[发明专利]一种反映空化泡尺寸时空分布的成像方法和系统

说明书

本发明公开了一种反映空化泡尺寸时空分布的成像方法和系统，该方法从空间二维射频数据中提取不同阶次的次谐波信号，利用空化泡产生前数据得到三个阈值矩阵，利用空化泡产生后数据得到三个信号强度矩阵，通过三个阈值矩阵和信号强度矩阵进行比对后降噪后，对不同阶次的次谐波信号进行彩色编码，得到空化泡尺寸时空分布的成像图。本发明提出的方法属于主动空化成像范畴，利用次谐波的提取并结合脉冲逆转技术进一步提高了空化泡检测的灵敏度，能进行实时的空间成像，大致反映空化泡尺寸的空间分布以及在时间上的变化情况，且能够大体反映不同尺寸空化泡在空间上的位置分布以及各自在空化泡群中所占的大致比例，适用于各种可以产生空化泡的场合。

【技术领域】

本发明属于超声检测及成像领域，具体涉及一种反映空化泡尺寸时空分布的成像方法和系统。

【背景技术】

超声波空化效应是指存在于液体中的微气核在声波的作用下形成空化泡，并在声场的作用下振动、生长以及崩溃的动力学过程。空化效应可应用于高强度聚焦超声(HIFU)治疗、促进化学反应、粉碎液体悬浮物、制造乳剂、杀灭细菌以及超声清洗等。不同的应用采用不同的超声频率，产生的空化泡尺寸范围也不尽相同。空化泡尺寸的大小及分布与应用产生的实际效果有着非常密切的关系。

在高强度聚焦超声(HIFU)治疗中，空化效应能够显著增强组织对超声能量的吸收，提升治疗的效率。但同时，也会产生一些不确定性，对组织造成不规则的“蝌蚪状”损伤以及不可预测的细胞损伤。HIFU治疗中产生的空化泡的大小和分布情况会直接影响到组织损伤的程度以及损伤的分布情况。然而，目前对HIFU治疗中的空化进行实时监控的手段仅能判断有无空化，以及整体空化的位置等情况，还没有方法能够判断空化泡尺寸的分布情况；目前的一些测量空化泡尺寸分布的方法需要一个相对长的测量时间，不能实时反映空化泡的分布变化情况，也不能反映空化泡尺寸的空间分布情况。

利用空化泡的非线性特性是检测空化泡以及对空化泡进行成像的一类重要方法。目前主要的非线性方法是利用空化泡的二次谐波或高次谐波，然而生物组织或其它具有声学非线性特性的物体也会产生二次谐波和高次谐波，这对空化泡的成像会产生背景噪声，降低空化泡的检测灵敏度。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种反映空化泡尺寸时空分布的成像方法和系统，用于解决现有技术中确定空化泡尺寸分布的测量时间长，难以反映空化泡尺寸的空间分布情况，以及二次谐波或高次谐波检测空化泡时灵敏度低的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种反映空化泡尺寸时空分布的成像方法，

步骤1，获取空化泡产生前的空间二维射频数据，空化泡产生后每一时刻的空间二维射频数据，所述空间二维射频数据为脉冲逆转加和后的空间二维射频数据；

将空间二维射频数据进行滤波，并从中提取1/2次谐波信号、1/3次谐波信号和1/4次谐波信号，将各个次谐波信号对应的二维射频数据转换为二维图像数据；空化泡产生前的二维图像数据获得三个参考阈值矩阵，空化泡产生后的每一刻的二维图像数据获得三个信号强度矩阵；

步骤2，对于每一刻的空间二维射频数据，比较1/2次谐波信号对应的参考阈值矩阵和信号强度矩阵，当强度矩阵中的信号强度大于参考阈值矩阵中的参考阈值时，将1/2次谐波信号出现位置的彩色编码Colormap1值置为1，否则置为0；比较1/3次谐波信号对应的参考阈值矩阵和信号强度矩阵，当信号强度大于参考阈值时，将1/3次谐波信号出现位置的彩色编码Colormap2的值置为1，否则置为0；比较1/4次谐波信号对应的参考阈值矩阵和信号强度矩阵，将信号强度大于参考阈值时，对1/4次谐波信号出现位置的彩色编码Colormap3的值置为1，否则置为0；

步骤3，将每一刻的每一个次谐波的信号强度矩阵与其对应的彩色编码值进行乘法运算，得到新的信号强度矩阵，将三个新的信号强度矩阵复合成为三维矩阵；