本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種定量剪切波彈性成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，腫瘤疾病已經(jīng)成為危害我國(guó)人民身體健康的主要?dú)⑹帧Ｄ[瘤疾病的防治關(guān)鍵在于早期發(fā)現(xiàn)。臨床上，人體組織的力學(xué)特征變化往往是腫瘤疾病最為重要的早期預(yù)警信號(hào)，如乳腺、甲狀腺等腫瘤病變。隨著腫瘤的生長(zhǎng)，病變組織與正常組織相比，黏彈性發(fā)生較大變化，如乳腺癌與周圍正常組織大約相差90倍，纖維化組織、非浸潤(rùn)性癌變和浸潤(rùn)性癌變組織的剪切彈性系數(shù)亦存在較大差異，因此，獲得人體組織與粘彈性相關(guān)的參數(shù)信息(例如形變位移，剪切波速等)在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域尤其對(duì)乳腺癌、甲狀腺癌和前列腺癌的早期檢測(cè)具有重要意義。

醫(yī)學(xué)超聲彈性成像是一種通過組織運(yùn)動(dòng)顯示組織彈性模量或軟硬程度的超聲成像方式，傳統(tǒng)的擠壓式彈性成像方式需要醫(yī)生利用探頭擠壓檢測(cè)部位使其受力運(yùn)動(dòng)，從而得到組織彈性信息，這種方式的不足在于：醫(yī)生需要以適當(dāng)?shù)牟僮鲾D壓檢測(cè)部位，主觀性強(qiáng)；由于需要醫(yī)生擠壓，不同醫(yī)生操作或同一醫(yī)生不同時(shí)期的操作的結(jié)果很難直接進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)結(jié)果難以復(fù)現(xiàn)，往往只能作為定性的檢測(cè)結(jié)果，無法獲得定量的檢測(cè)信息，用以疾病的跟蹤和術(shù)后觀察。

目前能進(jìn)行定量分析的超聲彈性成像技術(shù)，主要是基于聲輻射力彈性成像(Acoustic Radiation Force Imaging，ARFI)，ARFI利用醫(yī)學(xué)超聲功率范圍內(nèi)的聚焦超聲激勵(lì)脈沖在生物黏彈性組織聚焦區(qū)域產(chǎn)生聲輻射力，使組織發(fā)生形變，然后利用檢測(cè)脈沖的回波信號(hào)通過相關(guān)性的時(shí)延計(jì)算方法在不同時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)組織的形變位移情況，將其成像后定性地反映組織的黏彈性特性。ARFI彈性成像克服了傳統(tǒng)徒手彈性成像無法從體外對(duì)深部組織有效施壓以及因操作者的使用習(xí)慣不同造成可重復(fù)性較差的缺點(diǎn)。但不足之處在于圖像顯示的是組織相對(duì)的形變位移差異，而無法完全定量地估算組織的彈性模量?；贏RFI技術(shù)衍生的超聲剪切波成像(SWI，shear wave imaging)，通過調(diào)整脈沖激勵(lì)方式，根據(jù)水平方向多個(gè)點(diǎn)的位移-時(shí)間曲線估算橫向傳播的剪切波波速，然后利用剪切波傳播特性與生物組織彈性特征之間的內(nèi)在聯(lián)系，最終定量重構(gòu)組織的彈性模量以形成二維的圖像。

但是，現(xiàn)有的定量彈性成像SWI需要使用超聲前端波束合成前的原始射頻信號(hào)數(shù)據(jù)，需要基于平面波發(fā)射和接收，平面波技術(shù)每秒需要N*c/2z次計(jì)算，其中N為并行接收聲束數(shù)目，c為聲速，z為掃描深度。而傳統(tǒng)波束合成方法的計(jì)算量則要小得多，僅為M/P分之一，其中M為發(fā)射次數(shù)，P為并行數(shù)，例如M等于100，P等于2時(shí)，平面波方法的計(jì)算量是傳統(tǒng)ARFI方法的至少五十倍(有時(shí)甚至高達(dá)數(shù)百倍)；除了計(jì)算量的巨大差異外，基于平面波技術(shù)的接收端軟件波束合成還需要存儲(chǔ)大量原始回波信號(hào)，大幅度提高了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸硬件成本，不便于與醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)集成和推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有定量彈性成像技術(shù)需要采用原始射頻信號(hào)(不經(jīng)過波束合成)帶來的計(jì)算量大、所需硬件設(shè)計(jì)困難和成本高昂的問題，提供一種對(duì)設(shè)備要求低、計(jì)算量小的超聲定量彈性成像系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

