超聲診斷設備的探頭自動矯正方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種超聲診斷設備的探頭自動矯正方法及系統，其方法包括如下步驟：S1、根據當前探頭的基元數N確定掃查次數，其中，所述掃查次數等于所述基元數N；S2、接收開始掃查的觸發信號，并掃查獲得多條對應于每個基元的回波信號，并對所述回波信號作相應處理，以獲取一對應于所有基元的原始比值數列；S3、對所述原始比值數列進行篩選以獲取一對應于所有正常基元的理想比值數列，并基于所述原始比值數列及理想比值數列，計算得出所述探頭中各基元的特征參數；S4、根據所述特征參數，相應地調整探頭中的各基元的發射電壓。本發明自動化實現探頭實時矯正，并避免了疲勞基元及壞基元對探頭矯正的影響，矯正精確性高，效率高，成本低。
【專利說明】超聲診斷設備的探頭自動矯正方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及超聲醫療領域技術，尤其涉及一種超聲診斷設備的探頭自動矯正方法及系統。
【背景技術】
[0002]超聲診斷儀是現代醫學診斷的重要工具，其給醫療領域的疾病診斷技術帶來了飛躍式跨越。醫生可根據超聲診斷儀所輸出的影像特征作出診療判斷，如:腎結石的典型特征是影像中高亮點附帶陰影拖尾等，所以超聲診斷儀的最終成像質量對于診斷準確度至關重要。眾所周 知，超聲診斷儀的成像質量與超聲波發射器(探頭)和發射電路息息相關，探頭的特性如靈敏度、效能轉換率等直接決定了最終輸出的超聲波形特性，進而影響超聲診斷儀的成像質量。
[0003]由于物理特性以及工藝水平的限制，探頭中每個基元的特性存在著一定的差異，同樣的差異也存在于同一類型的探頭之間，基元之間的特性差異會影響橫向圖像質量，探頭間的差異會導致同一型號的不同探頭在同樣的參數配置情況下最終成像圖像卻不一樣，此外，在實際應用中，對于一些老舊探頭，易出現基元疲勞、損壞等問題，上述問題都將給超聲診斷儀的成像質量帶來不良影響。
[0004]現有技術中，為了應對上述問題，各廠商的普遍做法為采用硬件解決方案，此方案具體為在超聲診斷儀內添加一塊存儲芯片，該芯片存儲有每一個類型探頭的特性參數，如每個基元的靈敏度等，在系統啟動時，系統會根據當前工作的探頭來讀取芯片中的參數并進行校正，比如通過在不同基元發射不同電壓的方式來補償基元本身的偏差。然而，對于某類型探頭，芯片中存儲的同一參數要應用到所有的探頭上，此方式并不能克服探頭間的偏差；對于出現基元疲勞、或損害的探頭的發射電路差異，該方案也無法矯正。此外，此種硬件矯正方案也不是完全自動化，其需要一定的人工輔助，不但效率不高，且易出錯，增加了額外的人力成本，其本身的硬件方案也增加了一定的成本。
【發明內容】
[0005]本發明所需解決的技術問題在于提供一種超聲診斷設備的探頭自動矯正方法，以自動化檢測探頭并進行探頭矯正。
[0006]相應地，本發明還提供一種超聲診斷設備的探頭自動矯正系統。
[0007]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案為:
一種超聲診斷設備的探頭自動矯正方法，其包括如下步驟:
51、接收開始掃查的觸發信號，根據當前探頭的基元數N確定掃查次數，其中，所述掃查次數等于所述基元數N ；
52、掃查獲得多條對應于每個基元的回波信號，并對所述回波信號作相應處理，以獲取一對應于所有基元的原始比值數列；
53、對所述原始比值數列進行篩選以獲取一對應于所有正常基元的理想比值數列，并基于所述原始比值數列及理想比值數列，計算得出所述探頭中各基元的特征參數；
S4、根據所述特征參數，相應地調整探頭中的各基元的發射電壓。
[0008]在本發明一實施方式中，所述步驟S4具體為:將所述探頭中各基元的發射電壓調整為Vi= VidealA^其中，1≤i≤N，Videal為第i個基元的理想高壓幅值，Ci為第i個基元的特征參數。
[0009]在本發明另一實施方式中，所述步驟S4具體為:對所述探頭中的各基元的發射電壓作Ι/Ci的增益補償，其中，1≤ i≤ N，Ci為第i個基元的特征參數。
[0010]在本發明某些實施方式中，所述步驟S2具體包括:去除所獲取的N條回波信號中的經常空白區域、及遠場低回聲；對剩余的N條回波信號加權處理，并將處理結果分別除以理想電壓，以獲得包括N個數值的原始比值數列。
