一種用於三維超聲彈性成像的掃查裝置和方法

2023-05-30 07:46:26 1

專利名稱：一種用於三維超聲彈性成像的掃查裝置和方法
技術領域：
本發明涉及計算機輔助醫學成像技術領域，特別涉及一種用於三維超聲彈性成像的掃查裝置和方法。
背景技術：
超聲彈性成像是一種新型超聲診斷技術，能夠研究傳統超聲無法探測的腫瘤及擴散疾病成像，可應用於乳腺、甲狀腺、前列腺等方面。組織的彈性依賴於其分子和微觀結構，臨床醫生通過觸診定性評價和診斷乳腺腫塊，其基礎是組織硬度或彈性與病變的組織病理密切相關。新的彈性成像技術提供了組織硬度的圖像，也就是關於病變的組織特徵的信息。根據不同組織間彈性係數不同，在受到外力壓迫後組織發生變形的程度不同，將受壓前後回聲信號移動幅度的變化轉化為實時彩色圖像，彈性係數小、受壓後位移變化大的組織顯示為藍色，彈性係數大、受壓後位移變化小的組織顯示為紅色，彈性係數中等的組織顯示為綠色，借圖像色彩反映組織的硬度。彈性成像技術，使超聲圖像拓寬，彌補了常規超聲的不足，能更生動地顯示及定位病變。目前，醫學三維超聲彈性成像中常用的掃查方法有機械定位掃查、二維面陣探頭掃查、自由臂(Free-Hand)掃查三種方式。其中，機械定位系統往往比較龐大且結構複雜，對掃查部位也有一定的限制；基於二維面陣探頭的掃查方式由於二維面陣的陣元數量巨大，每個陣元都要配置相應的採集通道，因此無論在技術的複雜性上，還是在系統的成本上，都還有許多問題需要研究解決的；自由臂系統採用基於6個自由度的電磁式位置傳感器定位，其位置傳感器由發射器、接收器及相應的電子裝置構成。該系統的缺點是容易受到電磁(如CRT監視器等)、使用環境中的鐵磁材料等的幹擾，使測量的磁場發生畸變而引起定位誤差,並且系統成本較高。因此，需要提供一種系統抗幹擾能力強、成本低、結構簡單、操作便捷的三維超聲彈性成像掃查裝置和方法。

發明內容
本發明的主要目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種用於三維超聲彈性成像的掃查裝置，該裝置結構簡單、操作便捷且抗幹擾能力強。本發明還提供了一種基於上述用於三維超聲彈性成像的掃查裝置的掃查方法。本發明的目的通過以下的技術方案實現一種用於三維超聲彈性成像的掃查裝置，包括支架、直線型滑軌、微調雲臺、超聲探頭、位移傳感器、信號傳輸模塊和數據處理裝置，所述直線型滑軌固定在支架上，微調雲臺固定在直線型滑軌的滑塊上，超聲探頭設置在微調雲臺上，直線型滑軌用於帶動微調雲臺及超聲探頭沿滑軌方向水平移動，超聲探頭在微調雲臺垂直方向上的位置可調；位移傳感器用於採集當前超聲探頭在直線型滑軌和微調雲臺上的位置，然後將位置信息通過信號傳輸模塊發送到數據處理裝置；超聲探頭與數據處理裝置連接，並由數據處理裝置運行驅動程序控制超聲探頭採集超聲射頻信號。
