可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测系统及方法与流程

本发明属于剪切波超声成像，尤其涉及一种可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测系统及方法。

背景技术：

1、目前，现有的超声检测技术多采用b型超声检测设备进行，采用b型超声的检测具有成本低，图像实时，具有与治疗超声相同的声通道，可以用图像灰度的变化观察受高强聚焦超声波照射后组织的变形坏死等优点。

2、但是，现有基于b型超声的检测设备使用线性或凸形阵列探头，这些探头及其驱动设备价格昂贵，体积庞大，结构复杂，且无法做到便携以及可穿戴，在野外作业时使用起来十分不便。而剪切波超声成像主要是利用b超检测组织中横波传播速度的变化来分辨组织病变程度的。分析结果表明，a型超声检测到的形态信息在手势分类上表现得更好。因此，亟需设计一种新的、基于a型超声的能够用于可穿戴实时监测的剪切波超声检测系统。

3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有基于b型超声的检测设备使用线性或凸形阵列探头，这些探头及其驱动设备价格昂贵，体积庞大，结构复杂，且无法做到便携及可穿戴，在野外作业时使用起来十分不便。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测系统及方法，尤其涉及一种基于a型超声的可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测系统、方法、介质、设备及终端。

2、本发明是这样实现的，一种可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测方法，所述可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测方法包括：

3、采用定制的三元件换能器实现横波弹性成像，三元换能器的横向分辨率取决于超声的衍射；从数据处理中省去波束形成处理，利用可穿戴设备测量骨骼肌的剪切弹性模量，并将具有不同弹性的手工制作的模体在实验中进行应用。

4、进一步，所述可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测方法包括以下步骤：

5、步骤一，数据采集：利用探头产生声辐射力和横波并进行跟踪，手工制作不同弹性的仿组织体模作为测量对象，并获得震源的机械指数；

6、步骤二，数据处理：通过二维自相关估计每个元素声束上的瞬态组织速度，并对瞬态组织速度进行滤波，计算剪切模量。

7、进一步，所述步骤一中的探头由三个元件组成，三个元件的中心频率均为5mhz；直径为7mm的圆形单元用于产生声辐射力和横波；两个长6mm、宽4mm的矩形单元用于跟踪横波；两个矩形元素的中心之间的距离为5mm。

8、通过手工制作3个不同弹性的仿组织体模，作为测量对象；其中，所述仿组织体模成分是琼脂、二氧化硅和水，琼脂重量分别为1％、1.5％和2％；二氧化硅作为散射体，在所有模体中的重量为1％。

9、其中，所述模体是通过以下步骤制备而成：

10、①搅拌并将水加热至90℃，慢慢加入琼脂；

11、②继续搅拌，并将溶液冷却至55℃，缓慢加入二氧化硅；

12、③用筛子过滤溶液，并让溶液至少4小时脱气；

13、④将混合物储存在冰箱中；在脱气和储存过程中，模体表面覆盖少量的水。

14、进一步，所述步骤一中的数据采集设备还包括：

15、将圆形元件连接到波形发生器和功率放大器，得到震源的机械指数mi为1.2，推波的长度设定为200μm；两个矩形元件连接到verasonics系统，脉冲重复频率prf设置为10khz；波形发生器和verasonics系统由触发器定时，波形发生器由verasonics系统的触发输出过程控制；所有元件均以中心频率激励，verasonics系统的采样频率设置为20mhz，每个模子均测量10次。

16、进一步，所述步骤二中的瞬态组织速度v通过二维自相关估计：

17、

18、其中，fs是脉冲重复频率，fs是采样频率，c是纵波速度，公式基于复数解调信号。考虑到两路模拟信号由压电元件产生，并由v擦除系统数字化为实值，对两路信号进行同相正交解调，得到的i值和q值；由于采样频率是元件中心频率的四倍，归一化解调频率fdem(1)为0.25；将快时间m和慢时间n的二维自相关采样长度分别设置为16和10，并将距离门沿深度方向的滑动步长设置为1，获得对应于每个元素的声束上的瞬时组织速度。

19、进一步，所述步骤二中的剪切模量的计算包括：

20、

21、其中，c是横波速度，ρ是体模的密度。

22、所述横波速度c的计算为：通过截止频率为1000hz的低通滤波器对瞬时组织速度进行滤波，去除时域速度剖面中的高频抖动；对速度进行加窗，并沿深度方向1.875mm对50个样本进行平均，平均数据由相应窗口的初始深度表示；用两个单元中心之间的距离除以两个质点速度曲线之间的时间延迟，计算每个体模10个测量值的平均值和标准偏差，并对不同深度的标准差分别进行归一化处理，进而评价不同深度剪切弹性模量测量的稳定性。

23、本发明的另一目的在于提供一种应用所述的可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测方法的可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测系统，所述可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测系统由一个横波发生器和两个横波检测元件三部分构成。

24、其中，两个横波检测元件之间有距离差，故横波传播到两个检测元件的时间不同；通过获得对应于每个元素的声束上的瞬时组织速度，计算出横波的传播速度，达到剪切波超声监测的目的。

25、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，使得所述处理器所述的可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测方法的步骤。

26、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，使得所述处理器执行所述的可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测方法的步骤。

27、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的可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测系统。

28、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

29、第一，本发明提供的基于a型超声的可穿戴式剪切波超声检测装置由三部分构成，一个横波发生器，和两个横波检测元件，两个横波检测元件之间有距离差，因此横波传播到两个检测元件的时间不同，获得对应于每个元素的声束上的瞬时组织速度，可以计算出横波的传播速度，达到剪切波超声监测的目的。

30、为了用可穿戴设备测量骨骼肌的剪切弹性模量，本发明采用定制的三元件换能器来实现swe。此外，从数据处理中省去了波束形成处理。因此，三元换能器的横向分辨率取决于超声的衍射，具有不同弹性的手工制作的模体有在实验中使用。结果验证了可穿戴人机界面检测剪切弹性模量的可行性。

31、第二，本发明提供的基于便携式a型超声的震动接收装置简易、便携，成本低。由实验可知，分别对应于两个矩形元件的瞬时组织速度，两条曲线之间的相位延迟说明了横波的传播；三个模体测量的归一化标准偏差随深度变化，其总和在深度7.5mm和15mm处达到两个最小值。