CN116350268B - 基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法。所述方法包括预先配置机械扇扫容积探头，并基于机械扇扫容积探头的探头参数，确定对患者的身体组织进行三维扫描的发射序列；通过发射序列控制机械扇扫容积探头进行平面成像，并确定机械扇扫容积探头的马达角速度和push点；通过push点和机械扇扫容积探头的固有半径，确定每一个push点的线速度；基于每一次push点的持续时间，确定初始push点的发射焦点的后续的每个焦点的垂直于探头成像平面的方向的目标位移；将焦点逆方向移动二分之一位移，确定三维成像发射波束的延时参数；通过延时参数对调整机械扇扫容积探头进行运动补偿，并确定运动补偿后的患者身体组织的三维图像。
Description
技术领域
本发明涉及三维空间成像技术领域，特别涉及基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法。
背景技术
目前，三维空间成像技术市场发展迅速，在专利CN115444452A 提出的方案中，以探头交替的运动/停止的方式运行，实际剪切波产生的时候探头处于静止状态。这样可以让弹性图像效果变好但是因为存在至少几十次的停止等待，扫描时间过长，因为探头与人体的接触是超声操作医师手动保持的状态，时间太长一定会让探头与人体接触产生很大的位移，这样导致了三维空间信息的误差变大。 在专利CN111885965A 中提出一种二维阵列的探头，但是其实际产生扫描的方式与使用机械扇扫的探头完全不一样，扫描的图像显示可能存在清晰度不高问题，不具有竞争性。
因此，专利文件CN115444452A中扫描时间过长，导致的误差问题和专利CN111885965A 中二维阵列的探头扫描图像存在清晰度不高问题，是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法，用以解决上述技术背景的情况。
本发明提出了一种基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法，所述方法包括：
预先配置机械扇扫容积探头，并基于机械扇扫容积探头的探头参数，确定对患者的身体组织进行三维扫描的发射序列；其中，
探头参数包括探头容积大小、探头固有半径、电机参数和弹性成像参数；
通过发射序列控制机械扇扫容积探头进行平面成像，并确定机械扇扫容积探头的马达角速度和push点；
通过push点和机械扇扫容积探头的固有半径，确定每一个push点的线速度；
基于每一次push点的持续时间，确定初始push点的发射焦点的后续的每个焦点的垂直于探头成像平面的方向的目标位移；
将焦点逆方向移动二分之一位移，确定三维成像发射波束的延时参数；
通过延时参数对调整机械扇扫容积探头进行运动补偿，并确定运动补偿后的患者身体组织的三维图像；其中，
在运动补偿时，push点位置修改，且push点路径增长。
进一步的，所述方法还包括：
所述运动补偿为机械扇扫的容积探头在匀速摆动状态下进行剪切波产生序列参数修正的运动补偿。
作为本发明的一种实施例：所述方法还包括：
通过机械扇扫容积探头预先获取患者身体在组织在容积探头中心的初始B图像；
对初始B图像进行深度优化类型参数，确定目标B图像；
启动剪切波弹性成像模式对目标B图像进行处理，确定弹性图像；其中，
弹性图像通过聚焦处理和平面波处理。
进一步的，所述弹性图像的聚焦处理包括：
通过机械扇扫容积探对患者组织进行持续聚焦发射；其中，
每一次持续聚焦作为一个push点，多个push点通过马赫锥效应从而产生剪切波对组织进行组织形变。
进一步的，所述弹性图像的平面波处理包括：
预先配置高频平面波；
通过高频平面波成像扫描剪切波传播导致的组织形变，通过组织形变的数据得到组织的弹性数据，从而产生弹性图像。
作为本发明的一种实施例：所述方法还包括：
通过运动补偿，获取机械扇扫容积探头的每一次push点的持续时间；
基于每一次push点的持续时间，控制机械扇扫容积探头进行扫描发射，获取组织三维图像。