[0011]在本發明某些實施方式中，所述步驟S3中獲取“理想比值數列”的步驟具體包括:計算所述原始比值數列的平均值E、各數值的方差、均方差DataE;判斷所述原始比值數列中的各個數值是否同時滿足“遠小于所述平均值”、“該數值的方差遠小于均方差”的條件，若是，將該數值出所述原始比值數列中剔除；若否，保留該數值。
[0012]在本發明某些實施方式中，所述步驟S3中“計算特征參數”的步驟具體包括:計算所述理想比值的均值，并基于該均值獲取該探頭的理想比值IDealE ;將原始比值數列中的各數值分別除以所述理想比值IDealE，以得出所述探頭中對應于各基元的N個特征參數。
[0013]此外，本發明提供的一種超聲診斷設備的探頭自動矯正系統，其包括:
觸發單元、用于接收開始掃查的觸發信號，并根據當前探頭的基元數N確定掃查次數，其中，所述掃查次數等于所述基元數N ；
比值數列獲取單元、用于掃查獲得多條對應于每個基元的回波信號，并對所述回波信號作相應處理，以獲取一對應于所有基元的原始比值數列；
特征參數計算單元、用于對所述原始比值數列進行篩選以獲取一對應于所有正常基元的理想比值數列，并基于所述原始比值數列及理想比值數列，計算得出所述探頭中各基元的特征參數；
矯正單元、用于根據所述特征參數相應調整探頭中的各基元的發射電壓。
[0014]在本發明某些實施方式中，所述矯正單元包括第一電壓調整單元和/或第二電壓調整單元，所述第一電壓調整單元具體用于將所述探頭中各基元的發射電壓調整為Vi=VidealZCi;所述第二電壓調整單元具體用于對所述探頭中的各基元的發射電壓作l/Ci的增益補償；其中，1≤i≤N，Videal為第i個基元的理想高壓幅值，Ci為第i個基元的特征參數。
[0015]在本發明某些實施方式中，所述比值數列獲取單元具體包括:
信號提取單元、用于去除所獲取的N條回波信號中的經常空白區域、及遠場低回聲；第一計算單元、用于對剩余的N條回波信號加權處理，并將處理結果分別除以理想電壓，以獲得包括N個數值的原始比值數列。
[0016]在本發明某些實施方式中,所述特征參數計算單元具體包括:
第二計算單元、用于計算所述原始比值數列的平均值E、各數值的方差、均方差DataE ；比值篩選單元、用于判斷所述原始比值數列中的各個數值是否同時滿足“遠小于所述平均值”、“該數值的方差遠小于均方差”的條件，若是，將該數值出所述原始比值數列中剔除；若否，保留該數值；
第三計算單元、用于計算所述理想比值數列的均值，基于該均值獲取該探頭的理想比值IDealE，并將原始比值數列中的各數值分別除以所述理想比值IDealE，以得出所述探頭中對應于各基元的N個特征參數。
[0017]根據以上技術方案可以看出，由于本發明的超聲診斷儀的探頭自動矯正方法及系統完全通過自動化的方式掃描待矯正探頭的基元參數，并實時捕捉到探頭中的基元特性參數，并基于該特性參數對探頭中各基元的發射電壓作調整，其避免了疲勞基元及壞基元對探頭矯正的影響，同時也避免人工的干預，矯正精確性高，效率高，成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發明具體實施例或現有技術的技術方案，下面將對本發明具體實施例或現有描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下述附圖僅為本發明的一部分附圖，對于本領域普通技術人員而言，在不作出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1a是本發明超聲診斷儀發射回路的不意圖；
圖1b是本發明超聲診斷儀接收回路的示意圖；
圖2是本發明【具體實施方式】中超聲診斷儀的探頭自動矯正方法的流程圖；
圖3示出了本發明【具體實施方式】中回波信號的掃描及存儲；
圖4示出了本發明【具體實施方式】中被存儲的回波信號的讀取；
圖5是本發明【具體實施方式】中超聲診斷儀的探頭自動矯正系統的各單元模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下將結合附圖所示的【具體實施方式】對本發明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發明，基于本發明的各實施例，本領域的普通技術人員在未作出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，均應包含在本發明的保護范圍內。
