一种基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统的制作方法

1.本发明属于超声弹性成像技术领域，尤其涉及一种基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统。


背景技术：

2.目前，超声弹性成像技术是目前比较成熟的弹性成像技术，主要是通过对组织施加一定激励使其产生形变，利用超声波检测并追踪组织形变，并通过算法计算重建出组织的硬度分布情况。
3.然而现有的剪切波超声检测需要高性能的电力电子设备来产生强大的推力光束，限制了其在高端系统中的应用。此外，施加在组织和换能器上的热应力限制了基于声辐射力脉冲的超声横波弹性成像的帧速率。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的剪切波超声检测系统或装置对于设备要求高，成本高，且应用场景受限，不能自由调节探测参数也不能实现便携。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统。
6.本发明是这样实现的，一种基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统，所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统包括：
7.超声探头控制模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的超声探头的探测位置、探测参数控制多个超声探头的探测位置以及探测参数；
8.振动源控制模块，与中央控制模块连接，用于计算得到的微型球形振源的位移方向以及位移距离结合确定的剪切波模式控制多个微型球形振源的移动控制以及振动控制；
9.位移监测模块，与中央控制模块连接，用于利用位移传感器探测振动源与超声探头的相位位置关系以及距离是否与符合确定的剪切波模式以及相应探测或振动参数；
10.剪切波速度计算模块，与中央控制模块连接，用于基于解调、滤波处理后的超声信号确定剪切波的速度；
11.波速分布图生成模块，与中央控制模块连接，用于基于确定剪切波的速度生成剪切波波速分布图；
12.弹性分布图确定模块，与中央控制模块连接，用于基于得到的剪切波波速分布图得到探测位置的组织弹性分布图。
13.进一步，所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统还包括：
14.检测需求采集模块，与中央控制模块连接，用于利用输入设备输入超声检测的需求；
15.需求分析模块，与中央控制模块连接，用于基于输入的超声检测需求确定超声探头的探测位置、探测参数以及剪切波模式；
16.中央控制模块，与检测需求采集模块、需求分析模块、超声探头控制模块、定位模块、位移计算模块、振动源控制模块、位移监测模块、超声信号采集模块、超声信号处理模块、剪切波速度计算模块、波速分布图生成模块、弹性分布图确定模块、结果输出模块以及显示模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；
17.定位模块，与中央控制模块连接，用于获取各个微型球形振源的当前定位数据；用于获取超声探头的当前位置数据；
18.位移计算模块，与中央控制模块连接，用于基于各个微型球形振源的当前定位数据结合以及超声探头的当前位置数据结合确定的剪切波模式计算微型球形振源的位移方向以及位移距离；
19.超声信号采集模块，与中央控制模块连接，用于获取探测位置的超声回波射频信号；
20.超声信号处理模块，与中央控制模块连接，用于对获取得到的超声回波射频信号进行处理；
21.结果输出模块，与中央控制模块连接，用于基于生成的组织弹性分布图输出对应超声检测结果；
22.显示模块，与中央控制模块连接，用于利用显示器显示相应的组织弹性分布图以及超声检测结果。
23.进一步，所述振动源控制模块包括：
24.移动控制单元，用于计算得到的微型球形振源的位移方向以及位移距离结合确定的剪切波模式控制一个或多个微型球形振源移动至超声探头的一侧、前后两侧或左右两侧；
25.振动控制单元，用于基于确定的探测参数以及剪切波模式确定微型球形振源的振动参数。
26.进一步，所述微型球形振源的振动参数包括：微型球形振源的振动频率、相位和振幅。
27.进一步，所述剪切波速度计算模块基于解调、滤波处理后的超声信号确定剪切波的速度包括：
28.(1)基于解调、滤波处理后的超声信号获取剪切波的传播图像；基于所述剪切波的传播图像得到探测组织的位移时空分布矩阵；
29.(2)利用二维傅里叶变换基于所述探测组织的位移时空分布矩阵得到所述探测组织的位移的频率-波数谱；
30.(3)基于所述探测组织的位移的频率-波数谱得到剪切波的速度。
31.进一步，所述基于解调、滤波处理后的超声信号获取剪切波的传播图像包括：
32.首先，获取解调、滤波处理后的超声信号，并对滤波处理后的超声直射信号与超声反射信号进行相干分析；
33.其次，基于所述超声直射信号与超声反射信号的相干分析结果进行超声信号的相位提取结果；
34.最后，基于所述超声信号的相位提取结果得到剪切波的传播图像。
35.进一步，所述超声信号处理模块对获取得到的超声回波射频信号进行处理包括：
36.对获取得到的超声回波射频信号进行解调、滤波处理。
37.本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统。
38.本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统。
39.本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统。
40.结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
41.第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
42.本发明利用微型球形振源施加外部机械振动，外形系数小，质量轻实现了剪切波超声检测的便携式应用；同时本发明利用微型球形振源施加外部机械振动在相同的振动频率下能够灵活且符合人体工程学地连接到换能器并降低功耗。本发明设置有多个振动源，能够控制多个振动源采用相同的频率、相位和振幅，还可以通过改变振动源的空间配置操纵组合的剪切波模式，实现多模式的超声弹性检测。