本發(fā)明同時(shí)提供一種對(duì)設(shè)備要求低、計(jì)算量小的超聲定量彈性成像系統(tǒng)，包括，

剪切波脈沖發(fā)生器，用于發(fā)射剪切波激勵(lì)脈沖及檢測(cè)脈沖信號(hào)；

ARFI脈沖發(fā)生器，用于發(fā)射ARFI激勵(lì)脈沖及檢測(cè)脈沖信號(hào)；

探頭，用于接收剪切波回波信號(hào)或ARFI回波信號(hào)；

控制裝置，用于控制剪切波脈沖發(fā)生器、ARFI脈沖發(fā)生器的開關(guān)，接收剪切波回波信號(hào)和ARFI回波信號(hào)，并，根據(jù)ARFI回波信號(hào)計(jì)算目標(biāo)區(qū)域各個(gè)位置的應(yīng)變?chǔ)牛渲邪付▍⒖嘉恢脩?yīng)變?chǔ)?sub>ref；根據(jù)剪切波回波信號(hào)計(jì)算指定參考位置單點(diǎn)剪切波波速c_ref；根據(jù)單點(diǎn)剪切波波速計(jì)算各個(gè)位置剪切波波速c；根據(jù)各個(gè)位置應(yīng)變計(jì)剪切波波速c及應(yīng)變?chǔ)?sub>ref獲取各個(gè)位置定量剪切波彈性圖像E；

顯示裝置，用于將所述定量剪切波彈性圖像E顯示。

進(jìn)一步的，所述探頭包括波束合成器，其用于將FRFI回波信號(hào)或剪切波回波信號(hào)經(jīng)過波束合成，合成為回波射頻信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述控制裝置包括剪切波信號(hào)處理模塊、單點(diǎn)剪切波速計(jì)算模塊；

所述剪切波信號(hào)處理模塊自探頭接收剪切波回波射頻信號(hào)，并經(jīng)過解調(diào)、位移估算得出被測(cè)組織目標(biāo)區(qū)域各位置或者僅獲取指定參考位置的剪切波位移-時(shí)間數(shù)據(jù)；

所述單點(diǎn)剪切波速計(jì)算模塊根據(jù)剪切波位移-時(shí)間數(shù)據(jù)計(jì)算指定參考位置剪切波波速c_ref，其通過公式X＝Aβ得出，其中，式中，x_i表示指定測(cè)量點(diǎn)(指定測(cè)量點(diǎn)包含指定參考位置)的橫向距離，t_i表示指定測(cè)量點(diǎn)達(dá)到最大位移所需時(shí)間，z_i表示指定測(cè)量點(diǎn)的軸向距離，β₁即為所求的指定測(cè)量點(diǎn)單點(diǎn)剪切波速c_ref；

進(jìn)一步的，所述控制裝置還包括ARFI信號(hào)處理模塊、應(yīng)變計(jì)算模塊；

所述ARFI信號(hào)處理模塊用于自探頭接收ARFI回波射頻信號(hào)，并經(jīng)過解調(diào)、位移估算得出被測(cè)組織目標(biāo)區(qū)域各位置的ARFI位移-時(shí)間數(shù)據(jù)；

所述應(yīng)變計(jì)算模塊根據(jù)所述ARFI位移-時(shí)間數(shù)據(jù)計(jì)算目標(biāo)區(qū)域各位置應(yīng)變其中，N為梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口大小，z_i表示各位置具體深度坐標(biāo)，表示梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口內(nèi)各個(gè)位置坐標(biāo)的均值，y_i表示梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口內(nèi)當(dāng)前點(diǎn)位移，表示梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口內(nèi)各個(gè)位置位移的均值，ε中包含指定參考位置的應(yīng)變?chǔ)?sub>ref。

