專利名稱：用于超聲成像的空間復合方法與裝置以及超聲成像系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及超聲圖像技術，特別是涉及一種用于超聲成像的空間 復合方法與裝置、以及包括該裝置的超聲成像系統。
背景技術：
空間復合成像是一種沿不同角度對掃描對象進行掃描，然后將這 些不同角度的圖像對應的象素點進行疊加形成一幅圖^f象的成像方法。 空間復合能夠抑制斑點噪聲、雜波以及其他超聲偽像對圖像質量的影 響，增強組織間的分辨能力，可明顯地提高超聲圖像中低對比度組織 及微小病變的清晰度，清晰地顯示組織間的邊界。
圖l是傳統的空間復合超聲系統框圖，具有一個多陣元的超聲換 能器(探頭)，主控制系統可以通過控制發(fā)射/接收模塊來實時切換超 聲波的發(fā)射和接收。在超聲成^f象時，發(fā)射/接收模塊先被切換到發(fā)射 狀態(tài)，系統通過發(fā)射脈沖控制^f莫塊控制發(fā)射脈沖的形狀、延時、以及 參與發(fā)射的陣元，使發(fā)射的超聲波聚焦到預定掃描線上的預定焦點位 置。接著，發(fā)射/接收模塊切換到接收狀態(tài)，超聲回波經超聲換能器 各陣元接收后被轉換成電信號。該電信號經時間增益波長放大器放大 后再送往波束合成模塊，調整各陣元回波的延時并進行變跡，以提高 當前接收掃描線回波信號的信噪比。經波束合成后的回波信號經檢波 后送至掃描變換處理單元，通過插值處理把各個偏轉角度的掃描線數 據轉換為代表真實空間位置的圖像數據，送至空間復合模塊。
如圖2是一種實時空間復合的示意圖。為保證系統實時幀率，每 當有一幀新的圖像進入存儲器，就可以得到一幀新的復合圖像。這種
5實時復合以復合幀數為周期進行，每一個復合過程中都包含一幅各個 角度的偏轉圖像。
但是，對于現有的空間復合成像，由于多個角度圖像復合降低了 圖像灰階的層次，同時引入了低灰度噪聲，導致圖像的對比分辨能力
下降，從而容易產生圖像模糊。圖3是復合后低灰階噪聲增加的示意 圖，從中可明顯看出空間復合所引起的低灰階噪聲增加。圖4和圖5分 別給出了復合前、后的灰度直方圖，從中明顯看出，空間復合降低了 圖像灰階層次，影響了圖像的對比分辨力，因此圖像會表現出較為模 糊。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服現有技術存在的缺陷，提供一種用于超 聲成像的空間復合方法與裝置、以及包括該裝置的超聲成像系統。為 了實現這一目的，本發(fā)明所采取的技術方案如下。
按照本發(fā)明實施例的第一方面，提供一種用于超聲成像的空間復 合方法，包括復合步驟，用于對掃描變換后的多角度圖像進行加權 復合；以及旋轉拉伸步驟，通過旋轉拉伸變換將加權復合后的圖像的 灰階分布調整為與復合前的灰階分布基本一致。
按照本發(fā)明實施例的第二方面，提供一種用于超聲成像的空間復 合裝置，包括復合模塊，用于對掃描變換后的多角度圖像進行加權 復合；以及旋轉拉伸模塊，用于在圖像均值灰階映射不變的情況下， 通過旋轉和拉伸變換將加權復合后的圖像的灰階分布調整為與復合 前的灰階分布基本一致。
按照本發(fā)明實施例的第三方面，提供一種超聲成像系統，其包括 按照本發(fā)明實施例第二方面的空間復合裝置。
按照本發(fā)明實施例的方法與裝置、以及包括該裝置的超聲成像系 統的主要優(yōu)點是，通過對加權復合后的圖像進行旋轉拉伸處理，而不 是直接輸出加權復合后的圖像，使圖像灰階分布基本恢復到復合前的相似情況，從而圖像的灰階層次得以保留，也就保證了圖像的對比分 辨力。
