[發明專利]空化微泡高信噪比超聲快速成像及動態尺寸分布估計方法有效
| 申請號: | 201310161053.7 | 申請日: | 2013-05-03 |
| 公開(公告)號: | CN103267800A | 公開(公告)日: | 2013-08-28 |
| 發明(設計)人: | 萬明習;劉潤娜 | 申請(專利權)人: | 西安交通大學 |
| 主分類號: | G01N29/02 | 分類號: | G01N29/02;G01B21/12 |
| 代理公司: | 西安智大知識產權代理事務所 61215 | 代理人: | 弋才富 |
| 地址: | 710049*** | 國省代碼: | 陜西;61 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 空化微泡高信噪 超聲 快速 成像 動態 尺寸 分布 估計 方法 | ||
1.空化微泡高信噪比超聲快速成像及動態尺寸分布估計方法,其特征在于,包括以下步驟:
步驟一、空化微泡子波構建:
當源能量或這些能量的聯合作用以一定強度一定時間作用于某溶液中并且在其能量集中區域附近產生的空化微泡群是自由振動而且沒有包膜的,按照如下步驟構造空化微泡子波:
(1)以水聽器接收檢測換能器聲場壓力波形;
(2)采用自由振動的未包膜微泡的RPNNP模型,預設模型參數,改變靜態初始半徑,求解微分方程;
(3)求解微分方程的結果是微泡的半徑-時間曲線,對其進行再微分,可以獲得預測回波-時間曲線;
(4)對預測回波-時間曲線進行濾波歸一化處理,得到空化微泡子波;
所述源能量包括超聲、微波、激光;
步驟二、基于空化微泡子波變換的空化微泡高信噪比成像:
提取波束合成后的每一條掃描線上的射頻數據,也就是空化微泡背向散射回波信號,選取空化微泡子波以及尺度,對其進行連續小波變換,獲得二維的小波變換系數,選取小波變換系數中最大值所在的尺度的小波系數作為替換信號,并最終顯示信噪比增強的圖像;
步驟三、基于多尺寸空化微泡子波變換的個數百分比最大空化微泡半徑估計:
通過預設不同的空化微泡靜態初始半徑,來獲得不同初始半徑條件下的預測回波波形,以其作為空化微泡子波對采集的隨時間變化的空化微泡背向散射信號進行空化微泡子波變換,獲得對應著不同靜態初始半徑的信噪比增強的背向散射強度信息,進而獲得信噪比-靜態初始半徑曲線,從這條曲線上獲得這一時刻中空化微泡群中對于空化微泡背向散射信號貢獻最大的微泡所具有的半徑,這個半徑下的空化微泡對于背向散射回波信號的貢獻主要來自于兩個方面,一個是其數目,另外一個是就是該空化微泡的散射橫截面積,當空化微泡群的尺寸分布比較窄時且偏離檢測換能器的固有頻率時,散射橫截面積差異可以忽略,這時候只有微泡數目的影響,在這種條件下,認為這一時刻空化微泡群中數目最多的空化微泡所具有的半徑;
步驟四、基于分區內個數百分比最大空化微泡半徑的全場微泡尺寸分布估計:
將空化區域劃分為若干個等大小的小區域,根據步驟三中的方法,獲得每個分區中數目最多的微泡的半徑,對于每一個空化微泡而言,其中pi是輻照在單個微泡上的入射聲壓,ps是單個微泡背向散射聲壓,z是該微泡與檢測換能器表面的距離,σ是散射橫截面積,每個分區中的空化微泡的數目比較少,總體背向散射回波則可以表示為σk對應于不同半徑的空化微泡所對應的散射橫截面積,對于不同的空化微泡,其表面的入射聲壓是一致的,小分區內的空化微泡的尺寸分布范圍比較狹小,可以認為是單一尺寸分布的,在這種情況下,每個分區里面的空化微泡背向散射回波信號可以表示為:可以看出每個分區里面的空化微泡的散射回波強度主要與單一尺寸的空化微泡的數目和散射橫截面積有關系,再引入共振偏移系數,數值上等于預測回波強度-半徑曲線的倒數,此時,空化微泡散射回波強度就只與空化微泡的個數有關系;所有小分區的空化微泡數目-半徑曲線,將所有分區的微泡的數據進行加權顯示之后,獲得空化微泡群的尺寸分布的動態估計;
步驟五、流動狀態下空化微泡尺寸面分布和體分布估計:
1)對于流動管道如血管中的空化微泡的動態估計,源能量在產生空化微泡的同時以及之后,空化微泡隨著周圍液體發生流動,采用步驟三-步驟四的方法,獲得某一時刻空化微泡群中的數目最多的微泡的半徑以及整個空化微泡群中的微泡的尺寸分布情況;
2)因為每一個時刻對應著空化微泡群的一個切面,即獲得空化微泡的面分布,在流動狀態下可以獲得連續的切面信息,將所有的切面信息完成后就獲得體分布。
2.根據權利要求1所述的空化微泡高信噪比超聲快速成像及動態尺寸分布估計方法,其特征在于,步驟一所述的采用自由振動的未包膜微泡的RPNNP模型,預設模型參數,改變靜態初始半徑,求解微分方程,具體步驟如下:
對于靜態半徑為Ro的單個自由氣泡,處于體積比微泡體積遠遠大的液體介質中,液體密度為ρ,遠大于微泡內氣體的密度,氣體及液體接觸面的表面張力為σ,氣泡內的蒸汽壓為PV且微泡內的蒸汽壓在振動過程中始終不變,液體的粘滯系數為η,液體的靜態壓力為Po,微泡所處的激勵聲場壓力為P(t),氣泡振動過程一直保持球形而沒有形狀的改變,氣泡內氣體分布均勻,氣體含量不變,且為理想氣體,認為微泡可以無窮壓縮,氣泡的振動過程中的半徑小于聲波波長(R<λ),不計微泡的體粘滯效應,液體不可壓縮或壓縮性很小,微泡壁在振動過程中的速度遠遠小于液體中的聲速,此時微泡振動中的半徑為時間的二次微分方程為
解這個微分方程,得到微泡振動半徑隨時間的變化曲線及其徑向振動速度和加速度,當接收換能器與微泡之間的距離為r時,得到微泡背向散射回波:
當外部聲場激勵條件已知時,通過設置不同的微泡參數和信號參數,得到相應條件下的微泡回波信號。
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