進(jìn)一步的，所述控制裝置還包括彈性模量計(jì)算模塊；

所述控制裝置還包括波速計(jì)算模塊及彈性模量計(jì)算模塊；

所述波速計(jì)算模塊用于根據(jù)指定參考位置單點(diǎn)剪切波波速計(jì)算各個(gè)位置剪切波波速其中，在聚焦區(qū)域，γ取值1；在聚焦區(qū)域之外的軸向區(qū)域，其中，z為軸向距離，n和σ為表示激勵(lì)聲場(chǎng)的系統(tǒng)常數(shù)，取值范圍均為0～10，n和σ兩個(gè)參數(shù)的取值可以相同或不同；

所述彈性圖像計(jì)算模塊用于根據(jù)c及應(yīng)變?chǔ)?sub>ref獲取各個(gè)位置定量剪切波彈性圖像E＝3ρc²，其中，ρ為被測(cè)區(qū)域介質(zhì)密度。

進(jìn)一步的，所述控制裝置控制所述剪切波脈沖發(fā)生器、ARFI脈沖發(fā)生器交替發(fā)射。

進(jìn)一步的，所述剪切波脈沖發(fā)生器及所述ARFI脈沖發(fā)生器為同一電路實(shí)現(xiàn)，其由所述控制裝置控制發(fā)送剪切波脈沖或ARFI脈沖；，

所述剪切波脈沖發(fā)生器及所述ARFI脈沖發(fā)生器為各自獨(dú)立電路實(shí)現(xiàn)，其由所述控制裝置控制啟動(dòng)、關(guān)閉時(shí)間。

進(jìn)一步的，所述剪切波脈沖發(fā)生器和/或ARFI脈沖發(fā)生器共有24路以上。

進(jìn)一步的，所述剪切波脈沖發(fā)生器或ARFI脈沖發(fā)生器包括依次串接的驅(qū)動(dòng)放大器、脈沖發(fā)生器、過流過壓保護(hù)電路、Tx/Rx開關(guān)，以及自Tx/Rx開關(guān)反饋的限幅放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。

綜上，本發(fā)明提供的定量剪切波彈性成像系統(tǒng)按照如下的定量剪切波彈性成像方法運(yùn)行，該方法包含如下步驟：

進(jìn)行ARFI檢測(cè)，獲取目標(biāo)區(qū)域中各個(gè)位置應(yīng)變?chǔ)牛渲邪付▍⒖嘉恢脩?yīng)變?chǔ)?sub>ref；

進(jìn)行剪切波檢測(cè)，獲取目標(biāo)區(qū)域中指定參考位置單點(diǎn)剪切波波速c_ref；

根據(jù)所述單點(diǎn)剪切波波速計(jì)算各個(gè)位置剪切波波速c；

根據(jù)各個(gè)位置應(yīng)變計(jì)剪切波波速獲取各個(gè)位置定量剪切波彈性圖像E。

進(jìn)一步的，所述目標(biāo)區(qū)域中各位置應(yīng)變其中，N為梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口大小，z_i表示各位置的具體深度坐標(biāo)，表示梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口內(nèi)各個(gè)位置坐標(biāo)的均值，y_i表示梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口內(nèi)當(dāng)前點(diǎn)位移，表示梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口內(nèi)各個(gè)位置位移的均值。

進(jìn)一步的，所述單點(diǎn)剪切波波速根據(jù)指定測(cè)量點(diǎn)的橫向距離、軸向距離，及各個(gè)指定測(cè)量點(diǎn)達(dá)到最大橫向位移所需要的時(shí)間采用二維線性擬合法計(jì)算得出。

進(jìn)一步的，所述單點(diǎn)剪切波波速c_ref通過公式X＝Aβ得出，其中，式中，x_i表示指定測(cè)量點(diǎn)的橫向距離，t_i表示指定測(cè)量點(diǎn)達(dá)到最大位移所需時(shí)間，z_i表示指定測(cè)量點(diǎn)的軸向距離，β₁即為所求的指定測(cè)量點(diǎn)單點(diǎn)剪切波速c_ref，β₀和β₂為利用上式計(jì)算單點(diǎn)剪切波速c_ref過程中同時(shí)計(jì)算得出的回歸參數(shù)，本方法中不使用這兩個(gè)參數(shù)。