43.第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
44.本发明降低了超声弹性检测的成本，简化了超声弹性检测的装置或设备，实现了便携式应用，同时能够应用于多种场景下，可自由调节探测参数，实现多模式、多场景的剪切波超声检测。
附图说明
45.图1是本发明实施例提供的基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统结构示意图；
46.图2是本发明实施例提供的振动源控制模块结构示意图；
47.图3是本发明实施例提供的剪切波速度计算模块基于解调、滤波处理后的超声信号确定剪切波的速度的方法流程图；
48.图中：1、检测需求采集模块；2、需求分析模块；3、中央控制模块；4、超声探头控制模块；5、定位模块；6、位移计算模块；7、振动源控制模块；8、位移监测模块；9、超声信号采集模块；10、超声信号处理模块；11、剪切波速度计算模块；12、波速分布图生成模块；13、弹性分布图确定模块；14、结果输出模块；15、显示模块；71、移动控制单元；72、振动控制单元。
具体实施方式
49.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于
限定本发明。
50.一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
51.如图1所示，本发明实施例提供的基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统包括：
52.检测需求采集模块1，与中央控制模块3连接，用于利用输入设备输入超声检测的需求；
53.需求分析模块2，与中央控制模块3连接，用于基于输入的超声检测需求确定超声探头的探测位置、探测参数以及剪切波模式；
54.中央控制模块3，与检测需求采集模块1、需求分析模块2、超声探头控制模块4、定位模块5、位移计算模块6、振动源控制模块7、位移监测模块8、超声信号采集模块9、超声信号处理模块10、剪切波速度计算模块11、波速分布图生成模块12、弹性分布图确定模块13、结果输出模块14以及显示模块15连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；
55.超声探头控制模块4，与中央控制模块3连接，用于基于确定的超声探头的探测位置、探测参数控制多个超声探头的探测位置以及探测参数；
56.定位模块5，与中央控制模块3连接，用于获取各个微型球形振源的当前定位数据；用于获取超声探头的当前位置数据；
57.位移计算模块6，与中央控制模块3连接，用于基于各个微型球形振源的当前定位数据结合以及超声探头的当前位置数据结合确定的剪切波模式计算微型球形振源的位移方向以及位移距离；
58.振动源控制模块7，与中央控制模块3连接，用于计算得到的微型球形振源的位移方向以及位移距离结合确定的剪切波模式控制多个微型球形振源的移动控制以及振动控制；
59.位移监测模块8，与中央控制模块3连接，用于利用位移传感器探测振动源与超声探头的相位位置关系以及距离是否与符合确定的剪切波模式以及相应探测或振动参数；
60.超声信号采集模块9，与中央控制模块3连接，用于获取探测位置的超声回波射频信号；
61.超声信号处理模块10，与中央控制模块3连接，用于对获取得到的超声回波射频信号进行解调、滤波处理；
62.剪切波速度计算模块11，与中央控制模块3连接，用于基于解调、滤波处理后的超声信号确定剪切波的速度；
63.波速分布图生成模块12，与中央控制模块3连接，用于基于确定剪切波的速度生成剪切波波速分布图；
64.弹性分布图确定模块13，与中央控制模块3连接，用于基于得到的剪切波波速分布图得到探测位置的组织弹性分布图；
65.结果输出模块14，与中央控制模块3连接，用于基于生成的组织弹性分布图输出对应超声检测结果；
66.显示模块15，与中央控制模块3连接，用于利用显示器显示相应的组织弹性分布图以及超声检测结果。
67.如图2所示，本发明实施例提供的振动源控制模块7包括：
68.移动控制单元71，用于计算得到的微型球形振源的位移方向以及位移距离结合确定的剪切波模式控制一个或多个微型球形振源移动至超声探头的一侧、前后两侧或左右两侧；
69.振动控制单元72，用于基于确定的探测参数以及剪切波模式确定微型球形振源的振动频率、相位和振幅。
70.本发明实施例提供的微型球形振源的振动参数包括：微型球形振源的振动频率、相位和振幅。
71.如图3所示，本发明实施例提供的剪切波速度计算模块基于解调、滤波处理后的超声信号确定剪切波的速度包括：
72.s101，基于解调、滤波处理后的超声信号获取剪切波的传播图像；基于所述剪切波的传播图像得到探测组织的位移时空分布矩阵；
73.s102，利用二维傅里叶变换基于所述探测组织的位移时空分布矩阵得到所述探测组织的位移的频率-波数谱；
74.s103，基于所述探测组织的位移的频率-波数谱得到剪切波的速度。
75.本发明实施例提供的基于解调、滤波处理后的超声信号获取剪切波的传播图像包括：
76.首先，获取解调、滤波处理后的超声信号，并对滤波处理后的超声直射信号与超声反射信号进行相干分析；
77.其次，基于所述超声直射信号与超声反射信号的相干分析结果进行超声信号的相位提取结果；
78.最后，基于所述超声信号的相位提取结果得到剪切波的传播图像。
79.二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用的应用实施例。
80.本发明的应用实施例提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统。
81.本发明的应用实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统。
82.本发明的应用实施例提供了一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统。
83.应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编
程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
