本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種監(jiān)測(cè)高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)損傷粘彈性的方法。

背景技術(shù)：

高強(qiáng)度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)，是一種無(wú)創(chuàng)、安全和高效的治療方法，它通過(guò)放置在體外的HIFU換能器使高能量超聲束聚焦，并在聚焦區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生生物學(xué)改變以實(shí)現(xiàn)疾病的治療。為了有效地引導(dǎo)HIFU的治療焦域、控制超聲治療劑量、保證HIFU能有效安全地應(yīng)用于臨床，需要對(duì)HIFU的治療過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和評(píng)價(jià)。在HIFU治療過(guò)程中，由于組織的耗散作用，使得超聲束在傳播過(guò)程中動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，位于焦區(qū)的組織細(xì)胞被破壞，蛋白質(zhì)變性從而形成不可逆轉(zhuǎn)的凝固性壞死，引起組織硬度變化從而改變其力學(xué)特性。因此，可以通過(guò)對(duì)損傷區(qū)域的力學(xué)特性尤其是粘彈性特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)評(píng)價(jià)治療效果。

剪切波散射超聲振動(dòng)測(cè)量(Shear wave Dispersion Ultrasound Vibrometry,SDUV)方法是一種基于聲輻射力剪切波的方法，既可以分離粘性和彈性，又可以得到它們各自的量化值，是一種非常有效的檢測(cè)方法，已經(jīng)被應(yīng)用在離體和活體組織中。

現(xiàn)有的SDUV方法采用幅度調(diào)制的連續(xù)波將局部組織激勵(lì)到穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，以產(chǎn)生諧波剪切波運(yùn)動(dòng)，然后分別測(cè)量不同頻率下的剪切波速，再通過(guò)計(jì)算得到組織的剪切粘性和彈性模量。James F.Greenleaf等人的發(fā)明專(zhuān)利US8659975B2，專(zhuān)利名稱(chēng)“Vibration generation and detection in shear wave dispersion ultrasound vibrometry with large background motions”中，給出了一種相干成像應(yīng)用于SDUV的系統(tǒng)及方法，該方法采用一個(gè)超聲換能器分別對(duì)組織進(jìn)行激勵(lì)和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。通過(guò)施加一定頻率的連續(xù)波激勵(lì)組織產(chǎn)生諧波剪切波運(yùn)動(dòng)，再采用相干平面波獲取超聲傳播方向上兩個(gè)不同位置的諧波剪切波運(yùn)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)分析不同頻率的諧波剪切波運(yùn)動(dòng)信息如幅度和相位等便可以進(jìn)行粘彈性估計(jì)。在該方法中通過(guò)修改卡爾曼濾波參數(shù)來(lái)同時(shí)確定多個(gè)諧波運(yùn)動(dòng)頻率，并在濾波期間將背景運(yùn)動(dòng)建模為隨機(jī)過(guò)程來(lái)補(bǔ)償SDUV中的大背景運(yùn)動(dòng)。在Shigao Chen等人的專(zhuān)利US20110263978A1，專(zhuān)利名稱(chēng)“Method for shear wave ultrasound vibrometry with interleaved push and detection pulses”中也是采用連續(xù)波對(duì)組織進(jìn)行激勵(lì)。不同的是該方法中將激勵(lì)信號(hào)與檢測(cè)信號(hào)相間發(fā)射，從而可以得到較大的振動(dòng)位移且檢測(cè)過(guò)程中的超聲輻射劑量不會(huì)超出FDA的安全閾值。然而，現(xiàn)有的SDUV方法需要采用連續(xù)波將組織激勵(lì)到穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，這個(gè)過(guò)程需要消耗大量時(shí)間，不利于實(shí)時(shí)使用。

