寬度D調(diào)小；
[0038] 動(dòng)態(tài)孔徑控制是接收回波信號(hào)環(huán)節(jié)中的一個(gè)常用技術(shù)，而在常規(guī)超聲成像 系統(tǒng)中，發(fā)射與接收電子聚焦的物理學(xué)和數(shù)學(xué)原理是相同的。因此，本發(fā)明利用類似 常規(guī)超聲成像系統(tǒng)接收模式下的動(dòng)態(tài)孔徑控制來(lái)實(shí)現(xiàn)不同焦距下合理有效激勵(lì)剪切 波產(chǎn)生過(guò)程中的動(dòng)態(tài)聚焦。動(dòng)態(tài)孔徑控制過(guò)程如圖1所示。發(fā)射聚焦時(shí)，通常采用 延遲順序激勵(lì)陣元的方法，使各陣元按照設(shè)計(jì)的延時(shí)依次發(fā)射超聲波，在焦點(diǎn)處同 相疊加干涉增強(qiáng)，焦點(diǎn)外異相疊加干涉減弱。要求各陣元發(fā)射超聲時(shí)間的關(guān)系為：
[0039] 式（1)中，t。為中心陣元的發(fā)射時(shí)間，tfn為相對(duì)于中心陣元第η陣元發(fā)射時(shí)間， f為焦距，c為超聲波在被測(cè)組織中的傳播速度，D為孔徑大小，從上式可知，最大延遲時(shí)間 tfn_，即中心陣元與邊緣陣元發(fā)射時(shí)間的差值t。-、隨焦距減小而增大。
[0040] 在聚焦孔徑中，對(duì)任意兩陣元element A和element B，假設(shè)element A相對(duì)于 element B的延遲時(shí)間為tfAB，對(duì)于空間某一點(diǎn)，element A相對(duì)于element B的聲程差為 A 1，若滿足式（2)關(guān)系，該點(diǎn)則會(huì)出現(xiàn)干涉加強(qiáng)。
[0042] 結(jié)合式（1)、（2)可知，在被測(cè)組織淺部檢測(cè)剪切波傳播速度時(shí)，大孔徑聚焦則會(huì) 引起過(guò)大的tf_x，從而帶來(lái)大概率的焦點(diǎn)外的二次干涉加強(qiáng)，造成聲輻射力場(chǎng)出現(xiàn)柵瓣，弓丨 起標(biāo)記點(diǎn)位移-時(shí)間曲線發(fā)生畸變。因此，在淺聚焦位置，需要控制孔徑大小，才能保證較 高的剪切波傳播速度檢測(cè)準(zhǔn)確度。限定最大延遲時(shí)間小于一個(gè)載波周期，則能促使所有陣 元發(fā)射的超聲波僅在焦點(diǎn)處干涉加強(qiáng)，焦點(diǎn)以外區(qū)域干涉減弱。這需要孔徑大小D必須隨 焦距f的改變而變化，且要求：
[0044] 式（3)中，λ。為載波波長(zhǎng)?？讖酱笮由陣元寬度width與陣元間隙kerf決定， 表示為：
[0046] 式（4)中，N_elementS為陣元數(shù)，d為相鄰兩陣元的中心間距，width為陣元寬度， kerf為陣元間隙。在設(shè)計(jì)孔徑時(shí)，可通過(guò)參數(shù)N_elements、width和kerf來(lái)設(shè)置孔徑的大 小，但在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于某一運(yùn)行中的孔徑，陣元寬度width和陣元間隙kerf往往不易實(shí) 時(shí)改變。因此，針對(duì)不同焦距f下的聚焦，采用動(dòng)態(tài)孔徑控制的方法，通過(guò)開(kāi)/關(guān)電路控制 陣元的數(shù)量來(lái)設(shè)置適宜的孔徑大小。同時(shí)為了保證對(duì)剪切波的識(shí)別度，即足夠大的剪切波 振幅，本發(fā)明對(duì)不同焦距f下陣元數(shù)量按照以下關(guān)系式進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控：
