[发明专利]一种基于信息熵的超声空化实时监测方法及系统

权利要求书

1.一种基于信息熵的超声空化实时监测方法，其特征在于，首先对仿体进行超声辐射，再利用数据采集器采集仿体中空化气泡群的数据，而后通过数据采集器处理空化气泡群的数据得到重新构建的熵值图像，并通过重新构建的熵值图像判断空化气泡群的时空行为；具体步骤为：

步骤一、对仿体进行辐射

对仿体进行超声辐射；

步骤二、数据采集及处理

通过数据采集器采集仿体中空化气泡群的数据，再对数据进行处理得到重新构建的熵值图像；其中，数据采集器实时采集仿体中空化气泡群的图像，并记录实时射频信号的原始数据，形成空化气泡群的数据；

步骤三、熵值图像处理

根据熵值的大小在每一帧熵值图像中选取感兴趣区和正常参考区；

步骤四、计算相对熵值H_relative

将每一帧熵值图像中感兴趣区的像素熵值的平均值与正常参考区的像素熵值的平均值进行比较，并计算相对熵值H_relative；H_relative代表每一帧熵值图像的声空化强度；

步骤五、判断空化气泡群的时空行为

根据每一帧熵值图像对应的相对熵值H_relative判断空化气泡群的时空行为；所述步骤二的具体步骤为：通过数据采集器采集仿体中空化气泡群的数据，再对数据进行处理得到包络图像，而后对包络图像进行对数压缩得到B模式成像灰度值矩阵，再通过B模式成像灰度值矩阵得到重新构建的熵值图像；其中，通过B模式成像灰度值矩阵得到重新构建的熵值图像的具体步骤为：

1)在B模式成像灰度值矩阵中设置一个小窗，并获取小窗内的射频信号；

2)对射频信号的幅值做归一化处理；

3)根据归一化处理后的射频信号数据计算概率密度函数ω(y)，并根据下列公式计算基于原始射频信号的对应熵值H，并将熵值H作为该小窗中心位置的新像素值；

上式中，y代表超声背散射信号f(t)，y_max和y_min分别表示小窗所占区域中灰度值的最大值和最小值，ω(y)表示该小窗所占区域数据的概率密度函数；

4)在B模式成像灰度值矩阵中滑动小窗，当小窗覆盖到所有射频数据后，得到一帧图像的像素点的熵值，再根据熵值选取颜色标尺得到重新构建的熵值图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于信息熵的超声空化实时监测方法，其特征在于，步骤三的具体步骤为：根据熵值大小在每一帧熵值图像中选取熵值的平均值最大的矩形区域为感兴趣区，并根据感兴趣区的矩形区域选取面积大小形状相同的矩形区域为正常参考区。

3.根据权利要求1所述的一种基于信息熵的超声空化实时监测方法，其特征在于，利用下列公式计算相对熵值H_relative：

其中，H_ROI表示感兴趣区中像素熵值的平均值，H_RR表示正常参考区中像素熵值的平均值。

4.根据权利要求1所述的一种基于信息熵的超声空化实时监测方法，其特征在于，步骤五的具体步骤为：将每一帧熵值图像对应的相对熵值H_relative与设定的显著性水平α进行比较判断空化气泡群的时空行为；

当H_relativeα时，该帧熵值图像对应的时间点为发生声空化的时间阈值；

当H_relative≥α时，该帧熵值图像对应的时间点还未发生声空化；

其中，0≤α≤1。

5.一种采用权利要求1～4任一项所述的一种基于信息熵的超声空化实时监测方法的监测系统，其特征在于，包括水槽、信号单元和采集单元，所述水槽内设置有仿体、强聚焦换能器和超声探头，所述信号单元与强聚焦换能器电连接；所述采集单元与超声探头电连接；其中，信号单元通过强聚焦换能器对仿体进行超声辐射，采集单元通过超声探头采集仿体中空化气泡群的数据。