下面將結合附圖并通過具體實施例對本發(fā)明進行進一步說明。


圖l是空間復合超聲系統示意框圖2是實時空間復合示意圖3是空間復合引起低灰階噪聲增加的示意圖4是空間復合前灰階分布示意圖5是空間復合后灰階分布示意圖6是按照本實施例的用于超聲成像的空間復合方法的流程圖； 圖7是按照本實施例的用于超聲成像的空間復合裝置的框圖； 圖8是采用了按照本實施例的空間復合裝置的超聲成像系統的框
圖9是旋轉拉伸示意圖IO是另一種旋轉拉伸示意圖11是旋轉拉伸后灰階分布圖。
具體實施例方式
如圖6所示，是按照本實施例的用于超聲成像的空間復合方法的 流程圖，包括復合步驟602和旋轉拉伸步驟606,另外，還可選地包括 偏轉步驟600和存儲步驟604。在偏轉步驟600中，通過控制發(fā)射脈沖 延時使發(fā)射掃描線聚焦于預定偏轉角度，并且通過控制波束合成延時 使接收掃描線偏轉到與發(fā)射掃描線基本相同的角度，以便進行空間復 合；在復合步驟602中，對掃描變換后的多角度圖像進行加權復合； 在存儲步驟604中，存儲根據多組圖像獲得的一組旋轉拉伸參數，以 供實時進行旋轉拉伸使用；以及在旋轉拉伸步驟606中，保持圖像均 值灰階映射不變的情況下，通過旋轉和拉伸變換將加權復合后的圖像的灰階分布調整為與復合前的灰階分布基本一致。其中在所述旋轉拉
伸步驟606中，將加權復合后的圖像乘以第一旋轉拉伸參數，以實現 旋轉拉伸；另外，還可以再加上第二旋轉拉伸參數，從而實現對加權 復合后的圖像的旋轉拉伸。
如圖7所示，是按照本實施例的用于超聲成像的空間復合裝置的 框圖，包括復合模塊702和旋轉拉伸模塊706，另外，還可選地包括偏 轉模塊7 0 0和存儲模塊704。雖然在圖中分別示出了按照本實施例的空 間復合裝置的各個模塊，但是，這并不意味著這些模塊必須分立設置。 在實際應用中，也可以將其中的某些模塊合并設置在一起，也可以將 其中的某個或某些模塊與超聲成像系統的其他模塊結合在 一起。另 外，按照本實施例的空間復合裝置中的各個模塊可以是物理模塊或硬 件模塊，也可以是軟件模塊、固件模塊等等，也可以是不同類型模塊 的組合。
在本實施例中，偏轉模塊700通過控制發(fā)射脈沖延時使發(fā)射掃描 線聚焦于預定偏轉角度，并且通過控制波束合成延時使接收掃描線偏 轉到與發(fā)射掃描線基本相同的角度，以便進行空間復合；復合模塊702 用于對掃描變換后的多角度圖像進行加權復合；存儲模塊704用于存 儲根據多組圖像獲得的一組旋轉拉伸參數，以供實時進行旋轉拉伸使 用；以及旋轉拉伸模塊706在保持圖像均值灰階映射不變的情況下，
通過旋轉和拉伸變換將加權復合后的圖像的灰階分布調整為與復合 前的灰階分布基本一致。其中所述旋轉拉伸模塊706先將加權復合后 的圖像乘以第一旋轉拉伸參數，以實現旋轉拉伸；另外，還可以再加 上第二旋轉拉伸參數，從而實現對加權復合后的圖像的旋轉拉伸。
下面通過按照本實施例的方法與裝置在超聲成像系統中的應用 示例，來對按照本實施例的空間復合方法與裝置進行進一步說明。
采用了本實施例的空間復合方法和裝置的超聲成像系統基本結 構框圖如圖8所示?？臻g復合控制模塊8OO控制著整個空間復合過程中
8的復合圖像數目，復合圖像角度，偏轉成像掃描變換，空間復合加權 計算，以及旋轉拉伸等。
