介质粘弹性的测量方法和装置与流程

本发明涉及测量技术领域，特别涉及介质粘弹性的测量方法和装置。

背景技术：

机械振动或剪切波振动在介质中传播时，在不同的时刻，波前会沿着传播方向到达不同的位置，这样波前在不同时间到达不同位置这个信息可以组成位置时间图，在均匀的组织中，位置时间图通常为直的斜纹状图。针对这样的斜纹状图，其斜率由单位时间的振动传播的距离决定，即振动传播的速度。在均匀的介质中，振动传播的速度和介质粘弹性有关，因而对介质进行振动激励时，通过测量振动的传播特性，可以对介质粘弹性进行测量。

现有技术中，在对介质粘弹性进行测量时，需要进行特征点选取，对不同时刻、不同位置的特征点进行线性拟合，得出动态超声粘弹性成像的定量参数。通常情况下，特征点由振动在介质中传播时介质的位移或应变等决定，这时需要先进行运动估计，得到介质的位移或应变等信息，然后再进行后续的运算。但这种方法存在运动估计所需的运算量较大，特征点选取复杂等问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种介质粘弹性的测量方法和装置。旨在解决现有技术中介质粘弹性测量中运动估计所需的运算量较大，特征点选取复杂的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

第一方面，本发明实施例提供了一种介质粘弹性的测量方法，包括：

获取介质在振动激励下的检测波回波信号；

将检测波回波信号与数据集中存储的检测波回波信号样本匹配，确定介质的粘弹性信息；

其中，数据集存储有已知粘弹性信息的介质样本在振动激励下的检测波回波信号样本。

可选的，振动激励为剪切波激励，检测波回波信号为超声回波信号，数据集为超声信号数据集。

可选的，还包括：

在第一时刻t1获取超声回波数据；

将超声回波数据加载传播模式数据集中存储的传播模式数据，生成超声回波信号样本；

生成超声信号数据集；

其中，传播模式数据包括已知粘弹性信息的介质样本在给定的振动激励下的各个时刻的传播状态数据。

可选的，获取介质在振动激励下的超声回波信号，包括：从第二时刻t2获取介质在振动激励下的超声回波信号；

将检测波回波信号与数据集中存储的检测波回波信号样本匹配，包括：将从第二时刻t2获取的超声回波信号中的一个或多个与超声回波信号样本进行匹配；

第二时刻t2在振动激励之后。

可选的，还包括：

在匹配之前，将超声回波信号与超声回波信号样本进行时间对准及空间对准。

可选的，时间对准包括：确定时间差，时间差为第二时刻t2与振动激励起始时刻的差、及第二时刻t2与第一时刻t1的差中的较小值；根据时间差进行时间对准；

空间对准包括：确定介质的边界和深度，进行空间对准；或，基于预设的深度进行空间对准。

可选的，传播模式数据集包括不同粘弹性的不同介质样本分别在至少一种剪切波激励下，在一个或者多个时刻产生的传播状态数据。

可选的，振动激励包括：连续或脉冲方式的机械振动和声辐射力脉冲中的一项；

介质在振动激励下的运动范围为0.01微米至10毫米；

介质在振动激励下的运动频率为20赫兹至2500赫兹，持续时间为50微秒至1秒。

可选的，检测波回波信号为超声回波信号；振动激励的脉冲重复发生频率为10至20000赫兹；检测波回波信号包括至少连续采集的100帧检测波回波数据。

可选的，粘弹性包括粘性和弹性中的至少一项；当粘弹性为粘性时，粘弹性信息包括粘性信息、或粘性信息和弹性信息；当粘弹性为弹性时，粘弹性信息包括弹性信息、或粘性信息和弹性信息；当粘弹性为粘性和弹性时，粘弹性信息包括粘性信息和弹性信息。

