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

背景技術(shù)：

在高強(qiáng)度聚焦超聲治療中，病灶點(diǎn)處的溫度能達(dá)到60℃-90℃，而正常組織對(duì)熱的耐受性一般不超過(guò)45℃，最高不超過(guò)46℃，這就要求對(duì)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(duì)各陣元的發(fā)射的超聲束的相位進(jìn)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(duì)人體內(nèi)病灶組織實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。臨床發(fā)現(xiàn)由于人體組織的非均一性，當(dāng)病灶點(diǎn)較深時(shí)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(huì)發(fā)生非線性變化，導(dǎo)致病灶靶區(qū)周圍溫度場(chǎng)分布變化，也就是說(shuō)超聲束沒(méi)有聚焦到病灶靶區(qū)，實(shí)際的聚焦點(diǎn)發(fā)生了偏移或者散焦(沒(méi)有形成聚焦點(diǎn)，而是形成一個(gè)很大的聚焦區(qū)域)，也就是說(shuō)焦域沒(méi)有在病灶點(diǎn)處，或焦域的體積比較大。這樣的結(jié)果往往會(huì)導(dǎo)致腫瘤不能得到徹底消除，同時(shí)很可能對(duì)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(jiàn)，超聲聚焦的焦域具體大小的精確測(cè)量就顯得至關(guān)重要，同時(shí)隨著HIFU在醫(yī)學(xué)治療的廣泛應(yīng)用，使用者對(duì)于HIFU聲場(chǎng)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(shí)間變化而出現(xiàn)大的散射，也希望設(shè)備的移動(dòng)精度、頻率精度以及場(chǎng)強(qiáng)精度不出現(xiàn)大的漂移，以確保使用者在進(jìn)行高精度的手術(shù)時(shí)，使患者的創(chuàng)傷更小，降低手術(shù)的危險(xiǎn)系數(shù)，減少患者的痛苦。所以，醫(yī)院機(jī)構(gòu)會(huì)對(duì)HIFU設(shè)備進(jìn)行周期性的檢定校準(zhǔn)。

目前校準(zhǔn)高強(qiáng)度聚焦超聲設(shè)備的方法是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。國(guó)標(biāo)規(guī)定HIFU聲場(chǎng)參數(shù)測(cè)量采用水聽(tīng)器法，測(cè)定聲場(chǎng)中的聲壓波形及其空間分布，再導(dǎo)出相應(yīng)的聲強(qiáng)和相關(guān)參數(shù)。依據(jù)測(cè)得的聲場(chǎng)中聲壓分布，確定聲場(chǎng)的聲聚焦的幾何參數(shù)。該方法測(cè)量精度高，但是測(cè)量方法復(fù)雜、測(cè)量周期長(zhǎng)，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的要求也高，無(wú)法滿足對(duì)高強(qiáng)度聚焦超聲系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。而且在測(cè)量過(guò)程中，由于水聽(tīng)器置身于聲場(chǎng)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(tīng)器，并且加大了測(cè)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(duì)于HIFU設(shè)備的要求也越來(lái)越高?，F(xiàn)有市場(chǎng)在對(duì)HIFU設(shè)備的聲場(chǎng)進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，通常參照國(guó)標(biāo)GB/T 19890-2005。該方法干擾因素多，而且測(cè)量過(guò)程復(fù)雜，測(cè)量周期長(zhǎng)，不適合做實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)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(zhǔn)醫(yī)療超聲設(shè)備聲場(chǎng)的方案，用于在線快速校準(zhǔn)HIFU聲場(chǎng)，以便實(shí)時(shí)保證HIFU的精度以及安全性。