空間復合成像時，發(fā)射/接收模塊802先被切換到發(fā)射狀態(tài)，系統 通過發(fā)射脈沖控制模塊804控制發(fā)射脈沖的形狀、延時以及參與發(fā)射 的陣元，佳發(fā)射的超聲波聚焦到預定掃描線上的預定焦點位置。特別 的，空間復合控制模塊800通過控制發(fā)射脈沖延時使發(fā)射掃描線聚焦 于預定的偏轉角度。
接著，發(fā)射/接收模塊802切換到接收狀態(tài)，超聲回波經超聲換能 器806中的各陣元接收并轉換成電信號。該電信號經時間增益波長放 大器放大，以補償不同深度下的超聲波衰減；然后再送往波束合成模 塊808,調整各陣元回波的延時并進行變跡，以提高當前接收掃描線 回波信號的信噪比。特別地，空間復合控制模塊800會相應地控制波 束合成的延時使接收掃描線偏轉到與發(fā)射掃描線基本相同的角度。這 樣就構成了偏轉角度圖像的發(fā)射與接收全過程，形成了具有 一定偏轉 角度的圖像，為空間復合^故準備。
經波束合成后的回波信號一般還經過動態(tài)濾波提高信噪比，之后 經包絡檢波81 O獲得回波信號的包絡。包絡檢波810可以采用對正交解 調后的兩路正交信號取模4企測的方法。
檢波后的數據送至偏轉圖像掃描變換處理模塊812,利用空間復 合控制模塊8OO提供出相應的偏轉角度，偏轉圖像掃描變換模塊812把 各個偏轉角度的掃描線數據轉換為代表真實空間位置的圖像數據，再 送至加權復合模塊814。
加權復合模塊814對經過偏轉圖像掃描變換的多角度圖像進行復 合處理，空間復合控制模塊800提供選定加權復合的圖像加權系數。
圖像復合有平均、最大值、中值、最小均方根等復合方法，平均 復合方法為多角度空間復合的傳統方法，也就是對不同角度的圖像進 行加權平均，在抑制斑點噪聲的同時突出信號特征。圖像的缺陷如斑 點、聲影等具有一定的隨機性，因此通過多角度圖像的像素平均可以有效地抑制這些缺陷同時保留有用的信號。假定復合成像使用掃描角 度數量為#，經過偏轉圖像掃描變換后各幀圖像為/,，復合結果為 Com; /, 5 顯然有
c。附M =士 lX
實時的空間復合通過把前一次復合圖像結果減去第 一幅圖像結
果再疊加新的圖像而實現，其處理方法如下
由于不同區(qū)域參與復合的幀數不同，并且有邊緣線權值的影響， 會導致復合圖像的不同區(qū)域(主要是邊緣)的灰度不同，所以參加空 間復合的圖像加權系數應隨圖像復合幀數的變化而進行相應的調整。
加權復合輸出的圖像由于復合處理而降低了圖像灰階層次，因
此，通過旋轉拉伸模塊816使復合后的圖像經過灰度拉伸恢復到原圖 像的灰階范圍，從而保證圖像的對比分辨力，以便進行顯示818。旋 轉拉伸的物理意義在于保證對給定圖像均值灰階映射不變的情況下， 調整其他灰階的層次，恢復圖像的灰階分布，改善圖像質量。圖9給 出了旋轉拉伸的示意圖。其具體實現方法為對輸入圖像進行如下處 理
其中x為加權復合后的圖像，y為進行旋轉拉伸后的圖像，*和/分別 為第一拉伸參數和第二拉伸參凄t (該參數根據實際需要可以為o)， 對應著旋轉拉伸方程的斜率和截距。通過調整斜率和原點，此旋轉拉 伸可實現對給定某原點映射的多種圖像灰階調整效果。旋轉拉伸方程 可通過統計分析某圖像中均勻組織復合前、后的均值、方差以及直方 圖而確定，保證拉伸后的圖像灰階分布近似于空間復合前的圖像。其 中的拉伸參數計算原理是，首先通過均勻組織圖像的均值確定旋轉拉
伸方程的旋轉點，然后調整旋轉拉伸方程的斜率yt使旋轉拉伸后的均