SDUV中通常采用超聲成像對(duì)剪切波進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但超聲成像的方法存在一定的局限性，如圖像分辨率低、回波易受噪聲及生物體自身運(yùn)動(dòng)的干擾以及會(huì)與HIFU聲場(chǎng)產(chǎn)生相互作用等，使得該方法不利于實(shí)時(shí)監(jiān)控和檢測(cè)HIFU治療過(guò)程。激光測(cè)振方法可以達(dá)到亞微米的精度，并且可以應(yīng)用于組織表面和透明組織中的測(cè)量，由于激光信號(hào)不影響超聲聲場(chǎng)，因此可以被用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控HIFU治療過(guò)程中的各種振動(dòng)。James F.Greenleaf等人的發(fā)明專(zhuān)利US9044192B2，專(zhuān)利名稱(chēng)“System and method for non-invasively measuring tissue viscoelasticity using surfacewaves”中提供了采用表面波測(cè)量組織粘彈性的系統(tǒng)和方法，在該方法中采用換能器或機(jī)械振動(dòng)器在組織表面產(chǎn)生振動(dòng)，然后利用激光測(cè)振儀對(duì)組織表面的表面波進(jìn)行跟蹤從而估計(jì)其粘彈性信息。然而，現(xiàn)有的激光測(cè)振方法局限于組織表面振動(dòng)的檢測(cè)，不能有效地對(duì)組織內(nèi)部振動(dòng)進(jìn)行跟蹤和檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于聲輻射力脈沖響應(yīng)的激光測(cè)振監(jiān)測(cè)HIFU損傷粘彈性的方法，采用單脈沖作用于組織，并將激光測(cè)振技術(shù)應(yīng)用于透明組織內(nèi)部剪切波的監(jiān)測(cè)中，以克服現(xiàn)有SDUV中采用連續(xù)波作用于組織的不足，并實(shí)現(xiàn)將激光測(cè)振技術(shù)應(yīng)用于透明組織內(nèi)部的突破。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

基于聲輻射力脈沖響應(yīng)的激光測(cè)振監(jiān)測(cè)HIFU損傷粘彈性的方法，包括以下步驟：

1)HIFU換能器產(chǎn)生激勵(lì)脈沖作用于被測(cè)組織內(nèi)部的激勵(lì)點(diǎn)；激光測(cè)振設(shè)備對(duì)被測(cè)組織內(nèi)部的檢測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)進(jìn)行跟蹤；記錄每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)曲線(xiàn)；

2)根據(jù)振動(dòng)曲線(xiàn)，計(jì)算剪切波速度及頻率，然后進(jìn)行粘彈性擬合。

進(jìn)一步的，步驟1)中，調(diào)節(jié)激光測(cè)振設(shè)備與HIFU換能器共焦，使激光測(cè)振設(shè)備信號(hào)發(fā)射方向與HIFU換能器超聲發(fā)射方向同向；同步信號(hào)控制系統(tǒng)產(chǎn)生同步信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)任意波形發(fā)生器及數(shù)據(jù)采集卡，任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖序列經(jīng)過(guò)功率放大器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)作用于HIFU換能器，控制HIFU換能器產(chǎn)生激勵(lì)脈沖作用于被測(cè)組織內(nèi)部的激勵(lì)點(diǎn)；數(shù)據(jù)采集卡對(duì)激光測(cè)振設(shè)備輸出的信號(hào)進(jìn)行采集。

進(jìn)一步的，所述被測(cè)組織為透明假體或透明離體組織。

進(jìn)一步的，激光測(cè)振設(shè)備為激光多普勒測(cè)振儀。

進(jìn)一步的，步驟1)具體包括以下步驟：

步驟S1、將HIFU換能器聚焦于被測(cè)組織內(nèi)部某一位置處，稱(chēng)該點(diǎn)為激勵(lì)點(diǎn)，HIFU換能器產(chǎn)生單脈沖作用于該點(diǎn)誘導(dǎo)產(chǎn)生剪切波信號(hào)；

步驟S2、采用激光測(cè)振設(shè)備對(duì)激勵(lì)點(diǎn)及剪切波傳播方向上至少兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并記錄其振動(dòng)曲線(xiàn)。

