造影剂微泡声学特性测量方法、装置、设备及存储介质

本技术涉及超声造影剂特性测量，特别是涉及一种造影剂微泡声学特性测量方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、近年来在临床医学超声诊断与生物组织成像的领域中，微泡型超声造影剂受到越来越多的关注，超声技术也被应用到多种治疗设备中，国内外大量的研究成果表明，利用声波激励微气泡时所产生的非线性振动和散射特性，可以提高超声治疗的效率、实施血管内溶栓治疗，而通过微纳气泡携带治疗药物或基因，使用超声作为介导手段，能够进行抗肿瘤药物靶向递送、基因定位转染或递送等方面的治疗，因此，将微气泡和超声结合起来进行一些重大疾病的治疗已成为国内外医学界所关注的热点之一。

2、目前，衡量超声造影剂微泡声学特性主要是通过衰减系数和背向散射系数两个重要指标进行评估，而由于探头的传递函数通常难以获得，因此一般通过将样本散射信号的功率谱除以参考信号的功率谱，以消除探头传递函数的影响，从而得到超声造影剂微泡的衰减系数和背向散射系数。但是，当声波在介质中传播时，气泡的受迫振动会引起声散射，体现强的非线性声特性，而衰减系数和背向散射系数仅能反映低声压下微泡的线性散射特性(基波共振频率和散射强度)，而不能反映微泡在高声压下的非线性散射特性，如二次谐波或者次谐波成分的共振频率、散射强度等。由于没有获得探头的传递函数，而无法得到实际的散射声压信号，这导致较强的频率成分可能并不在探头的中心频率，使得探头对该频率点的响应比较弱，而将其他频率成分误认为微泡的非线性共振频率，最终导致对超声造影剂的非线性声学特性评估不准确。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供一种造影剂微泡声学特性测量方法、装置、设备及存储介质，以解决现有超声造影剂声学特性评估不准确、不全面的问题。

2、为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是：提供一种造影剂微泡声学特性测量方法，包括：在标定阶段，获取发射探头发射的脉冲信号和接收探头接收的回波信号，并利用脉冲信号和回波信号计算得到接收探头的接收传递函数；在测量阶段，控制发射探头在预设频率范围内扫频以发射超声激励信号，且控制接收探头接收仿体血管中微泡的散射信号；从散射信号中提取得到次谐波信号电压幅度；利用接收探头的接收传递函数将次谐波信号电压幅度转换为不同频率下的实际次谐波散射压；根据实际次谐波散射压确认次谐波最优驱动频率和次谐波散射压力大小。

3、作为本技术的进一步改进，在标定阶段，获取发射探头发射的脉冲信号和接收探头接收的回波信号，并利用脉冲信号和回波信号计算得到接收探头的接收传递函数，包括：获取发射探头发射的多个脉冲信号，并对多个脉冲信号进行求和平均，得到平均脉冲信号；对平均脉冲信号进行快速傅里叶变化，得到电压信号幅度谱；将电压信号幅度谱转换为声压信号幅度谱；根据声压信号幅度谱计算得到发射探头表面的第一声压谱；获取接收探头接收的多个回波信号，并对多个回波信号进行求和平均，得到平均回波信号；对平均回波信号进行快速傅里叶变化，得到平均回波信号的复数谱；根据发射探头表面的第一声压谱计算得到回波信号在接收探头表面产生的声压的第二声压谱；根据平均回波信号的复数谱和第二声压谱计算得到接收探头的接收传递函数。

4、作为本技术的进一步改进，第一声压谱的计算过程表示为：根据经典的声学理论，t时刻，声场中一点r处的瞬时声压为：其中，ρ为介质的密度，为速度势，通过引入一个δ函数的卷积，则该阵元在点r处产生的速度势为其中，阵元的空间脉冲响应函数为：其中，s为阵元的面积，v0(t)为表面法向速度，r′为空间点r与阵元上的微元ds之间的距离，c介质中的声速，则其中，声场中一点的声压为：为声场中一位置处质点的速度，则发射探头表面的声压为：聚焦发射探头焦点处的空间脉冲响应函数：其中，为聚焦探头的深度，r为发射探头的曲率半径，a表示发射探头的半径，表示傅里叶变换，对进行快速傅里叶变换得到：其中，f表示频率，j表示复数，ω＝2πf表示角频率表示，表示，表示；第二声压谱的计算过程表示为：其中，p0()为第一声压谱，dref(2ref,)为从发射探头表面到参考平面再回到探头表面的声耦合函数，表示接收探头表面的平均声压，当接收探头为聚焦探头时，zref＝，则有：dref(2,ω)＝-{1-exp(-jgp)[j0(gp)+jj1(p)]}，其中，j0、j1分别为0阶和1阶的贝塞尔函数，gp＝a2/2为声压在焦点上的增益，表示，exp表示指数函数，表示波数表示，当gp>时，有：

