生物组织声速成像系统

1.本发明涉及超声成像技术领域，具体涉及一种生物组织声速成像系统。


背景技术：

2.超声断层成像是超声成像技术领域里的一个重要应用，其可以利用穿过生物组织的透射信号，定量的重建出生物组织的声学参数，如声速度和声衰减。以往的一些医学成像技术，如计算机断层扫描(ct)、磁共振增强扫描(mri)等技术手段，具有电离和放射性辐射、假阳性率高等缺点。超声断层成像技术是一种新兴的、非介入式、无电离辐射、定量成像的生物医学成像技术手段。超声波信号被激励后，透射穿过生物组织，再被换能器接收，经数据采集系统采集。这些采集到的声波信号被声波传播路径上的生物组织影响改变，进而携带着相应的信息。这些信息包括声波的到达时间、声波的幅值等，通过提取这些信息，结合相应的算法，可以定量的重建出生物组织的声速度和声衰减值。
3.超声断层成像技术对生物组织声速这一声学参数的重建，对于组织中肿瘤的诊断具有重要的意义。由于正常组织和病变组织的声速存在一定的差距，所以生物组织的声速分布可以用来区分正常组织和病变组织。并且也可以通过重建结果的声速分布图观察肿瘤组织的大小、形状等。同时，生物组织声速的测量也能对其他声学相关的研究提供参考依据，例如可以为仿人体生物组织材料的研究制造提供声速依据。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种生物组织声速成像系统，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种生物组织声速成像系统，所述生物组织声速成像系统包括环形阵列换能器、水箱、信号发射设备和信号接收设备；其中，
6.所述环形阵列换能器，用于产生和接收穿透组织的声波信号；
7.所述水箱，利用所述水箱中的水作为超声断层成像的耦合介质；
8.所述信号发射设备，用于激励环形阵列换能器阵元产生声波信号；
9.所述信号接收设备，用于接收所述环形阵列换能器的声波信号，并将信号传输到处理设备上，进行信号重建生成声速图像。
10.其中，所述信号发射设备和信号接收设备包括换能器转接头和并行信号收发系统。
11.其中，所述并行信号收发系统支持256通道同时发射和接收信号。
12.其中，所述环形阵列换能器包括环形阵列换能器阵元和环形阵列换能器基座。
13.其中，在所述环形阵列换能器基座的内环上，均匀分布着256个换能器阵元。
14.其中，所述待测生物组织位于所述环形阵列换能器的环状结构中，其中，被激励阵元的声波信号能够透射所述待测生物组织，到达所述环形阵列换能器发射阵元的对面阵元，其中，所述环形阵列换能器阵元用于产生并接收到穿透组织的声波信号。
15.其中，所述处理设备为计算机，用于实现图像重建。
16.其中，所述环形阵列换能器采集信号的步骤包括：
17.当第一个换能器阵元被激励后发射一个声波信号，穿透生物组织被对面的换能器阵元接收，将信号经由并行收发系统传输并存储在计算机上；
18.当第一个换能器阵元完成发射后，便激励与第一个阵元相邻的第二个阵元发射声波信号，同样穿过生物组织被其对面的阵元接收；
19.重复上述操作，直到第256个阵元发送脉冲信号被对面的换能器阵元接收后，信号就采集完毕。
20.基于上述技术方案可知，本发明的生物组织声速成像系统相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：
21.本发明结合了256阵元的环形阵列换能器、256通道并行信号收发系统及重建图像用的计算机，实现了对生物组织的声速定量重建。实施本发明具有以下优点和积极效果：
22.1、本发明提供了一种新型的、非介入式的、无放射性辐射的声速成像系统，其包括256阵元的环形换能器、256通道并行信号收发系统，可以对生物组织的声速分布进行成像；
23.2、本发明能够准确重建生物组织的声速分布情况，并定量的给出声速结果，为医疗诊断、分析等方面提供帮助；
24.3、本发明在鉴别肿瘤组织与正常组织时，与传统的医疗成像技术手段相比较时，其可以提供准确性更高，灵敏度更高的结果。
附图说明
25.图1是本发明实施例提供的声速测量系统整体布局图；
26.图2是本发明实施例提供的环形阵列换能器的结构示意图；
27.图3是本发明实施例提供的环形阵列换能器采集信号示意图；
28.图4是本发明实施例提供的小鼠肾脏声速分布图。
29.上述附图中，附图标记含义如下：
30.1、生物组织；2、水箱；3、环形阵列换能器；
31.301、换能器阵元；302、环形阵列换能器基座；4、换能器转接头；
32.5、并行收发系统；6、计算机。
具体实施方式
33.本发明提供一种利用透射信号重建生物组织声速分布的超声断层成像系统装置，其可以准确重建出生物组织的声速分布，根据重建结果的声速值来区分正常组织和病变组织。
34.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
35.如图1所示，为声速测量系统整体布局图。将环形阵列换能器3放入水箱2中，利用水作为超声断层成像的耦合介质。将待测的生物组织2放置在环形阵列换能器1中。当换能器产生并接收完数据后，通过换能器转接头4将数据经过并行收发系统5(包括信号发射设备和信号接收设备)传输到计算机6上。并行信号收发系统5能够支持256通道发射和接收信
号，提高信号接收效率。
36.如图2所示，为环形阵列换能器的结构示意图。环形阵列换能器3主要由环形阵列换能器阵元301和环形阵列换能器基座302组成，在环形阵列换能器基座302的内环上，均匀分布着256个换能器阵元301，用于产生和接收信号。由于换能器阵元的排列方式为环形排列，被测对象位于环状结构中，被激励的声波会透射穿过被测对象，到达对面的阵元，故可以接收到穿透组织的声波信号。
37.如图3所示，环形阵列换能器采集信号示意图，其中，(a)第一个阵元发射声波信号；(b)第二个阵元发射声波信号；(c)第n个阵元发射声波信号(2＜n＜256)；(d)第256个阵元发射声波信号。具体信号采集过程包括：当第一个换能器阵元被激励后，其会发射一个声波信号，穿透生物组织被对面的换能器阵元接收，将信号经由并行收发系统5存储在计算机6上；当这一个阵元完成发射后，便激励与第一个阵元相邻的第二个阵元发射声波信号，同样穿过生物组织被其对面的阵元接收；重复上述操作，直到第256个阵元发送声波信号被对面的换能器阵元接收后，信号就采集完毕。
38.以小鼠的肾脏器官为例。将解剖后的小鼠肾脏放在环形阵列换能器3的探测范围；环形阵列换能器3总共有256个阵元，换能器阵元将依次发射声波信号透过生物组织被对面阵元接收；采集的数据将通过换能器转接头4经并行收发系统5传输到计算机6上，并重建出肾脏的声速分布图，如图4所示，右侧颜色板的数值即代表着声速。从图4可以读出肾脏不同位置的声速，且能计算出该小鼠肾脏的平均声速。
39.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。