專利名稱：多發(fā)射焦點(diǎn)拼接中提高圖像幀率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲技術(shù)，特別涉及多發(fā)射焦點(diǎn)超聲成像系統(tǒng)中的發(fā)射接收控制技術(shù)，尤其是涉及提高圖像拼接幀率的方法。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)醫(yī)用超聲成像系統(tǒng)的波束形成中，需要對(duì)接收掃描線上的每一點(diǎn)逐點(diǎn)動(dòng)態(tài)聚焦接收，就是對(duì)各不同深度的接收點(diǎn)，通過連續(xù)地改變探頭各個(gè)陣元接收到的回波延時(shí)和探頭陣元的接收孔徑，來使得對(duì)所述各點(diǎn)的接收均能達(dá)到聚焦效果。
但是，這種動(dòng)態(tài)聚焦的方法只能用于接收，而不能用于發(fā)射。因?yàn)樵诿恳淮蚊}沖發(fā)射時(shí)，調(diào)節(jié)探頭發(fā)射陣元的孔徑大小和各個(gè)陣元的延時(shí)，可以使發(fā)射脈沖聚焦于發(fā)射掃描線上某一個(gè)焦點(diǎn)；可發(fā)射脈沖一旦被發(fā)射出，其發(fā)射焦點(diǎn)便不再能被調(diào)整。這樣，在深于非焦點(diǎn)區(qū)域的深度，發(fā)射脈沖會(huì)發(fā)散，不能夠較好地聚焦。一般可以通過減少發(fā)射孔徑來減少這種發(fā)射聚焦誤差。但是減少發(fā)射孔徑會(huì)使發(fā)射脈沖帶寬變寬，從而降低圖像的橫向分辨率，影響圖像質(zhì)量。
所述發(fā)射聚焦和發(fā)射脈沖帶寬相對(duì)立的問題，傳統(tǒng)上可以使用多焦點(diǎn)拼接方法來解決。所述多焦點(diǎn)拼接就是將接收掃描線沿深度分成幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)著不同的發(fā)射焦點(diǎn)；對(duì)于每個(gè)區(qū)域，發(fā)射聚焦的焦點(diǎn)大約位于區(qū)域中心，而每次接收回波依然采用動(dòng)態(tài)聚焦法。這樣，系統(tǒng)需要多次發(fā)射脈沖，每次發(fā)射焦點(diǎn)均不同；在接收每次發(fā)射焦點(diǎn)區(qū)域的回波時(shí)，僅保留該區(qū)域附近的回波數(shù)據(jù)以供進(jìn)一步處理，而舍棄其他回波數(shù)據(jù)；最后，系統(tǒng)將不同發(fā)射焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的回波片斷組合起來，就形成一條完整的接收掃描線。從而，所述接收掃描線允許每個(gè)區(qū)域中發(fā)射脈沖具有較窄的帶寬，以提高圖像的橫向分辨率和圖像質(zhì)量。
以圖1示意的多焦點(diǎn)拼接超聲系統(tǒng)為例。在該超聲成像系統(tǒng)中，具有一個(gè)多陣元的超聲換能器(探頭)，主控制系統(tǒng)可以通過控制發(fā)射/接收模塊來實(shí)時(shí)切換超聲波的發(fā)射和接收。當(dāng)切換到超聲波發(fā)射狀態(tài)時(shí)，該超聲換能器的每一個(gè)壓電陶瓷陣元接收來自發(fā)射脈沖模塊的驅(qū)動(dòng)脈沖，將該驅(qū)動(dòng)脈沖的能量轉(zhuǎn)換成超聲波進(jìn)行發(fā)射。當(dāng)切換到超聲波接收狀態(tài)時(shí)，所述超聲換能器的各個(gè)陣元獨(dú)立地接收超聲波回波，將超聲波能量轉(zhuǎn)換成電能量。
在超聲成像時(shí)，發(fā)射/接收模塊先被切換到發(fā)射狀態(tài)，系統(tǒng)通過發(fā)射脈沖控制模塊來控制發(fā)射脈沖的形狀、延時(shí)，以及參與發(fā)射的陣元，使發(fā)射的超聲波聚焦到預(yù)定掃描線上的預(yù)定焦點(diǎn)位置。這樣，所述發(fā)射超聲波在該焦點(diǎn)處帶寬最窄，而在掃描線的其他位置上的帶寬會(huì)較寬。該多焦點(diǎn)拼接系統(tǒng)一般要在同一條發(fā)射掃描線的位置上，多次連續(xù)發(fā)射脈沖，次數(shù)和多焦點(diǎn)拼接的數(shù)目相同，每次發(fā)射脈沖的焦點(diǎn)通過改變各個(gè)陣元的發(fā)射延時(shí)而不同。接著，所述發(fā)射/接收模塊切換到接收狀態(tài)，超聲回波經(jīng)超聲換能器各陣元接收轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。該電信號(hào)先經(jīng)時(shí)間增益補(bǔ)償放大器放大，以補(bǔ)償不同深度下的超聲波衰減；再送往波束合成模塊，調(diào)整各陣元回波的延時(shí)并進(jìn)行變跡，以提高當(dāng)前接收掃描線回波信號(hào)的信噪比。所述變跡是指將不同通道的回波相加之前各個(gè)通道回波乘以一定的系數(shù)，其中，變跡系數(shù)將隨著深度不同而變化，并和回波延時(shí)一樣，均由系統(tǒng)CPU加以控制調(diào)整(圖中未標(biāo)示)。
