CN114755311A - 一种超声探头阵元一致性检测的方法及测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种超声探头阵元一致性检测的方法及测量装置,所述方法包括:超声探头与声学测试标准件进行耦合连接;超声主机向超声探头中特定阵元所在的传输通道发送脉冲信号后开启采集通道并将所述阵元记录的反射波信号传输至超声主机存储模块。超声主机将存储于超声主机存储模块中的数据发送至上位机;上位机提取反射波时域信号,并执行频谱分析操作得到反射波频谱的最大值;计算获得超声探头每个阵元的灵敏度以及所有阵元的灵敏度平均值;获得各阵元的相对灵敏度并给出探头阵元一致性检测评价的结果。本发明提高了超声探头阵元一致性评定的便利度和准确度,降低了探头后期管理和维护难度。
Description
技术领域
本发明设计超声诊断成像技术领域,特别涉及一种超声探头阵元一致性检测的方法及测量装置。
背景技术
超声成像技术因其实时性和低成本等独特优势,使其在组织成像和临床诊断领域中广泛应用。
超声探头是超声成像***中的前端“耳目”,其主要原理是通过压电效应实现高频声信号与高频电信号之间的转换,因而是超声成像的基础部件。超声探头的性能直接决定了超声的图像质量,从而直接影响到了临床诊断结果。超声探头在长期反复使用过程中,其工作性能容易发生一定降级。因此,超声设备管理人员需定期对超声探头进行自测检查,以此来减少因探头内部易损部件性能异常或故障而发生的误诊和漏诊。
超声探头的检测涉及外观、电性能参数及阵元灵敏度,其中超声探头中的阵元灵敏度为检测的关键性指标。超声探头中的阵元通常为实现电声能量转换的元件,具有发射和接收超声波双重功能,其各个独立阵元的电声转换性能(灵敏度)决定了独立通道超声回波信号的质量。超声探头上所有阵元的电声转换性能的差异(灵敏度差异)对超声成像的图像品质产生直接影响。因而在临床上为了得到高质量的超声图像,通常要求超声阵列换能器的阵元性能具有较高的一致性。
临床超声技师一般通过目视检查临床超声图像的水平亮度的不均匀性来对阵元一致性做出主观评判,这种视觉评估方法存在一定人为差异性,也不能准确地获得阵元一致性的定量评定。有相关技术方案(公开号:CN110236591A)尝试通过对特定图像区域的灰阶亮度值进行统计分析来获得阵元的一致性检测,但此测试方法一方面需要在测试前将探头固定在超声体膜同一位置上存在一定操作难点,另一方面此方法所选取的图像固定区域的统计分析结果难以与特定位置阵元的性能构成较为直接的对应关系,不易锁定有性能瑕疵的阵元,一定程度上提高了超声设备管理人员的管理复杂度和超声探头质量评定难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声探头阵元一致性检测方法及测量装置,以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
本发明公开了一种超声探头阵元一致性检测的方法,所述方法包括:
S1、将超声探头与所述超声探头匹配的声学测试标准件进行耦合连接;
S2、超声主机向超声探头中特定阵元所在的传输通道发送脉冲信号;完成所述脉冲信号发送后,超声主机开启采集通道采集所述特定阵元记录的反射波信号数据并传输至超声主机的存储模块;
S3、超声主机的采集通道完成采集后,将存储于超声主机存储模块中的反射波信号数据发送至上位机;
S4、所述上位机将反射波信号数据执行频谱分析操作,获得反射波频谱的最大值;
S5、根据反射波频谱的最大值与特定阵元输入信号频谱最大值,计算获得特定阵元的灵敏度;
S6、循环步骤S2-S5,获得超声探头每个阵元的灵敏度以及所有阵元的灵敏度平均值;
S7、获得各阵元的相对灵敏度标准偏差,并与参考值进行比较,根据比较结果给出超声探头阵元的一致性检测评价的结果。
作为优选,S1中所述声学测试标准件与超声探头通过超声耦合剂相耦合,所述声学测试标准件为具备将所述脉冲信号通过界面反射形成所述反射波信号的无源器件,所述声学测试标准件的匹配材料的声阻抗小于4MRayls。
作为优选,所述特定阵元为独立阵元或由若干个独立阵元所构成的集合。
作为优选,所述脉冲信号为具有单一的固定中心频率的电信号,所述传输通道为电信号通路。
作为优选,所述频谱分析操作包含信号滤波和快速傅里叶变换。
作为优选,所述S7中给出超声探头阵元的一致性检测评价的结果具体包括如下操作:判断各阵元的相对灵敏度标准偏差是否小于参考值;如果小于则阵元一致性合格;反之,阵元一致性不合格。