[0021]參圖1a及Ib所示，其基本繪示了超聲診斷儀中信號發送及接收的過程。其中，首先，超聲診斷儀的發射控制臺通過發射電路將高壓信號輸入到探頭，探頭利用電聲轉換效應將輸入的高壓轉換為超聲波，超聲波進入被診斷的人體組織。之后，人體組織的超聲波回波信號經由探頭轉化為電信號，再經過放大器和模數轉換器(A/D )轉換成數字信號，波束合成模塊將多基元的回波信號進行疊加得到射頻信號，經過解調等信號處理模塊后，直接送入圖像處理模塊，最終經過坐標轉換后顯示出來。
[0022]參圖2所示，為了克服同類型探頭之間的差異以及不同控制臺發射電路之間的差異，本發明一【具體實施方式】中，所述超聲診斷設備的探頭自動矯正方法，其包括如下步驟:
S1、接收開始掃查的觸發信號，根據當前探頭的基元數N確定掃查次數，其中，所述掃查次數等于所述基元數N ;其中，所述觸發信號可通過用戶控制并發出給矯正系統，以開啟整個矯正過程，其可包括無線發送方式、語音識別方式、觸控方式、任意形式的開關等。本發明中，假設當前待矯正的超聲診斷儀的所用探頭包括N個基元，那么，在矯正系統的啟動之后，首先便會識別其所包括的基元總數，并根據其基元總數確定整個矯正過程需要的掃查次數。[0023]S2、掃查獲得多條對應于每個基元的回波信號，并對所述回波信號作相應處理，以獲取一對應于所有基元的原始比值數列；
本實施方式中，為獲得均一的回波信號，需要用戶在系統掃查時，將表面干凈的探頭空置于空氣中，這點對于矯正系統的矯正精確性尤為重要。
[0024]參圖3所示，本發明【具體實施方式】中，系統會逐一掃描并獲得每個基元的回波信號(單獨發射并單獨接收)，每掃查完一個基元的回波信號，便將此回波信號存儲于系統中預設的內存中，掃查完畢后，形成一幀共N根線的回波信號。在本發明優選的實施方式中，所述步驟S2具體包括:開始從內存中讀取有效數據，并去除所獲取的N條回波信號中的經常空白區域、及遠場低回聲(由于延時偏轉所造成)，以確保從內存中讀取的數據的有效性(參圖4所示出的讀取范圍)；對剩余的N條回波信號加權處理，將加權結果記為Sp SN，并將Sp Sn分別除以理想電壓，以獲得包括N個數值EpE^En的數列，稱為“原始比值數列”。[0025]S3、對所述原始比值數列進行篩選以獲取一對應于所有正常基元的理想比值數列，并基于所述原始比值數列及理想比值數列，計算得出所述探頭中各基元的特征參數；
為了消除壞基元或疲勞基元帶來的負面影響，需要對原始比值數列進行篩選，稱為“壞元篩除”。對于疲勞基元或壞基元，其回波信號要遠小于正常基元，故，在本發明優選的實施方式中，所述步驟S3中獲取“理想比值數列”(即“壞元篩除”)的步驟具體包括:
計算所述原始比值數列的平均值E、各數值的方差、均方差DataE;其中，E= (E^E2-+En)/N, DataEi = (E1-E) ~2 ；
判斷所述原始比值數列中的各個數值是否同時滿足“遠小于所述平均值”、“該數值的方差遠小于均方差”的條件，若是，則可認為該數值對應的基元為壞元，并將該數值出所述原始比值數列中剔除；若否，則屬于正常基元，保留該數值。例如，剔除的壞基元或疲勞基元為第i個基元，則獲得的序列為Ep化..Ei^Ew En，其稱為“理想比值數列”。
[0026]對于一個沒有壞基元或疲勞基元的探頭，其基元的回波與高壓信號比值數列可以認為是服從以其均值為中心的高斯分布。在本發明優選的實施方式中，所述步驟S3中“計算特征參數”的步驟具體包括:
計算所述理想比值序列的均值，并基于該均值獲取該探頭的理想比值IDealE ；
將原始比值數列中的各數值Ep匕…En分別除以所述理想比值IDealE，以得出所述探頭中對應于各基元的N個特征參數Cp C2…Cn。
[0027]S4、根據所述特征參數，相應地調整探頭中的各基元的發射電壓。
[0028]在本發明第一實施方式中，為保證獲得最大的信噪比，在同等噪聲水平下，需將回波信號最大化，所以調整每個基元的發射電壓來獲得補償。于是，所述步驟S4具體為:將所述探頭中各基元的發射電壓調整為Vi=VidealZiCi (當然Vi必須在安全范圍之內)，其中，I ^ i ^ N, Videal為第i個基元的理想高壓幅值，Ci為第i個基元的特征參數。