優選的，所述位移傳感器和信號傳輸模塊均內置在直線型滑軌的滑塊內。從而即可以保護位移傳感器和信號傳輸模塊免受外界的影響，也能夠簡化整個系統的外部結構。更進一步的，所述信號傳輸模塊採用無線傳輸模塊。採用這種結構能夠進一步簡化系統的電路結構，使用更便捷。一種基於上述裝置的用於三維超聲彈性成像的掃查方法，包括以下步驟(I)調節超聲探頭在微調雲臺上的位置，並將超聲探頭移動到待檢測部位，將當前滑塊在直線型滑軌上的位置以及超聲探頭在微調雲臺上的位置傳送到數據處理裝置，然後由數據處理裝置運行探頭驅動程序開啟超聲探頭，並驅動超聲探頭採集超聲射頻信號；(2)改變超聲探頭在微調雲臺垂直方向上的位置，使超聲探頭向待檢測部位移動，形成壓力，使待檢測部位被壓縮，重複步驟(I);(3)根據步驟(I)採集的壓縮前超聲射頻信號序列及位置信息和步驟(2)採集的 壓縮後超聲射頻信號序列及位置信息數據，尋找在被壓縮前和被壓縮後採集到的兩組幀序列中位置最近鄰的兩幀超聲射頻信號(分別來自壓縮前和壓縮後的超聲RF幀序列)，作為匹配幀，進而計算得到二維形變圖像序列，然後經過三維重建得到三維超聲彈性圖像。本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果本發明採用微調雲臺和直線型滑軌，從而可以在兩個方向上移動超聲探頭，結構簡單，操作簡便易行，大大簡化了現有三維超聲彈性成像系統，克服了機械定位系統體積龐大帶來的高成本和不便性，系統抗幹擾能力強，成本低，實用性強。


圖I是本發明裝置的結構示意圖；圖2是本發明裝置使用過程示意圖。圖3(a)為實施例I中三維超聲彈性成像重建結果的正交面切片顯示圖；圖3 (b)為圖3 (a)所示三維形變重建效果圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。實施例I如圖I所示，本發明用於三維超聲彈性成像的掃查方法和裝置，包括支架、數據處理裝置I、信號傳輸模塊、超聲探頭2、直線型滑軌3、滑塊4及微調雲臺5。所述直線型滑軌3固定在支架上，微調雲臺5固定在直線型滑軌3的滑塊4上，超聲探頭2設置在微調雲臺5上，超聲探頭2在微調雲臺5垂直方向上的位置可調。滑塊4與直線型滑軌3滑動連接。直線型滑軌3用於帶動微調雲臺5及超聲探頭2沿滑軌方向水平移動。滑塊4內設置有線性位移傳感器和內置信號傳輸模塊，信號傳輸模塊採用無線傳輸模塊，線性位移傳感器通過無線傳輸模塊與數據處理裝置I連接，用於採集當前超聲探頭在直線型滑軌和微調雲臺上的位置，然後將位置信息通過信號傳輸模塊發送到數據處理裝置I。超聲探頭2與數據處理裝置I連接，數據處理裝置I運行探頭驅動程序開啟超聲探頭2，並驅動超聲探頭2採集超聲射頻信號。
圖2展示了上述裝置的掃查過程，基於上述裝置的用於三維超聲彈性成像的掃查方法，包括以下步驟(I)假設待檢測部位位於直線型滑軌3下方，移動直線型滑軌3上的滑塊4帶動微調雲臺5及超聲探頭2移動，將超聲探頭2移動到待檢測部位，將當前滑塊4在直線型滑軌3上的位置以及超聲探頭2在微調雲臺5上的位置傳送到數據處理裝置1，然後由數據處理裝置I運行探頭驅動程序開啟超聲探頭2，並驅動超聲探頭2採集超聲射頻信號；(2)掃查一遍後，調節微調雲臺5，改變超聲探頭2在直線型滑軌3垂直方向上的位置，使超聲探頭2向待檢測部位移動，形成壓力，使待檢測部位被壓縮，重複步驟(I )，再掃查一遍；(3)根據步驟(I)採集的壓縮前超聲射頻信號序列(如圖中7所示)及位置信息和步驟(2)採集的壓縮後超聲射頻信號序列(如圖中8所示)及位置信息數據，尋找在被壓縮前和被壓縮後採集到的兩組幀序列中位置最近鄰的兩幀超聲射頻信號作為匹配幀，進而計算得到二維形變圖像序列，然後經過三維重建得到三維超聲彈性圖像。