列分布示意图。

图7是本发明中凸起部的结构示意图。

图8是本发明中凸起部与肋骨之间的位置关系示意图。

图9是本发明中声透结构的局部结构示意图。

图10是本发明中弹性检测系统的功能模块架构图。

图11是本发明中声透结构进行回波信号深度信息校正示意图。

图12是本发明中瞬时弹性成像中存在的振动位移信号示意图。

图13是本发明中瞬时弹性成像中剪切波速度提取示意图。

图14是本发明中弹性检测方法的流程示意图。

附图中各标记：100、弹性检测探头；101、壳体；102、驱动组件；1021、振动器；1022、传动杆；103、弹性检测装置；1031、超声换能器；10311、第一阵列；10312、第二阵列；1032、声透结构；1033、连接件；1034、安装部；1035、声透结构本体；1036、凸起部；1037、弹性介质；104、连接装置；105、固定部；106、弹性垫片；200、超声信号收发单元；300、低频激励单元；400、数据存储单元；500、数据分析单元；600、显示单元；700、主控单元。

具体实施方式

本发明提供一种声透结构、弹性检测装置、探头、系统及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请同时参阅图1至图9，本发明提供了一种弹性检测探头的较佳实施例。

如图1至图4所示，本发明提供了一种弹性检测探头100，其包括壳体101、驱动组件102以及弹性检测装置103，所述弹性检测装置103设置在所述壳体101上，所述驱动组件102设置在所述壳体101内。其中，所述弹性检测装置103包括：超声换能器 1031与声透结构1032，所述声透结构1032设置在所述超声换能器1031前端，所述驱动组件102用于驱动所述声透结构1032振动。所述声透结构1032包括：声透结构本体 1035以及设置在所述声透结构1032顶部的凸起部1036。

具体地，所述超声换能器1031为多阵元超声换能器，所述超声换能器1031的阵元的阵列方向与所述凸起部1036的表面的长度方向相对应设置，即所述凸起部1036的长度方向与所述超声换能器1031的成像面的方向相对应。所述超声换能器1031包括第一阵列10311及位于所述第一阵列两侧的第二阵列10312，所述凸起部1036设置在所述第一阵列10311正上方，所述凸起部1036的中心轴与所述第一阵列10311的中心轴重合，如图6所示。在瞬时弹性成像过程中，所述第一阵列10311的至少部分阵元用于发射和接收超声信号，以对剪切波进行跟踪和检测，以提高瞬时弹性检测的准确性。所述声透结构1032置于所述超声换能器1031前端，并与被检测目标直接或间接接触。所述声透结构1032在所述驱动组件102的驱动下，利用所述凸起部1036在待检测目标的表面进行低频振动并产生剪切波。在瞬时弹性成像检测时，通过所述驱动组件102带动所述声透结构1032振动，以实现兼顾二维成像与高质量瞬时弹性成像两种功能。

需要说明的是，所述凸起部1036的位置不限于是所述超声换能器1031的中心位置，也可以在超声换能器阵列的其他位置。另外，用于检测的阵元开启工作的时间可以是在凸起部1036启动振动之前，也可以是凸起部1036启动振动之后。

请参阅图2与图7，在一个实施例的进一步地设置中，所述凸起部1036的表面的宽度d1为5-15mm。

具体地，所述凸起部1036的表面直接或是间接作用于检测目标的表面，在机械振动的作用下，所述凸起部1036的表面s直接与皮肤发生相对的机械振动作用。为了能够更好的在肋骨间隙通过振动产生适合瞬时弹性成像检测的剪切波场，对所述凸起部 1036的表面s的尺寸d1不能过大，所述凸起部1036的宽度d1为5-15mm，宽度方向对应于肋骨间隙方向，如图7所示。对患者进行检测时，将该所述凸起部1036放置于肋骨之间，如图8所示。所述超声换能器1031的阵元的阵列方向与所述凸起部1036的表面的长度方向d2相对应设置，该设置方便利用多阵元超声换能器进行二维成像。前述低频振动的频率范围为0.01-10KHz,优选地，所述低频振动的频率范围为20-300Hz，例如，200Hz。

