一種醫(yī)用超聲設(shè)備聲場快速校準方法與流程

本發(fā)明涉及一種超聲設(shè)備聲場快速校準方法，尤其是涉及一種醫(yī)用超聲設(shè)備專用的聲場快速校準裝置的校準方法。

背景技術(shù)：

在高強度聚焦超聲治療中，病灶點處的溫度能達到60℃-90℃，而正常組織對熱的耐受性一般不超過45℃，最高不超過46℃，這就要求對焦域的形狀和位置有精確的控制。HIFU技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是對各陣元的發(fā)射的超聲束的相位進行精確控制，即能夠考慮到人體結(jié)構(gòu)不均勻性的前提下，對人體內(nèi)病灶組織實現(xiàn)精準定位。臨床發(fā)現(xiàn)由于人體組織的非均一性，當病灶點較深時超聲束的聚焦效果不是很精確，病灶靶區(qū)周圍的超聲束傳播方向會發(fā)生非線性變化，導(dǎo)致病灶靶區(qū)周圍溫度場分布變化，也就是說超聲束沒有聚焦到病灶靶區(qū)，實際的聚焦點發(fā)生了偏移或者散焦(沒有形成聚焦點，而是形成一個很大的聚焦區(qū)域)，也就是說焦域沒有在病灶點處，或焦域的體積比較大。這樣的結(jié)果往往會導(dǎo)致腫瘤不能得到徹底消除，同時很可能對靶區(qū)周圍的正常人體組織產(chǎn)生不必要的損傷。

由此可見，超聲聚焦的焦域具體大小的精確測量就顯得至關(guān)重要，同時隨著HIFU在醫(yī)學(xué)治療的廣泛應(yīng)用，使用者對于HIFU聲場的要求也日益提高。使用者希望HIFU發(fā)射的能量集中，不隨時間變化而出現(xiàn)大的散射，也希望設(shè)備的移動精度、頻率精度以及場強精度不出現(xiàn)大的漂移，以確保使用者在進行高精度的手術(shù)時，使患者的創(chuàng)傷更小，降低手術(shù)的危險系數(shù)，減少患者的痛苦。所以，醫(yī)院機構(gòu)會對HIFU設(shè)備進行周期性的檢定校準。

目前校準高強度聚焦超聲設(shè)備的方法是按照國家標準來進行測量的。國標規(guī)定HIFU聲場參數(shù)測量采用水聽器法，測定聲場中的聲壓波形及其空間分布，再導(dǎo)出相應(yīng)的聲強和相關(guān)參數(shù)。依據(jù)測得的聲場中聲壓分布，確定聲場的聲聚焦的幾何參數(shù)。該方法測量精度高，但是測量方法復(fù)雜、測量周期長，對測量系統(tǒng)的要求也高，無法滿足對高強度聚焦超聲系統(tǒng)進行實時監(jiān)測的要求。而且在測量過程中，由于水聽器置身于聲場中，其周圍容易產(chǎn)生聲空化等非線性效應(yīng)的現(xiàn)象，容易損害光纖水聽器，并且加大了測量的不確定度。

隨著HIFU在醫(yī)學(xué)治療的廣泛應(yīng)用，人們對于HIFU設(shè)備的要求也越來越高。現(xiàn)有市場在對HIFU設(shè)備的聲場進行校準時，通常參照國標GB/T 19890-2005。該方法干擾因素多，而且測量過程復(fù)雜，測量周期長，不適合做實時校準。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種在線快速校準醫(yī)療超聲設(shè)備聲場的方案，用于在線快速校準HIFU聲場，以便實時保證HIFU的精度以及安全性。

本發(fā)明用支架將待測的高強度聚焦超聲設(shè)備固定在水槽上部，并在水槽底部放置吸聲材料；在水槽的一側(cè)，固定超聲校準用背景圖像以及光源，背景圖像緊貼水槽壁，光源放置在背景圖像后側(cè)；在水槽另一側(cè)架設(shè)工業(yè)攝像機，工業(yè)攝像機上加裝光學(xué)鏡頭；工業(yè)攝像機通過數(shù)據(jù)傳輸線連接圖像處理設(shè)備，圖像處理設(shè)備連接輸出設(shè)備；工業(yè)攝像機在調(diào)整好相應(yīng)距離后即對背景圖案上進行拍攝，然后圖像處理設(shè)備根據(jù)所得到的圖像進行處理，最終得到高強度聚焦超聲換能器聚焦聲場的焦域半徑、焦域面積。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明可以有效提高HIFU設(shè)備的校準速度，使醫(yī)護人員能夠?qū)⒏邚姸染劢钩晝x的質(zhì)量納入日常管控，降低因HIFU設(shè)備故障而引起的手術(shù)二次創(chuàng)傷的風(fēng)險，減小因手術(shù)而給患者帶來的不可避免的傷口，提高HIFU治療的水平，給醫(yī)院帶來優(yōu)良的口碑，也最終給醫(yī)院帶來巨大的經(jīng)濟效益，提高醫(yī)院HIFU治療的競爭力。