5、作为本技术的进一步改进，接收传递函数的计算公式表示为：其中，tr(f)为接收传递函数，vout(f)为平均回波信号的复数谱，pr,0(f)为第二声压谱。

6、作为本技术的进一步改进，在标定阶段，获取发射探头发射的脉冲信号和接收探头接收的回波信号，并利用脉冲信号和回波信号计算得到接收探头的接收传递函数，包括：获取发射探头发射的多个脉冲信号，并对多个脉冲信号进行求和平均，得到平均脉冲信号；对平均脉冲信号进行快速傅里叶变化，得到电压信号幅度谱；将电压信号幅度谱转换为声压信号幅度谱；根据声压信号幅度谱计算得到发射探头表面的第一声压谱；获取施加于发射探头表面的激励电压的复数谱；根据第一声压谱和激励电压幅度谱计算得到发射探头的发射传递函数；当发射探头和接收探头为超声换能器时，根据发射传递函数和预先获取的互易常数计算得到接收探头的接收传递函数，互易常数为超声换能器的参数。

7、作为本技术的进一步改进，发射探头的发射传递函数的计算公式表示为：其中，tt(f)为发射传递函数，pt,0(f)为第一声压谱，vin(f)为发射探头表面的激励电压的复数谱；接收传递函数的计算公式表示为：其中，rload为连接到探头上的负载的电阻，a为探头的有效表面积，ρ为水的密度，c为水中的声速，const为互易常数。

8、作为本技术的进一步改进，在测量阶段，控制发射探头在预设频率范围内扫频以发射超声激励信号，且控制接收探头接收仿体血管中微泡的散射信号，包括：获取多组预设的声压和压力环境参数；分别在不同的声压和压力环境参数条件下，控制发射探头在预设频率范围内扫频以发射超声激励信号，且控制接收探头接收仿体血管中微泡的散射信号。

9、为解决上述技术问题，本技术采用的又一个技术方案是：提供一种造影剂微泡声学特性测量装置，包括：标定模块，用于在标定阶段，获取发射探头发射的脉冲信号和接收探头接收的回波信号，并利用脉冲信号和回波信号计算得到接收探头的接收传递函数；测量模块，用于在测量阶段，控制发射探头在预设频率范围内扫频以发射超声激励信号，且控制接收探头接收仿体血管中微泡的散射信号；提取模块，用于从散射信号中提取得到次谐波信号电压幅度；转换模块，用于利用接收探头的接收传递函数将次谐波信号电压幅度转换为不同频率下的实际次谐波散射压；确认模块，用于根据实际次谐波散射压确认次谐波最优驱动频率和次谐波散射压力大小。

10、为解决上述技术问题，本技术采用的再一个技术方案是：提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器、与所述处理器耦接的存储器，所述存储器中存储有程序指令，所述程序指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述任一项的造影剂微泡声学特性测量方法的步骤。

11、为解决上述技术问题，本技术采用的再一个技术方案是：提供一种存储介质，存储有能够实现上述任一项的造影剂微泡声学特性测量方法的程序指令。

12、本技术的有益效果是：本技术的造影剂微泡声学特性测量方法通过在测量超声造影剂声学特性之前，利用发射探头发射的脉冲和接收探头接收的回波信号计算得到接收探头的接收传递函数，然后在实际测量过程中，利用该接收传递函数对发射探头发射的散射信号进行转换以获取实际次谐波散射压，再根据该实际次谐波散射压确认次谐波最优驱动频率和次谐波散射压力大小，实现了对超声造影剂的非线性声学特性的精准评估，补全了现有的超声造影剂微泡声学特性测量中的短板，使得超声造影剂微泡声学特性测量更为准确、更为全面。