进一步的，所述机械扇扫容积探头包括：超声换能器、图像数据处理系统、机械控制系统、扫描控制系统和交互系统。
进一步的，所述机械控制系统提供实时的控制机械运动系统的功能，支持外部程序编码控制；其中，
机械控制系统通过控制步进电机以及传动装置带动超声换能器以预定义的运动方式进行工作。
进一步的，所述扫描控制系统用于控制超声换能器的扫描发射与接收序列，并通过不同的发射与接收序列控制可以产生不同的图像类型或组合图像类型。
进一步的，所述图像数据处理系统根据参数设置将接收到的超声回波数据转化为图像数据。
本发明的有益效果在于：
本次发明通过纵波焦点的运动补偿让马赫锥效应达到静止状态的效果，从而产生高质量的弹性图像。既可以弥补精度不足又可以保持最短时间。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法的方法流程图；
图2为本发明实施例中本发明的实施过程图；
图3为本发明实施例运动补偿图；
图4为本发明实施例计算马达新的运动参数的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出了一种基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法，所述方法包括：
预先配置机械扇扫容积探头，并基于机械扇扫容积探头的探头参数，确定对患者的身体组织进行三维扫描的发射序列；其中，
探头参数包括探头容积大小、探头固有半径、电机参数和弹性成像参数；
通过发射序列控制机械扇扫容积探头进行平面成像，并确定机械扇扫容积探头的马达角速度和push点；
通过push点和机械扇扫容积探头的固有半径，确定每一个push点的线速度；
基于每一次push点的持续时间，确定初始push点的发射焦点的后续的每个焦点的垂直于探头成像平面的方向的目标位移；
将焦点逆方向移动二分之一位移，确定三维成像发射波束的延时参数；
通过延时参数对调整机械扇扫容积探头进行运动补偿，并确定运动补偿后的患者身体组织的三维图像；其中，
在运动补偿时，push点位置修改，且push点路径增长。
本发明的原理在于：本发明的具体过程是用户通过交互系统控制扫描控制系统获取必要的信息 x， 然后通过 x 计算得到机械控制参数y1和扫描控制参数 y2，其中 y2 计算是基于对 y1 的运动状态的确定行为得到的。最后在(y1,y2)的共同控制下得到快速精确的三维弹性图像数据。本发明基于剪切波三维图像扫描的机械马达运动的匀速特性，可以修正实际超声波扫描序列，从而达到运动补偿的效果。
本发明的运动补偿过程中：
首先在确定了三维弹性成像的初始发射序列之后，机械扇扫容积探头的容积的大小决定了整个三维过程的发射序列的第一序列，通过满足最深部分图像的分辨率得到马达的角速度, 然后根据每个push点的容积探头固有半径得到每个push点的线速度,基于一次push点需要的持续时间得到基于初始push点的发射焦点的后续的每个焦点的垂直于探头成像平面的方向的位移数据，将焦点以此方向的逆方向移动二分之， 然后利用发射实际位置计算发射波束合成的延时参数，然后通过延时参数计算得到的新的剪切波发射序列参数就实现了运动补偿。具体的实施过程如附图3：push点为马赫锥的生成机制中产生的成像点。
p1，p2，p3 是在静止状态下的点，是理想的焦点，但是因为探头是运动的所以会将p2 移动到 p2’的位置，运动补偿就是为了将 p2’再移动回 p2，p3’移动回到 p3； 这样p1-p2-p3在一个发射方向的直线上才会产生最理想的马赫锥，从而得到精确的弹性图像。
在附图4中弧线 BC 是容积探头表面，P1-p3 是马赫锥三个push点的焦点。补偿前声波路径是d1P1，d2P2’，d3P；在补偿后，d1P1~d3P3路径变大，因此为了保证马赫锥的深度达到预期需求，通过新的图像控制时序的市场计算马达的运动控制参数。
因为剪切波弹性成像技术在医疗超声领域应用非常广泛，具有很高的临床价值，而且三维超声成像具有空间可视化能力，可以针对特定的疾病诊断发挥重要临床价值；上述两种技术的结合可以让超声在空间维度以弹性模态进行展示，大大提升临床诊断精度以及扩展能力。