所述凸起部1036的表面s机械振动作用于肋骨间隙，由于肋骨的位置是相对固定的，机械振动作用力下，所述凸起部1036的表面会将肋骨间隙的皮肤组织压入肋骨间隙内部，相较于肋骨固定位置而言，会形成一个明显的断层，该断层有利于产生剪切波。尺寸d1设置于肋骨间隙，其尺寸决定了断层面的大小，直接对产生的剪切波场造成较大影响。尺寸d1不宜过大，尺寸过大一方面会产生衍射效果，不利于弹性检测，另一方面难以放置于肋骨间隙中，也不利于弹性检测。尺寸d1与常规的瞬时弹性成像探头尺寸范围保持一致性，通常三种型号S，M，XL的探头分别是5mm,7mm，10mm。S型号适用于肋骨间隙较窄的儿童，对常规的成年人采用M型号的探头，对肥胖病人采用较大尺寸的XL型号探头。

请参照图2与图7，进一步地，所述凸起部1036的端面的长度小于两倍所述凸起部1036的端面的宽度。

具体地，所述凸起部1036的端面的长度，即平行于肋骨方向的尺寸为d2，尺寸d2也会对剪切波场的产生造成影响，但是相对于尺寸d1对剪切波的产生影响较小，因为在平行于肋骨方向，所述凸起部1036振动时候缺少肋骨的支撑作用，形成的断层力度较弱，因此对剪切波场的影响较小。适当的增加尺寸d2，有利于放置在其后面的多阵元超声换能器10313进行二维成像，但同时考虑尺寸过大产生衍射效应，其中尺寸d1与尺寸d2的关系为：d2<2*d1。

请参阅图2与图3，在一个实施例的进一步地设置中，所述凸起部1036为柱状或圆台状。

具体地，所述凸起部1036的形状近似为圆柱状、椭圆柱状或圆台状，但不限于上述形状，例如，还可以是长方体，那么所述凸起部1036的表面的形状则可以是圆形、椭圆形、方形等形状，同时，所述凸起部1036的表面还可以是凸面或凹面。为提高用户的使用舒适性，一般来说，所述凸起部1036的形状设置为圆柱状或圆台状。例如，当所述凸起部1036为椭圆柱时，所述凸起部1036的横截面的形状为椭圆，其端面也为椭圆。其中，为保证瞬时弹性成像检测质量，所述凸起部1036的表面与所述超声换能器1031的上表面之间的垂直高度为2-30mm，例如可以是15mm。

请参阅图2与图9，在一个实施例的进一步地设置中，所述凸起部1036的表面宽度方向上的两外延切面分别与所述凸起部1036中心轴之间的夹角为0-30度。

具体地，所述外延切面位于所述凸起部1036相对侧，所述外延切面与所述凸起部1036呈中心对称分布。其中，所述外延切面与所述凸起部1036中心轴之间的夹角为 0-30°，近似于一个平面，这样在振动的过程中，位于两所述外延切面之间的所述凸起部1036的部分可以无阻挡的进入到肋骨之间的间隙中，从而形成有效振动。在一种实现方式中，所述外延切面与所述凸起部1036中心轴之间的夹角可以是0°。

请参阅图2至图4，在一个实施例的进一步地设置中，所述声透结构1032与所述超声换能器1031同轴设置；所述凸起部1036与所述声透结构本体1035同轴设置。

具体地，所述凸起部1036与所述声透结构本体1035一体设置，且所述声透结构1032 与所述超声换能器1031同轴设置，即所述凸起部1036也与所述超声换能器1031同轴设置，以使所述超声换能器1031发出的超声信号能够从所述声透结构1032中传出，通过所述声透结构1032实现对检测目标的超声信号检测。

在一些实施例中，为了使得所述凸起部与人体皮肤接触舒服，所述凸起部的端面边角处呈倒圆角状或倒三角状。

请参阅图3至图5，在一个实施例的进一步地设置中，所述弹性检测装置103还包括：安装部1034；所述安装部1034设置在所述声透结构1032底部。

具体地，所述安装部1034与所述超声换能器1031对应的位置设置有开口，所述开口与所述凸起部1036形成第二腔体(图中未标出)，所述超声换能器1031置于所述第二腔体中，并与所述声透结构1032直接或间接接触。

所述声透结构1032设置在所述安装部1034上。所述超声换能器1031可容置于所述安装部1034与所述凸起部1036形成的第二腔体中，并与所述声透结构1032直接或间接接触。这样，所述安装部1034则不限于声透材质制成，只要所述超声换能器1031 能够与所述凸起部1036之间可形成超声波传播通道即可。在一些实施例中，所述声透结构1032与所述安装部1034可以是一体成型。

请参阅图3至图5，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述声透结构1032单独活动或与所述超声换能器1031一体活动。

