專利名稱：超聲診斷儀的空間復合成像方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種超聲成像方法，尤其涉及一種超聲診斷儀的空間復合成像方法。
背景技術：
超聲診斷儀將超聲檢測技術應用于人體，通過測量來了解生理組織結構的數(shù)據(jù)和形態(tài)，以達到發(fā)現(xiàn)疾病的目的。超聲成像的基本原理是利用人體不同的病理組織有其特定的聲阻抗和衰減特性，然后產(chǎn)生不同的反射與衰減，這些不同的反射與衰減是構成超聲圖像的基礎，然后超聲診斷儀按照收到回聲信號的強弱，用明暗不同的光點依次顯示在屏幕上，則可顯示出人體的斷面超聲圖像。但是，在超聲成像中，由于人體組織反射面的不光滑以及不同回波信號的相位不同等因素的影響，使得圖像很容易產(chǎn)生顆粒感，也就是所謂的斑點噪聲，其在圖像上表現(xiàn)為出現(xiàn)明暗交替的斑紋。這些斑紋很有可能覆蓋一些有用的診斷信息，在一定程度上影響醫(yī)生作出正確的診斷結論。斑點噪聲的產(chǎn)生取決于很多的系統(tǒng)參數(shù)，包括發(fā)射頻率、接收頻率、帶寬、偏轉角等因素，對于上述問題，目前在超聲診斷設備上，利用空間復合技術來抑制斑點噪聲進而提高組織分辨率。由于斑點噪聲抑制的程度取決于復合中各個單獨斑點噪聲之間的相關性， 即用于復合的各幀圖像中的斑點噪聲之間的相關性越低，得到復合后的斑點噪聲就得到越大程度上的抑制，而兩個斑點噪聲之間的相關性是由單獨的圖像之間的偏轉角度差異引起的。粗略地講，兩個斑點噪聲之間的相關性與兩幀圖像之間的角度差異呈反比例，因此，若想盡可能地減小斑點噪聲，則要產(chǎn)生兩個互不相關的斑點噪聲，進一步則要求用于復合的兩幀圖像的偏轉角度必須是不相同的?，F(xiàn)有空間復合技術是將來自不同掃描方向但是接收頻率相同的多幅連續(xù)圖像實時復合成一幅圖像，以達到提高邊界的界定、增強對比分辨率以及增加穿刺針的顯現(xiàn)等目的。但是，目前的空間復合技術存在以下問題以傳統(tǒng)的三幀圖像復合為例，接收頻率相同但偏轉角度不同的三幀圖像進行復合后會出現(xiàn)有些復合區(qū)域有三幀圖像進行復合，而有的區(qū)域只有兩幀圖像進行復合，這樣做使得三幀圖像重疊區(qū)域的圖像質量較好，而其他區(qū)域質量相對較差，這意味著該區(qū)域的斑點噪聲不能夠得到最大限度的抑制，其復合后在圖像上表現(xiàn)為會出現(xiàn)一側向左邊傾斜一側向右邊傾斜的偽邊界，使得復合后的整體圖像中間出現(xiàn)一個圖像質量較好的倒梯形區(qū)域，兩側有兩個復合效果不好的三角形區(qū)域?？梢?，上述傳統(tǒng)的空間復合方法并沒有使圖像整體的質量得到改善。針對上述問題，需要進一步采取措施盡可能在最大程度上減少斑點噪聲，以得到對比分辨率高、連續(xù)性好的超聲成像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種超聲診斷儀的空間復合成像方法，從而盡可能最大程度地抑制斑點噪聲，以提高組織邊界的界定和對比分辨率，進而得到優(yōu)質的超聲成像。為達到上述目的，本發(fā)明提供的一種超聲診斷儀的空間復合成像方法如下。