進(jìn)一步的，計(jì)算剪切波速度和頻率的方法具體為：

標(biāo)記點(diǎn)位置固定且間距已知，用兩點(diǎn)之間同相位的延時(shí)來(lái)表示兩點(diǎn)之間的剪切波速，將激勵(lì)點(diǎn)在某一相位的時(shí)間記為0，檢測(cè)點(diǎn)在相同距離的時(shí)間就是剪切波傳播的時(shí)間；記激勵(lì)點(diǎn)與檢測(cè)點(diǎn)之間的距離為Δd，兩點(diǎn)到達(dá)同相位的時(shí)間間隔為ΔT₁，則剪切波在檢測(cè)點(diǎn)的速度為：

剪切波振動(dòng)曲線(xiàn)中松弛過(guò)程幅度最大和最小兩點(diǎn)之間的時(shí)間差認(rèn)為是π/ω，因此能夠計(jì)算出其頻率；記此兩點(diǎn)時(shí)間差為ΔT₂，則剪切波振動(dòng)頻率為

在得出局部組織剪切波速和頻率分布的情況下，根據(jù)生物組織的Voigt模型及其推導(dǎo)式進(jìn)行粘彈性擬合；

用于進(jìn)行粘彈性擬合的方法為：

平面剪切波速與組織粘彈性之間的關(guān)系為：

式中：ρ——介質(zhì)的密度/kg·m^-3；ω——振動(dòng)的角頻率/rad·s^-1；μ₁——剪切粘性系數(shù)/Pa·s；μ₂——剪切彈性模量/kPa。

進(jìn)一步的，被測(cè)組織和激光測(cè)振設(shè)備各連接有一個(gè)三維移動(dòng)裝置。

進(jìn)一步的，任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖序列為長(zhǎng)脈沖信號(hào)。

進(jìn)一步的，對(duì)于中心頻率為1MHz的HIFU換能器，脈沖寬度在50μs-500μs之間。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)勢(shì)：

本發(fā)明提供了一種基于聲輻射力脈沖響應(yīng)的激光測(cè)振評(píng)價(jià)高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)損傷粘彈性特性的系統(tǒng)及方法，克服了現(xiàn)有SDUV方法的不足。本發(fā)明采用脈沖波作用于組織，不僅過(guò)程簡(jiǎn)單、耗時(shí)短、抗干擾性強(qiáng)，還能有效減少超聲輻射劑量；激光測(cè)振技術(shù)通過(guò)跟蹤組織內(nèi)部點(diǎn)的振動(dòng)來(lái)計(jì)算剪切波速，可有效用于透明組織內(nèi)部損傷的評(píng)價(jià)；將激光測(cè)振技術(shù)與聲輻射力脈沖響應(yīng)的方法相結(jié)合，使測(cè)量響應(yīng)更快，精度更高，克服了現(xiàn)有方法難以同時(shí)在速度及粘彈性分離上對(duì)損傷進(jìn)行監(jiān)控的不足；激光測(cè)振設(shè)備裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需額外的固定，且能直接得到測(cè)量點(diǎn)的振動(dòng)信息，后期數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單；激光信號(hào)與HIFU無(wú)相互作用，完全可以用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控和檢測(cè)治療過(guò)程中局部組織的振動(dòng)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明一種基于聲輻射力脈沖響應(yīng)的激光測(cè)振監(jiān)測(cè)HIFU損傷粘彈性的方法所采用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的框圖。其中：1為同步信號(hào)控制系統(tǒng)，2為任意波形發(fā)生器，3為功率放大器，4為阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，5為高強(qiáng)度聚焦超聲換能器(HIFU)，6為水箱，7為被測(cè)組織，8為數(shù)據(jù)采集卡，9為激光測(cè)振設(shè)備，10為PC機(jī)，11為三維移動(dòng)裝置。