请参阅图3至图5，在一些实施例中，所述驱动组件102包括：振动器1021、至少一个传动杆1022，所述传动杆1022的一端与所述振动器1021连接，所述传动杆1022 的另一端与所述超声换能器1031或所述安装部1034连接。

具体地，当所述声透结构1032与所述超声换能器1031一体活动时，所述传动杆1022 与所述安装部1034或所述超声换能器1031连接，以同步带动所述超声换能器1031与所述声透结构1032振动，如图5所示。当所述声透结构1032单独振动时，所述传动杆 1022与所述安装部1034连接，以单独驱动所述声透结构1032产生振动，如图4所示。在一些实施例中，所述传动杆1022可以设置2个或4个。

当所述声透结构1032与所述超声换能器1031一体活动时，所述超声换能器1031与所述声透结构1032直接连接或间接连接。

例如，所述超声换能器1031与所述声透结构1032直接连接时，在一种实现方式中，所述超声换能器1031的外壳与所述安装部1034粘接，或者，所述超声换能器1031的外壳与所述安装部1034一体设置。所述超声换能器1031与声透结构1032实现直接连接，如图5所示。

具体地，所述声透结构1032与所述超声换能器1031可以通过黏贴的方式连接固定，以保证所述超声换能器1031的上表面与所述安装部1034或所述凸起部1036紧密贴合。另外，所述安装部1034还可以作为所述超声换能器1031的外壳，使得所述声透结构1032 与所述超声换能器1031一体设置，既而实现所述超声换能器1031与所述安装部1034 或所述凸起部1036紧密贴合。

请参阅3，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述超声换能器1031与所述声透结构1032间接连接时，所述超声检测探头还包括：连接装置104，所述超声换能器1031 设置在所述连接装置104上，所述超声换能器1031通过连接装置104间接与声透结构 1032连接，所述传动杆1022与所述连接装置104连接。

具体地，所述连接装置104上设置有凹槽结构(图中未标出)，所述超声换能器1031通过所述凹槽结构与所述连接装置104卡接。所述传动杆1022与所述连接装置104连接，所述驱动组件102通过驱动所述连接装置104同步带动所述超声换能器1031与所述声透结构1032振动。

请继续参阅图3，进一步地，所述连接装置104与所述超声换能器1031之间设有弹性垫片106，所述弹性垫片106设置在所述凹槽结构的底部，当所述超声换能器1031 安装于所述连接装置104上之后，以使所述超声换能器1031存在一个向上的力，从而使得所述超声换能器1031与所述声透结构1032之间连接更加紧密。在一种实现方式中，所述弹性垫片106可以是橡胶垫片。

在另一种实现方式中，所述声透结构1032与所述超声换能器1031之间设置有过渡结构(图中未标出)，所述过渡结构为声透材质制成，超声信号可以穿过所述过渡结构，所述超声换能器1031与所述声透结构1032通过所述过渡结构连接。其中，所述过渡结构可以是具有弹性膜的囊腔构成，也可以是具有一定弹性的声透弹性垫制成，通过所述过渡结构的弹性可以提供一个被挤压的力，该力可以确保所述过渡结构和声透结构1032 之间以及所述过渡结构与所述超声换能器1031的检测面贴合更加紧密，从而确保所述声透结构1032和所述超声换能器1031之间没有间隙存在，有利于超声信号的传播。

其中，本发明通过驱动组件102带动所述超声换能器1031与所述声透结构1032同步振动，能够避免所述声透结构1032与所述超声换能器1031之间的机械冲击现象，避免了在振动过程中所述声透结构1032与所述超声换能器1031之间产生间隙，使得在振动过程中所述声透结构1032与所述超声换能器1031保持紧密贴合的状态，保证了置于所述声透结构1032后方的所述超声换能器1031发出的超声信号可以无阻断的顺利传播至被检测组织中，既而避免了所述声透结构1032与所述超声换能器1031产生机械振动对超声信号的检测和成像造成影响。同时，也避免了振动过程中所述声透结构1032与所述超声换能器1031之间的机械冲击现象对所述超声换能器1031表面造成破坏。

请参阅图4，当所述声透结构1032单独活动时，所述超声换能器1031与所述声透结构1032之间设置有连接件1033。

具体地，当所述驱动组件102驱动所述声透结构1032单独振动时，所述超声换能器1031与所述声透结构1032之间会产生间隙，通过在所述超声换能器1031与所述声透结构1032之间设置连接件1033，该连接件1033具有声透、变形能力，在所述声透结构1032振动时，连接件能够跟随所述声透结构1032一起运动。所述连接件1033保持了声透结构1032和超声换能器1031之间的连接，以避免在所述声透结构1032单独振动时产生的间隙导致超声信号无法传播的问题。