[0048] 基于動(dòng)態(tài)孔徑控制的聚焦超聲發(fā)射過(guò)程如圖2所示。相比于靜態(tài)孔徑的聚焦超聲 發(fā)射模式，動(dòng)態(tài)孔徑控制添加了一個(gè)調(diào)節(jié)陣元數(shù)量的物理陣元開(kāi)/關(guān)控制模塊，以針對(duì)不 同的焦距，開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的適宜的陣元數(shù)目。當(dāng)焦距較小時(shí)，只開(kāi)啟少數(shù)位于中心的陣元，其它 陣元?jiǎng)t被關(guān)閉。開(kāi)啟的陣元處于活躍狀態(tài)，正常發(fā)射超聲波，未被開(kāi)啟的陣元處于靜默狀 態(tài)，不執(zhí)行任何命令。隨著焦距的增大，開(kāi)啟的陣元數(shù)量逐漸增多，直至所有陣元都被開(kāi)啟。 考慮到電子聚焦超聲的對(duì)稱性，若陣元總數(shù)為偶數(shù)，對(duì)不同焦距下的陣元數(shù)量取滿足關(guān)系 式（5)的偶數(shù)個(gè)，若陣元總數(shù)為奇數(shù)，則對(duì)不同焦距下的陣元數(shù)量取滿足關(guān)系式（5)的奇數(shù) 個(gè)。
[0049] S2 :根據(jù)超聲換能器在孔徑寬度D時(shí)的有效聲壓Pe計(jì)算聲輻射力F，單位
[0050] 其中，聲福射力
：?式中，α為生物組織的聲衰減系數(shù)（Np/m)，c為超聲 在生物組織中的傳播速度，通常設(shè)置為1540m/s，I為一空間位置時(shí)間平均聲強(qiáng)（W/cm2)，且
式中，P為生物組織的組織密度（kg/m3)，Z為生物組織的聲阻抗（N* S/m3)， PJ%當(dāng)前時(shí)刻的有效聲壓（Pa)，可以由
計(jì)算，其中，TP為脈沖周期，P(t) 為脈沖實(shí)時(shí)聲壓。
[0051] S3:由聲輻射力矢量與三維波動(dòng)方程的格林函數(shù)卷積求得該聲輻射力引起質(zhì)點(diǎn)振 動(dòng)的位移場(chǎng)；
[0052] S4 :針對(duì)每個(gè)聚焦深度，利用峰值時(shí)間法求解剪切力波的傳播速度CT;
[0053] S5:按照
計(jì)算剪切模量μ，其中P為被測(cè)生物組織密度，CT為步驟S4
所得的剪切力波的傳播速度；
[0054] S6 :根據(jù)楊氏模量E、剪切模塊μ與泊松比v三者關(guān)系式：
重構(gòu)生物組織的彈性模量并實(shí)現(xiàn)不同深度的彈性成像，其中λ
為L(zhǎng)ame常數(shù)。
[0055] 實(shí)施時(shí)，步驟S3中按照 求得該聲輻射力引 起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移場(chǎng)，式中，為瞬態(tài)作用力矢量/(Ι,Γ)在粘彈性介質(zhì)中引起的位移 場(chǎng)，？和f為方向向量，t和τ為時(shí)間，
為格林函數(shù)分量。
[0056] 步驟S4中的峰值時(shí)間法求解剪切力波的傳播速度4的具體步驟如下：
[0057] S41 :在聚焦位置的橫向方向上，取間距相同的多個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，記錄每個(gè)采樣時(shí)刻對(duì) 應(yīng)的振動(dòng)位移，得到每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的振動(dòng)位移時(shí)間圖；
[0058] S42 :記錄每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)振動(dòng)位移主峰值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；
[0059] S43:利用最小二乘法擬合出以各標(biāo)記點(diǎn)的位置信息為自變量，對(duì)應(yīng)的主峰值到達(dá) 的時(shí)刻為因變量的一條直線，該條直線的斜率的倒數(shù)即為剪切波傳播速度值。
