专利名称：声辐射力的产生系统及方法
声辐射力的产生系统及方法
技术领域：
本发明涉及超声技术领域，特别涉及一种声辐射力的产生系统及方法。
背景技术：
随着超声弹性成像技术的研究和发展，超声弹性成像技术已经成为检测组织弹性模量的一种重要手段。检测组织弹性模量的方法主要是在组织内部要检测的部分和深度，产生一个较低频率的剪切波，并在组织中传播，使组织发生微小位移，然后用一定频率的超声波来追踪剪切波在组织中传播所造成的位移，通过采集超声回波信号，计算组织的弹性模量。检测组织弹性模量时首先需给组织施加作用力使其发生形变，传统的声辐射力脉 冲成像技术产生声辐射力，通过产生的声辐射力引起组织发生形变。该产生声辐射力是采用同心圆部分球面做成整个超声换能器，该超声换能器体积大且需专门定制，价格昂贵，制作周期长，导致整个声辐射力产生装置成本较高。
发明内容基于此，有必要提供一种声辐射力的产生系统，降低了成本。一种声福射力的产生系统,包括主控模块，用于获取基本参数和生成控制指令，根据所述控制指令控制加载基本参数得到原始脉冲信号，并将所述原始脉冲信号进行处理得到相位相差180度的双控制脉冲信号；驱动脉冲发生器，用于接收所述双脉冲信号，且将所述双控制脉冲信号转换为相位相差0度的双驱动脉冲信号；功率脉冲发生器，用于接收所述驱动脉冲信号，且对所述双驱动脉冲信号处理形成与所述原始脉冲信号相位相差0度且幅值为其2倍的双极性高压脉冲信号；普通线阵成像探头，用于接收所述双极性高压脉冲信号，并根据所述双极性高压脉冲信号产生声福射力脉冲。优选地，所述主控模块包括通讯相连的主控单元和可编程逻辑控制单元，所述主控单元用于获取基本参数，生成控制指令，并将所述基本参数及控制指令发送给所述可编程逻辑控制单元；所述可编程逻辑控制单元用于根据所述控制指令控制加载基本参数得到原始脉冲信号，将所述原始脉冲信号进行处理得到相位相差180度的双控制脉冲信号。优选地，所述基本参数包括普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间、发射频率、发射阵元数和发射持续时间；所述可编程逻辑控制单元包括指令编译子单元、电子延迟控制子单元和串列脉冲发生子单元，所述指令编译子单元用于将所述控制指令编译处理，并根据编译后的控制指令分别控制所述电子延迟控制子单元加载电子延迟时间和发射频率、所述串列脉冲发生子单元加载所述发射阵元数和发射持续时间；所述电子延迟控制子单元用于根据电子延迟时间和发射频率在每个阵元相应的电子通道产生原始脉冲信号；所述串列脉冲发生子单元用于根据发射阵元数和发射持续时间对所述原始脉冲信号处理得到相位相差180度的双控制脉冲信号。优选地，还包括与所述主控模块相连的存储模块，所述存储模块用于预先存储所述普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间；所述主控模块还用于从所述存储模块中读取所述普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间。优选地，所述普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间的计算公式如下t = Lh2 + Len2 -Lh)/C ,其中，t为电子延迟时间，Lh为发射焦点深度，Len为阵元n到发射扫描线轴心位置距离；C为超声波在介质中的传播速度。 优选地，还包括电源模块，所述电源模块用于为所述主控模块、驱动脉冲发生器、功率脉冲发生器和普通线阵成像探头提供电能。此外，还有必要提供一种声辐射力的产生方法，降低了成本。一种声辐射力的产生方法，包括以下步骤获取基本参数，生成控制指令，根据所述控制指令控制加载基本参数得到原始脉冲信号，将所述原始脉冲信号进行处理得到相位相差180度的双控制脉冲信号并发送；接收所述双脉冲信号，且将所述双控制脉冲信号转换为相位相差0度的双驱动脉冲信号，并发送；提供一普通线阵成像探头，所述普通阵成像探头接收所述双驱动脉冲信号，且对所述双驱动脉冲信号处理形成与所述原始脉冲信号相位相差0度且幅值为其2倍的双极性高压脉冲信号，并发送；接收所述双极性高压脉冲信号，并根据所述双极性高压脉冲信号产生声辐射力脉冲。优选地，所述基本参数包括普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间、发射频率、发射阵元数和发射持续时间；根据所述控制指令控制加载基本参数得到原始脉冲信号，将所述原始脉冲信号进行处理得到相位相差180度的双脉冲信号并发送的步骤具体为根据电子延迟时间和发射频率在每个阵元相应的电子通道产生原始脉冲信号；根据发射阵元数和发射持续时间对所述原始脉冲信号处理得到相位相差180度的双控制脉冲信号。