需要说明的是，所述声透结构1032单独活动包括所述声透结构1032单独振动时，所述超声换能器1031能够沿着所述声透结构1032相反的方向振动的情形。

在一种实现方式中，所述连接件1033可以是弹性声透囊体，所述弹性声透囊体连接在所述超声换能器1031与所述声透结构1032之间。其中，所述弹性声透囊体内设置有声透介质。该声透介质可以是水，甘油等超声信号可以在其中传播的介质。

具体地，所述弹性声透囊体贴合于所述超声换能器1031的表面与所述声透结构1032的表面，且所述弹性声透囊体内设置有能够传播超声信号的声透介质，当所述声透结构1032单独振动时，所述弹性声透囊体在所述声透结构1032的拉动下，可产生一定变形，该形变可以让声透结构1032和所述超声换能器1031之间保持连接，使得所述超声换能器1031发出的超声信号能够无阻断的经所述声透结构1032顺利传播至检测目标中。

请参阅图4，在一些实施例中，当所述声透结构1032单独振动时，所述超声检测探头还包括：固定部105，所述固定部105设置在所述壳体101内，所述超声换能器1031 设置在所述固定部105上；所述传动杆1022穿设于所述固定部105，并与所述安装部 1034连接。

具体地，所述固定部105与所述壳体101固定连接，所述超声换能器1031设置在所述固定部105上，或者直接固定连接至所述壳体101上。其中，所述固定部105上设置有供所述传动杆1022穿过的通孔(图中未标出)，当所述驱动组件102驱动所述声透结构1032振动时，所述传动杆1022在所述通孔内振动，所述固定部105与所述超声换能器1031均不振动，而所述声透结构1032与所述传动杆1022连接，或者所述传动杆1022与所述安装部1034连接，以驱动所述声透结构1032单独振动，其中所述声透结构1032与所述超声换能器1031之间的超声信号传播通道可以通过所述连接件1033 来实现。

请参阅图1，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述超声检测探头还包括：弹性介质1037，所述弹性介质1037连接于所述安装部1034与所述外壳之间。

具体地，所述安装部1034通过弹性介质1037直接或间接与所述壳体101连接，以形成封闭的超声检测探头。其中，所述弹性介质1037具有伸缩作用，能够使所述声透结构1032在所述振动器1021的带动下完成振动，并保持与所述壳体101连接。

需要说明的是，若所述超声换能器1031安装所述连接装置104上，则所述弹性介质1037可以设置在所述连接装置104与所述壳体101之间。

请参阅图10，在一些实施例中，本发明还提供了一种弹性检测系统，其包括：超声信号收发单元200、低频激励单元300、数据存储单元400、数据分析单元500、显示单元600、主控单元700以及如上述所述的弹性检测探头100。其中，所述超声信号收发单元200分别与所述超声换能器1031以及所述主控单元700连接，用于激励所述超声换能器1031中的阵元产生超声波并对超声波回波信号进行接收；所述低频激励单元300 分别与所述驱动组件102以及所述主控单元700连接，用于驱动所述驱动组件102产生低频振动；所述主控单元700分别与所述数据存储单元400以及所述数据分析单元500 连接，用于控制所述数据存储单元400对超声回波信号进行采集和存储，并用于控制所述数据分析单元500读取数据存储单元400的数据，提取出反应组织结构信息的B图数据和反应组织硬度信息的弹性信息，或者反映脂肪肝程度的超声信号衰减信息；所述显示单元600与所述数据分析单元500连接，用于对所述数据分析单元500提取的信息进行显示，即对所述数据分析单元500的输出结果进行显示。

需要说明的是，所述超声信号收发单元200、低频激励单元300、主控单元700、数据存储单元400、数据分析单元500和显示单元600，这些单元中的部分或是全部可以集成到弹性检测探头100当中，也可以设置到弹性检测探头100之外的主机里面。上述中的信号的连接或是数据的传输可以是有线传输也可以是无线传输。