本发明还公开了一种超声探头阵元一致性检测的测量装置,所述测量装置包括:超声主机,用于将高频电信号传输至超声探头,接收超声探头返回的高频电信号,以及将高频电信号转为数字信号进行存储和与上位机进行数据通信;超声探头,用于将超声主机发射的电信号转为超声信号或将超声信号转为高频电信号;上位机,用于处理由所述超声主机存储模块所传输的信号,并进行数据分析和显示;声学测试标准件,所述声学测试标准件的其中一个表面与超声探头的声收发面重合。
作为优选,所述超声主机包括用于将高频电信号发射至超声探头的发射模块,接收超声探头返回的高频电信号的接收模块,具有将数字信号进行记录的存储模块以及与上位机进行数据传输的控制和通信模块。
作为优选,所述超声探头包括单个连续换能器阵列或多个换能器阵列。
本发明的有益效果:
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明的超声探头阵元一致性检测方法及测量装置,通过超声探头与声学测试标准件进行耦合连接,超声主机执行单次发射与单次接收的收发序列,对全部阵元的反射波信号按顺序采集并执行阵元一致性分析;进一步的,克服传统测试技术中存在的超声探头的阵元检测自动化程度低,阵元一致性的定量评定不准确和不良阵元定位模糊等问题,提高了超声探头阵元一致性评定的便利度和准确度,降低了探头后期管理和维护难度。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
图1是本发明一种超声探头阵元一致性检测的测量装置的结构示意图;
图2是本发明实施例一种超声探头阵元一致性检测的方法的流程示意图;
图3是本发明对超声线阵探头实施阵元一致性检测的示意图;
其中:1-声学测试标准件、2-超声探头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面通过附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
参阅图1,本发明提供的一种超声探头阵元一致性检测测量装置示意框图。如图1所示,一种超声探头阵元一致性检测测量装置由安装了超声探头阵元一致性检测软件的上位机110,超声主机120,超声探头130以及声学测试标准件140组成。其中,所述超声主机120包括存储模块124、发射模块122、接收模块123以及控制和通信模块121。超声主机120用于将高频电信号发射至超声探头130,接收超声探头130返回的高频电信号,具有将电信号进行数字信号存储的存储模块124以及与上位机110进行数据交互的控制和通信模块121;超声探头130用于将超声主机120发射的电信号转为超声信号或将超声信号转为高频电信号;上位机110用于处理由所述超声主机120中存储模块124所上传的超声信号,并用于进行数据处理和结果显示。
所述超声主机120采集超声信号的过程中,按照上位机110上的超声采集程序的采集序列执行。所述的采集序列指的是超声主机对特定的阵元集合按一定顺序发射并接收超声信号。所述上位机110的超声采集程序可根据超声主机自身的存储空间大小调整采集序列,以此降低应用本发明的技术门槛。
参阅图2,本发明的提供了一种超声线阵探头阵元一致性检测的方法,所述方法包括:
所述超声线阵探头2与所述超声线阵探头匹配的声学测试标准件1相耦合;
一般的,所述声学测试标准件1与所述超声线阵探头2进行接触耦合连接,所述声学测试标准件1的表面及其对立面与所述超声线阵探头2的声辐射面保持平行,即保证超声阵元的声辐射方向垂直于所述声学测试标准件1与所述超声线阵探头2相接触的表面及其对立面,以此方式增强超声反射波信号。
结合图3所示,所述声学测试标准件1具有用于与所述超声线阵探头2就位的耦合连接机制,通过耦合连接机制使得声学测试标准件1的表面与所述超声探头2的声收发面进行空间相对位置固定。
所述耦合连接机制为利用超声耦合剂的自身的黏性实现声学测试标准件1与超声线阵探头2相互耦合连接,同时提高所述超声线阵探头2与声学测试标准件1的声阻抗匹配,使所述超声探头2发射的声波能够以较低的损耗传输至声学测试标准件1中,进而增强超声回波信号。
可选的,声学测试标准件1与超声线阵探头2相接触的表面的对立面保持与空气接触,通过界面声阻抗变化增强超声反射波信号。
可选的,声学测试标准件1的材质可以选用声阻抗约为3.2MRayls的有机玻璃或者声阻抗约为1.9 MRayls的聚氨酯。
所述超声线阵探头2与超声主机进行电学连接,上位机执行超声线阵探头阵元一致性检测程序;
例如,当测量装置检测阵元时,超声主机通过控制模块使超声传输通道与阵元电路上导通,超声主机向所述超声传输通道发送脉冲信号 ;所述脉冲信号发送完成后,超声主机开启采集通道并将阵元记录的反射波信号的数据发送至超声主机存储模块。