·本實施例採用一種超聲彈性仿體(型號CIRS 049，Norfolk, VA，美國)中的Type IV直徑為10毫米的球作為探測目標，其彈性模量為80kPa，背景材料的彈性模量為25kPa。超聲探頭選用L14-5/38線陣探頭，中心頻率10MHz，探頭探測寬度38毫米，深度40毫米。如圖3所示，圖(a)為三維超聲彈性成像重建結果的正交面切片顯示，其中P平面為由RF匹配幀數據計算得到的二維形變圖像面；圖(b)為三維形變重建效果圖。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種用於三維超聲彈性成像的掃查裝置，其特徵在於，包括支架、直線型滑軌、微調雲臺、超聲探頭、位移傳感器、信號傳輸模塊和數據處理裝置，所述直線型滑軌固定在支架上，微調雲臺固定在直線型滑軌的滑塊上，超聲探頭設置在微調雲臺上，直線型滑軌用於帶動微調雲臺及超聲探頭沿滑軌方向水平移動，超聲探頭在微調雲臺垂直方向上的位置可調；位移傳感器用於採集當前超聲探頭在直線型滑軌和微調雲臺上的位置，然後將位置信息通過信號傳輸模塊發送到數據處理裝置；超聲探頭與數據處理裝置連接，並由數據處理裝置運行驅動程序控制超聲探頭採集超聲射頻信號。
2.根據權利要求I所述的用於三維超聲彈性成像的掃查裝置，其特徵在於，所述位移傳感器和信號傳輸模塊均內置在直線型滑軌的滑塊內。
3.根據權利要求2所述的用於三維超聲彈性成像的掃查裝置，其特徵在於，所述信號傳輸模塊採用無線傳輸模塊。
4.一種基於權利要求I所述裝置的用於三維超聲彈性成像的掃查方法，其特徵在於，包括以下步驟 (I)調節超聲探頭在微調雲臺上的位置，並將超聲探頭移動到待檢測部位，將當前滑塊在直線型滑軌上的位置以及超聲探頭在微調雲臺上的位置傳送到數據處理裝置，然後由數據處理裝置運行探頭驅動程序開啟超聲探頭，並驅動超聲探頭採集超聲射頻信號； (2 )改變超聲探頭在微調雲臺垂直方向上的位置，使超聲探頭向待檢測部位移動，形成壓力，使待檢測部位被壓縮，重複步驟(I); (3)根據步驟(I)採集的壓縮前超聲射頻信號序列及位置信息和步驟(2)採集的壓縮後超聲射頻信號序列及位置信息數據，尋找在被壓縮前和被壓縮後採集到的兩組幀序列中位置最近鄰的兩幀超聲射頻信號作為匹配幀，進而計算得到二維形變圖像序列，然後經過三維重建得到三維超聲彈性圖像。
全文摘要
本發明公開了一種用於三維超聲彈性成像的掃查裝置和方法，該裝置包括支架、直線型滑軌、微調雲臺、超聲探頭、位移傳感器、信號傳輸模塊和數據處理裝置。其方法為直線型滑軌上的滑塊帶動微調雲臺及超聲探頭移動，採集超聲射頻信號及其位置信息。掃查一遍後，調節超聲探頭的位置，使超聲探頭壓縮待檢測部位，再掃查一遍，由此得到掃查對象被壓縮前和被壓縮後的超聲射頻信號及位置信息。根據位置信息提取被壓縮前後兩幀超聲射頻信號的匹配幀序列，用以計算二維形變圖像序列，用於三維超聲彈性成像。本發明克服了機械定位系統體積龐大帶來的高成本和不便性，系統抗幹擾能力強，成本低，有效提高三維超聲彈性成像技術的操作簡便性，實用性強。
文檔編號A61B8/08GK102908166SQ20121031151
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月28日 優先權日2012年8月28日
發明者黃慶華, 謝波 申請人:華南理工大學