圖2為本發(fā)明中激勵(lì)脈沖示意圖。

圖3為本發(fā)明中計(jì)算剪切波速方法的原理圖。

圖4為本發(fā)明中計(jì)算剪切波振動(dòng)頻率方法的原理圖。

圖5是治療后的目標(biāo)損傷和標(biāo)記點(diǎn)分布圖。其中(a)是LDV監(jiān)控下目標(biāo)損傷和標(biāo)記點(diǎn)剛完成的形態(tài)，(b)是LDV監(jiān)控下目標(biāo)損傷和標(biāo)記點(diǎn)放置一小時(shí)后的形態(tài)，(c)是橫向的損傷和標(biāo)記點(diǎn)形狀，(d)是縱向的損傷和標(biāo)記點(diǎn)形狀。

圖6是HIFU換能器聲壓分布圖。

圖7是一組激勵(lì)點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)波形時(shí)域和頻域分布對(duì)比圖。(a)是一組測(cè)量點(diǎn)的典型剪切波的幅度和時(shí)間曲線(xiàn)對(duì)比；(b)是對(duì)應(yīng)于(a)兩個(gè)脈沖頻域?qū)Ρ龋?c)是經(jīng)帶通濾波之后的單頻波的時(shí)域波形；(d)是對(duì)應(yīng)于(c)的兩個(gè)脈沖頻域?qū)Ρ取?/p>

圖8是不同脈寬的脈沖激勵(lì)在仿體中產(chǎn)生的剪切波速與松弛曲線(xiàn)振動(dòng)角頻率的分布圖。其中(a)是不同脈寬產(chǎn)生的剪切波速分布；(b)是不同脈寬產(chǎn)生的松弛曲線(xiàn)振動(dòng)角頻率分布；(c)是位于1～4標(biāo)記點(diǎn)的平均剪切波速隨脈寬變化曲線(xiàn)；(d)是位于1-4標(biāo)記點(diǎn)的松弛曲線(xiàn)的平均振動(dòng)角頻率隨脈寬變化曲線(xiàn)。

圖9(a)是目標(biāo)損傷和標(biāo)記點(diǎn)的剪切彈性模量分布，圖9(b)是目標(biāo)損傷和標(biāo)記點(diǎn)的剪切粘性分布。

具體實(shí)施方式

已知含有牛血清蛋白(BSA)的聚丙烯酰胺凝膠仿體的剪切粘性系數(shù)μ₁、剪切彈性模量μ₂、該仿體中剪切波波速c_s和剪切波振動(dòng)的角頻率ω的關(guān)系如下：

式中：ρ——介質(zhì)的密度/kg·m^-3；ω——振動(dòng)的角頻率/rad·s^-1；μ₁——剪切粘性系數(shù)/Pa·s；μ₂——剪切彈性模量/kPa。

由上式可知，在BSA仿體密度已知的前提下，剪切彈性和粘性模量可以通過(guò)多個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的剪切波速變化和對(duì)應(yīng)的振動(dòng)角頻率進(jìn)行擬合得到。

為獲得介質(zhì)中的剪切波速，本發(fā)明利用了同相位點(diǎn)(通常選振動(dòng)幅度峰值點(diǎn))的時(shí)間差：將激勵(lì)點(diǎn)到達(dá)幅度峰值的時(shí)間記為0，則檢測(cè)點(diǎn)隨即到達(dá)幅度峰值的時(shí)間就是剪切波傳播的時(shí)間。由于本發(fā)明中激勵(lì)點(diǎn)與檢測(cè)點(diǎn)的位置間隔固定，因此由兩點(diǎn)的距離間隔除以時(shí)間間隔即可得到剪切波在這兩點(diǎn)之間的平均傳播速率。

為獲得剪切波振動(dòng)的頻率信息，本發(fā)明利用了檢測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)上兩極值點(diǎn)的時(shí)間差：當(dāng)剪切波幅度到達(dá)峰值的時(shí)候，局部組織的力學(xué)特性尤其是粘彈性決定了松弛的過(guò)程，由于軟組織粘性的影響，所檢測(cè)到的波形幅度在平衡位置附近振動(dòng)衰減，衰減過(guò)程中振動(dòng)幅值最大點(diǎn)和最小點(diǎn)的時(shí)間差可以認(rèn)為是π/ω，因此可相應(yīng)的計(jì)算出振動(dòng)頻率ω的值。

