[发明专利]一种超声弹性成像的扫描装置及其扫描方法

说明书

技术领域

本发明属于医学三维超声弹性成像的技术领域，特别涉及一种超声弹性成像的扫描装置及其扫描方法。

背景技术

弹性是表征一种物质物理特性的重要参数，其中测量某种物质的弹性或者对它的弹性特性分布进行成像对于了解该种物质的属性及结构是一种相当重要的手段，其中组织弹性对疾病的诊断具有重要的参考价值。超声弹性成像能提供与组织异常的病理状态密切相关的组织弹性信息，超声弹性成像通过探头获取感兴趣区中同一位置两次不同的压力下超声回波信号的波形，并利用两次回波信号进行相关运算，获取相应的组织弹性信息。其中超声探头对组织扫描的压力大小、移动速度和扫描方向等会直接影响到弹性成像的质量。

现有的超声弹性成像技术中，常用的扫描方法主要有：自由臂扫描、二维面阵探头扫描和机械定位扫描；其中自由臂扫描系统，需要6个自由度的电磁式位置传感器定位，操作复杂，同时极易受到电磁、铁磁材料等干扰。基于二维面阵探头的扫描方式由于二维面阵的阵元数量巨大，每个阵元都要配置相应的采集通道，因此对技术手段和采用的设备要求较高。基于这两种扫描方式进行扫描时，探头对被扫描组织的压力很难保持均匀恒定，探头移动的速度和方向也会发生变化，因此对生成的弹性图像有很大的影响。传统的机械定位扫描方式，虽然可以保证探头移动速度和方向的恒定，但由于事先无法准确得到被检测组织的表面深度信息，因而扫描过程中会出现接触不到组织或者对组织压力过大两种情况，即仍然无法保证探头对被扫描组织的压力均匀恒定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种对扫描组织压力均匀的超声弹性成像的扫描装置。

本发明的另一目的在于提供上述超声弹性成像的扫描装置的扫描方法。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种超声弹性成像的扫描装置，包括计算机以及与计算机连接的超声探头，还包括用于固定超声探头的支架以及分别与计算机连接的运动控制装置和深度感应器；所述支架设置在运动控制装置上；所述运动控制装置包括控制超声探头进行三维运动的三维运动控制机构和控制超声探头进行旋转运动的旋转运动控制机构，所述三维运动控制机构和旋转运动控制机构分别与计算机连接。

优选的，所述三维运动控制机构包括第一、第二和第三步进电机、电机驱动器和电机控制模块，所述第一、第二和第三电机分别通过电机驱动器与电机控制电路板连接，所述电机控制电路板与计算机连接，所述第一、第二和第三步进电机上分别连接有运动轴，所述三根运动轴分别呈X、Y和Z轴的三维方向排布，其中X轴方向表示左、右方向，Y轴方向表示前、后方向，Z轴方向表示上、下方向；所述支架设置在Z轴方向的运动轴上；所述第一、第二和第三步进电机通过其上的运动轴分别控制支架在X、Y和Z轴方向上移动；

旋转运动控制机构包括第四步进电机、第五步进电机、第六步进电机、电机驱动器和电机控制模块，第四步进电机、第五步进电机和第六步进电机分别依次通过电机驱动器和电机控制模块与计算机连接，第四步进电机与所述Z轴方向的运动轴连接，用于控制Z轴方向运动轴自转；第五步进电机与所述X轴方向的运动轴连接，用于控制X轴方向运动轴自转；第六步进电机与所述Y轴方向的运动轴连接，用于控制Y轴方向运动轴自转。

优选的，所述深度感应器安装于扫描组织的上方，其探测范围为10cm～400cm。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：

一种超声弹性成像的扫描装置的扫描方法，包括以下步骤：

（1）利用深度感应器获取扫描组织的表面深度图像信息，根据表面深度图像信息，重建出扫描组织表面的三维轮廓图；

（2）根据扫描组织表面的三维轮廓图制定扫描轨迹；然后根据扫描组织表面的曲率大小，计算出扫描轨迹中各扫描点的法向量，并保存在计算机中；

（3）控制超声探头移动到扫描轨迹的起始点；

（4）通过计算机查询到超声探头所在当前扫描点的位置信息及法向量信息；所述三维运动控制机构根据当前扫描点的位置信息控制支架上的超声探头在三维各方向上移动，并通过旋转运动控制机构控制超声探头绕三维各方向分别旋转相应角度，直到超声探头贴着被扫描组织的表面并与当前扫描点的法向量平行；