本發(fā)明用支架將待測(cè)的高強(qiáng)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(zhǔn)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(jī)，工業(yè)攝像機(jī)上加裝光學(xué)鏡頭；工業(yè)攝像機(jī)通過(guò)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(jī)在調(diào)整好相應(yīng)距離后即對(duì)背景圖案上進(jìn)行拍攝，然后圖像處理設(shè)備根據(jù)所得到的圖像進(jìn)行處理，最終得到高強(qiáng)度聚焦超聲換能器聚焦聲場(chǎng)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(zhǔn)速度，使醫(yī)護(hù)人員能夠?qū)⒏邚?qiáng)度聚焦超聲儀的質(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(xiǎn)，減小因手術(shù)而給患者帶來(lái)的不可避免的傷口，提高HIFU治療的水平，給醫(yī)院帶來(lái)優(yōu)良的口碑，也最終給醫(yī)院帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，提高醫(yī)院HIFU治療的競(jìng)爭(zhēng)力。

另外，本發(fā)明也可以降低相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)HIFU校準(zhǔn)人員的專業(yè)要求，使得HIFU校準(zhǔn)更便捷更高效。同時(shí)也減少了相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)HIFU校準(zhǔn)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(chǎng)的測(cè)量上，比如醫(yī)用超聲診斷儀、超聲多普勒胎兒監(jiān)護(hù)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(zhǔn)性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明原理圖。

①工業(yè)攝像機(jī)②光學(xué)鏡頭③待測(cè)的高強(qiáng)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(zhǔn)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，一種超聲設(shè)備聲場(chǎng)快速校準(zhǔn)裝置，包括工業(yè)攝像機(jī)①、光學(xué)鏡頭②、圖像處理設(shè)備⑩、輸出設(shè)備?、超聲校準(zhǔn)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(cè)的高強(qiáng)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(zhǔn)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(jī)，工業(yè)攝像機(jī)用相應(yīng)的支架支撐，工業(yè)攝像機(jī)上加裝光學(xué)鏡頭。工業(yè)攝像機(jī)通過(guò)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(zhǔn)原理是：當(dāng)液體中存在超聲時(shí)，受超聲壓縮作用部分的液體密度會(huì)變大，受伸張作用部分的密度會(huì)變小。又因?yàn)橐后w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(jìn)而使得工業(yè)攝像機(jī)拍攝到的背景圖案扭曲。

本發(fā)明用支架將待測(cè)的高強(qiáng)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(chǎng)在底部發(fā)生反射，造成聲場(chǎng)的疊加。在水槽的一側(cè)，緊貼超聲校準(zhǔn)用背景圖像，在另一側(cè)架設(shè)工業(yè)攝像機(jī)，工業(yè)攝像機(jī)用相應(yīng)的支架支撐。工業(yè)攝像機(jī)通過(guò)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(duì)背景圖案上進(jìn)行拍攝，然后圖像處理設(shè)備根據(jù)所得到的圖像進(jìn)行圖像的算法研究，最終可以得到高強(qiáng)度聚焦超聲換能器聚焦聲場(chǎng)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(cè)結(jié)果。

所述的圖像算法具體見(jiàn)圖2：

1、將有聲場(chǎng)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(jìn)行二值化處理，得到圖像I2。

3、對(duì)圖像I2進(jìn)行標(biāo)記，并找到棋盤(pán)格區(qū)域所在位置。

4、提取I2中棋盤(pán)格區(qū)域圖像I3；（聲場(chǎng)所在區(qū)域是黑色）。

5、分別計(jì)算在無(wú)聲場(chǎng)處單黑格棋盤(pán)格模板w1、四格棋盤(pán)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(chǎng)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(chǎng)以外的棋盤(pán)格，得到圖像I5。

8、用模板w1掃描圖像I5，得到更精確的聲場(chǎng)范圍，得到圖像I6。

9、由聲場(chǎng)上界像素值減去聲場(chǎng)下界像素值，尋找最小值，即聲場(chǎng)焦域像素寬度b。

10、聲場(chǎng)焦域像素寬度b最終計(jì)算出聲場(chǎng)焦域?qū)挾萀。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)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(hù)范圍內(nèi)。