為獲得激勵(lì)點(diǎn)與檢測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)，本發(fā)明采取如下步驟：調(diào)節(jié)激光測(cè)振設(shè)備與HIFU換能器共焦，使光信號(hào)發(fā)射方向與HIFU超聲發(fā)射方向同向。設(shè)置兩個(gè)三維移動(dòng)裝置，分別用于移動(dòng)激光測(cè)振設(shè)備9和仿體7。實(shí)驗(yàn)前，采用HIFU換能器5在目標(biāo)組織內(nèi)部等間距地做數(shù)個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，使其位于同一直線(xiàn)上，同時(shí)在該直線(xiàn)上做目標(biāo)損傷，標(biāo)記點(diǎn)的尺寸和損傷程度遠(yuǎn)小于目標(biāo)損傷。調(diào)節(jié)HIFU換能器焦點(diǎn)至一標(biāo)記點(diǎn)，記該點(diǎn)為激勵(lì)點(diǎn)。同步信號(hào)控制系統(tǒng)1產(chǎn)生同步信號(hào)送入任意波形發(fā)生器2進(jìn)而驅(qū)動(dòng)HIFU換能器5以完成剪切波激勵(lì)。信號(hào)發(fā)生的同時(shí)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡8，對(duì)激光測(cè)振設(shè)備9輸出的信號(hào)進(jìn)行采集。記標(biāo)記點(diǎn)之間的間距為Δd，使激勵(lì)點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)都位于標(biāo)記點(diǎn)上。跟蹤激勵(lì)點(diǎn)處的振動(dòng)得到其波形曲線(xiàn)以作為后續(xù)檢測(cè)的參考，接著以該激勵(lì)點(diǎn)相鄰的點(diǎn)作為檢測(cè)點(diǎn)，記錄該點(diǎn)處的振動(dòng)曲線(xiàn)。再以Δd為步長(zhǎng)移動(dòng)承載仿體的三維移動(dòng)裝置，重復(fù)以上步驟，直到測(cè)試完所有標(biāo)記點(diǎn)，得到多組激勵(lì)點(diǎn)與檢測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)波形。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明一種基于聲輻射力脈沖響應(yīng)的激光測(cè)振監(jiān)測(cè)HIFU損傷粘彈性的方法所使用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括同步信號(hào)控制系統(tǒng)1、任意波形發(fā)生器2、功率放大器3、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)4、高強(qiáng)度聚焦超聲換能器(HIFU)5、水箱6、被測(cè)組織7、數(shù)據(jù)采集卡8、激光測(cè)振設(shè)備9、PC機(jī)10和兩個(gè)三維移動(dòng)裝置11。這里被測(cè)組織為BSA仿體，激光測(cè)振設(shè)備采用激光多普勒測(cè)振儀(LDV)。

同步信號(hào)控制系統(tǒng)1連接任意波形發(fā)生器2和數(shù)據(jù)采集卡8，任意波形發(fā)生器2通過(guò)功率放大器3、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)4連接HIFU5；HIFU5設(shè)置于水箱6外部，被測(cè)組織7設(shè)置于水箱6內(nèi)部且連接一個(gè)三維移動(dòng)裝置；激光測(cè)振設(shè)備9設(shè)置于水箱6外部，且連接另一個(gè)三維移動(dòng)裝置；激光測(cè)振設(shè)備9的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡8連接PC機(jī)10。

