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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610275908.2 (22)申请日 2016.04.29 (71)申请人 深圳大学 地址 518060 广东省深圳市南山区南海大 道3688号 (72)发明人 和晓念 陈昕 覃正笛 林浩铭 陈思平 (74)专利代理机构 深圳市君胜知识产权代理事 务所 44268 代理人 王永文 刘文求 (51)Int.Cl. A61B 8/00(2006.01) G01N 29/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励 系统及方法 (57)摘要 本。
2、发明提供了一种基于圆环外部振动的瞬 时剪切波激励系统及方法， 包括瞬时剪切波激励 装置驱动模块， 用于产生瞬时低频信号， 经放大 后驱动电磁振荡器， 并通过电磁振荡器带动剪切 波激励装置振动； 剪切波激励装置， 用于在电磁 振荡器振动的带动下对待检测的介质表面进行 瞬时振动， 在介质内产生剪切波； 超声检测装置， 其中所包括的超声换能器设置在剪切波激励装 置的中心轴上， 用于发出超声波对剪切波中的聚 焦旁瓣剪切波成分进行检测； 及弹性分析模块。 本发明中由剪切波激励装置对待检测的介质表 面进行瞬时振动在其中心轴产生叠加剪切波成 分， 提高了在待检测的介质中圆环中心轴方向剪 切波的能量和深度， 。
3、从而增加瞬时弹性成像检测 穿透深度。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 105726063 A 2016.07.06 CN 105726063 A 1.一种基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统， 其特征在于， 包括： 瞬时剪切波激励装置驱动模块， 用于产生瞬时低频信号， 经放大后驱动电磁振荡器， 并 通过电磁振荡器带动剪切波激励装置振动； 剪切波激励装置， 用于在电磁振荡器振动的带动下对待检测的介质表面进行瞬时振 动， 在介质内产生剪切波； 超声检测装置， 其中所包括的超声换能器设置在剪切波激励装置的中心轴上， 用于发 出超声波对剪切波中的聚焦旁瓣剪切波成分进行检测； 弹性分析模块，。
4、 用于对采集的聚焦旁瓣剪切波的数据进行提取， 得到聚焦剪切波的传 播速度。 2.根据权利要求1所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统， 其特征在于， 所述超 声检测装置的检测信号与剪切波激励装置对介质表面的瞬时振动信号同步。 3.根据权利要求1所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统， 其特征在于， 所述剪 切波激励装置为圆环激励。 4.根据权利要求3所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统， 其特征在于， 所述圆 环激励、 及所述超声检测装置中的超声换能器均固定设置在手柄中， 且所述超声检测装置 中所包括的超声换能器设置在圆环激励装置的中心轴上。 5.根据权利要求1所述基于圆环外部振动的瞬。
5、时剪切波激励系统， 其特征在于， 所述激 励装置为振动点源， 所述振动点源对称设置在所述超声检测装置中所包括的超声换能器两 侧。 6.一种基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法， 其特征在于， 包括以下步骤： A、 瞬时剪切波激励装置驱动模块产生瞬时低频信号， 经放大后驱动电磁振荡器， 并通 过电磁振荡器带动剪切波激励装置振动； B、 剪切波激励装置在电磁振荡器振动的带动下对待检测的介质表面进行瞬时振动， 在 介质内产生剪切波； C、 设置在剪切波激励装置中心轴上的超声换能器发出超声波对剪切波中的聚焦旁瓣 剪切波成分进行检测； D、 弹性分析模块对采集的聚焦旁瓣剪切波的数据进行提取， 得到聚焦剪。