优选地，还包括步骤预先存储所述普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间。优选地，所述普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间的计算公式如下t = ULh2 + Len2 -Lh)/C ,其中，t为电子延迟时间，Lh为发射焦点深度，Len为阵元n到发射扫描线轴心位置距离；C为超声波在介质中的传播速度。上述声辐射力的产生系统及方法，通过获取基本参数，根据基本参数得到原始脉冲信号，对原始脉冲信号进行处理后得到相应的双极性高压脉冲信号，采用普通线阵成像探头作为超声换能器，根据该双极性高压脉冲信号产生声辐射力脉冲，不需专门定制昂贵的超声换能器，降低了成本。
图I为一个实施例中声辐射力的产生系统的结构示意图2为电子延迟时间的设置格式示意图；图3为控制指令的设置格式示意图；图4为图I中主控模块的内部结构示意图；图5为图4中可编程逻辑控制单元的内部结构示意图；图6为一个实施例中在m个阵元产生原始脉冲信号示意图；图7为一个实施例中单阵元驱动电路结构示意图；图8为激发超声换能器产生声辐射力的模型示意图；
图9为声辐射力的产生系统的各个信号节点的信号波形示意图；图10为另一个实施例中声辐射力的产生系统的结构示意图；图11为一个实施例中声辐射力的产生方法的流程图；图12为一个实施例中根据该控制指令控制加载基本参数得到原始脉冲信号，将该原始脉冲信号进行处理得到双控制脉冲信号并发送的步骤的具体流程图。
具体实施方式下面结合具体的实施例及附图对技术方案进行详细的描述。如图I所不,在一个实施例中，一种声福射力的产生系统,包括依次相连的主控模块100、驱动脉冲发生器200、功率脉冲发生器300和普通线阵成像探头400。其中，主控模块100用于获取基本参数和生成控制指令，根据控制指令控制加载基本参数得到原始脉冲信号，将原始脉冲信号进行处理得到相位相差180度的双控制脉冲信号。其中，基本参数包括普通线阵成像探头400的各阵元的电子延迟时间、发射频率、发射阵元数和发射持续时间。普通线阵成像探头400的各阵元的电子延迟时间是指各个阵元与指定阵元之间的相位电子延时数据，电子延迟时间为t。该实施例，为了计算方便，指定阵元通常为所有参与计算的阵元阵列中心阵元，采用平面几何计算方法获得各个阵元在阵元阵列中的电子延迟时间，以普通线阵成像探头为例说明计算公式t = ULh2 + Len2 -Lh)/C ,其中，t为电子延迟时间，Lh为发射焦点深度，Len为阵元n到发射扫描线轴心位置距离；C为超声波在介质中的传播速度。Len等于n*Le或(n+0. 5) *Le，或其他计算方式，其中，Le为探头阵元间距，单位为毫米(mm)。另外，=^Lh2, Len2 , Ln为阵元n到发射焦点位置的声音传播距离。电子延迟时间的设置格式如图2所示，Dtl到Dlri表示第I到第n个电子延迟时间。控制指令的设置格式如图3所示，A0表示控制发射信号时序、辅助信号开关的指令，A1表示控制发射频率、发射持续时间的指令。在一个实施例中，如图4所示，主控模块100包括相连的主控单元110和可编程逻辑控制单元120。其中，主控单元110用于获取基本参数，生成控制指令，并将该基本参数及控制指令发送给可编程逻辑控制单元120。主控单元110可为计算机或ARM板等。在主控单元110的人机交互界面上配置了系统需要的参数，如电子延迟时间、发射频率、发射持续时间、发射信号时序、发射焦点深度等。用户可在该人机交互界面上设置相应的基本参数，主控单元110获取到用户设置的基本参数。可编程逻辑控制单元120用于根据控制指令控制加载基本参数得到原始脉冲信号，将原始脉冲信号进行处理得到双控制脉冲信号并发送。可编程逻辑控制单元120可为FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)控制板。主控单元110和可编程逻辑控制单元120通过串口通讯连接，主控单元110按照通讯协议将控制指令发送给可编程逻辑控制单元120。如图5所示，可编程逻辑控制单元120包括指令编译子单元121、电子延迟控制子单元123和串列脉冲发生子单元125。 指令编译子单元121用于将控制指令编译处理，并根据编译后的控制指令分别控制电子延迟控制子单元123加载电子延迟时间和发射频率，串列脉冲发生子单元123加载发射阵元数和发射持续时间。电子延迟控制子单元123用于根据电子延迟时间和发射频率在每个阵元相应的电子通道产生原始脉冲信号。电子延迟时间可为t。