普通的三维超声扫描方式在剪切波扫描的时候因为剪切波扫描序列耗时很长会导致很严重的误差，主要表现为纵波的激励所产生的马赫锥效应因为纵波焦点移动导致变差，从而不能够高效率产生剪切波，从而导致弹性图像不敏感，实际的三维弹性图像不能够产生理想效果。
因此，本发明的有益效果在于：
本次发明通过纵波焦点的运动补偿让马赫锥效应达到静止状态的效果，从而产生高质量的弹性图像。既可以弥补精度不足又可以保持最短时间。
作为本发明的一种实施例，所述方法还包括：
所述运动补偿为机械扇扫的容积探头在匀速摆动状态下进行剪切波产生序列参数修正的运动补偿。
作为本发明的一种实施例，所述方法还包括：
通过机械扇扫容积探头预先获取患者身体在组织在容积探头中心的初始B图像；
对初始B图像进行深度优化类型参数，确定目标B图像；
启动剪切波弹性成像模式对目标B图像进行处理，确定弹性图像；其中，
弹性图像通过聚焦处理和平面波处理。作为本发明的一种实施例：所述弹性图像的聚焦处理包括：
通过机械扇扫容积探对患者组织进行持续聚焦发射；其中，
每一次持续聚焦作为一个push点，多个push点通过马赫锥效应从而产生剪切波对组织进行组织形变。
作为本发明的一种实施例：所述弹性图像的平面波处理包括：
预先配置高频平面波；
通过高频平面波成像扫描剪切波传播导致的组织形变，通过组织形变的数据得到组织的弹性数据，从而产生弹性图像。
上述三个实施例中，阐述了三维弹性图像的成像过程，具体如下：
因为三维弹性的图像包含两个前置条件：1. 组成三维图像的内容实际是由三维B 图像和三维弹性图像两部分组成的，如果没有三维 B图像就没有解剖结构信息; 2. 弹性图像的产生是分两个过程的，第一个过程是多次的持续的聚焦发射，每次持续聚焦作为一次push点，多次的 push点会产生马赫锥效应从而产生剪切波; 第二个过程就是通过高频的平面波成像获取剪切波传播导致的组织形变，通过组织形变的数据得到组织的弹性数据，从而产生弹性图像。
作为本发明的一种实施例，所述方法还包括：
通过运动补偿，获取机械扇扫容积探头的每一次push点的持续时间；
基于每一次push点的持续时间，控制机械扇扫容积探头进行扫描发射，获取组织三维图像。
作为本发明的一种实施例：所述机械扇扫容积探头包括：超声换能器、图像数据处理系统、机械控制系统、扫描控制系统和交互系统。
作为本发明的一种实施例，所述机械控制系统提供实时的控制机械运动系统的功能，支持外部程序编码控制；其中，
机械控制系统通过控制步进电机以及传动装置带动超声换能器以预定义的运动方式进行工作。
作为本发明的一种实施例，所述扫描控制系统用于控制超声换能器的扫描发射与接收序列，并通过不同的发射与接收序列控制可以产生不同的图像类型或组合图像类型。
作为本发明的一种实施例，所述图像数据处理系统根据参数设置将接收到的超声回波数据转化为图像数据。
上述三个实施例是机械扇扫的容积探头的组成，主要包含三个主要的部件：1. 超声换能器; 2. 步进电机动力的机械运动系统; 3. 机械控制系统。超声换能器 PROBE：提供声电转换功能，可以在没有 2 和 3 的场景下独立工作;机械控制系统 MCSS: 提供实时的控制机械运动系统的功能，支持外部程序编码控制;步进电机动力的机械运动系统: 在机械控制系统的控制下利用步进电机以及传动装置带动超声换能器以预定义的运动方式进行工作；扫描控制系统CTRLS是控制超声换能器的扫描发射与接收序列的系统，通过不同的发射与接收序列控制可以产生不同的图像类型或者是组合图像类型。图像数据处理系统IMGPS是根据参数设置将接收到的超声回波数据转化为图像数据的系统，这个系统会根据回波数据质量的好与差输出相关的图像，如果回波数据不好，那么没办法输出高质量的图像。交互系统UXS是直接与用户交互的软硬件一体化系统，用户可以从显示器获取系统的各种配置菜单项和输出的图像，也可以利用控制面板将控制传递给系统，系统加工后控制CTRLS，IMGPS，MCSS 进行目标控制从而产生目标图像。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法，其特征在于，所述方法包括：
