一种超声弹性成像系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种超声弹性成像系统，包括超声探头、主控单元和PC机，主控单元包括依次连接的收/发模块、低噪声的前置放大器、滤波器、可变增益放大器、模数转换器、控制芯片、数据采集与传输模块，收/发模块与超声探头连接，数据采集与传输模块与PC机连接，可变增益放大器还连接有时间增益控制的放大器。本发明的超声弹性成像系统可以实现超声瞬时弹性成像数据的采集与传输，利用主控单元对超声弹性成像数据进行处理，使获得的超声图像具备较高的分辨率和较高的精度，确保弹性图像的质量，为精确地诊断疾病提供了基础。
【专利说明】一种超声弹性成像系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超声诊断技术，尤其涉及一种超声弹性成像系统。
【背景技术】
[0002]超声弹性成像是一种新型超声诊断技术，能够研究传统超声无法探测的肿瘤及扩散疾病成像，可应用于乳腺、甲状腺、前列腺等方面。组织的弹性依赖于其分子和微观结构，其基础是组织硬度或弹性与病变的组织病理密切相关。新的弹性成像技术提供了组织硬度的图像，也就是关于病变的组织特征的信息。根据不同组织间弹性系数不同，在受到外力压迫后组织发生变形的程度不同，将受压前后回波信号移动幅度的变化转化为实时彩色图像，弹性系数小、受压后位移变化大的组织显示为红色，弹性系数大、受压后位移变化小的组织显示为蓝色，弹性系数中等的组织显示为绿色，借图像色彩反映组织的硬度。目前，临床应用上主要利用压迫性弹性成像、间歇性弹性成像、振动性弹性成像技术探测疾病，这些弹性成像技术在临床应用上均有许多不利因素，其弹性图像的精度和分辨率不够高，影响图像的质量，不能非常精确地诊断疾病。
【发明内容】
[0003] 本发明克服了现有技术的不足，提供一种高精度、高分辨率的超声弹性成像系统，以提高诊断疾病的可靠性。
[0004]为达到上述目的，本发明采用的技术方案为:一种超声弹性成像系统，其特征在于包括:
超声探头:向人体组织中传播剪切波信息并接收回波的信号；
主控单元:与所述超声探头连接，并连接有PC机，所述主控单元控制脉冲信号的发射以及超声波的发射和接收，并完成将采集的数据传输到所述PC机上进行进一步的数据处理；所述主控单元包括依次连接的收/发模块、低噪声的前置放大器、滤波器、可变增益放大器、模数转换器、控制芯片、数据采集与传输模块，所述收/发模块与所述超声探头连接，所述数据采集与传输模块与所述PC机连接，所述可变增益放大器还连接有时间增益控制的放大器。
[0005]本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述数据采集与传输模块采用直方图匹配算法对所采集的弹性图像进行去噪，经去噪处理的弹性图像通过所述数据采集与传输模块传送至所述PC机。
[0006]本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述直方图匹配算法包括步骤:
(I )、初始化阶段，获得参考噪声点位置，设置斑点生长值向量与平滑度向量，计算直方图区间映射表；
(2)、直方图计算，计算以每个像素点为中心的局部窗口直方图向量；
(3)、相似度值计算，利用间隔计算后插值进行相似度值计算；
(4)、平滑滤波，将当前像素点的相似度值选择相应的平滑滤波系数和滤波窗口大小进行斑点噪声抑制；
(5)、图像后处理，对图像进行对比度拉伸。
[0007]本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述超声探头由超声换能器集成到低频振荡器的振动轴上构建而成。
[0008]本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述收/发模块还包括保护电路，所述收/发模块在当所述超声探头产生高压脉冲信号时，完成该信号的发送与接收，将该信号发送至所述低噪声的前置放大器；所述保护电路由高压隔离电路和近场抑制电路构成。
[0009]本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述控制芯片为FPGA芯片。
[0010]本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述数据采集与传输模块通过串行总线将弹性图像传输至所述PC机上。