基于该弹性检测探头的检测系统对病人检测时，有两个成像模式，一个是常规的B图成像模式，一个是瞬时弹性成像检测模式。检测时，将弹性检测探头前端的声透结构的凸起部放置于与靠近肝脏位置的两个肋骨间隙，弹性检测探头的初始位置大致垂直于皮肤表面，在声透结构与肋骨接触的地方及周边位置添加耦合器，使得凸起部与肋骨表面的皮肤充分接触，便于B图成像及弹性检测。即使B图成像范围一定程度上仍会受限于凸起部端面长度尺寸的大小，但是相较于单阵元超声换能器而言，图像引导方面已经有了很大的改善。对患者进行检测时，首先，开启B图成像模式：在主控单元的控制下，超声信号收发单元驱动超声换能器第二阵列和第一阵列阵元激励出超声波信号，并对超声波的回波信号进行接收，数据存储单元对回波信号进行采集并存储，数据分析单元对存储的回波数据进行处理分析，可以获得能够反映组织解剖结构的二维图像，通常成为超声B图，通过B图可以观察到成像区域是否含有大血管、胆道或是局部的病灶，通过观察可以避开这些成像区域，继而实现图像引导功能。其后将二维成像数据送入显示单元并在显示器上进行显示。操作者可以依据显示器上呈现的B图图像，有效的选择适合进行瞬时弹性检测的成像位置和区域，避开那些含有大血管或是局部病灶等不均匀影像影响瞬时弹性检测结果的区域。

在选定合适的位置之后，对复合探头沿检测方向施加一定压力，增加声透结构的凸起部与肋骨间隙的按压力度，当操作者看到压力值达到预期值之后，便可以通过按压弹性检测探头的外壳设置的启动开关进行瞬时弹性成像检测。此时，低频激励单元输出经过功率放大器之后的低频信号，该低频信号驱动弹性检测探头中的驱动组件，驱动组件将带动声透结构一起产生瞬时振动，凸起部将会在肋骨之间进行振动，并在人体内部产生剪切波。

在启动开关时，超声信号收发单元添加或是切换剪切波检测跟踪模式，驱动超声换能器的第一阵列至少部分阵元完成超声的发射和接收。在瞬时弹性成像检测中，主要是对振动部件凸起部正下方产生的剪切波场进行分析，因此只需要与振动部件凸起部位置相对应的第一阵列至少部分阵元进行激励超声信号即可。该部分阵元位置与声透结构顶端的凸起部的中心呈对称分布，分布的范围尺寸不大于声透结构的凸起部的横向尺寸，可以是单阵元用于剪切波跟踪，也可以是呈中心轴对称的多个阵元用于剪切波跟踪。该部分阵元以脉冲-回波、高帧率采集方式，对声透结构正下方的剪切波沿深度方向的传播过程进行跟踪和检测。数据存储单元对含有剪切波传播信息的回波信号进行采集和存储，数据处理分析单元对该数据进行读取和分析，最终给出能够反映组织软硬度的弹性检测信息，以及能够反映肝脏组织脂肪含量的脂肪等级信息等结果，这些信息可以是具体的数值，也可以是病变严重程度的等级分类。最后显示单元对弹性检测结果进行显示，弹性检测结束。

具体地，对超声回波RF信号经过初级放大直接进行A/D采集及存储。其中对每一个阵元的回波信号进行深度位置信息校正，该校正的过程主要是为了解决或是优化因声透结构的加入对超声回波信号的影响。常规的处理中，由于检测组织通常是比较复杂的组织结构构成，为了方便处理，默认超声信号在检测组织中的传播速度是一个定值 (1540m/s),而本发明中采用的声透结构是一个形状可以确定或固定的结构，可以事先获得超声在其中的准确传播速度。当在其传播的速度与1540m/s存在偏差时，就存在对阵元回波信号进行深度位置信息校正的必要性，尤其是偏差速度比较大时，如果不进行校正，就会导致图像深度位置信息存在偏差。

为了更好的理解，这里举例说明如下。如图11所示，采用线阵探头对成像范围内的同一深度不同横向位置的6个五角星进行成像，如果没有声透结构装置，那么成像的结果中，6个五角星对应阵元的回波发射信号传播距离相同，传播速度也相同，因此成像中仍然显示为同一个深度。如果在线阵探头表面放置声透结构，当超声信号在其中的传播速度较快时(大于1540m/s),那么超声信号在传播相同的距离情况下(对相同深度的目标进行检测)，当传播途中经过声透结构时，传播时间会变短，体现在成像中即是表现的位置偏浅。途经声透结构距离越多，位置就会越浅，6个五角星的成像位置(空心五角星)会随着声透结构包络距离阵元距离的不同而存在差异。