另外，本發(fā)明也可以降低相關(guān)機構(gòu)對HIFU校準人員的專業(yè)要求，使得HIFU校準更便捷更高效。同時也減少了相關(guān)機構(gòu)對HIFU校準人員的培訓(xùn)支出。

該方法還可以應(yīng)用到其他超聲儀器聲場的測量上，比如醫(yī)用超聲診斷儀、超聲多普勒胎兒監(jiān)護儀、超聲多普勒診斷儀、超聲刀等超聲設(shè)備，有效提高了醫(yī)療超聲設(shè)備的安全性與精準性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明原理圖。

①工業(yè)攝像機②光學(xué)鏡頭③待測的高強度聚焦超聲設(shè)備④超聲設(shè)備的支架⑤光源⑥超聲校準用背景圖像⑦水槽⑧吸聲材料⑨底座⑩圖像處理設(shè)備?輸出設(shè)備。

圖2為本發(fā)明圖像算法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖1所示，一種超聲設(shè)備聲場快速校準裝置，包括工業(yè)攝像機①、光學(xué)鏡頭②、圖像處理設(shè)備⑩、輸出設(shè)備?、超聲校準用背景圖像⑥、光源⑤、水槽⑦、吸聲材料⑧、支架④、底座⑨。

本發(fā)明將待測的高強度聚焦超聲設(shè)備③用相應(yīng)的支架固定在水槽上部，并在水槽底部放置吸聲材料。在水槽的一側(cè)，固定超聲校準用背景圖像以及光源，背景圖像緊貼水槽壁，光源放置在背景圖像后側(cè)；在水槽另一側(cè)架設(shè)工業(yè)攝像機，工業(yè)攝像機用相應(yīng)的支架支撐，工業(yè)攝像機上加裝光學(xué)鏡頭。工業(yè)攝像機通過數(shù)據(jù)傳輸線連接圖像處理設(shè)備，圖像處理設(shè)備連接輸出設(shè)備。

本發(fā)明的校準原理是：當液體中存在超聲時，受超聲壓縮作用部分的液體密度會變大，受伸張作用部分的密度會變小。又因為液體的折射率和它的密度直接相關(guān)，所以在有密度變化的液體里，光束的傳播方向就發(fā)生了彎曲，進而使得工業(yè)攝像機拍攝到的背景圖案扭曲。

本發(fā)明用支架將待測的高強度聚焦超聲設(shè)備用相應(yīng)的支架固定在水槽上部，并在水槽底部放置吸聲材料，以免聲場在底部發(fā)生反射，造成聲場的疊加。在水槽的一側(cè)，緊貼超聲校準用背景圖像，在另一側(cè)架設(shè)工業(yè)攝像機，工業(yè)攝像機用相應(yīng)的支架支撐。工業(yè)攝像機通過數(shù)據(jù)傳輸線連接圖像處理設(shè)備，在調(diào)整好相應(yīng)距離后即可對背景圖案上進行拍攝，然后圖像處理設(shè)備根據(jù)所得到的圖像進行圖像的算法研究，最終可以得到高強度聚焦超聲換能器聚焦聲場的焦域半徑、焦域面積。圖像處理設(shè)備連接輸出設(shè)備，用于顯示或者輸出檢測結(jié)果。

所述的圖像算法具體見圖2：

1、將有聲場的原始圖像灰度化，得到圖像I1。

2、用OSTU閾值分割法將圖像I1進行二值化處理，得到圖像I2。

3、對圖像I2進行標記，并找到棋盤格區(qū)域所在位置。

4、提取I2中棋盤格區(qū)域圖像I3；（聲場所在區(qū)域是黑色）。

5、分別計算在無聲場處單黑格棋盤格模板w1、四格棋盤格模板w2的白色像素的總數(shù)n1，n2。

6、用模板w1掃描圖像I3，粗略的找出聲場所在位置，得到圖像I4。

7、用模板w2掃描圖像I4，快速抹去聲場以外的棋盤格，得到圖像I5。

8、用模板w1掃描圖像I5，得到更精確的聲場范圍，得到圖像I6。

9、由聲場上界像素值減去聲場下界像素值，尋找最小值，即聲場焦域像素寬度b。

10、聲場焦域像素寬度b最終計算出聲場焦域?qū)挾萀。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。