所述超聲診斷儀包括有超聲探頭，超聲探頭內(nèi)置M個實質發(fā)射單元，其中包含K個有效發(fā)射單兀。1、利用所述M個實質發(fā)射單元發(fā)射并接收具有第一偏轉角度的掃描線，形成第一子幀圖像；2、于超聲探頭內(nèi)設置N個虛擬單元，利用所述K個有效發(fā)射單元以及N個虛擬發(fā)射單元組合發(fā)射并接收具有不同于第一偏轉角度的掃描線，形成至少一個其他子幀圖像； 優(yōu)選N彡K ；3、將所述第一子幀圖像和其他子幀圖像進行復合產(chǎn)生復合圖像。所述其他子幀圖像包括由第二偏轉角度的掃描線形成的第二子幀圖像，以及由第三偏轉角度的掃描線形成的第三子幀圖像，所述第二偏轉角度和第三偏轉角度不同于第一偏轉角度，且第二子幀圖像的偏轉角度、第三子幀圖像的偏轉角度相對于第一子幀圖像的偏轉角度呈反方向。所述K個有效發(fā)射單元以及N個虛擬發(fā)射單元組合發(fā)射掃描線的方式為組合順序掃描、組合間隔掃描或微角掃描方式中的一種方式。超聲探頭發(fā)射掃描線的偏轉角度與掃描線號之間有函數(shù)關系θη = f(n)，其中， θη是當前子幀圖像中第η條掃描線對應的偏轉角度。進一步的，所述的偏轉角度是隨著掃描線號呈非均勻變化趨勢。例如，所述的偏轉角度θ與掃描線號η的函數(shù)關系為θη=^~ = 0,1,2,...,^-1;
TV — 1其中，當前超聲探頭為線陣探頭，Φ為一個子幀圖像的偏轉角度，且該子幀圖像一共有N條掃描線。所述第一子幀圖像和所述其他子幀圖像的偏轉角度是用戶自行配置的。上述步驟3所述復合包括空間復合、頻率復合、角度復合中的至少一種。本發(fā)明與已有技術相比具有以下優(yōu)點本發(fā)明的空間復合成像方法，可以有效地克服傳統(tǒng)的空間復合方法所造成的偽邊界現(xiàn)象，不但使復合后圖像的任意區(qū)域的斑點噪聲得到最大程度上的抑制，而且實現(xiàn)起來簡單。


圖1為本發(fā)明涉及的超聲診斷設備的系統(tǒng)框圖。圖2為本發(fā)明涉及的空間復合方法的坐標示意圖。圖3為傳統(tǒng)空間復合方法示意圖。圖4為傳統(tǒng)空間復合方法中偽邊界示意圖。圖5為本發(fā)明涉及的一實施例中空間復合示意圖。其中圖5(a)是是在線陣探頭下，相對Z軸方向向右偏轉的掃描幀，圖5 (b)是在線陣探頭下，采用相控陣探頭掃查方式所增加的掃描幀。圖6為本發(fā)明涉及的相控陣探頭掃描示意圖。
圖7為本發(fā)明涉及的采用虛擬發(fā)射單元發(fā)射掃描線示意圖。圖8為本發(fā)明涉及的又一實施例中空間復合示意圖。圖9為本發(fā)明涉及的又一實施例中在線陣探頭下采用偏轉角度逐步變化的空間復合方法示意圖。圖10為本發(fā)明涉及的偏轉角度逐步變化示意圖。圖11為本發(fā)明涉及的又一實施例中在相控陣或凸陣探頭下采用偏轉角度逐步變化的空間復合方法示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明技術方案中所涉及的各個細節(jié)問題。如圖1所示，超聲診斷儀的系統(tǒng)總體包括控制器、發(fā)射電路、換能器、接收電路、 波束合成、信號處理圖像形成、鍵盤以及顯示器。