若得知声透结构表面距离阵元表面的距离为包络s(n),n为阵元序列，超声信号检测该距离深度时，需要的时间为t1＝2*s(n)/C,其中C为超声在声透结构中的传播速度。当没有声透结构时，超声信号检测等距离s(n)所需要的时间为t2＝2*s(n)/1540m/s,则存在的时间差为t1-t2,那么对应的深度校正大小Δd＝1540*(t1-t2)。当得到Δd之后，即可实现对真实位置的校正，对校正后的信号再进行后续处理。

超声回波信号依据成像模式的不同分为用于二维成像的超声回波信号和用于弹性剪切波速度提取的超声信号。本发明中主要有两个成像模式，一个是为了实现二维图像引导功能的B图像成像模式，该模式下超声换能器的所有阵元均参与超声信号的发射和接收；一个是对机械振动产生的剪切波进行跟踪的弹性检测成像模式，该模式下，只有部分多阵元超声换能器的阵元被激励产生超声信号，以脉冲-回波、高帧率方式实现对剪切波的跟踪和检测。B图像成像模式下，对超声回波信号的处理主要包括信号初级滤波、时间增益补偿、正交解调、包络提取、波束合成以及图像优化后处理等一系列过程，最终可以获得能够反映组织解刨结构的二维灰阶图像，通常被称作B图。通过B图可以观察到成像区域是否含有大血管、胆道或是局部的病灶，通过观察可以避开这些成像区域，继而实现图像引导功能。

弹性检测成像模式下，对超声回波信号处理的主要目的是获得剪切波传播过程中引起的组织质点振动信息提取，继而进一步分析出剪切波的传播速度，最终实现弹性成像。利用超声脉冲回波信号实现对振动位移的提取方法主要有：互相关算法、基于相位偏移算法和互谱法。本发明中采用相位偏移算法，主要处理过程如下：对超声回波RF信号经过正交解调可以获得两路信号：同相分量I和正交分量Q。两帧RF信号彼此相对位移能够通过相邻两帧中心率对应的相位偏移量计算。假设相邻两帧的RF信号表示为a(t) 和b(t)，则两个信号的互相关函数可定义为

通过互相关函数，依据式子(2)可以求得两个信号的时延大小

式子(2)中，对互相关函数取虚部和实部分别用lm和Re表示，RF信号的中心频率用ω₀表示。将式(1)代入式(2)中就可以得到相对位移为

式(3)中，c表示超声的传播速度，超声的中心频率用f_c表示，窗长是M，相邻的RF射频信号的序号用n和n+1表示。在这个一维算法中，假设中心频率f_c一定。在现实中，中心频率并不是绝对的恒定值，考虑到中心频率的变化，其中二维互相关算法的计算公式表达为：

该方法计算精度高。通过上述计算可以获得振动位移信号如图12所示。

利用上述处理方法，可以获得机械振动位置处沿轴向深度方向不同深度的组织质点 在剪切波传播的过程中产生的质点位移随时间的变化过程。从剪切波激励到检测振动结 束整个过程的振动位移如图12所示。整个位移变化过程包括剪切波的激励，剪切波向下传播和剪切波的反射过程。从20ms开始，声透结构装置在振动装置的带动下产生瞬时振动，使得声透结构顶端和被检测目标之间的相对位移发生变化，该位移变化频率一定程 度上对应于剪切波激励频率，如图12区域A所示。该段时间内不仅有剪切波产生，而且 还有纵波的存在。由于纵波传播速度很快(可达1000m/s)，利用超声回波技术无法实 现对纵波的检测和记录，而剪切波传播速度(1-10m/s)较低，可以利用超声波对其进 行检测。随后的一段时间可以观察到单一的剪切波成份在深度方向自上向下传播的过 程，如图12中B所示。该区域内剪切波传播轨迹的斜率大小反映了剪切波在深度方向传 播的快慢，斜率越大，则剪切波传播速度越快。图12中C为剪切波的反射过程。瞬时弹 性成像数据分析过程中，一般我们只对区域B部分的单一剪切波成份进行分析，取出B部 分的相关数据，可以得到如图13(a)所示的类似结果。

剪切波速度的求取有多种方法，利用拉东变换的方法求取剪切波速度的分析过程如下。图13(a)中的虚线反映了剪切波传播的轨迹，对其进行拉东变换，可以得到图13(b)，其中的最大值点(Peak Sinogram Value)所在的角度对应于剪切波轨迹与水平方向之间的角度，关系表达式为

tan(θ)＝N_x/N_t, (5)

其中，N_x和N_t分别表示图13(a)中沿着深度方向和时间方向上的像素点数，那么，可知

N_x＝x_t/Δx, N_t＝t_t/Δt (6)