[0011]本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述低频振荡器的频率为50Hz。
[0012]本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述超声换能器中心频率为5MHz。
[0013]本发明解决了【背景技术】中存在的缺陷，本发明的超声弹性成像系统可以实现超声瞬时弹性成像数据的采集与传输，利用主控单元对超声弹性成像数据进行处理，使获得的超声图像具备较高的分辨率和较高的精度，确保弹性图像的质量，为精确地诊断疾病提供了基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0015]图1是本发明的优选实施例的原理框架图。
【具体实施方式】
[0016]现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0017]如图1所示，本发明提供一种新型超声诊断技术，具体为一种超声弹性成像系统，包括:
超声探头:向人体组织中传播剪切波信息并接收回波的信号；
主控单元:与超声探头连接，并连接有PC机，主控单元控制脉冲信号的发射以及超声波的发射和接收，并完成将采集的数据传输到PC机上进行进一步的数据处理；主控单元包括依次连接的收/发模块、低噪声的前置放大器、滤波器、可变增益放大器、模数转换器、控制芯片、数据采集与传输模块，收/发模块与所述超声探头连接，数据采集与传输模块与PC机连接，可变增益放大器还连接有时间增益控制的放大器。
[0018]该系统中，超声探头由超声换能器集成到低频振荡器的振动轴上构建而成，低频振荡器的频率为50Hz，超声换能器中心频率为5MHz，当低频振荡器发生低频低幅振动的时候，集成在该低频振荡器振动轴上的超声换能器向人体组织中传播一个剪切波的信息，同时超声换能器接收到回波的信号。
[0019]收/发模块还包括保护电路，收/发模块在当超声探头产生高压脉冲信号时，完成该信号的发送与接收，将该信号发送至低噪声的前置放大器(LNA);而保护电路由高压隔离电路和近场抑制电路构成，发射的信号(高压脉冲信号与回波信号)进入到该系统中，防止因电压信号过高对电路造成损坏而设置的高压隔离电路，另外，皮肤组织有较强的回波信号，其近场抑制电路主要是避免超声波在皮肤组织与人体内深度组织的信号产生相互影响。
[0020]低噪声的前置放大器(LNA)主要是解决收/发模块对信号的低噪放大，当发射的超声波在人体内进行衰减后变得很微弱，一般只有几微伏到十几毫伏，工作频率为IMHz至15MHz，这么小的信号很容易被该系统附带的噪声所覆盖，因此，设置低噪声的前置放大器(LNA)，以使该系统具有一定的信噪比，对回波信号进行低噪声的前置放大。
[0021]滤波器(Filter)只要是滤除该系统里引入的噪声，避免回波信号因噪声而失真。
[0022]因超声波到达人体内的深度不同，其衰减也不一样，随入射深度的增加回波信号将逐渐减弱，因此采用时间增益控制(TGC)的放大器和可变增益放大器(VGA)来平衡不同深度下回波信号的幅度。可变增益放大器(VGA)主要是为了便于观察人体的组织结构，消除超声波在人体内传输时间的影响，对回波信号进行不同幅度的增益进行了控制；而时间增益控制(TGC)主要是控制可变增益放大器(VGA)，提高人体组织深处的回波信号增益，来维持图像的均匀度。
[0023]模数转换器(ADC)主要是将所要采集的模拟量转换成数字量，由控制芯片接收、缓冲、存储，经数据采集与传输模块传送至PC机。
[0024]本发明中控制芯片为FPGA芯片，现场可编程门阵列(FPGA)作为整个系统的控制芯片，实现对数据采 集与传输模块的控制，以及数据传输过程的控制、存储器的孔、外围电路的控制。数据采集与传输模块采用串行总线将弹性图像传输至PC机上，实现高速的实时传输。PC机主要解决硬件语言的编程和操作界面图像的显示。
[0025]本发明中数据采集与传输模块采用直方图匹配算法对所采集的弹性图像进行去噪，经去噪处理的弹性图像通过数据采集与传输模块传送至PC机。在超声弹性图像中，弹性成像是源自于压缩前后组织的不均匀运动导致的两帧回波信号的差异，因此，弹性噪声的来源有:
1)、解相关噪声:通过外界力量压迫组织时，人体组织内部非均匀的应力场分布会引起回波信号的非均匀变形，同时，散射点位置的移动会使得压缩前后信号具有不同大小与纹理的斑纹噪声，这两点均导致信号的相关性降低，互相关计算产生错误，导致解相关噪声；
2)、采样噪声:压缩前信号的某采样点，对应的压缩后信号的点未被采样，导致位移计算出现误差，产生采样噪声；
