CN116058878A - 一种利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于超声成像技术领域，公开了一种利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统，包括：信息采集模块、参数设置模块、通信传输模块、中央控制模块、信号发射模块、振动波生成模块、超声波发射控制模块、信号捕获模块、信号处理模块、位移相关参数估计模块、弹性成像模块、超声波图像生成模块、图像处理模块、信息提取模块、存储模块以及显示模块。本发明能够利用集成在超声探头的一侧的外部机械振动装置在组织内产生振动波，模拟剪切波超声的检查模式，同时结合超声剪切波弹性成像与普通超声成像提高了超声成像定位的准确性，降低了成像成本，同时还能够更加全面、准确的掌握相关信息。

Description

一种利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统

技术领域

本发明属于超声成像技术领域，尤其涉及一种利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统。

背景技术

目前，剪切波弹性成像是通过发射一个剪切波作为激励波并作用于被检测部位，使被检测部位与周边部位发生一定的错位(即是形变)，在被检测部位产生错位期间，再发射用于超声成像的扫查超声波，扫查超声波作用于已发生错位的被检测部位，在被检测部位处发生多普勒效应，并产生相应的超声回波，并且采用多普勒效应的采样门技术，截取相应的超声回波用于弹性成像。上述剪切波一般为具有剪切作用的超声波。剪切波弹性成像能够较为准确地判断出被检测部位的物理特征，例如软硬程度、弹性、内部应力等，但是，容易受到其它杂波的干扰，会产生误差，有时甚至会产生误判断；同时依靠声脉冲辐射力成像的剪切波超声价格昂贵，基层医疗单位无法负担成本的问题。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的超声剪切波弹性成像技术价格昂贵，适用范围窄，且误差大，结果不准确。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统。

本发明是这样实现的，一种利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统，所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统包括：

信号发射模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的所述超声剪切波弹性成像参数控制振动波发生设备向设置于超声探头一侧的外部机械振动装置输出对应电流信号；

振动波生成模块，与中央控制模块连接，用于基于接收到的电流信号利用所述外部机械振动装置生成相应的振动波；

所述外部机械振动装置设置有圆形壳体；所述圆形壳体内部设置有弹性件；所述弹性件内部设置有电能-机械能转换装置；所述电能-机械能转换内部设置有驱动装置；所述驱动装置电连接有控制器；

所述圆形壳体外部设置有保护层；

超声波发射控制模块，与中央控制模块连接，用于利用超声探头向待成像部位发射超声波；

弹性成像模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的振动波信号进行弹性重建得到超声波弹性成像；

超声波图像生成模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的超声波信号生成超声波图像。

进一步，所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统还包括：

信息采集模块，与中央控制模块连接，用于获取待进行超声剪切波弹性成像的用户的身高、体重或相关基础信息以及成像部位相关信息；

参数设置模块，与中央控制模块连接，用于进行超声剪切波弹性成像参数、采样参数以及其他参数的设置；

通信传输模块，与中央控制模块连接，用于利用无线传输或有线传输的方式进行数据传输与通信；

中央控制模块，与信息采集模块、参数设置模块、通信传输模块、信号发射模块、振动波生成模块、超声波发射控制模块、信号捕获模块、信号处理模块、位移相关参数估计模块、弹性成像模块、超声波图像生成模块、图像处理模块、信息提取模块、存储模块以及显示模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；

信号捕获模块，与中央控制模块连接，用于利用超声探头捕获外部机械振动装置生成的振动波；同时用于回收回弹的超声波；

信号处理模块，与中央控制模块连接，用于对捕获的振动波信号以及超声波信号进行预处理；

位移相关参数估计模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的信号进行位移、速度相关参数估计；

图像处理模块，与中央控制模块连接，用于对超声波弹性成像以及超声波图像进行预处理；

信息提取模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的信号以及弹性成像、超声波图像结合采集的用户相关信息、设置的参数进行超声检测信息的提取；

存储模块，与中央控制模块连接，用于利用存储器对设置的参数以及预处理后的成像结果、信息提取结果进行存储；

显示模块，与中央控制模块连接，用于利用显示器显示设置的参数、预处理后的超声波弹性成像结果、预处理后的超声波图像以及信息提取结果。

进一步，所述参数设置模块包括：

超声波弹性成像参数设定单元，用于基于采集的用户以及成像部位相关信息确定超声剪切波弹性成像的参数；

超声波发射参数设定单元，用于基于采集的用户以及成像部位相关信息确定超声波检测参数；

采样参数设定单元，用于进行超声波信号采样参数的设定。

进一步，所述信号处理模块对捕获的振动波信号以及超声波信号进行预处理包括：

对捕获的振动波信号以及超声波信号进行解调处理，对解调后的振动波信号以及超声波信号进行滤波处理，再对滤波后的振动波信号以及超声波信号进行傅里叶变换，得到预处理后的振动波信号以及超声波信号。