6、切波的传播速 度。 7.根据权利要求6所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法， 其特征在于， 所述超 声检测装置的检测信号与剪切波激励装置对介质表面的瞬时振动信号同步。 8.根据权利要求6所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法， 其特征在于， 所述激 励装置为圆环激励。 9.根据权利要求6所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法， 其特征在于， 所述圆 环激励、 及所述超声检测装置中的超声换能器均固定设置在手柄中， 且所述超声检测装置 中所包括的超声换能器设置在圆环激励的中心轴上。 10.根据权利要求7所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法， 其特征在于， 所述 激励装置为振动点源， 所。
7、述振动点源对称设置在所述超声检测装置中所包括的超声换能器 两侧。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 105726063 A 2 一种基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及剪切波技术领域， 尤其涉及一种基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励 系统及方法。 背景技术 0002 瞬时弹性成像技术提供了一种快速、 简洁、 无创且完全无痛的肝脏硬度检测方法， 其原理主要通过测定低频剪切波在肝组织纤维中的传播速度来判断肝脏的硬度， 从而评估 出肝脏纤维化的程度。 法国ECHOSENS公司拥有的专门用于FibroScan （即纤维扫描） 设备的 VCTE （振动控制瞬时。
8、弹性） 肝脏硬度无创定量诊断专利技术， 该瞬时弹性成像技术主要装置 是将超声换能器固定在电磁振荡器上， 电磁振荡器产生低频瞬时振动， 带动超声换能器本 身在粘弹性介质表面产生瞬时振动， 从而在组织内部产生剪切波， 再利用该超声检测装置 对探头正下方的剪切波进行监测和跟踪， 从而获得与剪切波传播速度相对应的粘弹性介质 的弹性数值， 用来评估肝脏的硬度， 单位以千帕(kPa)来表示。 弹性数值测量范围是2.4 75.4千帕， 弹性数值越大， 表示肝组织质地越硬， 纤维化程度越严重。 0003 该瞬时弹性装置中， 剪切波的产生是由超声探头本身瞬时振动介质表面， 作用等 效于一个圆盘瞬时激励组织产生剪。
9、切波， 同时又由其本身对探头正下方剪切波成分进行监 测和跟踪。 其存在的问题是： 该模式剪切波产生的机理决定了探头正下方的剪切波成分能 量相对较弱， 剪切波向下传播深度受限。 0004 因此， 现有技术还有待改进和发展。 发明内容 0005 鉴于上述现有技术的不足之处， 本发明的目的在于提供一种基于圆环外部振动的 瞬时剪切波激励系统及方法， 旨在解决现有技术中由电磁振荡器带动超声检测装置中的超 声换能器振动， 超声换能器本身瞬时振动待测介质表面， 激励介质内部产生瞬时剪切波， 而 由超声换能器振动带动组织振动而产生的正下方剪切波能量相对较弱， 剪切波向下传播深 度受限， 瞬时弹性成像检测穿透力。
10、不够， 难以实现深度弹性检测的问题。 0006 为了达到上述目的， 本发明采取了以下技术方案： 一种基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统， 其中， 包括： 瞬时剪切波激励装置驱动模块， 用于产生瞬时低频信号， 经放大后驱动电磁振荡器， 并 通过电磁振荡器带动剪切波激励装置振动； 剪切波激励装置， 用于在电磁振荡器振动的带动下对待检测的介质表面进行瞬时振 动， 在介质内产生剪切波； 超声检测装置， 其中所包括的超声换能器设置在剪切波激励装置的中心轴上， 用于发 出超声波对剪切波中的聚焦旁瓣剪切波成分进行检测； 弹性分析模块， 用于对采集的聚焦旁瓣剪切波的数据进行提取， 得到聚焦剪切波的传 播速度。
11、。 说 明 书 1/5 页 3 CN 105726063 A 3 0007 所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统， 其中， 所述超声检测装置的检测 信号与剪切波激励装置对介质表面的瞬时振动信号同步。 0008 所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统， 其中， 所述激励装置为圆环激励。 0009 所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统， 其中， 所述圆环激励、 及所述超声 检测装置均固定设置在手柄中， 且所述超声检测装置中所包括的超声换能器设置在圆环激 励装置的中心轴上。 0010 所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统， 其中， 所述激励装置为振动点源， 所述振动点源对称设置在所述超。