如发射阵元数为m个，分别为#1到#m，如图6所示，电子延迟控制子单元123在阵元的电子通道产生原始脉冲信号，#1阵元产生的原始脉冲信号与#m阵元产生的原始脉冲信号具有相同的相位，#2阵元与#m-l阵元产生的原始脉冲信号具有相同的相位，#1阵元产生的原始脉冲信号和#2阵元产生的原始脉冲信号相差电子延迟t，依次类推。串列脉冲发生子单元125用于根据发射阵元数和发射持续时间对原始脉冲信号处理得到相位相差180度的双控制脉冲信号。串列脉冲发生子单元125将每个阵元产生的原始脉冲信号转换为相位相差180度的双控制脉冲信号。驱动脉冲发生器200用于接收双控制脉冲信号，且将该双控制脉冲信号转换为双驱动脉冲信号，并发送给功率脉冲发生器300。驱动脉冲发生器200可采用Supertex公司的MD1822(或者MD1711)，主要功能是把电平为TTL控制信号在集成电路内部进行变换得到IOV左右的双驱动脉冲信号。驱动脉冲发生器200将双驱动脉冲信号耦合至后级功率脉冲发生器300的输入端口。功率脉冲发生器300用于接收双驱动脉冲信号，且对该双驱动脉冲信号处理形成与原始脉冲信号相位相差0度且幅值为其2倍的双极性高压脉冲信号，并发送。功率脉冲发生器300可采用Supertex公司的TC6320的芯片的内部功率MOS管进行信号变换和功率放大，从原先的单极性脉冲变换成双极性脉冲去驱动超声换能器，获取精准工作频率的超声波束。驱动超声换能器的正高压HVP电平值为+20V +100V之间范围，负高压HVN值为-20V -100V之间范围。普通线阵成像探头400用于接收双极性高压脉冲信号，并根据双极性高压脉冲信号产生声辐射力脉冲。普通线阵成像探头400作为超声换能器，可为普通B超成像探头。利用B超图像引导，选择合适的深度，然后在这个深度上发射声辐射力脉冲，在这个区域的组织产生低频振荡剪切波，通过普通线阵成像探头400发射超声跟踪波束，跟踪剪切波的传播，通过计算可获得所选深度的组织弹性模量。如图7为单阵元的声辐射力的产生系统中可编程逻辑控制单元120、驱动脉冲发生器200、功率脉冲发生器300和普通线阵成像探头400的基本驱动电路结构示意图。如图8为激发超声换能器(普通线阵成像探头)产生声辐射力的模型示意图，超声波焦点810发射超声波到超声换能器820，超声换能器820产生电子激励信号830。如图I和图9所示，以一个阵元产生的原始脉冲信号，可编程逻辑控制单元120为FPGA为例，说明各个部分的工作过程及信号波形。上述声辐射力的产生系统的工作过程是主控单元110发送控制指令和基本参数,FPGA将基本参数加载于相应的电子延迟控制子单元123和串列脉冲发生子单元125。电子延迟控制子单元123产生m通道的具有设定电子延迟时间为t的原始脉冲信号A，串列脉冲发生子单元125将来自电子延迟控制子单元123的原始脉冲信号A转换为相位相差180度 的双控制脉冲信号B (图8中所示的FPGA控制信号+和FPGA控制信号_);驱动脉冲发生器200将来自FPGA的双控制脉冲信号B转换为双驱动脉冲信号C的驱动脉冲信号+和驱动脉冲信号驱动脉冲信号+与FPGA控制信号+的相位相差180度，驱动脉冲信号+与驱动脉冲信号-相位相差0度；驱动脉冲信号C经过功率脉冲发生器300之后形成双极性高压脉冲信号D，双极性高压脉冲信号D的幅值为原始脉冲信号A脉冲的幅值的2倍；最终m路双极性高压脉冲信号D加载在普通线阵成像探头400上，产生声辐射力脉冲。在一个实施例中，如图10所示，上述声辐射力的产生系统，除了包括依次相连的主控模块100、驱动脉冲发生器200、功率脉冲发生器300和普通线阵成像探头400，还包括存储模块500和电源模块600。存储模块500用于预先存储普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间，主控模块100还用于从存储模块500中读取该普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间。电源模块600用于给主控模块100、驱动脉冲发生器200、功率脉冲发生器300和普通线阵成像探头400提供电能。在一个实施例中，如图11所示，一种声辐射力的产生方法，包括以下步骤步骤S100，获取基本参数，生成控制指令，根据该控制指令控制加载基本参数得到原始脉冲信号，将该原始脉冲信号进行处理得到相位相差180度的双控制脉冲信号并发送。其中，基本参数包括普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间、发射频率、发射阵元数和发射持续时间。普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间是指各个阵元与指定阵元之间的相位电子延时数据，电子延迟时间为t。