84.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统，其特征在于，所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统包括：超声探头控制模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的超声探头的探测位置、探测参数控制多个超声探头的探测位置以及探测参数；振动源控制模块，与中央控制模块连接，用于计算得到的微型球形振源的位移方向以及位移距离结合确定的剪切波模式控制多个微型球形振源的移动控制以及振动控制；位移监测模块，与中央控制模块连接，用于利用位移传感器探测振动源与超声探头的相位位置关系以及距离是否与符合确定的剪切波模式以及相应探测或振动参数；剪切波速度计算模块，与中央控制模块连接，用于基于解调、滤波处理后的超声信号确定剪切波的速度；波速分布图生成模块，与中央控制模块连接，用于基于确定剪切波的速度生成剪切波波速分布图；弹性分布图确定模块，与中央控制模块连接，用于基于得到的剪切波波速分布图得到探测位置的组织弹性分布图。2.如权利要求1所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统，其特征在于，所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统还包括：检测需求采集模块，与中央控制模块连接，用于利用输入设备输入超声检测的需求；需求分析模块，与中央控制模块连接，用于基于输入的超声检测需求确定超声探头的探测位置、探测参数以及剪切波模式；中央控制模块，与检测需求采集模块、需求分析模块、超声探头控制模块、定位模块、位移计算模块、振动源控制模块、位移监测模块、超声信号采集模块、超声信号处理模块、剪切波速度计算模块、波速分布图生成模块、弹性分布图确定模块、结果输出模块以及显示模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；定位模块，与中央控制模块连接，用于获取各个微型球形振源的当前定位数据；用于获取超声探头的当前位置数据；位移计算模块，与中央控制模块连接，用于基于各个微型球形振源的当前定位数据结合以及超声探头的当前位置数据结合确定的剪切波模式计算微型球形振源的位移方向以及位移距离；超声信号采集模块，与中央控制模块连接，用于获取探测位置的超声回波射频信号；超声信号处理模块，与中央控制模块连接，用于对获取得到的超声回波射频信号进行处理；结果输出模块，与中央控制模块连接，用于基于生成的组织弹性分布图输出对应超声检测结果；显示模块，与中央控制模块连接，用于利用显示器显示相应的组织弹性分布图以及超声检测结果。3.如权利要求1所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统，其特征在于，所述振动源控制模块包括：移动控制单元，用于计算得到的微型球形振源的位移方向以及位移距离结合确定的剪切波模式控制一个或多个微型球形振源移动至超声探头的一侧、前后两侧或左右两侧；
振动控制单元，用于基于确定的探测参数以及剪切波模式确定微型球形振源的振动参数。4.如权利要求3所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统，其特征在于，所述微型球形振源的振动参数包括：微型球形振源的振动频率、相位和振幅。5.如权利要求1所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统，其特征在于，所述剪切波速度计算模块基于解调、滤波处理后的超声信号确定剪切波的速度包括：(1)基于解调、滤波处理后的超声信号获取剪切波的传播图像；基于所述剪切波的传播图像得到探测组织的位移时空分布矩阵；(2)利用二维傅里叶变换基于所述探测组织的位移时空分布矩阵得到所述探测组织的位移的频率-波数谱；(3)基于所述探测组织的位移的频率-波数谱得到剪切波的速度。6.如权利要求5所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统，其特征在于，所述基于解调、滤波处理后的超声信号获取剪切波的传播图像包括：首先，获取解调、滤波处理后的超声信号，并对滤波处理后的超声直射信号与超声反射信号进行相干分析；其次，基于所述超声直射信号与超声反射信号的相干分析结果进行超声信号的相位提取结果；最后，基于所述超声信号的相位提取结果得到剪切波的传播图像。7.如权利要求2所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统，其特征在于，所述超声信号处理模块对获取得到的超声回波射频信号进行处理包括：对获取得到的超声回波射频信号进行解调、滤波处理。8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现如权利要求1-7任意一项所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统。9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现如权利要求1-7任意一项所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统。10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求1-7任意一项所述基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统。

技术总结
本发明属于超声弹性成像技术领域，公开了一种基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统，基于多探头的新型便携式剪切波超声检测系统包括：检测需求采集模块、需求分析模块、中央控制模块、超声探头控制模块、定位模块、位移计算模块、振动源控制模块、位移监测模块、超声信号采集模块、超声信号处理模块、剪切波速度计算模块、波速分布图生成模块、弹性分布图确定模块、结果输出模块以及显示模块。本发明设置有多个振动源，能够控制多个振动源采用相同的频率、相位和振幅，还可以通过改变振动源的空间配置操纵组合的剪切波模式，实现多模式的超声弹性检测。超声弹性检测。超声弹性检测。


技术研发人员：王月香 徐虹 罗渝昆 王茜 王莉荔 陈思明 潘子杰 庄妍
受保护的技术使用者：中国人民解放军总医院第一医学中心
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/8/1