[0029]在本發明第二實施方式中，還提供了一種成本較低的矯正方式，具體地，所述步驟S4具體為:對所述探頭中的各基元的發射電壓作1/Q的增益補償，其中，I < i < N，Ci為第i個基元的特征參數。該步驟可以在放大器模塊、或在波束合成模塊實施。
[0030]接下來，請參圖5所示，在本發明【具體實施方式】中，一種超聲診斷設備的探頭自動矯正系統100，其包括如下單元:觸發單元101、用于接收開始掃查的觸發信號，并根據當前探頭的基元數N確定掃查次數，其中，所述掃查次數等于所述基元數N;觸發單元至少包括一用于得出掃查次數的掃描次數獲取單元1010。
[0031]比值數列獲取單元102、用于掃查獲得多條對應于每個基元的回波信號，并對所述回波信號作相應處理，以獲取一對應于所有基元的原始比值數列；
在本發明某些實施例中，比值數列獲取單元102具體包括:
信號提取單元1022、用于去除所獲取的N條回波信號中的經常空白區域、及遠場低回
聲；
第一計算單元1024、用于對剩余的N條回波信號加權處理，并將處理結果分別除以理想電壓，以獲得包括N個數值的原始比值數列。[0032]特征參數計算單元103、用于對所述原始比值數列進行篩選以獲取一對應于所有正常基元的理想比值數列，并基于所述原始比值數列及理想比值數列，計算得出所述探頭中各基元的特征參數；
在本發明某些實施例中，特征參數計算單元103具體包括:
第二計算單元1031、用于計算所述原始比值數列的平均值E、各數值的方差、均方差DataE ；
比值篩選單元1033、用于判斷所述原始比值數列中的各個數值是否同時滿足“遠小于所述平均值”、“該數值的方差遠小于均方差”的條件，若是，將該數值出所述原始比值數列中剔除；若否，保留該數值；
第三計算單元1035、用于計算所述理想比值數列的均值，基于該均值獲取該探頭的理想比值IDealE，并將原始比值數列中的各數值分別除以所述理想比值IDealE，以得出所述探頭中對應于各基元的N個特征參數。
[0033]矯正單元104、用于根據所述特征參數相應調整探頭中的各基元的發射電壓。
[0034]在本發明某些實施例中，矯正單元104可包括對應第一矯正方式的第一電壓調整單元1042、或者對應第二矯正方式的第二電壓調整單元1044、或者同時包括第一、第二電壓調整單元。其中，第一電壓調整單元1042為保證獲得最大的信噪比，在同等噪聲水平下，需將回波信號最大化，其具體用于將所述探頭中各基元的發射電壓調整為Vi= VidealZCi ;而第二電壓調整單元1044可以節省系統的成本，其具體用于對所述探頭中的各基元的發射電壓作Ι/C；的增益補償；其中，I ( i ( N7Videal為第i個基元的理想高壓幅值，Ci為第i個基元的特征參數。
[0035]本發明給出的實時自適應校正方案克服了不同探頭的差異；克服了由于機器發射電路通道間的差異和不同機器間的差異；克服了疲勞基元和壞基元帶來的影響。由于本發明的超聲診斷儀的探頭自動矯正方法及系統完全通過自動化的方式掃描待矯正探頭的基元參數，并實時捕捉到探頭中的基元特性參數，并基于該特性參數對探頭中各基元的發射電壓作調整，避免人工的干預，矯正精確性高，效率高，成本低。
[0036]此外，本發明還提供了第一矯正方式、和第二矯正方式以供用戶根據自身需要選擇性地對當前診斷儀的探頭進行矯正。值得一提的是，本發明提供的有關超聲診斷儀的探頭自動矯正系統實施例的具體運作方式、具體技術特征等，可參考上文描述的相關超聲診斷儀的探頭自動矯正方法的實施例，在此發明人不再予以贅述。[0037]應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。 [0038]上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發明的保護范圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種超聲診斷設備的探頭自動矯正方法，其特征在于，其包括如下步驟: A1、接收開始掃查的觸發信號，根據當前探頭的基元數N確定掃查次數，其中，所述掃查次數等于所述基元數N ； A2、掃查獲得多條對應于每個基元的回波信號，并對所述回波信號作相應處理，以獲取一對應于所有基元的原始比值數列； A3、對所述原始比值數列進行篩選以獲取一對應于所有正常基元的理想比值數列，并基于所述原始比值數列及理想比值數列，計算得出所述探頭中各基元的特征參數； A4、根據所述特征參數，相應地調整探頭中的各基元的發射電壓。