具体的,上位机接收独立通道数据信号,并存储于上位机的内存中,进一步做数据后处理。当上位机接收完成所述独立通道数据信号后,信号数据后处理工作同时在上位机上执行。例如,上位机从内存中提取超声探头阵元通道的反射波信号,对所述反射波信号执行快速傅里叶变换,获得反射波信号的频谱,计算得到反射波频谱的最大值;提取计算反射波频谱的最大值与阵元输入信号频谱最大值计算得到阵元的灵敏度;
循环执行所述步骤S23与所述步骤S25,逐个获得超声探头上每个阵元的灵敏度,判断所有目标阵元的灵敏度计算完成。若是,则执行下一步骤;若否,则再次跳转至步骤S23继续采集。
本发明中,所述方法还包括:根据计算所得的阵元相对灵敏度标准偏差与参考相对灵敏度标准偏差相比较,阵元相对灵敏度标准偏差小于参考相对灵敏度标准偏差,则认定超声探头阵元一致性质量为合格,否则认为超声探头阵元一致性质量不合格。
本发明实施例中的方法流程可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、 或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术。
每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机***通信。在任何情况下,该语言可以是编译或解释的语言。为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种超声探头阵元一致性检测的方法,其特征在于,所述方法包括:
S1、将超声探头与所述超声探头匹配的声学测试标准件进行耦合连接;
S2、超声主机向超声探头中特定阵元所在的传输通道发送脉冲信号;完成所述脉冲信号发送后,超声主机开启采集通道采集所述特定阵元记录的反射波信号数据并传输至超声主机的存储模块;
S3、超声主机的采集通道完成采集后,将存储于超声主机存储模块中的反射波信号数据发送至上位机;
S4、所述上位机将反射波信号数据执行频谱分析操作,获得反射波频谱的最大值;
S5、根据反射波频谱的最大值与特定阵元输入信号频谱最大值,计算获得特定阵元的灵敏度;
S6、循环步骤S2-S5,获得超声探头每个阵元的灵敏度以及所有阵元的灵敏度平均值;
S7、获得各阵元的相对灵敏度标准偏差,并与参考值进行比较,根据比较结果给出超声探头阵元的一致性检测评价的结果。
2.根据权利要求1所述的一种超声探头阵元一致性检测的方法,其特征在于:S1中所述声学测试标准件与超声探头通过超声耦合剂相耦合,所述声学测试标准件为具备将所述脉冲信号通过界面反射形成所述反射波信号的无源器件,所述声学测试标准件的匹配材料的声阻抗小于4MRayls。
3.根据权利要求1所述的超声探头阵元一致性检测的方法,其特征在于,所述特定阵元为独立阵元或由若干个独立阵元所构成的集合。
4.根据权利要求1所述的超声探头阵元一致性检测的方法,其特征在于,所述脉冲信号为具有单一的固定中心频率的电信号,所述传输通道为电信号通路。
5.根据权利要求1所述的超声探头阵元一致性检测的方法,其特征在于,所述频谱分析操作包含信号滤波和快速傅里叶变换。
6.根据权利要求1所述的超声探头阵元一致性检测的方法,其特征在于,所述S7中给出超声探头阵元的一致性检测评价的结果具体包括如下操作:判断各阵元的相对灵敏度标准偏差是否小于参考值;如果小于则阵元一致性合格;反之,阵元一致性不合格。
7.一种超声探头阵元一致性检测的测量装置,其特征在于,所述测量装置包括:
超声主机,用于将高频电信号传输至超声探头,接收超声探头返回的高频电信号,以及将高频电信号转为数字信号进行存储和与上位机进行数据通信;超声探头,用于将超声主机发射的电信号转为超声信号或将超声信号转为高频电信号;上位机,用于处理由所述超声主机存储模块所传输的信号,并进行数据分析和显示;声学测试标准件,所述声学测试标准件的其中一个表面与超声探头的声收发面重合。
8.根据权利要求7所述的超声探头阵元一致性检测的测量装置,其特征在于,所述超声主机包括用于将高频电信号发射至超声探头的发射模块,接收超声探头返回的高频电信号的接收模块,具有将数字信号进行记录的存储模块以及与上位机进行数据传输的控制和通信模块。
9.根据权利要求7所述的超声探头阵元一致性检测的测量装置,其特征在于,所述超声探头包括单个连续换能器阵列或多个换能器阵列。
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