同步信號(hào)控制系統(tǒng)1輸出的同步信號(hào)一路驅(qū)動(dòng)任意波形發(fā)生器2(AWG420,Tektronix Inc.,US)產(chǎn)生脈沖序列，經(jīng)過(guò)射頻功率放大器3(AG1017,T&C Power Conversion Inc.,US)與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)4放大后激勵(lì)HIFU換能器5，對(duì)水箱6中的BSA仿體7施加作用，實(shí)驗(yàn)中使用的HIFU換能器為球面單陣元換能器，中心頻率為1.06MHz，焦距為100mm，焦區(qū)長(zhǎng)度為18mm(Chongqing Haifu Medical Technology Co.,Ltd,CN)；LDV9對(duì)剪切波產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行跟蹤，同步信號(hào)中另一路觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡8對(duì)LDV信號(hào)進(jìn)行采集。采集得到的圖像由PC機(jī)10進(jìn)行保存和處理。實(shí)驗(yàn)中采用三維移動(dòng)裝置11實(shí)現(xiàn)對(duì)LDV和BSA仿體的移動(dòng)。

BSA仿體6為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7％的牛血清蛋白(BSA)聚丙烯酰胺凝膠仿體，表1為BSA仿體的配方，其中TRIS用于調(diào)節(jié)仿體的PH至8，丙烯酰胺用于增加仿體硬度，TEMED用于催化仿體凝結(jié)。

表1 100mlBSA仿體溶液配方

本發(fā)明一種基于聲輻射力脈沖響應(yīng)的激光測(cè)振監(jiān)測(cè)HIFU損傷粘彈性的方法，包括以下步驟：同步信號(hào)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)任意波形發(fā)生器產(chǎn)生脈沖序列用于產(chǎn)生剪切波激勵(lì)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)為長(zhǎng)脈沖信號(hào)，所有脈沖一次發(fā)射，由于本實(shí)驗(yàn)中采用的HIFU換能器中心頻率為1.06MHz，因此選用脈沖寬度(PD)為50μs-500μs，若采用其它中心頻率的HIFU換能器，則可適當(dāng)改變脈沖寬度取值，并以50μs為步長(zhǎng)，每一種寬度的脈沖由10組脈沖構(gòu)成，脈沖重復(fù)頻率(PRF)為100Hz。為防止溫度過(guò)高，每組脈沖串之間間隔30ms來(lái)保證散熱，HIFU激勵(lì)的聲功率固定在12W。剪切波產(chǎn)生的振動(dòng)由LDV進(jìn)行跟蹤，同步信號(hào)控制系統(tǒng)產(chǎn)生脈沖序列的同時(shí)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡，對(duì)LDV信號(hào)進(jìn)行采集。功率放大器的輸出功率為50W。在實(shí)驗(yàn)前首先調(diào)節(jié)LDV和HIFU換能器共焦，使LDV的激光信號(hào)發(fā)射方向與HIFU換能器超聲發(fā)射方向同向。三維移動(dòng)裝置用來(lái)移動(dòng)LDV和仿體，完成多個(gè)位置的振動(dòng)采集。在本實(shí)施例中，所采用的標(biāo)記點(diǎn)和目標(biāo)損傷都是熱損傷，HIFU換能器由連續(xù)正弦波驅(qū)動(dòng)，聲功率固定在60W。損傷通過(guò)LDV中的攝像機(jī)監(jiān)控，損傷尺寸通過(guò)調(diào)整治療時(shí)間來(lái)控制。當(dāng)治療結(jié)束時(shí)，標(biāo)記點(diǎn)等間距地分布在目標(biāo)損傷的周?chē)⑶椅挥谕簧疃?，?biāo)記點(diǎn)足以反射激光束，并且不會(huì)對(duì)背景的組織特性產(chǎn)生明顯影響。

實(shí)驗(yàn)中，如圖5所示共有13個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，其中標(biāo)記點(diǎn)7位于目標(biāo)損傷中心。標(biāo)記點(diǎn)的尺寸和損傷程度遠(yuǎn)小于目標(biāo)損傷。首先以標(biāo)記點(diǎn)1為激勵(lì)點(diǎn)檢測(cè)激勵(lì)點(diǎn)處的振動(dòng)作為后續(xù)檢測(cè)的參考，此時(shí)檢測(cè)點(diǎn)位于標(biāo)記點(diǎn)2，移動(dòng)承載LDV的三維移動(dòng)裝置，對(duì)檢測(cè)點(diǎn)2的振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。再移動(dòng)承載BSA仿體的三維移動(dòng)裝置于使得HIFU換能器焦點(diǎn)位于檢測(cè)點(diǎn)2的中心，以檢測(cè)點(diǎn)2為激勵(lì)點(diǎn)，重復(fù)以上檢測(cè)過(guò)程，直到測(cè)試完所有標(biāo)記點(diǎn)，得到12組振動(dòng)曲線(xiàn)。每種寬度的脈沖檢測(cè)步驟相同。