進(jìn)一步的，所述各個(gè)位置剪切波波速其中，在聚焦區(qū)域，γ取值1；在聚焦區(qū)域之外的軸向區(qū)域，其中，z為軸向距離，n和σ為表示激勵(lì)聲場(chǎng)的系統(tǒng)常數(shù)，取值范圍均為0～10，n和σ兩個(gè)參數(shù)的取值可以相同或不同。

進(jìn)一步的，所述聚焦區(qū)域DOF＝8(f#)²λ，其中，λ表示波長(zhǎng)，f#為孔徑控制參數(shù)，其為在0～5之間的實(shí)數(shù)，可見聚焦區(qū)域通常由設(shè)備參數(shù)決定，其大小范圍只與設(shè)備參數(shù)相關(guān)，與目標(biāo)區(qū)域大小無關(guān)，目標(biāo)區(qū)域可能大于聚焦區(qū)域，也可能等于聚焦區(qū)域，或者小于聚焦區(qū)域。

進(jìn)一步的，所述定量剪切波彈性圖像E＝3ρc²，其中，ρ為被測(cè)區(qū)域介質(zhì)密度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的超聲定量彈性成像系統(tǒng)基于滑動(dòng)窗口線性擬合的應(yīng)變和使用二維線性擬合的剪切波波速檢測(cè)算法，其結(jié)果魯棒性更好、抗噪聲能力更強(qiáng)，結(jié)果更可靠。同時(shí)在不額外增加超聲前端存儲(chǔ)與傳輸模塊負(fù)荷的情況下，實(shí)現(xiàn)了超聲全域定量彈性成像，大幅地減低了超聲定量彈性成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度和設(shè)備成本。本發(fā)明還設(shè)置有效電路切換和保護(hù)模塊，讓系統(tǒng)滿足ARFI與剪切波不同發(fā)射時(shí)序要求的同時(shí)，有效保護(hù)人體和系統(tǒng)電路，并最大限度的進(jìn)行聲激勵(lì)以達(dá)到更好檢測(cè)效果。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明提供的超聲定量彈性成像方法流程圖。

圖2是本發(fā)明提供的超聲定量彈性成像系統(tǒng)框圖。

圖3是本發(fā)明中剪切波脈沖發(fā)生器和/或所述ARFI脈沖發(fā)生器構(gòu)成示例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖4是本發(fā)明中本發(fā)明中聲激勵(lì)使用的發(fā)射脈沖序列示意圖。

圖5是剪切波波速計(jì)算使用的脈沖發(fā)射方式示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1：如圖2、圖3所示，本實(shí)施例提供一種對(duì)設(shè)備要求低、計(jì)算量小的超聲定量彈性成像系統(tǒng)，包括，

剪切波脈沖發(fā)生器，用于發(fā)射剪切波激勵(lì)脈沖及檢測(cè)脈沖信號(hào)；

ARFI脈沖發(fā)生器，用于發(fā)射ARFI激勵(lì)脈沖及檢測(cè)脈沖信號(hào)；

探頭，用于接收剪切波回波信號(hào)或ARFI回波信號(hào)；

控制裝置1，用于控制剪切波脈沖發(fā)生器、ARFI脈沖發(fā)生器的開關(guān)，接收剪切波回波信號(hào)和ARFI回波信號(hào)，并，根據(jù)ARFI回波信號(hào)計(jì)算目標(biāo)區(qū)域各個(gè)位置的應(yīng)變?chǔ)?，本?shí)施例中，所述各個(gè)位置可以是目標(biāo)區(qū)域的所有點(diǎn)位置，也可以是目標(biāo)區(qū)域中指定個(gè)數(shù)的目標(biāo)點(diǎn)位置(如目標(biāo)區(qū)域的N個(gè)均勻分布的點(diǎn)位置)，也可以是目標(biāo)區(qū)域選取的N個(gè)規(guī)則排列的點(diǎn)位置(規(guī)則排列可以是等距排列，或規(guī)則的不等距排列，各個(gè)點(diǎn)可能排成一行，也可能排成其他規(guī)則形狀)；不管所述各個(gè)位置是指目標(biāo)區(qū)域所有點(diǎn)位置，還是N個(gè)均勻分布的目標(biāo)點(diǎn)位置，或是N個(gè)規(guī)則排列的點(diǎn)位置，其中均包含至少一個(gè)指定參考位置，即獲取的各個(gè)位置應(yīng)變?chǔ)胖邪付▍⒖嘉恢脩?yīng)變?chǔ)?sub>ref；根據(jù)剪切波回波信號(hào)計(jì)算指定參考位置單點(diǎn)剪切波波速c_ref；根據(jù)單點(diǎn)剪切波波速計(jì)算各個(gè)位置剪切波波速c；根據(jù)各個(gè)位置應(yīng)變計(jì)剪切波波速c及應(yīng)變?chǔ)?sub>ref獲取各個(gè)位置定量剪切波彈性圖像E。