该实施例，为了计算方便，指定阵元通常为所有参与计算的阵元阵列中心阵元，采用平面几何计算方法获得各个阵元在阵元阵列中的电子延迟时间，以普通线阵成像探头为例说明计算公式t = Lh2 + Len2 -Lh)/C ,其中，t为电子延迟时间，Lh为发射焦点深度，Len为阵元n到发射扫描线轴心位置距离；C为超声波在介质中的传播速度。Len等于n*Le或(n+0. 5) *Le，或其他计算方式，其中，Le为探头阵元间距，单位为毫米(mm)。另外，=^Lh2, Len2 , Ln为阵元n到发射焦点位置的声音传播距离。电子延迟时间的设置格式如图2所示，Dtl到Dlri表示第I到第n个电子延迟时间。控制指令的设置格式如图3所示，A0表示控制发射信号时序、辅助信号开关的指令，A1表示控制发射频率、发射持续时间的指令。在步骤SlOO之前还包括步骤预先存储普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间。步骤SlOO中获取基本参数中获取电子延迟时间具体为读取预先存储的普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间。在一个实施例中，如图12所示，根据该控制指令控制加载基本参数得到原始脉冲信号，将该原始脉冲信号进行处理得到双控制脉冲信号并发送的步骤具体包括步骤S110，根据电子延迟时间和发射频率在每个阵元想要的电子通道产生原始脉冲信号。电子延迟时间可为t。如发射阵元数为m个，分别为#1到#m，如图6所示，在阵元的电子通道产生原始脉冲信号，#1阵元产生的原始脉冲信号与#m阵元产生的原始脉冲信号具有相同的相位，#2阵元与#m-l阵元产生的原始脉冲信号具有相同的相位，#1阵元产生的原始脉冲信号和#2阵元产生的原始脉冲信号相差电子延迟t，依次类推。步骤S120，根据发射阵元数和发射持续时间对所述原始脉冲信号处理得到相位相 差180度的双控制脉冲信号。步骤S200，接收该双控制脉冲信号，且将该双控制脉冲信号转换为双驱动脉冲信号，并发送。采用Supertex公司的MD1822(或者MD1711)把电平为TTL控制信号在集成电路内部进行变换得到IOV左右的驱动脉冲信号。步骤S300，接收该双驱动脉冲信号，且对该双驱动脉冲信号处理形成与原始脉冲信号相位相差0度且幅值为其2倍的双极性高压脉冲信号，并发送。采用Supertex公司的TC6320的芯片的内部功率MOS管进行信号变换和功率放大，从原先的单极性脉冲变换成双极性脉冲去驱动超声换能器，获取精准工作频率的超声波束。驱动超声换能器的正高压HVP电平值为+20V +100V之间范围，负高压HVN值为-20V -100V之间范围。步骤S400，提供一普通线阵成像探头，该普通阵成像探头接收该双极性高压脉冲信号，并根据该双极性高压脉冲信号产生声福射力脉冲。上述声辐射力的产生系统及方法，通过获取基本参数，根据基本参数得到原始脉冲信号，对原始脉冲信号进行处理后得到相应的双极性高压脉冲信号，采用普通线阵成像探头作为超声换能器，根据该双极性高压脉冲信号产生声辐射力脉冲，不需专门定制昂贵的超声换能器，降低了成本。另外，采用常用的主控单元及可编程逻辑单元，对原始脉冲信号进行处理，进一步降低成本。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种声辐射力的产生系统，其特征在于，包括 主控模块，用于获取基本参数和生成控制指令，根据所述控制指令控制加载基本参数得到原始脉冲信号，并将所述原始脉冲信号进行处理得到相位相差180度的双控制脉冲信号; 驱动脉冲发生器，用于接收所述双脉冲信号，且将所述双控制脉冲信号转换为相位相差0度的双驱动脉冲信号； 功率脉冲发生器，用于接收所述驱动脉冲信号，且对所述双驱动脉冲信号处理形成与所述原始脉冲信号相位相差0度且幅值为其2倍的双极性高压脉冲信号； 普通线阵成像探头，用于接收所述双极性高压脉冲信号，并根据所述双极性高压脉冲信号产生声福射力脉冲。
2.根据权利要求I所述的声辐射力的产生系统，其特征在于，所述主控模块包括通讯相连的主控单元和可编程逻辑控制单元，所述主控单元用于获取基本参数，生成控制指令，并将所述基本参数及控制指令发送给所述可编程逻辑控制单元；所述可编程逻辑控制单元用于根据所述控制指令控制加载基本参数得到原始脉冲信号，将所述原始脉冲信号进行处理得到相位相差180度的双控制脉冲信号。