分別取同一組激勵(lì)點(diǎn)與檢測(cè)點(diǎn)的幅值峰值，記其時(shí)間間隔為ΔT₁，由于本實(shí)施例中激勵(lì)點(diǎn)與檢測(cè)點(diǎn)位置間隔固定為1mm，因此由兩點(diǎn)的距離間隔除以時(shí)間間隔即可得到剪切波在這兩點(diǎn)之間的平均傳播速率為：

分析檢測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)，記兩極值點(diǎn)的時(shí)間差為ΔT₂，則振動(dòng)頻率ω的值為

根據(jù)以上所得的多個(gè)標(biāo)記點(diǎn)之間的剪切波速變化和對(duì)應(yīng)的不同振動(dòng)角頻率，結(jié)合

對(duì)剪切粘性和彈性模量進(jìn)行擬合，便可得到局部組織的粘彈性分布。

結(jié)果分析：

如圖5所示，標(biāo)記點(diǎn)等間距地分布于目標(biāo)損傷兩側(cè)，直徑約為0.8mm，目標(biāo)損傷的尺寸和損傷程度遠(yuǎn)大于標(biāo)記點(diǎn)，其軸向約為7mm，橫向約為2mm。由圖6中HIFU換能器的聲強(qiáng)分布圖可知，焦區(qū)軸向尺寸大約為20mm，而橫向尺寸為3mm左右。因此，如果換能器聚焦在損傷中心，則脈沖激勵(lì)所產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)覆蓋整個(gè)損傷區(qū)域。由激勵(lì)產(chǎn)生的平面剪切波在傳播過(guò)程中引起標(biāo)記點(diǎn)和目標(biāo)損傷產(chǎn)生的振動(dòng)可以由激光在標(biāo)記點(diǎn)和目標(biāo)損傷所測(cè)得的振動(dòng)來(lái)表示。

如圖7所示為PD＝100μs時(shí)的一組激勵(lì)點(diǎn)與檢測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)波形時(shí)域和頻域分布對(duì)比圖?？梢?jiàn)這兩點(diǎn)處的時(shí)域波形曲線(xiàn)具有相似性，且有明顯的相位延時(shí)。每個(gè)波形曲線(xiàn)由兩部分組成：第一部分是曲線(xiàn)振動(dòng)至幅度峰值；第二部分是位移由幅度峰值處振動(dòng)衰減至平衡位置。這與圖4中典型曲線(xiàn)的組成和結(jié)構(gòu)是一致的。在頻域上，由頻域圖可以看出，激勵(lì)點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)的剪切波頻譜是一樣的，因此可以認(rèn)為剪切波在激勵(lì)點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)之間的傳播過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生頻率變化，并且?guī)V波將原始的波形有效地濾成了單頻波。

根據(jù)該波形曲線(xiàn)分別計(jì)算不同脈寬產(chǎn)生的松弛曲線(xiàn)振動(dòng)角頻率和剪切波速，結(jié)果如圖7所示。

如圖9所示為目標(biāo)損傷和標(biāo)記點(diǎn)處剪切彈性模量和剪切粘性的擬合結(jié)果圖。該圖表明，剪切彈性模量和剪切粘性的分布曲線(xiàn)是相似的，在目標(biāo)損傷區(qū)剪切彈性模量和剪切粘性模量均較標(biāo)記區(qū)有明顯上升，因此可以明顯地分辨出損傷區(qū)域和標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域。

以上實(shí)例描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出的若干變形和改進(jìn)，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。