[发明专利]超声波成像系统、超声波成像方法及一维位移扫描方法

权利要求书

1.一种超声波成像系统，其特征在于，包括前端位移传感器、信号处理板和上位机，所述前端位移传感器与信号处理板之间双向信号连通，所述信号处理板和上位机之间双向信号连通；其中，

前端位移传感器，用于发送剪切波信号，所述剪切波用于根据其在被检测物体中的速度变化和杨氏模量来反映被检测物体的物理特性变化；

信号处理板，用于产生超声波并接收所述上位机发送的控制端口信息；

上位机，用于向信号处理板发送控制端口信息，处理超声回波信号并计算出所述剪切波在被检测物体中的速度变化和杨氏模量，进而获知所述被检测物体的物理特性变化。

2.根据权利要求1所述的超声波成像系统，其特征在于，所述信号处理板包括用于产生超声波的FPGA芯片和用于接收所述上位机发送的控制端口信息的高速通讯协议芯片，所述FPGA芯片和高速通讯协议芯片双向信号连通。

3.根据权利要求2所述的超声波成像系统，其特征在于，所述FPGA芯片包括链路初始化模块、超声波发射模块、采样数据接收模块和剪切波发送模块；其中，

链路初始化模块，用于通过串口向所述上位机发送握手指令；

超声波发射模块，用于发送超声方波信号；

采样数据接收模块，用于在所述超声方波信号发送后经过设定时间开始采集RF数据；

剪切波发送模块，用于在超声方波信号中加载剪切波信号、并将加载后的超声方波信号发送至所述前端位移传感器。

4.根据权利要求2所述的超声波成像系统，其特征在于，所述高速通讯协议芯片包括高速通讯协议串口。

5.根据权利要求1至4任一所述的超声波成像系统，其特征在于，所述上位机包括初始化模块、线程循环模块、数据读取模块和数据处理模块，其中，

初始化模块，用于通过控制端点发送读命令控制字，通过控制端点读回串口信息，以验证设备链路是否启动握手成功；

线程循环模块，用于通过所述控制端点发送写启动命令，用于开启块端口读循环线程；

数据读取模块，用于从所述块端口中取数据；

数据处理模块，用于利用原始数据产生M模式图像信息，用于利用原始数据获知所述剪切波在被检测物体中的速度变化和杨氏模量信息。

6.一种基于如权利要求1至5任一所述超声波成像系统的超声波成像方法，其特征在于，使用超声波回波信号作为剪切波回波的载体，通过处理超声回波信号计算得到剪切波在被检测物体中的速度变化和杨氏模量，以获知所述被检测物体的物理特性变化。

7.根据权利要求6所述的超声波成像方法，其特征在于，读取RF数据并排列成数据矩阵，对所述RF数据进行匹配滤波；经过hibert滤波后提取信号的包络，绘制得到M模式超声图像。

8.根据权利要求6或7所述的超声波成像方法，其特征在于，读取原始RF数据并排列成数据矩阵形式，每列代表一条扫描线；对所述原始RF数据矩阵进行带通滤波，然后对相邻扫描线的相应数据块进行互相关运算，计算得到被检测物体组织位移数据；对所述组织位移数据进行平滑滤波和匹配滤波、替换掉奇异值，得到修正后的组织位移数据；根据所述修正后的组织位移数据计算得到组织应变，根据所述组织应变计算得到剪切波在被检测物体中的速度变化和杨氏模量。

9.一种基于如权利要求1至5任一所述超声波成像系统的一维位移扫描方法，其特征在于，将采集到的回波扫描线数据划分成特定大小的数据块；计算相邻所述扫描线上对应位置的数据块的互相关函数，并计算次邻所述扫描线上对应位置的数据块的互相关函数；

尤其是，计算相邻的第i-1条扫描线、第i条扫描线和第i+1条扫描线互相关函数，将所得计算结果进行加权平均作为第i条扫描线上对应数据块的位移偏移值，所述位移偏移值用于计算剪切波的速度变化和杨氏模量，进而反映被检测物体的物理特性变化。

10.一种基于如权利要求1至5任一所述超声波成像系统的脂肪含量检测方法，其特征在于，所述检测方法是通过超声回波的衰减系数计算得到脂肪含量；

优选的，所述检测方法包括下述步骤：

步骤1、建立超声波在异质组织的衰减模型

其中，ω为信号的数字频率，d为信号的传播深度，S(ω,d)为信号的回波频谱；c(d)为信号的直流分量，代表衍射系数；G(ω)为以探头中心频率的高斯分布频谱，β为频率依赖的衰减系数，为衰减传播方程的相位反馈，R(ω,d)为组织的漫反射方程；

步骤2、将每一帧RF信号加窗分割成若干个重叠的部分，取每个重叠部分的频谱S(ω,d)，将所述频谱S(ω,d)进行对数变换，

logS(ω,d)=logc(d)+logG(ω)-2β‾d|ω2π|+logR(ω,d),]]>其中，logc(d)为直流分量，通过分割部分频谱的零频分量进行计算；logG(ω)为探头中频对应的高斯分布频谱，ω0是探头的数字中心频率，σ代表信号的带宽，信号的带宽σ通过RF信号计算得到；

步骤3、减去信号直流分量和超声脉冲的高斯频谱的剩余频谱，在对数阈表示如下，

logSl(ω,d)=-2β‾d|ω2π|+logR(ω,d),]]>其中，为计算得到的超声衰减系数，该数值随频率以及发射深度的变化而变化；R(ω，d)是组织内部的漫反射方程，该方程是随频率随机改变的参数；

步骤4、对频谱logS_l(ω，d)进行线性拟合获得斜率K，通过K/(-2d)计算得到超声的衰减系数