进一步，所述滤波处理包括：带通滤波、中值滤波以及低通差分处理。

进一步，所述弹性成像模块基于预处理后的振动波信号进行弹性重建得到超声波弹性成像包括：

首先，获取估计的位移相关参数以及超声波图像；基于所述位移相关参数以及超声波图像确定待成像部位，将所述待成像部位作为感兴趣区域；

其次，基于所述感兴趣区域再次进行超声波弹性成像，并获取对应感兴趣区域的超声波弹性图像数据；

最后，基于所述对应感兴趣区域的超声波弹性图像数据进行重建得到待成像部位的三维超声波弹性图像。

进一步，所述基于所述对应感兴趣区域的超声波弹性图像数据进行重建得到待成像部位的三维超声波弹性图像包括：

对所述对应感兴趣区域的超声波弹性图像数据进行分割后再重建得到待成像部位的三维超声波弹性图像。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

本发明提供了一种利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统，能够利用集成在超声探头的一侧的外部机械振动装置在组织内产生振动波，模拟剪切波超声的检查模式，同时结合超声剪切波弹性成像与普通超声成像提高了超声成像定位的准确性，降低了成像成本，同时还能够更加全面、准确的掌握相关信息。

第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本发明的利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统有助于诊断组织病变情况，适用范围更广，成本更低，且成像更加准确。

附图说明

图1是本发明实施例提供的利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统架构图；

图2是本发明实施例提供的信号处理模块对捕获的振动波信号以及超声波信号进行预处理的方法流程图；

图3是本发明实施例提供的弹性成像模块基于预处理后的振动波信号进行弹性重建得到超声波弹性成像的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明实施例提供的利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统包括：

信息采集模块，与中央控制模块连接，用于获取待进行超声剪切波弹性成像的用户的身高、体重或相关基础信息以及成像部位相关信息；

参数设置模块，与中央控制模块连接，用于进行超声剪切波弹性成像参数、采样参数以及其他参数的设置；

通信传输模块，与中央控制模块连接，用于利用无线传输或有线传输的方式进行数据传输与通信；

中央控制模块，与信息采集模块、参数设置模块、通信传输模块、信号发射模块、振动波生成模块、超声波发射控制模块、信号捕获模块、信号处理模块、位移相关参数估计模块、弹性成像模块、超声波图像生成模块、图像处理模块、信息提取模块、存储模块以及显示模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；

信号发射模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的所述超声剪切波弹性成像参数控制振动波发生设备向设置于超声探头一侧的外部机械振动装置输出对应电流信号；

振动波生成模块，与中央控制模块连接，用于基于接收到的电流信号利用所述外部机械振动装置生成相应的振动波；

超声波发射控制模块，与中央控制模块连接，用于利用超声探头向待成像部位发射超声波；

信号捕获模块，与中央控制模块连接，用于利用超声探头捕获外部机械振动装置生成的振动波；同时用于回收回弹的超声波；

信号处理模块，与中央控制模块连接，用于对捕获的振动波信号以及超声波信号进行预处理；

位移相关参数估计模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的信号进行位移、速度相关参数估计；

弹性成像模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的振动波信号进行弹性重建得到超声波弹性成像；

超声波图像生成模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的超声波信号生成超声波图像；

图像处理模块，与中央控制模块连接，用于对超声波弹性成像以及超声波图像进行预处理；

信息提取模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的信号以及弹性成像、超声波图像结合采集的用户相关信息、设置的参数进行超声检测信息的提取；

存储模块，与中央控制模块连接，用于利用存储器对设置的参数以及预处理后的成像结果、信息提取结果进行存储；

显示模块，与中央控制模块连接，用于利用显示器显示设置的参数、预处理后的超声波弹性成像结果、预处理后的超声波图像以及信息提取结果。

本发明实施例提供的参数设置模块包括：

超声波弹性成像参数设定单元，用于基于采集的用户以及成像部位相关信息确定超声剪切波弹性成像的参数；

超声波发射参数设定单元，用于基于采集的用户以及成像部位相关信息确定超声波检测参数；

采样参数设定单元，用于进行超声波信号采样参数的设定。

本发明实施例提供的外部机械振动装置设置有圆形壳体；圆形壳体内部设置有弹性件；弹性件内部设置有电能-机械能转换装置；电能-机械能转换内部设置有驱动装置；驱动装置电连接有控制器；圆形壳体外部设置有保护层。

如图2所示，本发明实施例提供的信号处理模块对捕获的振动波信号以及超声波信号进行预处理包括：

S101，对捕获的振动波信号以及超声波信号进行解调处理，对解调后的振动波信号以及超声波信号进行滤波处理；

S102，对滤波后的振动波信号以及超声波信号进行傅里叶变换，得到预处理后的振动波信号以及超声波信号。

本发明实施例提供的滤波处理包括：带通滤波、中值滤波以及低通差分处理。

如图3所示，本发明实施例提供的弹性成像模块基于预处理后的振动波信号进行弹性重建得到超声波弹性成像包括：

S201，获取估计的位移相关参数以及超声波图像；基于所述位移相关参数以及超声波图像确定待成像部位，将所述待成像部位作为感兴趣区域；

S202，基于所述感兴趣区域再次进行超声波弹性成像，并获取对应感兴趣区域的超声波弹性图像数据；

S203，基于所述对应感兴趣区域的超声波弹性图像数据进行重建得到待成像部位的三维超声波弹性图像。

本发明实施例提供的基于所述对应感兴趣区域的超声波弹性图像数据进行重建得到待成像部位的三维超声波弹性图像包括：

对所述对应感兴趣区域的超声波弹性图像数据进行分割后再重建得到待成像部位的三维超声波弹性图像。

二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用的应用实施例。

本发明的应用实施例提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统。

本发明的应用实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统。

本发明的应用实施例提供了一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统，其特征在于，所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统包括：