3.根据权利要求2所述的声辐射力的产生系统，其特征在于，所述基本参数包括普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间、发射频率、发射阵元数和发射持续时间；所述可编程逻辑控制单元包括指令编译子单元、电子延迟控制子单元和串列脉冲发生子单元，所述指令编译子单元用于将所述控制指令编译处理，并根据编译后的控制指令分别控制所述电子延迟控制子单元加载电子延迟时间和发射频率、所述串列脉冲发生子单元加载所述发射阵元数和发射持续时间；所述电子延迟控制子单元用于根据电子延迟时间和发射频率在每个阵元相应的电子通道产生原始脉冲信号；所述串列脉冲发生子单元用于根据发射阵元数和发射持续时间对所述原始脉冲信号处理得到相位相差180度的双控制脉冲信号。
4.根据权利要求3所述的声辐射力的产生系统，其特征在于，还包括与所述主控模块相连的存储模块，所述存储模块用于预先存储所述普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间；所述主控模块还用于从所述存储模块中读取所述普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间。
5.根据权利要求3所述的声辐射力的产生系统，其特征在于，所述普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间的计算公式如下 t = {4Lh2 + Len2 - Lh) / C , 其中，t为电子延迟时间，Lh为发射焦点深度，Len为阵元n到发射扫描线轴心位置距离；C为超声波在介质中的传播速度。
6.根据权利要求3所述的声辐射力的产生系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块用于为所述主控模块、驱动脉冲发生器、功率脉冲发生器和普通线阵成像探头提供电能。
7.一种声辐射力的产生方法，包括以下步骤 获取基本参数，生成控制指令，根据所述控制指令控制加载基本参数得到原始脉冲信号，将所述原始脉冲信号进行处理得到相位相差180度的双控制脉冲信号并发送；接收所述双脉冲信号，且将所述双控制脉冲信号转换为相位相差O度的双驱动脉冲信号，并发送; 提供一普通线阵成像探头，所述普通阵成像探头接收所述双驱动脉冲信号，且对所述双驱动脉冲信号处理形成与所述原始脉冲信号相位相差O度且幅值为其2倍的双极性高压脉冲信号，并发送； 接收所述双极性高压脉冲信号，并根据所述双极性高压脉冲信号产生声辐射力脉冲。
8.根据权利要求7所述的声辐射力的产生方法，其特征在于，所述基本参数包括普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间、发射频率、发射阵元数和发射持续时间；根据所述控制指令控制加载基本参数得到原始脉冲信号，将所述原始脉冲信号进行处理得到相位相差180度的双脉冲信号并发送的步骤具体为根据电子延迟时间和发射频率在每个阵元相应的电子通道产生原始脉冲信号；根据发射阵元数和发射持续时间对所述原始脉冲信号处理得到相位相差180度的双控制脉冲信号。
9.根据权利要求8所述的声辐射力的产生方法，其特征在于，还包括步骤预先存储所述普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间。
10.根据权利要求8所述的声辐射力的产生方法，其特征在于，所述普通线阵成像探头的各阵元的电子延迟时间的计算公式如下 t = {4Lh2 + Len2 - Lh) / C , 其中，t为电子延迟时间，Lh为发射焦点深度，Len为阵元n到发射扫描线轴心位置距离；C为超声波在介质中的传播速度。
全文摘要
本发明涉及一种声辐射力的产生系统及方法。该系统包括主控模块，用于获取基本参数和生成控制指令，根据所述控制指令控制加载基本参数得到原始脉冲信号，并将所述原始脉冲信号进行处理得到相位相差180度的双控制脉冲信号；驱动脉冲发生器，用于接收所述双脉冲信号，且将所述双控制脉冲信号转换为相位相差0度的双驱动脉冲信号；功率脉冲发生器，用于接收所述驱动脉冲信号，且对所述双驱动脉冲信号处理形成与所述原始脉冲信号相位相差0度且幅值为其2倍的双极性高压脉冲信号；普通线阵成像探头，用于接收所述双极性高压脉冲信号，并根据所述双极性高压脉冲信号产生声辐射力脉冲。上述声辐射力的产生系统及方法，降低了成本。
文档编号A61B8/08GK102793566SQ201110136820
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者郑海荣, 曾成志, 李彦明, 凌涛, 沈洋 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院