顯示裝置，用于將所述定量剪切波彈性圖像E顯示。具體的，在顯示之前，還包括對(duì)控制裝置計(jì)算得出的彈性圖像E數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描轉(zhuǎn)換，平滑處理等一系列的處理過程，最后將該圖像通過顯示器展現(xiàn)給用戶。

所述探頭包括波束合成器2，其用于將ARFI回波信號(hào)或剪切波回波信號(hào)經(jīng)過波束合成，合成為回波射頻信號(hào)。

所述控制裝置1包括剪切波信號(hào)處理模塊13、單點(diǎn)剪切波速計(jì)算模塊14；

所述剪切波信號(hào)處理模塊13自探頭接收剪切波回波射頻信號(hào)，并經(jīng)過解調(diào)成為IQ數(shù)據(jù)，進(jìn)一步對(duì)該IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行位移估算得出被測(cè)組織目標(biāo)區(qū)域各位置的剪切波位移-時(shí)間數(shù)據(jù)；

所述單點(diǎn)剪切波速計(jì)算模塊14根據(jù)剪切波位移-時(shí)間數(shù)據(jù)計(jì)算指定參考位置剪切波波速c_ref，其通過公式X＝Aβ得出，其中，式中，x_i表示指定測(cè)量點(diǎn)的橫向距離，t_i表示指定測(cè)量點(diǎn)達(dá)到最大位移所需時(shí)間，z_i表示指定測(cè)量點(diǎn)的軸向距離，β₁即為所求的指定測(cè)量點(diǎn)單點(diǎn)剪切波速c_ref；

所述控制裝置1還包括ARFI信號(hào)處理模塊11、應(yīng)變計(jì)算模塊12；

所述ARFI信號(hào)處理模塊11用于自探頭接收ARFI回波射頻信號(hào)，并經(jīng)過解調(diào)形成IQ數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步通過對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行位移估算得出被測(cè)組織目標(biāo)區(qū)域各位置的ARFI位移-時(shí)間數(shù)據(jù)；

所述應(yīng)變計(jì)算模塊12根據(jù)所述ARFI位移-時(shí)間數(shù)據(jù)計(jì)算目標(biāo)區(qū)域各位置應(yīng)變其中，N為梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口大小，z_i表示各位置(此處的各位置通常也是從目標(biāo)區(qū)域中選取的)具體深度坐標(biāo)，表示梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口內(nèi)各個(gè)位置坐標(biāo)的均值，y_i表示梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口內(nèi)當(dāng)前點(diǎn)位移，表示梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口內(nèi)各個(gè)位置位移的均值。

所述控制裝置1還包括波速計(jì)算模塊15及彈性模量計(jì)算模塊16；

所述波速計(jì)算模塊15用于根據(jù)指定參考位置單點(diǎn)剪切波波速計(jì)算各個(gè)位置剪切波波速其中，在聚焦區(qū)域，γ取值1；在聚焦區(qū)域之外的軸向區(qū)域，其中，z為軸向距離，n和σ為表示激勵(lì)聲場(chǎng)的系統(tǒng)常數(shù)，取值范圍均為0～10，n和σ兩個(gè)參數(shù)的取值可以相同或不同；

所述彈性圖像計(jì)算模塊16用于根據(jù)c及應(yīng)變?chǔ)?sub>ref獲取各個(gè)位置定量剪切波彈性圖像E＝3ρc²，其中，ρ為被測(cè)區(qū)域介質(zhì)密度。