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S4具體為:將所述探頭中各基元的發射電壓調整為Vi= UCi，其中，I ( i ( N，Videal為第i個基元的理想高壓幅值，Ci為第i個基元的特征參數。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S4具體為:對所述探頭中的各基元的發射電壓作Ι/Ci的增益補償，其中，I < i < N，Ci為第i個基元的特征參數。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括: 去除所獲取的N條回波信號中的經常空白區域、及遠場低回聲； 對剩余的N條回波信號加權處理，并將處理結果分別除以理想電壓，以獲得包括N個數值的原始比值數列。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中獲取“理想比值數列”的步驟具體包括: 計算所述原始比值數列的平均值E、各數值的方差、均方差DataE ； 判斷所述原始比值數列中的各個數值是否同時滿足“遠小于所述平均值”、“該數值的方差遠小于均方差”的條件，若是，將該數值出所述原始比值數列中剔除；若否，保留該數值。
6.根據權利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中“計算特征參數”的步驟具體包括: 計算所述理想比值的均值，并基于該均值獲取該探頭的理想比值IDealE ； 將原始比值數列中的各數值分別除以所述理想比值IDealE，以得出所述探頭中對應于各基元的N個特征參數。
7.一種超聲診斷設備的探頭自動矯正系統，其特征在于，其包括如下單元: 觸發單元、用于接收開始掃查的觸發信號，并根據當前探頭的基元數N確定掃查次數，其中，所述掃查次數等于所述基元數N ； 比值數列獲取單元、用于掃查獲得多條對應于每個基元的回波信號，并對所述回波信號作相應處理，以獲取一對應于所有基元的原始比值數列； 特征參數計算單元、用于對所述原始比值數列進行篩選以獲取一對應于所有正常基元的理想比值數列，并基于所述原始比值數列及理想比值數列，計算得出所述探頭中各基元的特征參數； 矯正單元、用于根據所述特征參數相應調整探頭中的各基元的發射電壓。
8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述矯正單元包括第一電壓調整單元和/或第二電壓調整單元，所述第一電壓調整單元具體用于將所述探頭中各基元的發射電壓調整為Vi= VidealZCi;所述第二電壓調整單元具體用于對所述探頭中的各基元的發射電壓作l/Ci的增益補償；其中，1≤i ≤N，Videal為第i個基元的理想高壓幅值，Ci為第i個基元的特征參數。
9.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述比值數列獲取單元具體包括: 信號提取單元、用于去除所獲取的N條回波信號中的經常空白區域、及遠場低回聲； 第一計算單元、用于對剩余的N條回波信號加權處理，并將處理結果分別除以理想電壓，以獲得包括N個數值的原始比值數列。
10.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述特征參數計算單元具體包括: 第二計算單元、用于計算所述原始比值數列的平均值E、各數值的方差、均方差DataE ； 比值篩選單元、用于判斷所述原始比值數列中的各個數值是否同時滿足“遠小于所述平均值”、“該數值的方差遠小于均方差”的條件，若是，將該數值出所述原始比值數列中剔除；若否，保留該數值； 第三計算單元、用于計算所述理想比值數列的均值，基于該均值獲取該探頭的理想比值IDealE，并將原始比值數列中的各數值分別除以所述理想比值IDealE，以得出所述探頭中對應于各基元的N個特征參數。
【文檔編號】A61B8/00GK103829972SQ201210484929
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月26日 優先權日:2012年11月26日
【發明者】陳惠人 申請人:飛依諾科技(蘇州)有限公司