首先鍵盤是控制器的用戶輸入端，給用戶一種便利的手段來與控制器交互，換能器(也叫超聲探頭)是超聲波的發(fā)射和接收裝置，可以將電能轉換為聲能，也可以將聲能轉換為電能，首先發(fā)射電路在控制器的協(xié)調下，向換能器發(fā)送電信號，由換能器將其轉換為超聲波發(fā)射出去，接收電路負責接收換能器傳過來的回聲信號(已經(jīng)由換能器轉換為電信號)，并將其進行放大、數(shù)模變換等處理，波束合成對不同方向上的回聲信號進行動態(tài)聚焦以及動態(tài)孔徑處理，將其合成在一起，然后信號處理和圖像形成對波束合成后的信號進行噪聲抑制、包絡檢波、對數(shù)壓縮等處理最終在顯示器上顯不。圖2和圖3分別描繪了傳統(tǒng)空間復合的坐標系以及復合方法示意圖。圖3示出了用于復合掃描的三個子幀AO、AL以及AR，其是由控制器控制發(fā)射電路發(fā)射掃描幀，并控制接收電路接收該掃描幀的回波信號，最終進行復合以及相應處理后在顯示器上顯示出的圖像?？梢钥闯觯@三個子幀分別為沿不同方向的聲線掃描幀，第一子幀AO作為參考幀是沿圖IZ軸方向的聲線掃描幀，其對應的偏轉角度為第一偏轉角度，第二子幀AL是相對于 Z軸方向向右偏轉的聲線掃描幀，其對應的偏轉角度為第二偏轉角度，第三子幀AR是相對于Z軸方向向左偏轉的聲線掃描幀，其對應的偏轉角度為第三偏轉角度，上述三個子幀進行空間復合后得到復合幀A。從圖3可以看出，復合幀A有些區(qū)域有三個子幀進行復合，該區(qū)域呈上寬下窄的倒梯形，對應的邊界稱之為偽邊界，如圖4所示，在中間的梯形區(qū)域1中，三個完全不同偏轉角度的子幀進行復合，使每個子幀中對應的斑點噪聲之間的相關性最小，從而能夠在最大程度上地抑制斑點噪聲，而兩側的三角形區(qū)域2和3中只有兩個子幀進行復合，則該區(qū)域的斑點噪聲不能夠完全抵消。故從圖3以及圖4也可以看出傳統(tǒng)的空間復合方法存在一個問題 在復合幀A中的兩側區(qū)域2、3存在只有兩個子幀進行復合的情況，該區(qū)域的斑點噪聲不能夠得到最大程度上的抑制，而中間的梯形區(qū)域1有三個子幀進行復合，這樣導致中間的梯形區(qū)域1的亮度比兩邊的三角形區(qū)域2、3要大，使得整幅圖像的質量好壞與所在區(qū)域相關， 不能夠完全克服由于斑點噪聲引起的圖像明暗不均的缺點。在本發(fā)明的一個實施例中，為了克服圖4所示的偽邊界現(xiàn)象的產(chǎn)生，在超聲探頭的其中一端采用相控陣探頭發(fā)射并接收掃描線，其可以實現(xiàn)波束扇形掃描，即通過較小的聲窗面積對一個較大的扇形視野進行探查，以達到增大空間復合范圍的效果。首先，第一子幀AO作為參考幀依然是沿Z軸方向的聲線掃描幀，其余子幀的具體的做法如圖5所示， 以向右偏轉的子幀為例，圖5(a)是在線陣探頭下，相對于圖2所示的Z軸方向向右偏轉的掃描幀，其中每一條掃描線的偏轉角度均相同。圖5(b)是在線陣探頭的左端或右端采用相控陣探頭掃查方式發(fā)射若干條掃描線，所增加的掃描線的偏轉角度在一定的角度范圍內(nèi)變化，例如0°到-10°。為了更加清楚地描述本實施例，圖6給出了相控陣探頭發(fā)射掃描線的示意圖，從圖中可以看出，該相控陣探頭一共發(fā)射N1條掃描線，由于相控陣探頭發(fā)射的所有掃描線都源于一個共同的扇心，在每條掃描線偏轉角度相同的前提下，根據(jù)扇心角度以及掃描線的數(shù)目N1可以得到掃描線的偏轉角度θ1()在本發(fā)明所述實施例中，基于上述相控陣探頭的原理，在線陣探頭的其中一端采用相控陣探頭發(fā)射掃描線，其角度變化在一個扇心角度小工的范圍之內(nèi)，其中小工可以由用戶自行設定。