10勻組織方差恢復到復合前圖像的方差，并觀察相應的直方圖變化情
況。旋轉拉伸參數的具體計算過程為
(1) 選取一均勻組織，計算復合前、后該均勻組織圖像的均值x。 和少。，從而獲得旋轉拉伸方程的旋轉點(x。，少。)；
(2) 調整斜率h利用旋轉點(x。， h)獲得截距/,進而獲得 旋轉拉伸方程；
(3) 利用所獲得的旋轉拉伸方程對圖像進行旋轉拉伸處理；以
及
(4 )計算復合前該均勻組織圖像的方差 以及旋轉拉伸后該均 勻組織圖像的方差^;
(5 )將復合前該均勻組織圖像的方差cr,以及旋轉拉伸后該均勻 組織圖像的方差 最接近時對應的斜率A:和/確定為旋轉拉伸參數。
實際上，除了上述旋轉拉伸參數的計算方法之外，還可以使用其 他的計算方法，也可以根據經驗選擇適當的旋轉拉伸參數。例如，圖 10給出了另 一種可適應于本實施例的旋轉拉伸的示意圖，采用 一種基 于指數曲線的方程進行旋轉拉伸。其具體實現方法為對輸入圖像進行 如下處
y = a
"l一(l一a)
,1-x、fc
其中x為加權復合后的圖像，y為進行旋轉拉伸后的圖像，參數fl,6分 別對應旋轉點和斜率，特別的，上式計算過程中對灰階進行了歸一化 處理。
通過調整斜率和某固定點，此旋轉拉伸可實現對給定某原點映射 的多種圖像灰階調整效果。旋轉拉伸方程可通過統計分析某圖像中均 勻組織復合前后的均值、方差以及直方圖而確定，由空間復合控制模塊提供，保證拉伸后的圖像灰階分布近似于空間復合前的圖像。其中
的拉伸參數計算原理是首先通過均勻組織圖像均值確定拉伸曲線的 旋轉點，然后調整拉伸斜率6使^立伸后的均勻組織方差恢復到原復合 前圖像方差，并觀察相應的直方圖變化情況?？臻g復合旋轉拉伸參數 的具體計算過程為
(1)獲取某一塊均勻組織圖像；
(2 )計算復合后該均勻組織圖像的均值x。，并進行歸一化處理， 獲得拉伸曲線旋轉點"；
(3 )調整斜率6 ，進行旋轉拉伸處理；
(4 )計算復合前及旋轉拉伸后該均勻組織圖像的方差， 和 ； (5)判斷 和 的相似性，確定旋轉拉伸方程。
圖ll給出了一種情況下的旋轉拉伸后的灰度分布直方圖，與圖4 和圖5比較可以看出，經旋轉拉伸后，圖像灰度直方圖恢復到與復合 前的圖像灰度直方圖相近的情況。相應地，圖像的灰階層次得以保留， 也就保證了圖像的對比分辨力。
可以通過統計分析多組待復合圖像的旋轉拉伸方程，獲取一組旋 轉拉伸參數，存儲于空間復合控制模塊800中，保證系統進行實時旋 轉拉伸處理使用。
空間復合的圖像邊緣由于復合幀數的不同，在邊緣處應采用不同 的加權系數，相應地，可針對該邊緣獨立計算旋轉4立伸參數，即斜率 ^和截距6。
按照本實施例的空間復合方法與裝置同時適用于線陣、凸陣以及 相控陣探頭的超聲成像系統。
以上通過具體實施例對本發(fā)明做了說明，但本發(fā)明并不限于這些 具體的實施例。本領域普通技術人員應該明白，4安照以上教導還可以 對本發(fā)明做一些修改、變形、等同替換等，例如將本實施例中的某個模塊分設在超聲成像系統的其他一個或多個模塊中等等。但是，只要 未背離本發(fā)明的精神和范圍，都應在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于超聲成像的空間復合方法，包括復合步驟，用于對掃描變換后的多角度圖像進行加權復合；其特征在于，還包括旋轉拉伸步驟，通過旋轉拉伸變換將加權復合后的圖像的灰階分布調整為與復合前的灰階分布基本一致。