其中x_t为剪切波在传播时间t_t内沿深度方向传播的实际距离，Δx和Δt分别表示沿着深度方向和时间方向像素点之间的实际距离和时间，易知它们与剪切波速度C_s的关系为

C_s＝x_t/t_t. (7)

把表达式(5)和(6)带入到式子(7)当中，可以求得剪切波速度C_s为

剪切波速度还可以利用剪切波传播时间和传播距离之间的关系获得，通过峰值点的时间-位移关系进行线性拟合，所得出的拟合斜率即对应于剪切波速度。在获得剪切波速度c_t之后，就能够根据式子μ＝ρc_t ²得到剪切模量μ，其中ρ是软组织密度(一般ρ＝1kg/m³)继而实现弹性成像。

在弹性成像模式中，对超声回波信号的处理不仅可以提取出组织的弹性信息，也可以提取出肝脏中的脂肪含量信息。超声波在介质中的传播衰减与振幅和介质的性质相关，当振幅固定，介质粘性越大，衰减越严重,通过计算超声波振幅在肝脏内的衰减程度来量化肝脏的脂肪变数值。也可以通过计算超声回波信号RF的中心频率随深度的衰减变化率来获得对应的脂肪含量评估信息。

请参阅图14，在一些实施例中，本发明还提供了一种弹性检测方法，应用于上述所述的弹性检测系统，包括步骤：

S100、向目标区域发出超声波，并对超声波的回波信号进行接收；其中，获取所述超声波在声透结构中传播速度与预设组织中传播速度的差值，若超声波的传播速度与预设组织中传播速度存在偏差，则对所述回波信号进行深度信息校正；

S200、根据深度信息校正后的所述回波信号得到目标区域的二维图像；

S300、根据所述二维图像确定检测位置；

S400、向所述检测位置施加机械振动以产生剪切波；

S500、向所述检测位置发射跟踪所述剪切波的超声波，并接收所述目标区域的超声波，以获得超声波回波数据；其中，所述超声波回波数据为反应组织硬度信息的弹性信息，或者反映脂肪肝程度的超声信号衰减信息；

S600、根据所述超声波回波数据获得所述检测位置的检测结果并进行显示。具体如一种弹性检测系统所述，在此不再赘述。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (32)

1.一种声透结构，其特征在于，包括：

声透结构本体；

凸起部，所述凸起部设置在所述声透结构顶部。

2.根据权利要求1所述的声透结构，其特征在于，所述凸起部与所述声透结构本体同轴设置。

3.根据权利要求1所述的声透结构，其特征在于，所述凸起部振动在检测目标内产生剪切波。

4.根据权利要求1所述的声透结构，其特征在于，所述凸起部与所述声透结构本体一体设置。

5.根据权利要求1所述的声透结构，其特征在于，所述凸起部的表面宽度方向上的两外延切面分别与所述凸起部中心轴之间的夹角为0-30度。

6.根据权利要求1所述的声透结构，其特征在于，所述凸起部的表面的宽度为5-15mm。

7.根据权利要求1所述的声透结构，其特征在于，所述凸起部为柱状或圆台状。

8.根据权利要求1至7任一项所述的声透结构，其特征在于，所述凸起部的端面的长度小于两倍所述凸起部的端面的宽度。

9.一种弹性检测装置，其特征在于，包括：

超声换能器；

如权利要求1-8任一项所述的声透结构，所述声透结构设置在所述超声换能器前端。

10.根据权利要求9所述的弹性检测装置，其特征在于，所述超声换能器为多阵元超声换能器。

11.根据权利要求10所述的弹性检测装置，其特征在于，所述超声换能器包括第一阵列及位于所述第一阵列两侧的第二阵列，所述凸起部设置在所述第一阵列正上方，所述凸起部的中心轴与所述第一阵列的中心轴重合。

12.根据权利要求11所述的弹性检测装置，其特征在于，在瞬时弹性成像过程中，所述第一阵列的至少部分阵元用于发射和接收超声信号，以对剪切波进行跟踪和检测。

13.根据权利要求9所述的弹性检测装置，其特征在于，所述超声换能器的阵元的阵列方向与所述凸起部的表面的长度方向相对应设置。

14.根据权利要求9所述的弹性检测装置，其特征在于，所述声透结构单独活动或所述声透结构与所述超声换能器一体活动。

15.根据权利要求14所述的弹性检测装置，其特征在于，所述声透结构与所述超声换能器一体活动时，所述超声换能器与所述声透结构直接连接或间接连接。

16.根据权利要求15所述的超声检测探头，其特征在于，所述声透结构与所述超声换能器之间设置有过渡结构。

17.根据权利要求14所述的弹性检测装置，其特征在于，所述声透结构单独活动时，所述超声换能器与所述声透结构之间设置有连接件。

18.根据权利要求17所述的弹性检测装置，其特征在于，所述连接件为弹性声透袋，所述弹性声透袋连接在所述超声换能器与所述声透结构之间；其中，所述弹性声透袋内设置有声透介质。