經(jīng)波束合成后的回波信號(hào)一般還要經(jīng)動(dòng)態(tài)濾波來提高信噪比。所述動(dòng)態(tài)濾波的濾波器中心頻率和頻帶將隨著回波深度不同而變化。因?yàn)榛夭l率高的成分在圖像中縱向分辨率較高，但隨深度的衰減比較大；回波頻率低的成分在圖像中縱向分辨率較低，但隨深度的衰減比較慢，能探測到較深的深度，所以動(dòng)態(tài)濾波實(shí)現(xiàn)的是在探測深度較淺的地方選擇信號(hào)的高頻成分(保證圖像縱向分辨率較高)，而在探測深度較深的地方則選擇信號(hào)的低頻成分(保證系統(tǒng)的探測深度)，以供系統(tǒng)成像。
經(jīng)動(dòng)態(tài)濾波后的回波信號(hào)頻率仍然較高，還是屬于射頻信號(hào)，還要經(jīng)包絡(luò)檢測來獲得回波信號(hào)的包絡(luò)。所述包絡(luò)檢測可以采用對(duì)回波信號(hào)的絕對(duì)值作低通濾波的方法；也可以采用對(duì)正交解調(diào)后的兩路正交信號(hào)取模檢測的方法。因?yàn)榘j(luò)信號(hào)變化較慢，頻率較低，所以對(duì)包絡(luò)檢測后的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣率較低。
若所述發(fā)射脈沖不是對(duì)應(yīng)最后一個(gè)發(fā)射焦點(diǎn)，則所述包絡(luò)檢測并模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送往多焦點(diǎn)拼接模塊的緩存。保存在該緩存中的同一發(fā)射掃描線的回波數(shù)據(jù)經(jīng)多焦點(diǎn)拼接處理后，能產(chǎn)生一條完整掃描線的圖像數(shù)據(jù)。系統(tǒng)逐條將拼接后的掃描線數(shù)據(jù)送往顯示模塊。該顯示模塊根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)作相應(yīng)的顯示處理，比如可以通過掃描變換來將極坐標(biāo)數(shù)據(jù)變換成屏幕上顯示的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。圖3表示了拼接多發(fā)射焦點(diǎn)回波信號(hào)后獲得的拼接信號(hào)示意圖。同一掃描位置的掃描線對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)是系統(tǒng)經(jīng)三次發(fā)射和接收后，三次接收到的回波在不同接收區(qū)域拼接處理合成為完整的接收回波。
因?yàn)槎嘟裹c(diǎn)拼接時(shí)，需要多次發(fā)射不同發(fā)射焦點(diǎn)的脈沖波，對(duì)不同發(fā)射焦點(diǎn)的脈沖回波進(jìn)行拼接，最后形成完整接收掃描線的數(shù)據(jù)；所以，最后圖像的幀率會(huì)降低。一般來說，如果采用n個(gè)焦點(diǎn)發(fā)射，圖像幀率就會(huì)下降為原來的1/n。為此，美國專利US 6,432,056公開了一種利用多波束接收來提高多焦點(diǎn)拼接圖像幀率的方法。具體是，在多波束接收超聲系統(tǒng)中，若第一次發(fā)射時(shí)對(duì)應(yīng)掃描線位置是T1，發(fā)射焦點(diǎn)靠近探頭，接收掃描線以T1為中心對(duì)稱分布，其位置分別是R1L和R1R；則令第二次發(fā)射對(duì)應(yīng)的掃描線位置是和T1不重合的T2，發(fā)射焦點(diǎn)遠(yuǎn)離探頭，接收掃描線以T2為中心兩邊對(duì)稱分布，分別是R2L和R2R；使其中R1R和R2L的接收位置相同，但是發(fā)射焦點(diǎn)并不相同；則R1R和R2L都滿足多焦點(diǎn)拼接條件。這樣，對(duì)R1R和R2L進(jìn)行焦點(diǎn)拼接，就能形成多焦點(diǎn)拼接圖像。使用該方法，不需要在同一掃描線位置重復(fù)發(fā)射，圖像幀率可以因此得到提高。