當然，在具體實施過程中，凡是利用線陣探頭與相控陣探頭相結合的方式發(fā)射掃描線以增大空間復合范圍的方法，均在本發(fā)明所保護的范圍之內(nèi)。在本發(fā)明的又一實施例中，利用虛擬發(fā)射單元和實質發(fā)射單元進行組合順序掃描。以掃描線相對于圖2所示Z軸向右偏轉為例，假設超聲探頭內(nèi)置實質發(fā)射單元總數(shù)目為Μ，并設當前實質有效發(fā)射單元數(shù)目為K，虛擬發(fā)射單元數(shù)目為N。如圖7所示的ml 以及m2，其構成一個組合，接入發(fā)射/接收電路的振子，使之分時組合輪流工作，從而產(chǎn)生合成后的超聲波束，其中波束的位移為d。發(fā)射和接收波束掃描順序如下對于線陣探頭的實質有效發(fā)射單元來說，發(fā)射單元1 K發(fā)射、接收，其波束位于相鄰兩個發(fā)射單元之間；發(fā)射單元2 (K+1)發(fā)射、接收，其波束位于相鄰兩個發(fā)射單元之間，依次類推；對于虛擬發(fā)射單元來說，發(fā)射單元Ka K發(fā)射、接收，其波束位于Ia 1之間；發(fā)射單元(Ka+》a K 發(fā)射、接收，其波束位于加 2之間，依次類推。上述掃描線均沿著某一特定的偏轉角度發(fā)射，例如-10°。在具體實施過程中，用戶可以自行設定實質有效發(fā)射單元以及虛擬發(fā)射單元的數(shù)目用于發(fā)射和接收掃描線，例如M可以是16、24、32、48、64、80、96、1沘等等；K可以是4等等；N的下限不小于實質發(fā)射單元中所包含有效發(fā)射單元的數(shù)目，例如4個，N的上限在能夠保證充足掃描線的基礎上并無特定限制，其具體數(shù)量可以按實際需要而定。對于掃描方式，并不僅限于上述組合順序掃描，在具體實施過程中，在考慮到實際收發(fā)控制電路工作復雜度的情況下，用戶可以自行定義發(fā)射和接收發(fā)射單元的分組，并可以在探頭振元數(shù)目不變的情況下，改變相鄰兩次掃描波束的空間位移以提高掃描線密度， 從而改善超聲圖像質量，例如可以進一步采用d/2或d/4間隔掃描或微角掃描，以達到高分辨率的超聲圖像。根據(jù)上述原理，如圖8所示，參考幀BO是沿Z軸方向的掃描幀，第二子幀BL在超聲探頭的左端采用圖7給出的虛擬發(fā)射單元發(fā)射并接收一定數(shù)目的掃描線，在圖中用虛線標出。第三子幀BR在超聲探頭的右端采用虛擬發(fā)射單元發(fā)射并接收一定數(shù)目的掃描線，在圖中用虛線標出。采用上述方法增加了用于復合的左右子幀的掃描線數(shù)目，大大擴大了空間復合的范圍。當然，由虛擬發(fā)射單元所增加的掃描線數(shù)目應在保證充分復合的前提下，盡可能減少復合方法實現(xiàn)的復雜度。更進一步地，在上述實施例中，其發(fā)射和接收掃描線的偏轉角度可以是呈逐步變化趨勢。