所述控制裝置1控制所述剪切波脈沖發(fā)生器、ARFI脈沖發(fā)生器交替發(fā)射。

具體的，如圖3所述，一些實(shí)施例中，控制裝置1硬件部分可由PC、控制電路板和FPGA芯片組組成，另外一些實(shí)施例中，控制裝置也可以是完全集成在一起的集成電路構(gòu)成，上述的剪切波信號(hào)處理模塊、單點(diǎn)剪切波速計(jì)算模塊、ARFI信號(hào)處理模塊、應(yīng)變計(jì)算模塊、彈性模量計(jì)算模塊按功能分布在上述硬件裝置中。

所述剪切波脈沖發(fā)生器及所述ARFI脈沖發(fā)生器為同一電路實(shí)現(xiàn)，其由所述控制裝置控制發(fā)送剪切波脈沖或ARFI脈沖；或，

所述剪切波脈沖發(fā)生器及所述ARFI脈沖發(fā)生器為各自獨(dú)立電路實(shí)現(xiàn)，其由所述控制裝置控制啟動(dòng)、關(guān)閉時(shí)間。

具體的，在所述剪切波脈沖發(fā)生器及所述ARFI脈沖發(fā)生器為同一電路實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例中，如圖3所示，發(fā)生器包括依次串接的驅(qū)動(dòng)放大器100、脈沖發(fā)生器101、過流過壓保護(hù)電路102、Tx/Rx開關(guān)103，以及自Tx/Rx開關(guān)反饋的限幅放大器104、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路105。過流過壓保護(hù)電路102可以讓系統(tǒng)滿足ARFI與剪切波不同發(fā)射時(shí)序要求的同時(shí)，有效保護(hù)人體和系統(tǒng)電路，并最大限度的進(jìn)行聲激勵(lì)以達(dá)到更好檢測(cè)效果。

所述剪切波脈沖發(fā)生器和/或ARFI脈沖發(fā)生器共有24路以上，如48路、64路、128路、256路等。

使用時(shí)，控制裝置根據(jù)用戶設(shè)定的電壓、脈沖長(zhǎng)度和相位等參數(shù)信息控制脈沖發(fā)生器(剪切波脈沖發(fā)生器和/或所述ARFI脈沖發(fā)生器)產(chǎn)生激勵(lì)和檢測(cè)脈沖信號(hào)，在T/R開關(guān)的控制下發(fā)射電路產(chǎn)生的超聲波進(jìn)入生物組織，接收電路接收回波信號(hào)。系統(tǒng)在發(fā)射或接收信號(hào)時(shí)，通過設(shè)置孔徑控制參數(shù)f#及聚焦深度z，并利用公式來控制活動(dòng)陣元(脈沖發(fā)生器)的個(gè)數(shù)，公式中，D是探頭孔徑大小，即用戶通過設(shè)置孔徑控制參數(shù)f#及聚焦深度z來控制活動(dòng)探頭孔徑的大小來實(shí)現(xiàn)對(duì)活動(dòng)陣元個(gè)數(shù)的控制，用戶可根據(jù)情況在最大活動(dòng)陣元數(shù)(如64路)內(nèi)選擇實(shí)際需要的活動(dòng)陣元數(shù)量，例如，系統(tǒng)如果包括64路脈沖發(fā)生器，則系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的最大探頭孔徑大小即為64個(gè)陣元所分布的面積，孔徑控制參數(shù)f#通常為大于0小于或等于5的實(shí)數(shù)。因?yàn)榧?lì)組織產(chǎn)生形變的力是由探頭根據(jù)用戶設(shè)定的選項(xiàng)發(fā)射的短時(shí)長(zhǎng)脈沖波在聚焦區(qū)域形成的，與操作者的操作手法無關(guān)，因此可以認(rèn)為在有效成像區(qū)域內(nèi)力的大小是均勻的，一致的。聚焦區(qū)域的深度(Depth of Focus)可以描述為：DOF＝8(f#)²λ，λ表示波長(zhǎng)；例如，對(duì)于5MHz的激勵(lì)脈沖，如果孔徑控制參數(shù)f#＝2，生物組織中的聲速近似等于1540m/s，那么DOF的值接近1cm。ARFI彈性成像采用的是逐線方式掃描，每一個(gè)水平位置都會(huì)根據(jù)相同的系統(tǒng)參數(shù)發(fā)射激勵(lì)脈沖使得組織產(chǎn)生微小形變，因此可以認(rèn)為在焦點(diǎn)附近1cm范圍內(nèi)的聲輻射力可以看作是均勻的，一致的，這個(gè)區(qū)域我們稱為聚焦區(qū)域，如上所述，在聚焦區(qū)域中，剪切波波速計(jì)算公式中的γ取值為1。