上述現(xiàn)有技術(shù)的主要不足在于US 6,432,056所公開的方法雖然能提高多焦點(diǎn)拼接的圖像幀率，但該系統(tǒng)前端需要能支持多波束接收，提高了系統(tǒng)復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)成本；而且，該系統(tǒng)采用的發(fā)射技術(shù)會(huì)使圖像橫向分辨率有所下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出一種提高圖像幀率的方法，當(dāng)超聲成像系統(tǒng)采用拼接多發(fā)射焦點(diǎn)回波信號(hào)來獲得掃描圖像時(shí)，使用本發(fā)明方法，能提高圖像幀率，同時(shí)不影響拼接后的圖像質(zhì)量，并使系統(tǒng)具有較低的實(shí)現(xiàn)成本。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基本構(gòu)思為對(duì)于發(fā)射焦點(diǎn)位置較淺的發(fā)射脈沖，設(shè)置較短的回波接收脈沖重復(fù)周期；對(duì)于發(fā)射焦點(diǎn)位置較深的發(fā)射脈沖，設(shè)置較長的回波接收脈沖重復(fù)周期。這樣能減少形成一條接收掃描線的總花費(fèi)時(shí)間，從而提高成像幀率，同時(shí)并不影響多焦點(diǎn)拼接后的圖像質(zhì)量。
作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明構(gòu)思的技術(shù)方案是，提供一種多發(fā)射焦點(diǎn)拼接中提高圖像幀率的方法，用于采用拼接多發(fā)射焦點(diǎn)回波信號(hào)來獲得掃描圖像的超聲成像系統(tǒng)，包括反復(fù)切換執(zhí)行的步驟A.系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行掃描，在每一掃描位置進(jìn)行多次不同發(fā)射焦點(diǎn)的超聲波發(fā)射；B.系統(tǒng)接收每次發(fā)射后的超聲回波；還包括如下步驟，用以完成系統(tǒng)對(duì)接收超聲回波的處理C.對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行波束合成處理，以提高信噪比；D.對(duì)經(jīng)所述波束合成處理的回波信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)濾波處理、包絡(luò)檢測處理和多焦點(diǎn)拼接處理，以得到各掃描線完整的回波信號(hào)或數(shù)據(jù)；其特征在于所述步驟B中，系統(tǒng)接收每次發(fā)射后的超聲回波時(shí)，是根據(jù)不同的發(fā)射焦點(diǎn)，而采用不同的脈沖重復(fù)周期進(jìn)行接收。
上述方案中，步驟D中所述回波信號(hào)先經(jīng)過多焦點(diǎn)拼接處理，再依次經(jīng)過動(dòng)態(tài)濾波處理和包絡(luò)檢測處理。
上述方案中，步驟D中所述回波信號(hào)先經(jīng)過動(dòng)態(tài)濾波處理，再依次經(jīng)過多焦點(diǎn)拼接處理和包絡(luò)檢測處理。
采用上述技術(shù)方案，可以使圖像幀率下降減少，同時(shí)保證多焦點(diǎn)拼接后的圖像效果不變，并且系統(tǒng)具有較低的實(shí)現(xiàn)成本。


圖1是多焦點(diǎn)拼接超聲系統(tǒng)示意框圖之一圖2是多焦點(diǎn)拼接超聲系統(tǒng)示意框圖之二圖3是多焦點(diǎn)拼接后的超聲圖像示意4是傳統(tǒng)多焦點(diǎn)拼接超聲系統(tǒng)的發(fā)射示意5是本發(fā)明多焦點(diǎn)拼接超聲系統(tǒng)的發(fā)射示意圖具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖所示之最佳實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
本發(fā)明方法不僅適用于圖1所示的超聲成像系統(tǒng)，還可以適用于其它采用拼接多發(fā)射焦點(diǎn)回波信號(hào)來獲得掃描圖像的超聲成像系統(tǒng)。包括如圖2所示的又一系統(tǒng)框圖，該系統(tǒng)與圖1中不同的是，所述多焦點(diǎn)拼接模塊的位置在所述包絡(luò)檢測模塊之前。此外，所述超聲成像系統(tǒng)可以是單波束發(fā)射的超聲成像系統(tǒng)，也可以是多波束發(fā)射、能同時(shí)獲得多條對(duì)應(yīng)不同波束掃描線的超聲成像系統(tǒng)。