第二方面，本发明实施例提供了一种介质粘弹性的测量装置，包括：

探头，用于获取介质在振动激励下的检测波回波信号；

存储器，用于存储数据集，数据集存储有已知粘弹性信息的介质样本在振动激励下的检测波回波信号样本；

处理器，用于将检测波回波信号与数据集中的检测波回波信号样本匹配，确定介质的粘弹性信息。

可选的，振动激励为剪切波激励，检测波回波信号为超声回波信号，数据集为超声信号数据集。

可选的，探头还用于，在第一时刻t1获取超声回波数据；

处理器还用于，将超声回波数据加载传播模式数据集中存储的传播模式数据，生成超声回波信号样本；生成超声信号数据集；

其中，传播模式数据包括已知粘弹性信息的介质样本在给定的振动激励下的各个时刻的传播状态数据。

可选的，探头还用于，从第二时刻t2获取介质在振动激励下的超声回波信号；

处理器还用于，将从第二时刻t2获取的超声回波信号中的一个或多个与超声回波信号样本进行匹配；

其中，第二时刻t2在振动激励之后。

可选的，处理器还用于：在匹配之前，将超声回波信号与超声回波信号样本进行时间对准及空间对准。

可选的，时间对准包括：确定时间差，时间差为第二时刻t2与振动激励起始时刻的差、及第二时刻t2与第一时刻t1的差中的较小值；根据时间差进行时间对准；

空间对准包括：确定介质的边界和深度，进行空间对准；或，基于预设的深度进行空间对准。

可选的，传播模式数据集包括不同粘弹性的不同介质样本分别在至少一种剪切波激励下，在一个或者多个时刻产生的传播状态数据。

本发明实施例公开的介质粘弹性的测量方法，通过在数据集中查找与待测量介质在振动激励下的检测波回波信号相似程度最高的已知粘弹性的介质样本在振动激励下的检测波回波信号样本，来确定待测量介质的粘弹性，可以在不进行运动估计和特征点选取的情况下，获得介质的粘弹性，运算量大幅降低，测量速度显著加快。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例公开的一种介质粘弹性的测量方法的流程图；

图2是本发明实施例公开的另一种介质粘弹性的测量方法的流程图；

图3是本发明实施例公开的一种超声回波信号的示意图；

图4是本发明实施例公开的一种超声回波数据的示意图；

图5是本发明实施例公开的一种超声回波信号样本的示意图；

图6是本发明实施例公开的一种超声回波信号样本的示意图；

图7是本发明实施例公开的一种超声回波信号样本的示意图；

图8是本发明实施例公开的一种超声回波信号样本的示意图；

图9是本发明实施例公开的一种介质粘弹性的测量装置的示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本发明实施例公开了一种介质粘弹性的测量方法，如图1所示，包括如下步骤。

s101、获取介质在振动激励下的检测波回波信号。

s102、将检测波回波信号与数据集中存储的检测波回波信号样本匹配，确定介质的粘弹性信息，其中，数据集存储有已知粘弹性信息的介质样本在振动激励下的检测波回波信号样本。

在s101中，振动激励包括但不限定为机械振动激励或声辐射力激励。进一步的，机械振动激励和声辐射力激励可以为连续或脉冲等方式。示例性的，介质在振动激励下的运动范围可以为0.01微米至10毫米，介质在振动激励下的运动频率为20赫兹至2500赫兹，持续时间为50微秒至1秒。

检测波包括但不限定为超声波或光波，可选的，通过机械振动、声辐射力或其他可以产生振动的方式，对介质进行振动激励后，介质产生振动，振动在介质中传播。由于振动在介质中的传播速度有限，因此可以利用超声波、光波或其他传播速度较快的波对振动的传播模式进行追踪。通过获取介质在振动激励下的检测波回波信号，反映振动在介质中的传播模式。进一步的，检测波回波信号可以为超声回波信号，振动激励的脉冲重复发生频率为10至20000赫兹。

一段时间内的检测波回波信号，由这段时间内的一系列时刻下的检测波回波数据组成。可选的，检测波回波信号可以包括至少连续采集的100帧检测波回波数据。

介质粘弹性是决定振动在介质中传播模式的重要影响因素。介质在振动激励下，在不同的时刻会产生相应的传播状态，传播状态沿时间的变化则构成传播模式。传播状态是指某一时刻的介质运动状态，传播模式则是介质沿时间的传播状态的变化。

当介质具有不同的粘弹性时，则产生的传播状态不同，并进一步导致检测波回波信号的不同。

在s102中，数据集存储有介质样本的粘弹性、及介质样本在振动激励下的检测波回波信号样本，根据振动激励和检测波回波信号，在数据集中进行查找匹配即可确定相应的介质粘弹性。

可选的，介质粘弹性可以包括剪切模量、杨氏模量、剪切粘弹性、剪切粘度、机械阻抗、机械松弛时间和各向异性等中的至少一种或多种的组合。

可选的，粘弹性包括粘性和弹性中的至少一项。示例性的，当粘弹性为粘性时，粘弹性信息可以包括粘性信息、或粘性信息和弹性信息。示例性的，当粘弹性为弹性时，粘弹性信息可以包括弹性信息、或粘性信息和弹性信息。示例性的，当粘弹性为粘性和弹性时，粘弹性信息可以包括粘性信息和弹性信息。

可见，本发明实施例公开的介质粘弹性的测量方法，通过在数据集中查找与待测量介质在振动激励下的检测波回波信号相似程度最高的已知粘弹性的介质样本在振动激励下的检测波回波信号样本，来确定待测量介质的粘弹性，可以在不进行运动估计和特征点选取的情况下，获得介质的粘弹性，运算量大幅降低，测量速度显著加快。