19.根据权利要求18所述的弹性检测装置，其特征在于，所述声透介质为声透液体。

20.根据权利要求9所述的弹性检测装置，其特征在于，所述声透结构与所述超声换能器同轴设置。

21.根据权利要求9所述的弹性检测装置，其特征在于，还包括：安装部；所述安装部设置在所述声透结构底部。

22.根据权利要求21所述的弹性检测装置，其特征在于，所述声透结构与所述安装部一体成型。

23.根据权利要求22所述的弹性检测装置，其特征在于，所述安装部与所述超声换能器对应的位置设置有开口，所述开口与所述凸起部形成一容置腔，所述超声换能器全部或部分置于所述容置腔中，并与所述声透结构直接或间接接触。

24.根据权利要求21或22所述的弹性检测装置，其特征在于，所述超声换能器的外壳与所述安装部连接；或者，所述超声换能器的外壳与所述安装部一体设置。

25.一种弹性检测探头，包括权利要求21所述的弹性检测装置，其特征在于，还包括壳体、驱动组件，所述驱动组件设置在所述壳体内，并用于驱动所述声透结构。

26.根据权利要求25所述的超声检测探头，其特征在于，所述驱动组件包括：

振动器；

至少一个传动杆，所述至少一个传动杆的一端与所述振动器连接，所述至少一个传动杆的另一端与所述超声换能器或所述安装部连接。

27.根据权利要求26所述的弹性检测探头，其特征在于，还包括：连接装置；所述超声换能器设置在所述连接装置上，所述传动杆与所述连接装置连接。

28.根据权利要求27所述的弹性检测探头，其特征在于，所述连接装置与所述超声换能器之间设有弹性垫片。

29.根据权利要求26所述的超声检测探头，其特征在于，还包括：还包括：固定部；所述固定部设置在所述壳体内，所述超声换能器设置在所述固定部上；所述传动杆穿设于所述固定部，并与所述安装部连接。

30.根据权利要求27所述的超声检测探头，其特征在于，所述超声检测探头还包括：弹性介质，所述弹性介质连接于所述安装部与所述外壳之间，或者，所述弹性介质连接于所述连接装置与所述外壳之间。

31.一种弹性检测系统，其特征在于，包括：超声信号收发单元、低频激励单元、数据存储单元、数据分析单元、显示单元、主控单元以及如权利要求25-30任一项所述的弹性检测探头；其中，

所述超声信号收发单元分别与所述超声换能器以及所述主控单元连接，用于激励所述超声换能器中的阵元产生超声波并对超声波回波信号进行接收；

所述低频激励单元分别与所述驱动组件以及所述主控单元连接，用于驱动所述驱动组件产生低频振动；

所述主控单元分别与所述数据存储单元以及所述数据分析单元连接，用于控制所述数据存储单元对超声回波信号进行采集和存储，并用于控制所述数据分析单元读取数据存储单元的数据，提取出反应组织结构信息的B图数据和反应组织硬度信息的弹性信息，或者反映脂肪肝程度的超声信号衰减信息；

所述显示单元与所述数据分析单元连接，用于对所述数据分析单元提取的信息进行显示。

32.一种弹性检测方法，应用于权利要求29所述的弹性检测系统，其特征在于，包括：

向目标区域发出超声波，并对超声波的回波信号进行接收；其中，获取所述超声波在声透结构中传播速度与预设组织中传播速度的差值，若超声波的传播速度与预设组织中传播速度存在偏差，则对所述回波信号进行深度信息校正；

根据深度信息校正后的回波信号得到目标区域的二维图像；

根据所述二维图像确定检测位置；

向所述检测位置施加机械振动以产生剪切波；

向所述检测位置发射跟踪所述剪切波的超声波，并接收所述目标区域的超声波，以获得超声波回波数据；其中，所述超声波回波数据为反应组织硬度信息的弹性信息；

根据所述超声波回波数据获得所述检测位置的检测结果并进行显示。

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