[发明专利]一种骨骼超声系统中编码增强的聚焦超声骨组织微观结构检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种骨骼超声系统中骨组织微观结构检测方法，尤其涉及一种编码增强的聚焦超声骨组织微观结构检测方法。

背景技术

生物组织主要由周期性排布的胶原纤维组成，可被等效为周期性分布的散射子。现有的很多模型以此为基础用来对生物组织进行表征，如用来对肝脏疾病、血管厚度和骨小梁间距等进行定征。通过测量平均散射子间距(MSS)，来对组织疾病做出诊断。

超声背散射技术已被证明能够有效地对MSS进行测量。生物组织背散射信号包括来自规则散射元的相干成分和来自弥散散射元的非相干成分。对MSS的测量主要利用了其中的相干散射元成分，而弥散散射元成分则对MSS的测量起干扰作用。现有的MSS测量技术主要有周期图估计、倒谱估计和自相关谱估计等方法。但是，在对MSS进行估计的过程中，受背散射信号序列短和噪声大的干扰，上述估计方法的鲁棒性较低。为此，一些方法如自回归倒谱估计方法、周期性小波变换等方法被用来提高MSS估计精度。

另外两个影响MSS估计精度的主要因素是分辨率和声衰减。目前在骨微结构MSS测量中常用的超声频率为0.5MHz左右，超声波长大于6mm，在对骨微结构(0.15～1.2mm)进行测量时，频率低，分辨率不足。此外，松质骨组织为多孔固体互联基质，超声在传播过程中会由于多重散射而产生大量衰减，特别是频率越高，声衰减越大，使得背散射回波信号信噪比较低，而现有技术没有有效地解决分辨率和声衰减对背散射信号MSS估计的影响。

发明内容

为了解决现有检测技术频率低、分辨率不足、无法有效应对组织中大量声衰减及噪声的问题，本发明提供了一种骨骼超声系统中编码增强的聚焦超声骨组织微观结构检测方法。该方法在利用超声背散射技术测量骨微结构MSS中提高了超声分辨率，同时减少了声衰减对测量结果的影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种骨骼超声系统中编码增强的聚焦超声骨组织微观结构检测方法，包括如下步骤：

一、采用超声背散射检测方法，依据Faran圆柱模型，将骨组织微观结构的检测等效为平均散射子间距的测量；

二、采用高频单阵元聚焦换能器，利用互补Golay序列对激励超声换能器发射宽时信号，以发射信号作为匹配滤波函数对回波信号进行解码压缩，Golay序列对长度可调，利用解码压缩背散射信号估计平均散射子间距。

所述步骤一中，超声背散射检测的测量方式为单一探头的背散射测量方式，测量环境为水浸式测量。

所述步骤一中，测量参数为散射子间距。根据骨微结构显微CT三维重建结果，将骨微结构等效为间距排列的Faran圆柱散射子，利用该等效散射子间距来表征骨微结构。

所述步骤一中，，采用的超声激励频率为0.7～2MHz可调，激励的超声能量水平低于100mW/cm²。

所述步骤二中，在用互补Golay序列对激励超声换能器时，根据被测骨组织厚度，通过编程选择构造4位[(+1，+1，+1，-1)/(+1，+1，-1，+1)]、8位[(+1，+1，+1，-1，+1，+1，-1，+1)/(+1，+1，+1，-1，-1，-1，+1，-1)]或10位[(+1，+1，-1，+1，-1，+1，-1，-1，+1，+1)/(+1，+1，-1，+1，+1，+1，+1，+1，-1，-1)]互补序列对[Golay1/Golay2]来激励超声换能器。超声换能器采用聚焦换能器，对同一生物组织聚焦点分别采用不同Golay序列两次照射，发射波持续时间Δt_inc≤L_b/v_b，L_b骨组织厚度，v_b为骨组织声速。

所述步骤二中，在激励超声换能器时，采用正弦信号作为基础信号调制Golay互补序列。

所述步骤二中，在对背散射回波信号进行解码压缩过程中，采集Golay1和Golay2输入信号F_inc(t)F′_inc(t)作为匹配滤波函数，则获得背散射信号为：

F_cep(t)＝cov[F_inc(t)F_bsc(t)]+cov[F′_inc(t)F′_bsc(t)]，

其中，F_bsc(t)F′_bsc(t)分别为Golay1和Golay2的背散射回波信号。