示例性的，当振动激励为剪切波激励，检测波为超声波，检测波回波信号为超声回波信号，数据集为超声信号数据集时，本发明实施例还公开了另一种介质粘弹性的测量方法，如图2所示，包括如下步骤。

s201、获取介质在剪切波激励下的超声回波信号。

s202、将超声回波信号与数据集中存储的超声回波信号样本匹配，确定介质的粘弹性，其中，数据集存储有介质样本的粘弹性信息、及介质样本在剪切波激励下的超声回波信号样本。

数据集可以存储多组数据，每组数据分别记录了介质在一种剪切波激励下产生的超声回波信号。进一步的，超声信号数据集可以存储至少一种介质样本分别在至少一种剪切波激励下产生的超声回波信号样本，且数据集中，介质样本的包括介质样本粘弹性在内的一种或多种属性参数已预先存储。

获得的超声回波信号与超声回波信号样本进行匹配，以确定目标超声回波信号样本的方法可以为任一种模式匹配方法，本发明实施例对此并不限定。

在s201中，可选的，本领域技术人员可以参照本发明实施公开的内容，在预设时间范围内，直接监测并获得超声回波信号。示例性的，超声回波信号的一个实例如图3所示，为了直观说明，本申请人将超声射频数据用其包络幅度的对数压缩显示(显示范围60db)。

可选的，在执行s202之前，还可以先生成超声信号数据集，包括：

s203、在第一时刻t1获取超声回波数据；

s204、将超声回波数据加载传播模式数据集中存储的传播模式数据，生成超声回波信号样本；

s205、生成超声信号数据集，其中，传播模式数据包括介质样本在振动激励下的各个时刻的传播状态数据。

具体的，根据t1时刻的超声回波数据和传播模式数据集，确定至少一个超声回波信号样本，根据确定的至少一个超声回波信号样本，确定超声信号数据集。

可选的，在第一时刻t1获取超声回波数据，可以为介质在未加振动激励时产生的超声回波数据，也可以为介质在振动激励下产生的超声回波数据。示例性的，未加振动激励时产生的超声回波数据的一个实例如图4所示。

可选的，传播模式可以包括多个传播状态，即，传播模式可以包括多个时刻对应的传播状态。由此，进一步可选的，传播模式数据集可以存储有在剪切波激励下介质的传播模式，例如传播模式数据集包括不同粘弹性的不同介质样本分别在至少一种剪切波激励下，在一个或者多个时刻产生的传播状态数据。

具体的，是通过预先对仿体或者在体进行实际测试或者仿真，对不同给定粘弹性特性的组织施加特定的激励，将得到的后续不同时刻的系列超声信号呈现的传播状态所组合成的集合存储为传播模式数据集。

可选的，超声回波信号样本可以根据传播模式确定。示例性的，超声回波信号样本可以与传播模式具有一一对应的关系，或超声回波信号样本可以对应于多个传播模式，或超声回波信号样本与传播模式具有其他形式的对应关系。示例性的，超声回波数据集中可以至少包括如图5至图8所示的超声回波信号样本，其中，图5至图8所示的超声回波信号样本分别由图4示意的超声回波数据加载系统中存储的传播模式数据集生成。同样，为了直观说明，本申请人也将生成的超声射频数据用其包络幅度的对数压缩显示(显示范围60db)

进一步的，s202中，将超声回波信号与超声回波信号样本匹配，具体的，将图3所示的超声回波信号可以与图5至图8所示的超声回波信号样本进行查找或比对。示例性的，在查找或比对时求超声回波信号和超声回波信号样本的差的平方和，将计算结果最小值对应的超声回波样本，确定为与超声回波信号匹配的超声回波信号样本，即确定图3所示的超声回波信号与图7所示的超声回波信号样本匹配。但本发明并不限制进行比对的方法。

可选的，s201可以包括，在第二时刻t2获取介质在振动激励下的超声回波信号，即将获取超声回波信号的时刻记为t2。

可选的，s202可以包括，将第三时刻t3获取的超声回波信号与超声回波信号样本进行匹配，其中，第三时刻t3大于等于第二时刻t2。

其中，t3时刻可以与t2时刻重合，也可以晚于t2时刻。

可选的，s202之前，还可以包括：

s206、将超声回波信号与超声回波信号样本进行时间对准。

进一步可选的，s206可以包括：

s2061、确定时间差，其中，时间差为第二时刻t2与振动激励起始时刻的差、及第二时刻t2与第一时刻t1的差中的较小值；

s2062、根据时间差进行时间对准。

具体的，s2061中，当t1时刻无振动激励，即振动激励起始时刻晚于t1时刻时，第二时刻t2与振动激励起始时刻的差较小，此时时间差为第二时刻t2与振动激励起始时刻的差；当t1时刻有振动激励，即振动激励起始时刻早于t1时刻时，第二时刻t2与第一时刻t1的差较小，此时时间差为第二时刻t2与第一时刻t1的差。