發(fā)射脈沖序列示意如圖4所示，根據(jù)ROI窗口深度位置，信號(hào)中心頻率大小、PRF(pulse repeat frequency，脈沖重復(fù)頻率)、激勵(lì)電壓以及脈沖長(zhǎng)度等參數(shù)控制發(fā)射脈沖序列。序列的頭部是1個(gè)或多個(gè)檢測(cè)脈沖(Detect beam,較高電壓(例如80V，一般與B模式相同)，短脈沖(例如2個(gè)周期))作為組織位移信息的參考信號(hào)；接下來是多組激勵(lì)脈沖/檢測(cè)脈沖對(duì)，激勵(lì)脈沖(Push beam,較低電壓(例如20～40V)，長(zhǎng)脈沖(100～250個(gè)周期))用于在組織內(nèi)焦點(diǎn)附近的局部區(qū)域激勵(lì)產(chǎn)生微小位移。

檢測(cè)脈沖(高電壓的短脈沖)用于跟蹤聲輻射力載荷在加載的過程中組織的形變情況；之后是一系列的檢測(cè)脈沖跟蹤聲輻射力載荷消失后組織的形變情況。激勵(lì)脈沖的作用是使焦點(diǎn)位置處的局部組織在安全條件下能夠振動(dòng)起來，長(zhǎng)回波信號(hào)由于其空間分辨率差不能用于位移估算，所以探頭陣元在發(fā)射激勵(lì)脈沖時(shí)關(guān)閉信號(hào)變跡，所有活動(dòng)陣元的發(fā)射信號(hào)幅值相同，增強(qiáng)信號(hào)攜帶的能量以便在安全條件下產(chǎn)生更大的聲輻射力。用于激勵(lì)的長(zhǎng)脈沖波頻率和用于檢測(cè)的短脈沖波中心頻率可選擇相同或不同，優(yōu)選方案是中心頻率不同，這樣可以為了避免激勵(lì)脈沖對(duì)檢測(cè)脈沖回波信號(hào)的干擾，同時(shí)在信號(hào)處理時(shí)易于區(qū)分激勵(lì)和檢測(cè)的回波信號(hào)。

另外發(fā)射脈沖序列中的長(zhǎng)脈沖波數(shù)目是可變的，整個(gè)序列的波數(shù)目也是可變的，這里我們將一次激勵(lì)整個(gè)序列的波數(shù)目定義為取樣容積數(shù)目(ensemble size)，例如16，24，32。長(zhǎng)脈沖波數(shù)目(激勵(lì)波)+短脈沖波數(shù)目(參考和檢測(cè)波)＝取樣容積數(shù)目，梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口N的大小為0～取樣容積數(shù)之間的任意值，具體其為采用自適應(yīng)算法自動(dòng)選擇，此處不再贅述。

一組剪切波發(fā)射脈沖包含若干個(gè)不同空間位置如圖4所示的發(fā)射脈沖序列，其中激勵(lì)脈沖空間位置固定，而不同發(fā)射序列的檢測(cè)脈沖空間位置不同；如圖5所示，D為檢測(cè)波，P為激勵(lì)波，假如有一組剪切波發(fā)射脈沖采用5個(gè)間隔為1mm的發(fā)射脈沖序列，這5個(gè)序列的激勵(lì)波P1、P2、P3、P4、P5均在同一空間位置，而5個(gè)發(fā)射脈沖序列中的檢測(cè)波D1、D2、D3、D4、D5在相同或不同空間位置，同時(shí)，至少一個(gè)檢測(cè)脈沖的空間位置和激勵(lì)脈沖位置相同，如圖中的D1。