2. 如權利要求l所述的用于超聲成像的空間復合方法，其特征在 于，還包括偏轉步驟，用于通過控制發(fā)射脈沖延時使發(fā)射掃描線聚焦于預定 偏轉角度，并且通過控制波束合成延時佳一接收掃描線偏轉到與發(fā)射掃 描線基本相同的角度，以便進行空間復合。
3. 如權利要求l所述的用于超聲成像的空間復合方法，其特征在 于，還包括存儲步驟，用于存儲根據多組圖像獲得的一組旋轉拉伸參數，以 供實時進行旋轉拉伸使用。
4. 如權利要求1、 2或3所迷的用于超聲成像的空間復合方法，其特征在于在所述旋轉拉伸步驟中，對加權復合后的圖像乘以第 一旋轉拉伸 參數，以實現對加權復合后的圖像的旋轉拉伸。
5. 如權利要求4所述的用于超聲成像的空間復合方法，其特征在于在所述旋轉拉伸步驟中，對加權復合后的圖像乘以第一旋轉拉伸 參數后，再加上第二旋轉拉伸參數，從而實現對加權復合后的圖像的 旋轉拉伸。
6. 如權利要求5所述的用于超聲成像的空間復合方法，其特征在 于，通過以下步驟確定第 一旋轉拉伸參數和第二旋轉拉伸參數選取一均勻組織，計算復合前、后該均勻組織圖像的均值，從而獲得旋轉拉伸方程的旋轉點；調整第一旋轉拉伸參數，利用旋轉點獲得第二旋轉拉伸參數，進而獲得旋轉拉伸方程；利用所獲得的旋轉拉伸方程進行旋轉拉伸處理；以及計算復合前該均勻組織圖 <象的方差以及旋轉拉伸后該均勻組織圖像的方差；其中將復合前該均勻組織圖像的方差以及旋轉拉伸后該均勻組 織圖像的方差最接近時對應的第 一旋轉拉伸參數和第二旋轉拉伸參 數確定為旋轉拉伸參數。
7. 如權利要求6所述的用于超聲成像的空間復合方法，其特征在于對于空間復合的圖像的邊緣，單獨計算第 一旋轉拉伸參數和第二 旋轉拉伸參數。
8. —種用于超聲成像的空間復合裝置，包括 復合模塊，用于對掃描變換后的多角度圖像進行加權復合； 其特征在于，還包括旋轉拉伸才莫塊，通過旋轉-扭伸變換將加權復合后的圖像的灰階分 布調整為與復合前的灰階分布基本一致。
9. 如權利要求8所述的用于超聲成像的空間復合裝置，其特征在 于，還包括偏轉才莫塊，用于通過控制發(fā)射脈沖延時使發(fā)射掃描線聚焦于預定 偏轉角度，并且通過控制波束合成延時使接收掃描線偏轉到與發(fā)射掃 描線基本相同的角度，以便進^"空間復合。
10. 如權利要求8所述的用于超聲成像的空間復合裝置，其特征在 于，還包括存儲一莫塊，用于存儲根據多組圖像獲得的一組旋轉拉伸參數，以 供實時使用。
11.一種超聲成像系統，其特征在于包括權利要求7至9中任何一項所述的空間復合裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于超聲成像的空間復合方法與裝置、以及包含該裝置的超聲成像系統。其中所述方法包括復合步驟，用于對掃描變換后的多角度圖像進行加權復合；以及旋轉拉伸步驟，用于在圖像均值灰階映射不變的情況下，通過旋轉和拉伸變換將加權復合后的圖像的灰階分布調整為與復合前的灰階分布基本一致。采用本發(fā)明的技術方案可使空間復合后的圖像灰階層次得以保留，也就保證了圖像的對比分辨力。
文檔編號A61B8/00GK101617946SQ20081006831
公開日2010年1月6日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權日2008年7月4日
發(fā)明者勇 李, 雷 李 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司