s2062中，示例性的，记时间差为δt，当t1时刻早于t2时刻时，可以将t3时刻获取的超声回波信号与δt时刻的超声回波信号样本进行匹配，进一步的，此时t3时刻可以与t2时刻重合；当t1时刻晚于t2时刻时，可以将t3时刻获取的超声回波信号与超声回波信号样本进行匹配，进一步的，此时t3时刻晚于t2时刻的时间差为δt。

可选的，s202之前，还可以包括，将超声回波信号与超声回波信号样本进行空间对准，其中，空间对准可以包括：确定介质的边界和深度，进行空间对准；或者基于预设的感兴趣深度进行空间对准。

可选的，在s201中，可以从t2时刻起获取一个或多个超声回波信号，在s202中，可以将一个或多个超声回波信号与超声回波信号样本进行匹配。其中，将多个超声回波信号与超声回波信号样本进行匹配后，选取匹配度最高的超声回波信号样本作为用于确定介质粘弹性的超声回波信号样本。相比于仅获得一个超声回波信号用于进行匹配，获得多个超声回波信号并确定匹配度最高的超声回波信号样本的方案能够增强鲁棒性。

本发明实施例于系统中仅预先存储传播模式数据集，包括一个或者多个介质样本的传播模式数据。该些传播模式数据是通过对一个或者多个已知粘弹性信息的仿体或者在体施加特定的激励，通过实际测量或者仿真后，得到的后续不同时刻的系列超声回波信号呈现的传播状态的集合。当需要测量时，以本次测量中某一时刻获取的超声回波数据加载传播模式数据集中预先存储的已知粘弹性信息的介质样本的传播模式数据生成超声信号数据集。所述超声信号数据集中包括一个或多个介质样本在当前激励下的对应的超声回波样本序列。将后续获取的超声回波信号与超声信号数据集中的超声信号样本进行匹配，通过简单比对相似度最高的样本，即可获得介质粘弹性的测量结果，避免较为复杂的运动估计和特征点选取，且需要存储以及获取的信息较少，实现简单，成本较低。

本发明实施例还公开了一种介质粘弹性的测量装置30，如图13所示，包括：

探头301，用于获取介质在振动激励下的检测波回波信号；

存储器302，用于存储数据集，数据集存储有已知粘弹性信息的介质样本在振动激励下的检测波回波信号样本；

处理器303，用于将检测波回波信号与数据集中的检测波回波信号样本匹配，确定介质的粘弹性信息。

其中，探头301可以用于执行s101或s201的步骤，处理器303可以用于执行s102或s202的步骤，存储器302存储的数据集，相关描述可以参考前述实施例中公开的内容，此处不再赘述。

可选的，探头301获取的介质在振动激励下的检测波回波信号，可以为介质在剪切波激励下的超声回波信号，存储器302存储的数据集可以为超声信号数据集。

可选的，探头301还可以用于，在第一时刻t1获取超声回波数据；

处理器303还可以用于，将超声回波数据加载传播模式数据集中存储的传播模式数据，生成超声回波信号样本；生成超声信号数据集。其中，传播模式数据包括已知粘弹性信息的介质样本在给定的振动激励下的各个时刻的传播状态数据。

可选的，探头301还可以用于，从第二时刻t2获取介质在振动激励下的超声回波信号；

处理器还可以用于，将从第二时刻t2获取的超声回波信号中的一个或多个与超声回波信号样本进行匹配，其中，第二时刻t2在振动激励之后。

可选的，处理器303还可以用于：在匹配之前，将超声回波信号与超声回波信号样本进行时间对准及空间对准，其中，时间对准用于确定第三时刻t3。

可选的，时间对准包括：确定时间差，时间差为第二时刻t2与振动激励起始时刻的差、及第二时刻t2与第一时刻t1的差中的较小值，根据时间差进行时间对准。

可选的，空间对准包括：确定介质的边界和深度，进行空间对准；或，基于预设的深度进行空间对准。

可选的，传播模式数据集可以包括不同粘弹性的不同介质样本分别在至少一种剪切波激励下，在一个或者多个时刻产生的传播状态数据。

需要注意的是，图13所示的测量装置，可以用于执行图1和图2所示的测量方法中的全部步骤，相关内容已在前述实施例中予以描述，此处不再赘述。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。