预先配置机械扇扫容积探头，并基于机械扇扫容积探头的探头参数，确定对患者的身体组织进行三维扫描的发射序列；其中，
探头参数包括探头容积大小、探头固有半径、电机参数和弹性成像参数；
通过发射序列控制机械扇扫容积探头进行平面成像，并确定机械扇扫容积探头的马达角速度和push点；每次持续聚焦作为一次push点，多次的push点会产生马赫锥效应从而产生剪切波；
通过push点和机械扇扫容积探头的固有半径，确定每一个push点的线速度；
基于每一次push点的持续时间，确定初始push点的发射焦点的后续的每个焦点的目标位移，目标位移是垂直于探头成像平面方向的位移；
将焦点沿垂直于探头成像平面方向的逆方向移动，移动位移为目标位移的二分之一；并根据发射实际位置，确定三维成像发射波束的延时参数；
通过延时参数对调整机械扇扫容积探头进行运动补偿，并确定运动补偿后的患者身体组织的三维图像；其中，
在运动补偿时，push点位置修改，且push点路径增长。
2.如权利要求1所述的基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述运动补偿为机械扇扫容积探头在匀速摆动状态下进行剪切波产生序列参数修正的运动补偿。
3.如权利要求1所述的基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过机械扇扫容积探头预先获取患者身体组织在容积探头中心的初始B图像；
对初始B图像进行深度优化处理，确定目标B图像；
启动剪切波弹性成像模式对目标B图像进行处理，确定弹性图像；其中，
弹性图像是通过聚焦处理和平面波处理后得到的图像。
4.如权利要求3所述的基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法，其特征在于，所述弹性图像的聚焦处理包括：
通过机械扇扫容积探头对患者组织进行持续聚焦发射；其中，
每一次持续聚焦作为一个push点，多个push点通过马赫锥效应从而产生剪切波对组织进行组织形变。
5.如权利要求3所述的基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法，其特征在于，所述弹性图像的平面波处理包括：
预先配置高频平面波；
通过高频平面波成像扫描剪切波传播导致的组织形变，通过组织形变的数据得到组织的弹性数据，从而产生弹性图像。
6.如权利要求1所述的基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过运动补偿，获取机械扇扫容积探头的每一次push点的持续时间；
基于每一次push点的持续时间，控制机械扇扫容积探头进行扫描发射，获取组织三维图像。
7.如权利要求1所述的基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法，其特征在于，所述机械扇扫容积探头包括：超声换能器、图像数据处理系统、机械控制系统、扫描控制系统和交互系统。
8.如权利要求7所述的基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法，其特征在于，所述机械控制系统提供实时的控制机械运动系统的功能，支持外部程序编码控制；其中，
机械控制系统通过控制步进电机以及传动装置带动超声换能器以预定义的运动方式进行工作。
9.如权利要求7所述的基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法，其特征在于，所述扫描控制系统用于控制超声换能器的扫描发射与接收序列，并通过不同的发射与接收序列控制可以产生不同的图像类型或组合图像类型。
10.如权利要求7所述的基于机械扇扫容积探头的快速三维空间弹性成像扫描方法，其特征在于，所述图像数据处理系统根据参数设置将接收到的超声回波数据转化为图像数据。
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