一种软组织的力学测量方法及装置

本发明属于软组织力学，具体涉及一种软组织的力学测量方法及装置。

背景技术：

1、软组织的力学性质与软组织生理、病理状态密切相关。因此，无创、在体地对软组织的力学性质和力学状态(如硬度、弹性模量、应力、张力等)进行定量测量，能够为软组织的生理、病理状态提供新的定量评价维度，从而在骨科、运动、康复、体育、美容等诸多领域提供新的定量评测方法，进而在治疗前指导和规划，治疗中、治疗后的效果评估，恢复路径设计等诸多环节带来新的价值。

2、在对软组织进行力学定量时，由于实际在体软组织力学性质的复杂性，和解剖结构的复杂性，需要针对特定软组织、特定的待定力学性质，针对性地设计力学定量的每个步骤，从而实现针对性的力学定量方法。例如，为了全面地定量软组织的力学性质，需要对软组织施加全面的力学激励。而时间维度上的力学激励的频率范围应尽可能覆盖所有频段，从而反映软组织力学性质的时间相关性(如粘弹性等等)。

3、目前提供了几种典型的时间维度上的力学激励的方法，如拉伸试验、压缩试验、动态力学测试、波动方法等，但是这些方法在测量精度、对采集硬件的能力要求、测量时间三个方面上没有达到足够好的平衡。直接结果是：采用现有的成熟采集方案时，往往需要足够长的采集时间才能得到足够宽的频率范围的结果；若想快速得到宽频测量结果，同时又保证测量精度，则需要采集硬件的软件、固件、硬件进行大幅改动，导致大幅提升设备成本和实现周期。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要针对上述技术问题，提供一种软组织的力学测量方法及装置，用以在不增加设备成本的情况下，实现对软组织在多频率激励下的力学测量。

2、第一方面，提供一种软组织的力学测量方法，应用于测量设备中，所述方法包括：

3、在每次满足信号发送条件时，输出频率为该次对应的激励频率的电信号，所述电信号作用在用于驱动软组织振动的机械装置上；

4、在所述软组织上所述该次对应的激励频率对应的采集区域上，采集所述采集区域的运动信号；

5、其中，每个激励频率对应一个截止距离，在每个激励频率的截止距离内输出至少两次该激励频率的电信号；在每个激励频率的截止距离内输出多个激励频率的电信号；每个激励频率的截止距离为采集到该激励频率的运动信号的最远距离。

6、在其中一个实施例中，在每个激励频率的截止距离内输出的各次该激励频率分别对应的采集区域的采集位置接近等距离分布。

7、在其中一个实施例中，在每个激励频率的截止距离内输出的多个激励频率呈均匀分布，所述多个激励频率分别对应的采集区域呈均匀分布。

8、在其中一个实施例中，每个激励频率的截止距离的确定方法为：

9、针对每个激励频率，获得该激励频率在所述软组织中进行传播过程中产生的机械波的空间衰减函数；

10、获得用于发射该激励频率的激励元件的最大发射函数；

11、根据所述空间衰减函数和所述最大发射函数，计算该激励频率的截止距离。

12、在其中一个实施例中，每个激励频率的截止距离的确定方法为：

13、针对每个激励频率，对数值模拟模型施加设定激励幅度并进行仿真处理，将振动幅度为设定振动幅度时距离激励源的位置确定为该激励频率的截止距离，其中，所述数值模拟模型用于表征激励幅度与振动幅度之间的关系，所述激励幅度为对最大发射函数输入该激励频率确定出的。

14、在其中一个实施例中，每个激励频率的截止距离的确定方法为：

15、针对每个激励频率，对所述软组织施加设定激励幅度的力学激励，在所述软组织上不同采集点进行运动信号的采集，确定最后一次能够采集到运动信号的目标采集点，将所述目标采集点的位置与激励源的位置之间的距离确定为该激励频率的截止距离。

16、在其中一个实施例中，每个激励频率在所述软组织中进行传播过程中产生的机械波的空间衰减函数的确定方法为：

17、确定所述机械波在该激励频率下采集位置处的第一振动幅度；

18、确定所述机械波在该激励频率下激励源所在位置处的第二振动幅度；

19、将所述第一振动幅度除以所述第二振动幅度，得到该激励频率对应的机械波的空间衰减函数。

20、在其中一个实施例中，按照下述公式计算每个激励频率对应的第一振动幅度：

21、

22、其中，k(ω)＝ω/cp(ω)-iα(ω)；

23、ω用于表示激励频率；

24、g(d,ω)用于表示机械波的第一振动幅度；

25、cp(ω)用于表示机械波的相速度；

26、α(ω)用于表示在所述激励频率下的波动衰减函数；

27、d用于表示采集位置到激励源所在位置之间的距离。

28、在其中一个实施例中，每个激励频率在所述软组织中进行传播过程中产生的机械波的空间衰减函数的确定方法为：

29、针对每个激励频率，对预先建立的轴对称模型的中轴线施加振动幅度为设定振动幅度，频率为该激励频率的激励信号，所述轴对称模型的材料为粘弹性材料；

30、对所述轴对称模型进行动力学分析，获得距离激励源不同采集位置的振动幅度函数；

31、将所述振动幅度函数除以所述设定振动幅度，得到该激励频率对应的空间衰减函数。

32、在其中一个实施例中，每个激励频率在所述软组织中进行传播过程中产生的机械波的空间衰减函数的确定方法为：

33、对仿人体组织体模施加振动幅度为设定振动幅度、频率为该激励频率的激励信号；

34、利用预设测量算法测量距离激励源不同采集位置的振动幅度，得到振动幅度函数；

35、将所述振动幅度函数除以所述设定振动幅度，得到该激励频率对应的空间衰减函数。

36、第二方面，提供一种软组织的力学测量装置，应用于测量设备中，所述装置，包括：

37、激励模块，用于在每次满足信号发送条件时，输出频率为该次对应的激励频率的电信号，所述电信号作用在用于驱动软组织振动的机械装置上；

38、采集模块，用于在所述软组织上所述该次对应的激励频率对应的采集区域上，采集所述采集区域的运动信号；

39、其中，每个激励频率对应一个截止距离，在每个激励频率的截止距离内输出至少两次该激励频率的电信号；在每个激励频率的截止距离内输出多个激励频率的电信号；每个激励频率的截止距离为采集到该激励频率的运动信号的最远距离。

40、上述软组织的力学测量方法及装置中，在每次满足信号发送条件时，输出频率为该次对应的激励频率的电信号，所述电信号作用在用于驱动软组织振动的机械装置上；在所述软组织上所述该次对应的激励频率对应的采集区域上，采集所述采集区域的运动信号；由于每个激励频率对应一个截止距离，在每个激励频率的截止距离内输出至少两次该激励频率的电信号；在每个激励频率的截止距离内输出多个激励频率的电信号；每个激励频率的截止距离为采集到该激励频率的运动信号的最远距离。基于此，能够实现在每个激励频率的截止距离内输出多个激励频率的电信号，以及采集这多个激励频率下的运动信号，这样，也就实现了准确地获取软组织在不同激励频率下的力学响应；此外，每个激励频率的截止距离内会输出至少两个该激励频率的电信号，相应也能够采集到上述至少两个该激励频率对应的软组织的运动信号，这样，也就能够得到软组织的机械波频散行为，从而实现快速、准确地对软组织的力学性质进行分析。