3)、电子噪声:由系统产生；
4)、幅度调制噪声:信号包络的随机扰动，也会导致互相关计算出错，由此产生幅度调制噪声。
[0026]以上弹性噪声的存在均会影响弹性图片质量，因此需通过本系统中的数据采集与传输模块进行去噪处理，采用的直方图匹配算法包括步骤:
(I )、初始化阶段，用于处理数据和相关参数，如获得参考噪声点位置，设置斑点生长值向量与平滑度向量，计算直方图区间映射表；
(2)、直方图计算，计算以每个像素点为中心的局部窗口直方图向量；
(3)、相似度值计算，利用间隔计算后插值进行相似度值计算；间隔计算可以扩大计算窗口的尺寸，使用双线性插值具有防锯齿效果，创造出来的图像拥有平滑的边缘，消除锯齿；
(4)、平滑滤波，将当前像素点的相似度值选择相应的平滑滤波系数和滤波窗口大小进行斑点噪声抑制；
(5)、图像后处理，对图像进行对比度拉伸，提高图像的对比度。
[0027]本发明中将直方图匹配算法应用至超声弹性图像上，经去噪处理后的弹性图像的弹性信噪比、弹性对比度噪声比均得到了显著的提高，可以获得较高质量的超声弹性图片。
[0028] 本发明的超声弹性成像系统通过将超声换能器集成到低频振荡器的振动轴上构成超声探头，由低频振荡器带动超声换能器振动并形成剪切波，因此超声换能器一方面提供瞬时弹性成像所需的低频振动，另一方面又同时发射超声波并接收超声回波信号，通过主控单元控制脉冲信号的发射以及超声波的发射和接收，利用主控单元中数据采集与传输模块对弹性图像进行去噪处理，获得高精度、高分辨率的弹性图像，将处理后的弹性图像传输到PC机上进行进一步的数据处理。
[0029]综上所述，本发明的超声弹性成像系统可以实现超声瞬时弹性成像数据的采集与传输，利用主控单元对超声弹性成像数据进行处理，使获得的超声图像具备较高的分辨率和较高的精度，确保弹性图像的质量，为精确地诊断疾病提供了基础。
[0030]以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
【权利要求】
1.一种超声弹性成像系统，其特征在于包括: 超声探头:向人体组织中传播剪切波信息并接收回波的信号； 主控单元:与所述超声探头连接，并连接有PC机，所述主控单元控制脉冲信号的发射以及超声波的发射和接收，并完成将采集的数据传输到所述PC机上进行进一步的数据处理；所述主控单元包括依次连接的收/发模块、低噪声的前置放大器、滤波器、可变增益放大器、模数转换器、控制芯片、数据采集与传输模块，所述收/发模块与所述超声探头连接，所述数据采集与传输模块与所述PC机连接，所述可变增益放大器还连接有时间增益控制的放大器。
2.根据权利要求1所述的一种超声弹性成像系统，其特征在于:所述数据采集与传输模块采用直方图匹配算法对所采集的弹性图像进行去噪，经去噪处理的弹性图像通过所述数据采集与传输模块传送至所述PC机。
3.根据权利要求2所述的一种超声弹性成像系统，其特征在于:所述直方图匹配算法包括步骤: (1)、初始化阶段，获得参考噪声点位置，设置斑点生长值向量与平滑度向量，计算直方图区间映射表； (2)、直方图计算，计算以每个像素点为中心的局部窗口直方图向量； (3)、相似度值计算，利用间隔计算后插值进行相似度值计算； (4)、平滑滤波，将当前像素点的相似度值选择相应的平滑滤波系数和滤波窗口大小进行斑点噪声抑制； (5 )、图像后处理，对图像进行对比度拉伸。
4.根据权利要求3所述的一种超声弹性成像系统，其特征在于:所述超声探头由超声换能器集成到低频振荡器的振动轴上构建而成。
5.根据权利要求4所述的一种超声弹性成像系统，其特征在于:所述收/发模块还包括保护电路，所述收/发模块在当所述超声探头产生高压脉冲信号时，完成该信号的发送与接收，将该信号发送至所述低噪声的前置放大器；所述保护电路由高压隔离电路和近场抑制电路构成。
6.根据权利要求5所述的一种超声弹性成像系统，其特征在于:所述控制芯片为FPGA芯片。
7.根据权利要求6所述的一种超声弹性成像系统，其特征在于:所述数据采集与传输模块通过串行总线将弹性图像传输至所述PC机上。
8.根据权利要求7所述的一种超声弹性成像系统，其特征在于:所述低频振荡器的频率为50Hz。
9.根据权利要求8所述的一种超声弹性成像系统，其特征在于:所述超声换能器中心频率为5MHz。
【文档编号】A61B8/08GK103908304SQ201410093952
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】乔士兴 申请人:中瑞科技（常州）有限公司