12、声检测装置中所包括的超声换能器两侧。 0011 一种基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法， 其中， 包括以下步骤： A、 瞬时剪切波激励装置驱动模块产生瞬时低频信号， 经放大后驱动电磁振荡器， 并通 过电磁振荡器带动剪切波激励装置振动； B、 剪切波激励装置在电磁振荡器振动的带动下对待检测的介质表面进行瞬时振动， 在 介质内产生剪切波； C、 设置在剪切波激励装置中心轴上的超声换能器发出超声波对剪切波中的聚焦旁瓣 剪切波成分进行检测； D、 弹性分析模块对采集的聚焦旁瓣剪切波的数据进行提取， 得到聚焦剪切波的传播速 度。 0012 所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法， 其中， 所述超声检。
13、测装置的检测 信号与剪切波激励装置对介质表面的瞬时振动信号同步。 0013 所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法， 其中， 所述激励装置为圆环激励。 0014 所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法， 其中， 所述圆环激励、 及所述超声 检测装置中的超声换能器均固定设置在手柄中， 且所述超声检测装置中所包括的超声换能 器设置在圆环激励的中心轴上。 0015 所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法， 其中， 所述振动点源对称设置在 所述超声检测装置中所包括的超声换能器两侧。 0016 本发明所述的基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统及方法， 包括： 瞬时剪切 波激励装置驱动模块， 用于产。
14、生瞬时低频信号， 经放大后驱动电磁振荡器， 并通过电磁振荡 器带动剪切波激励装置振动； 剪切波激励装置， 用于在电磁振荡器振动的带动下对待检测 的介质表面进行瞬时振动， 在介质内产生剪切波； 超声检测装置， 其中所包括的超声换能器 设置在剪切波激励装置的中心轴上， 用于发出超声波对剪切波中的聚焦旁瓣剪切波成分进 行检测； 弹性分析模块， 用于对采集的聚焦旁瓣剪切波的数据进行提取， 得到聚焦剪切波的 传播速度。 本发明中由剪切波激励装置对待检测的介质表面进行瞬时振动在其中心轴产生 叠加剪切波成分， 提高了在待检测的介质中圆环中心轴方向剪切波的能量和深度， 从而增 加瞬时弹性成像检测穿透深度。 附。
15、图说明 0017 图1为本发明所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统较佳实施例的结构示 意图。 0018 图2a为本发明所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统第一实施例的结构 说 明 书 2/5 页 4 CN 105726063 A 4 示意图。 0019 图2b为本发明所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统第一实施例中圆环 激励的示意图。 0020 图3为本发明所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统第二实施例的结构示 意图。 0021 图4a为现有技术中单点激励在待检测的介质表面产生剪切波的分布示意图。 0022 图4b为本发明所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统中激励装置在待检。