在所述采用拼接多發(fā)射焦點(diǎn)回波信號(hào)來獲得掃描圖像的超聲成像系統(tǒng)中，本發(fā)明方法包括反復(fù)切換執(zhí)行的步驟A.系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行掃描，在每一掃描位置進(jìn)行多次不同發(fā)射焦點(diǎn)的超聲波發(fā)射；B.系統(tǒng)接收每次發(fā)射后的超聲回波；還包括如下步驟，用以完成系統(tǒng)對(duì)接收超聲回波的處理
C.對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行波束合成處理，以提高信噪比；D.對(duì)經(jīng)所述波束合成處理的回波信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)濾波處理、包絡(luò)檢測處理和多焦點(diǎn)拼接處理，以得到各掃描線完整的回波信號(hào)或數(shù)據(jù)；其中，步驟D中所述多焦點(diǎn)拼接處理是將每一掃描位置多次發(fā)射后接收處理的回波信號(hào)拼接成完整掃描線對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)。該對(duì)回波信號(hào)的多焦點(diǎn)拼接處理可以如圖2在波束合成處理之后進(jìn)行，也可以在動(dòng)態(tài)濾波處理之后進(jìn)行；或可以如圖1在包絡(luò)檢測處理之后進(jìn)行。因其拼接處理方法不是本發(fā)明解決問題的關(guān)鍵，同時(shí)本發(fā)明方法不受具體拼接處理的限制，故不在此贅述。
圖4給出了傳統(tǒng)多焦點(diǎn)拼接超聲系統(tǒng)的發(fā)射示意圖。以(但不限于)三個(gè)發(fā)射焦點(diǎn)為例，設(shè)第一次發(fā)射的焦點(diǎn)位置離探頭最近，第二次的在中間，最后一次的離探頭最遠(yuǎn)。若系統(tǒng)發(fā)射的次序依次是掃描線K的第一個(gè)焦點(diǎn)，掃描線K的第二個(gè)焦點(diǎn)，掃描線K的第三個(gè)焦點(diǎn)，掃描線K+1的第一個(gè)焦點(diǎn)；且每兩次發(fā)射之間的脈沖重復(fù)周期相同，設(shè)為T；則多焦點(diǎn)拼接形成一條接收掃描線所需要的時(shí)間是3T。因此，超聲系統(tǒng)成像幀率將下降到非多焦點(diǎn)拼接時(shí)的1/3。
如圖3所示，對(duì)于拼接后介于區(qū)域1和2交叉的區(qū)域部分的回波信號(hào)，一般是對(duì)這兩部分原接收信號(hào)采用加權(quán)處理來合成的，而超過該交叉區(qū)域部分的原接收回波信號(hào)對(duì)該部分的合成信號(hào)是不作貢獻(xiàn)的，也就是說，第一發(fā)射焦點(diǎn)的回波，超過交叉區(qū)域12后時(shí)間接收到的回波并不影響拼接后的回波，對(duì)成像沒有影響。因此，在接收第一發(fā)射焦點(diǎn)的回波時(shí)，僅需接收包括交叉區(qū)域以內(nèi)的相應(yīng)回波。同樣，對(duì)第二發(fā)射焦點(diǎn)的回波可以依次類推。
為此，本發(fā)明超聲系統(tǒng)采用的發(fā)射模式可以如圖5所示，使所述步驟B中，系統(tǒng)接收每次發(fā)射后的超聲回波時(shí)，是根據(jù)不同的發(fā)射焦點(diǎn)，而采用不同的脈沖重復(fù)周期進(jìn)行接收。設(shè)傳統(tǒng)超聲系統(tǒng)發(fā)射掃描時(shí)的脈沖重復(fù)周期是T。在采用多焦點(diǎn)拼接時(shí)，設(shè)掃描線K的第一焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖重復(fù)周期為T1，第二焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖重復(fù)周期為T2，第三焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖重復(fù)周期為T3，則因?qū)?yīng)各發(fā)射焦點(diǎn)，沒有必要接收所有的回波信號(hào)。所述脈沖重復(fù)周期可以隨所述發(fā)射焦點(diǎn)與超聲換能器之間的距離而變化；距離越小則該脈沖重復(fù)周期越短。因此T1＜T2＜T3，而T3＝T，所以形成一條接收掃描線所需要的時(shí)間是T1+T2+T3，小于原來所需要的3T。從而，可以緩解多焦點(diǎn)拼接造成的成像幀率下降問題。