[0060] 超聲剪切波彈性成像（Shear Wave Elasticity Imaging, SWEI)是指利用超聲傳 感器產(chǎn)生聚焦聲輻射力誘發(fā)生物軟組織產(chǎn)生剪切波，通過(guò)檢測(cè)剪切波的傳播狀態(tài)，重構(gòu)該 組織的彈性模量。超聲傳感器發(fā)射聚焦超聲誘發(fā)生物組織產(chǎn)生剪切波的原理示意圖如圖3 所示，并定義聲輻射力在z軸上聚焦。
[0061] 剪切波傳播速度與剪切模量的關(guān)系式為
設(shè)生物組織的密度P是恒 定的，則4與^成正比關(guān)系。因此，對(duì)生物組織剪切模量的計(jì)算，其關(guān)鍵是準(zhǔn)確測(cè)量出剪 切波傳播速度。
[0062] 欲求出剪切波傳播速度，需首先求解出施加到生物組織上的聲輻射力場(chǎng)。在給定 的空間位置，聲輻射力F可以表示為
[0063] 求出聲輻射力場(chǎng)后，可以用輻射力矢量與三維波動(dòng)方程的格林函數(shù)卷積求得該輻 射力引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移場(chǎng)。
[0064] 定義&0V}為i方向的作用力在j方向的格林函數(shù)分量，可以表示為 體積分量<0,0，剪切分量<(匕0，以及它們的耦合分量gr'GV)的和，可以表示為：
[0065] 式中，？為方向向量，t為時(shí)間，為源在i方向上的分量；
[0070] 式中，？為方向向量，r為方向向量的模量，為？指向的單位向量i方向的分量， y 為F指向的單位向量j方向的分量，P為介質(zhì)的密度，Up為運(yùn)動(dòng)體積粘度，υ s為運(yùn)動(dòng) 剪切粘度，cp為沿著超聲波傳播方向（縱波）的波速，(^為沿著垂直于超聲波傳播方向（橫 波/剪切波）的波速，δ ^為kronecker符號(hào)
[0072] 空間坐標(biāo)系的三個(gè)基本軸表示為辱，i = 1，2, 3,基于這個(gè)坐標(biāo)系F的三個(gè)分量為 (Xi, x2, x3)，模量
.F指向的單位向量表示為
，其中TiZXi/r。
[0073] 因此，耦合分量gf(O)更為清楚的表達(dá)式：
[0075] 其中，
是誤差函數(shù)。這樣，粘彈性格林函數(shù)的耦合項(xiàng)gf (匕0 可以簡(jiǎn)化為：
[0079] 利用疊加原理，對(duì)于任意瞬態(tài)作用力矢量/〇V)在粘彈性介質(zhì)中引起的位移場(chǎng) 可以通過(guò)/(F,?)與以上推導(dǎo)的三維波動(dòng)方程的格林函數(shù)進(jìn)行卷積求得，表示為：
[0080] 根據(jù)上述方法，本實(shí)施例利用超聲仿真平臺(tái)Field II仿真出聚焦聲輻射力激勵(lì)下 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移場(chǎng)。圖4顯示了某一標(biāo)記點(diǎn)離焦點(diǎn)不同側(cè)向位置的位移-時(shí)間曲線圖（焦 距20mm)，從圖4中可以看出，在聲輻射力激勵(lì)后，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移先增大，然后逐漸衰減， 整個(gè)側(cè)向位置上的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)所形成的剪切波逐漸向兩端傳播。
[0081] 對(duì)于每個(gè)聚焦位置，利用峰值時(shí)間法結(jié)合最小二乘法求解剪切波的傳播速度。該 方法首選根據(jù)焦點(diǎn)側(cè)向標(biāo)記點(diǎn)的位移-時(shí)間曲線圖記錄下各個(gè)標(biāo)記點(diǎn)振動(dòng)位移主峰值到 達(dá)的時(shí)刻，再用最小二乘法