16、 测的介质表面产生剪切波的切面分布示意图。 0023 图5为本发明所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法较佳实施例的流程 图。 具体实施方式 0024 本发明提供一种基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统及方法， 为使本发明的 目的、 技术方案及效果更加清楚、 明确， 以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说 明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明， 并不用于限定本发明。 0025 请参考图1， 其为本发明所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统较佳实施 例的结构示意图。 如图1所示， 所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统包括： 瞬时剪切波激励装置驱动模块100， 用于。
17、产生瞬时低频信号， 经放大后驱动电磁振荡 器， 并通过电磁振荡器带动剪切波激励装置200振动； 剪切波激励装置200， 用于在电磁振荡器振动的带动下对待检测的介质表面进行瞬时 振动， 在介质内产生剪切波； 超声检测装置300， 其中所包括的超声换能器设置在剪切波激励装置200的中心轴上， 用于发出超声波对剪切波中的聚焦旁瓣剪切波成分进行检测； 弹性分析模块400， 用于对采集的聚焦旁瓣剪切波的数据进行提取， 得到聚焦剪切波的 传播速度。 0026 本发明的实施例中， 瞬时剪切波激励装置驱动模块100中的瞬时低频信号经功率 放大器放大后驱动电磁振荡器， 并通过电磁振荡器带动剪切波激励装置200振。
18、动。 由对称设 置在超声检测装置300中的超声换能器周围的多点对称式激励的激励装置200在电磁振荡 器振动的带动下对待检测的介质表面进行瞬时振动， 并在介质内产生剪切波。 由于不再是 单点激励， 而是多点对称式的激励， 故在介质中产生复合剪切波， 请参考图4b， 且剪切波可 叠加以加深在介质中的传播深度， 从而增加瞬时弹性成像检测穿透深度。 而现有技术中， 则 直接由超声检测装置300中的超声换能器直接对待检测的介质表面进行瞬时振动而产生剪 切波， 请参考图4a， 该超声换能器正下方的剪切波在介质中的传播深度则低于本发明中叠 加后的剪切波的传播深度。 0027 具体实施时， 如图2a所示， 作。
19、为本发明所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励 系统第一实施例， 所述剪切波激励装置200为圆环激励。 具体的， 如图2b所示， 所述圆环激励 的内径为1-5cm， 所述圆环激励的外径与内径之差为2-16mm。 如图2a所示， 该基于圆环外部 振动的瞬时剪切波激励系统主要由三部分组成， 剪切波产生模块 （其包括瞬时剪切波激励 装置驱动模块100和剪切波激励装置200） 和超声检测装置300以及弹性分析模块400。 所述 说 明 书 3/5 页 5 CN 105726063 A 5 超声检测装置300的检测信号与剪切波激励装置200对介质表面的瞬时振动信号同步， 可以 实现对剪切波的跟踪检测， 这。
20、是由于剪切波产生并存在的时间很短， 故超声检测装置300应 同步发出对剪切波进行检测的超声波， 以避免检测不到剪切波。 超声检测装置300中所包括 的超声换能器放置于圆环激励的中心轴上 （此时超声检测装置300中所包括的超声换能器 与激励圆环可处于一个平面， 也可以不处于一个平面） ， 可以实现对圆环激励产生的聚焦旁 瓣剪切波成分进行检测。 激励信号产生模块100中可以采用电磁振荡器对圆环施加不同频 率的瞬时激励信号。 超声检测装置300是利用超声技术对剪切波传播数据进行采集。 通过弹 性分析模块400， 可以从超声回波数据中提取剪切波的传播速度， 估计出组织的弹性信息。 为方便临床操作， 可。
21、以将剪切波激励装置200和超声检测装置300中的超声换能器整合到一 个手柄当中， 即所述圆环激励、 及所述超声检测装置300中的超声换能器均固定设置在手柄 中， 且所述超声检测装置300中所包括的超声换能器设置在圆环激励装置200的中心轴上。 将剪切波激励装置200和超声检测装置300中所包括的超声换能器整合到一个手柄当中便 于使用者操作， 而且可以对手柄进行处理后， 可确保圆环激励装置200在瞬时振动的同时而 超声换能器仍保持静止， 提高装置检测的稳定性。 0028 显然， 所述剪切波激励装置200不局限于为所述圆环激励。 请参考图3， 作为本发明 所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统第。