本發(fā)明方法經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，不需要改變超聲成像系統(tǒng)的硬件，僅僅調(diào)整超聲成像的控制，就能改善多焦點(diǎn)拼接時(shí)的圖像成像幀率，而且圖像質(zhì)量保持不變。
權(quán)利要求
1.一種多發(fā)射焦點(diǎn)拼接中提高圖像幀率的方法，用于采用拼接多發(fā)射焦點(diǎn)回波信號(hào)來獲得掃描圖像的超聲成像系統(tǒng)，包括反復(fù)切換執(zhí)行的步驟A.系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行掃描，在每一掃描位置進(jìn)行多次不同發(fā)射焦點(diǎn)的超聲波發(fā)射；B.系統(tǒng)接收每次發(fā)射后的超聲回波；還包括如下步驟，用以完成系統(tǒng)對(duì)接收超聲回波的處理C.對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行波束合成處理，以提高信噪比；D.對(duì)經(jīng)所述波束合成處理的回波信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)濾波處理、包絡(luò)檢測處理和多焦點(diǎn)拼接處理，以得到各掃描線完整的回波信號(hào)或數(shù)據(jù)；其特征在于所述步驟B中，系統(tǒng)接收每次發(fā)射后的超聲回波時(shí)，是根據(jù)不同的發(fā)射焦點(diǎn)，而采用不同的脈沖重復(fù)周期進(jìn)行接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多發(fā)射焦點(diǎn)拼接中提高圖像幀率的方法，其特征在于所述脈沖重復(fù)周期隨所述發(fā)射焦點(diǎn)與超聲換能器之間的距離而變化；距離越小則該脈沖重復(fù)周期越短。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述多發(fā)射焦點(diǎn)拼接中提高圖像幀率的方法，其特征在于步驟D中所述回波信號(hào)先經(jīng)過多焦點(diǎn)拼接處理，再依次經(jīng)過動(dòng)態(tài)濾波處理和包絡(luò)檢測處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述多發(fā)射焦點(diǎn)拼接中提高圖像幀率的方法，其特征在于步驟D中所述回波信號(hào)先經(jīng)過動(dòng)態(tài)濾波處理，再依次經(jīng)過多焦點(diǎn)拼接處理和包絡(luò)檢測處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述多發(fā)射焦點(diǎn)拼接中提高圖像幀率的方法，其特征在于步驟D中所述回波信號(hào)依次經(jīng)過動(dòng)態(tài)濾波處理、包絡(luò)檢測處理和多焦點(diǎn)拼接處理。
全文摘要
一種多發(fā)射焦點(diǎn)拼接中提高圖像幀率的方法，用于采用拼接多發(fā)射焦點(diǎn)回波信號(hào)來獲得掃描圖像的超聲成像系統(tǒng)，包括反復(fù)切換執(zhí)行的步驟系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行掃描，在每一掃描位置進(jìn)行多次不同發(fā)射焦點(diǎn)的超聲波發(fā)射；以及系統(tǒng)接收每次發(fā)射后的超聲回波；還包括用以完成系統(tǒng)對(duì)接收超聲回波處理的步驟對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行波束合成處理，以提高信噪比；對(duì)經(jīng)所述波束合成處理的回波信號(hào)進(jìn)行多焦點(diǎn)拼接處理，以得到各掃描線完整的回波信號(hào)或數(shù)據(jù)；尤其是，所述系統(tǒng)接收每次發(fā)射后的超聲回波步驟中，系統(tǒng)是根據(jù)不同的發(fā)射焦點(diǎn)，而采用不同的脈沖重復(fù)周期進(jìn)行接收。采用本發(fā)明方法的系統(tǒng)，拼接圖像過程中幀率可以不至于下降過快；并具有較低的實(shí)現(xiàn)成本。
文檔編號(hào)A61B8/13GK1915176SQ20051003679
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月19日
發(fā)明者李勇 申請(qǐng)人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司