信号发射模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的所述超声剪切波弹性成像参数控制振动波发生设备向设置于超声探头一侧的外部机械振动装置输出对应电流信号；

振动波生成模块，与中央控制模块连接，用于基于接收到的电流信号利用所述外部机械振动装置生成相应的振动波；

所述外部机械振动装置设置有圆形壳体；所述圆形壳体内部设置有弹性件；所述弹性件内部设置有电能-机械能转换装置；所述电能-机械能转换内部设置有驱动装置；所述驱动装置电连接有控制器；

所述圆形壳体外部设置有保护层；

超声波发射控制模块，与中央控制模块连接，用于利用超声探头向待成像部位发射超声波；

弹性成像模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的振动波信号进行弹性重建得到超声波弹性成像；

超声波图像生成模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的超声波信号生成超声波图像。

2.如权利要求1所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统，其特征在于，所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统还包括：

信息采集模块，与中央控制模块连接，用于获取待进行超声剪切波弹性成像的用户的身高、体重或相关基础信息以及成像部位相关信息；

参数设置模块，与中央控制模块连接，用于进行超声剪切波弹性成像参数、采样参数以及其他参数的设置；

通信传输模块，与中央控制模块连接，用于利用无线传输或有线传输的方式进行数据传输与通信；

中央控制模块，与信息采集模块、参数设置模块、通信传输模块、信号发射模块、振动波生成模块、超声波发射控制模块、信号捕获模块、信号处理模块、位移相关参数估计模块、弹性成像模块、超声波图像生成模块、图像处理模块、信息提取模块、存储模块以及显示模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；

信号捕获模块，与中央控制模块连接，用于利用超声探头捕获外部机械振动装置生成的振动波；同时用于回收回弹的超声波；

信号处理模块，与中央控制模块连接，用于对捕获的振动波信号以及超声波信号进行预处理；

位移相关参数估计模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的信号进行位移、速度相关参数估计；

图像处理模块，与中央控制模块连接，用于对超声波弹性成像以及超声波图像进行预处理；

信息提取模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的信号以及弹性成像、超声波图像结合采集的用户相关信息、设置的参数进行超声检测信息的提取；

存储模块，与中央控制模块连接，用于利用存储器对设置的参数以及预处理后的成像结果、信息提取结果进行存储；

显示模块，与中央控制模块连接，用于利用显示器显示设置的参数、预处理后的超声波弹性成像结果、预处理后的超声波图像以及信息提取结果。

3.如权利要求2所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统，其特征在于，所述参数设置模块包括：

超声波弹性成像参数设定单元，用于基于采集的用户以及成像部位相关信息确定超声剪切波弹性成像的参数；

超声波发射参数设定单元，用于基于采集的用户以及成像部位相关信息确定超声波检测参数；

采样参数设定单元，用于进行超声波信号采样参数的设定。

4.如权利要求2所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统，其特征在于，所述信号处理模块对捕获的振动波信号以及超声波信号进行预处理包括：

对捕获的振动波信号以及超声波信号进行解调处理，对解调后的振动波信号以及超声波信号进行滤波处理，再对滤波后的振动波信号以及超声波信号进行傅里叶变换，得到预处理后的振动波信号以及超声波信号。

5.如权利要求4所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统，其特征在于，所述滤波处理包括：带通滤波、中值滤波以及低通差分处理。

6.如权利要求2所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统，其特征在于，所述弹性成像模块基于预处理后的振动波信号进行弹性重建得到超声波弹性成像包括：

首先，获取估计的位移相关参数以及超声波图像；基于所述位移相关参数以及超声波图像确定待成像部位，将所述待成像部位作为感兴趣区域；

其次，基于所述感兴趣区域再次进行超声波弹性成像，并获取对应感兴趣区域的超声波弹性图像数据；

最后，基于所述对应感兴趣区域的超声波弹性图像数据进行重建得到待成像部位的三维超声波弹性图像。

7.如权利要求2所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统，其特征在于，所述基于所述对应感兴趣区域的超声波弹性图像数据进行重建得到待成像部位的三维超声波弹性图像包括：

对所述对应感兴趣区域的超声波弹性图像数据进行分割后再重建得到待成像部位的三维超声波弹性图像。

8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现如权利要求1-7任意一项所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统。

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现如权利要求1-7任意一项所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统。

10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求1-7任意一项所述利用外部机械振动的超声剪切波弹性成像系统。

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