22、二实施例， 所述剪切波激励装置200为振 动点源， 所述振动点源对称设置在所述超声换能器两侧。 此时， 所述超声检测装置300的检 测信号与剪切波激励装置200对介质表面的瞬时振动信号同步。 第二实施例与第一实施例 的本质上相同， 这是因为第二实施例中只选取圆环激励中的部分对称的点输入激励信号， 而不是在激励圆环上的所有点输入激励信号。 0029 同时， 本发明不仅只是应用于瞬时激励弹性成像， 也可以实现连续激励弹性成 像， 或对激励圆环连续激励， 放置中间的超声检测装置中所包括的超声换能器对剪切波进 行实时检测， 依然也适用。 0030 由于利用圆环激励或是采用圆环上的有限个对称点激励产生叠。
23、加的剪切波模式 具有多种独有特性， 如剪切波可动态聚焦、 可高频、 可连续， 故利用这些特性进行弹性成像 也适用。 0031 可见， 本发明中由对称设置在超声检测装置中所包括的超声换能器两侧的激励装 置对待检测的介质表面进行瞬时振动， 在超声换能器正下方产生叠加剪切波成分， 提高了 在待检测的介质中所传播剪切波的能量和深度， 从而增加瞬时弹性成像检测穿透深度， 以 实现深度弹性检测。 0032 基于上述系统实施例， 本发明还提供了一种基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励 方法。 如图5所示， 所述一种基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法， 包括以下步骤： 步骤S100、 瞬时剪切波激励装置驱动模块。
24、产生瞬时低频信号， 经放大后驱动电磁振荡 器， 并通过电磁振荡器带动激励装置振动； 步骤S200、 激励装置在电磁振荡器振动的带动下对待检测的介质表面进行瞬时振动， 在介质内产生剪切波； 步骤S300、 设置在剪切波激励装置中心轴上的超声换能器发出超声波对剪切波中的聚 焦旁瓣剪切波成分进行检测； 步骤S400、 弹性分析模块对采集的聚焦旁瓣剪切波的数据进行提取， 得到聚焦剪切波 说 明 书 4/5 页 6 CN 105726063 A 6 的传播速度。 0033 进一步的， 在所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法中， 所述超声检测装 置的检测信号与剪切波激励装置对介质表面的瞬时振动信号同步。
25、； 具体如上所述。 0034 进一步的， 在所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法中， 所述激励装置为 圆环激励； 具体如上所述。 0035 进一步的， 在所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法中， 所述圆环激励、 及 所述超声检测装置中的超声换能器均固定设置在手柄中， 且所述超声检测装置中所包括的 超声换能器设置在圆环激励的中心轴上。 0036 进一步的， 在所述基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励方法中， 所述激励装置为 振动点源， 所述振动点源对称设置在所述超声检测装置中所包括的超声换能器两侧； 具体 如上所述。 0037 综上所述， 本发明提供了一种基于圆环外部振动的瞬时剪切波激励系统。
26、及方法， 包括： 瞬时剪切波激励装置驱动模块， 用于产生瞬时低频信号， 经放大后驱动电磁振荡器， 并通过电磁振荡器带动剪切波激励装置振动； 剪切波激励装置， 用于在电磁振荡器振动的 带动下对待检测的介质表面进行瞬时振动， 在介质内产生剪切波； 超声检测装置， 所述超声 检测装置中所包括的超声换能器设置在剪切波激励装置的中心轴上， 用于发出超声波对剪 切波中的聚焦旁瓣剪切波成分进行检测； 弹性分析模块， 用于对采集的聚焦旁瓣剪切波的 数据进行提取， 得到聚焦剪切波的传播速度。 本发明中由剪切波激励装置对待检测的介质 表面进行瞬时振动在其中心轴产生叠加剪切波成分， 提高了在待检测的介质中圆环中心轴 方向剪切波的能量和深度， 从而增加瞬时弹性成像检测穿透深度。 0038 可以理解的是， 对本领域普通技术人员来说， 可以根据本发明的技术方案及本发 明构思加以等同替换或改变， 而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保 护范围。 说 明 书 5/5 页 7 CN 105726063 A 7 图1 图2a 图2b 说 明 书 附 图 1/3 页 8 CN 105726063 A 8 图3 图4a 图4b 说 明 书 附 图 2/3 页 9 CN 105726063 A 9 图5 说 明 书 附 图 3/3 页 10 CN 105726063 A 10 。