ARFI脈沖發(fā)生器使用的發(fā)射脈沖序列與剪切波脈沖發(fā)生器相同，但一幀ARFI成像掃描過程中激勵(lì)波保持與檢測(cè)波為同一空間位置。

上述系統(tǒng)可以按照如圖1所示的成像方法運(yùn)行，該成像方法包括如下步驟：

S100：進(jìn)行ARFI檢測(cè)，獲取目標(biāo)區(qū)域中各個(gè)位置應(yīng)變?chǔ)牛渲邪付▍⒖嘉恢脩?yīng)變?chǔ)?sub>ref；

S200：進(jìn)行剪切波檢測(cè)，獲取目標(biāo)區(qū)域中指定參考位置單點(diǎn)剪切波波速c_ref；

步驟S100和S200的執(zhí)行順序并無特殊要求，如可以先執(zhí)行S100，再執(zhí)行S200，也可以先執(zhí)行S200，再執(zhí)行S100.

S300：根據(jù)所述單點(diǎn)剪切波波速計(jì)算各個(gè)位置剪切波波速c；

S400：根據(jù)各個(gè)位置應(yīng)變計(jì)剪切波波速獲取各個(gè)位置定量剪切波彈性圖像E。

具體的，所述目標(biāo)區(qū)域中各位置應(yīng)變其中，N為梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口大小，z_i表示各位置具體深度坐標(biāo)，表示梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口內(nèi)各個(gè)位置坐標(biāo)的均值，y_i表示梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口內(nèi)當(dāng)前點(diǎn)位移，表示梯度滑動(dòng)計(jì)算窗口內(nèi)各個(gè)位置位移的均值。

所述單點(diǎn)剪切波波速根據(jù)指定測(cè)量點(diǎn)的橫向距離、軸向距離，及各個(gè)指定測(cè)量點(diǎn)達(dá)到最大橫向位移所需要的時(shí)間采用二維線性擬合法計(jì)算得出。

所述單點(diǎn)剪切波波速c_ref通過公式X＝Aβ得出，其中，式中，通常我們?cè)谳S向深度上預(yù)設(shè)I個(gè)深度，每個(gè)深度上預(yù)設(shè)J個(gè)指定位置(點(diǎn))，共，m個(gè)指定位置(點(diǎn))，m＝I*J；我們將每個(gè)位置(點(diǎn))在剪切波作用下達(dá)到最大位移的時(shí)間看做是剪切波傳播到該位置(點(diǎn))的時(shí)間，通過剪切波位移-時(shí)間數(shù)據(jù)可以得到剪切波傳遞到該位置(點(diǎn))的時(shí)間，即t_i；同時(shí)，z_i表示指定測(cè)量位置(點(diǎn))在軸向深度的軸向距離(表征深度位置)，x_i表示指定測(cè)量位置(點(diǎn))的橫向距離(表征橫向位置)，即，當(dāng)各個(gè)指定位置(點(diǎn))選定時(shí)，X中各個(gè)元素值以及z_i值便已確定，我們只需從剪切波位移-時(shí)間數(shù)據(jù)中找出各個(gè)指定位置(點(diǎn))達(dá)到最大位移所需時(shí)間t_i即可完成計(jì)算；公式中，β₁即為所求的指定測(cè)量點(diǎn)單點(diǎn)剪切波速c_ref；同時(shí)，應(yīng)注意的是，β₀和β₂為利用上式計(jì)算單點(diǎn)剪切波速c_ref過程中同時(shí)計(jì)算得出的回歸參數(shù)，本方法中并不使用這兩個(gè)參數(shù)，其作用和含義對(duì)本發(fā)明沒有實(shí)質(zhì)意義。

所述各個(gè)位置剪切波波速其中，在聚焦區(qū)域γ取值1；在聚焦區(qū)域之外的軸向區(qū)域(當(dāng)目標(biāo)區(qū)域大于聚焦區(qū)域時(shí)，需用到此處)，其中，z為軸向距離，n和σ為表示激勵(lì)聲場(chǎng)的系統(tǒng)常數(shù)，取值范圍均為0～10，n和σ兩個(gè)參數(shù)的取值可以相同或不同。

所述定量剪切波彈性圖像E＝3ρc²，其中，ρ為被測(cè)區(qū)域介質(zhì)密度。