如圖9所示，第一子幀CO作為參考幀依然是沿Z軸方向的聲線掃描幀，第二子幀 CL以及第三子幀CR均是相對于Z軸方向向左或向右進行偏轉，其對應的每條掃描線的偏轉角度隨著掃描線號的變化而變化，即子幀中各條掃描線的偏轉角度是關于對應掃描線號的函數(shù)，可以表示為θη = f(n)；其中，θ n是當前子幀中第η條掃描線對應的偏轉角度，例如η可以是數(shù)值1、2、3 等，其與當前幀中所包含的掃描線的總數(shù)有關。為了更加清楚地表述偏轉角度θ與掃描線號η的函數(shù)關系，如圖10，若當前超聲探頭為線陣探頭，一個子幀的偏轉角度為Φ，其中Φ可以是0°至360°之間的任意角度， 例如10°，且該子幀一共有N條掃描線，則掃描線號η = 0，1，2，...，Ν-1，則一個子幀中的掃描線對應的偏轉角度記為θη=-^~ = 0,1,2,...,#-1ο
N — 1在具體實施過程中，用戶可以自行定義偏轉角度的計算公式，并不拘泥于上述公式。凡是用于復合的子幀中的掃描線，其偏轉角度隨著掃描線號呈非均勻變化趨勢的，均在本發(fā)明所保護的范圍之內(nèi)。進一步地，本發(fā)明所揭示的空間復合方法包括但不僅限于在線陣探頭下使用，還可以在相控陣探頭以及凸陣探頭下使用。如圖11所示，第一幀DO作為參考幀，其相鄰掃描線之間的偏轉角度呈均勻變化趨勢，若參考幀DO —共有15條掃描線，從左至右依次為掃描線1、掃描線2、···、掃描線15，則第二幀DL以參考幀DO的掃描線15所在角度作為起始偏轉角度，其余相鄰掃描線之間的偏轉角度逐步變大，同理，第三幀DR以參考幀DO的掃描線1所在角度作為起始偏轉角度，其余相鄰掃描線之間的偏轉角度逐步變大，每條掃描線對應的偏轉角度的計算方法與上述實施例一種計算θ η的方法相同，在這里將不再贅述。根據(jù)本發(fā)明的思路，用于復合的第一子幀圖像即參考幀以及第二子幀圖像、第三子幀圖像所對應的第一偏轉角度、第二偏轉角度以及第三偏轉角度可以由用戶自行設定， 并無特定限制。所述空間復合方法也可以與其他復合技術相結合，例如頻率復合、角度復合等。本發(fā)明所述方法也可以運用在相控陣探頭以及凸陣探頭下，包括但不僅限于用三個子幀圖像進行復合，可以是用兩個子幀以上的任意更多子幀圖像來實現(xiàn)空間復合，并無特定限制，這對于本領域技術人員來說，是可以理解的，并不會造成任何揭示不充分或揭示模糊的問題。
權利要求
1.超聲診斷儀的空間復合成像方法，所述超聲診斷儀包括有超聲探頭，超聲探頭內(nèi)置 M個實質發(fā)射單元，其中包含K個有效發(fā)射單元；其特征在于，包括以下步驟利用所述M個實質發(fā)射單元發(fā)射并接收具有第一偏轉角度的掃描線，形成第一子幀圖像；于超聲探頭內(nèi)設置N個虛擬單元，利用所述K個有效發(fā)射單元以及N個虛擬發(fā)射單元組合發(fā)射并接收具有不同于第一偏轉角度的掃描線，形成至少一個其他子幀圖像；將所述第一子幀圖像和其他子幀圖像進行復合產(chǎn)生復合圖像。
2.根據(jù)權利要求1所述的超聲診斷儀的空間復合成像方法，其特征在于，所述其他子幀圖像包括由第二偏轉角度的掃描線形成的第二子幀圖像，以及由第三偏轉角度的掃描線形成的第三子幀圖像，所述第二偏轉角度和第三偏轉角度不同于第一偏轉角度，且第二子幀圖像的偏轉角度、第三子幀圖像的偏轉角度相對于第一子幀圖像的偏轉角度呈反方向。
3.根據(jù)權利要求1所述的超聲診斷儀的空間復合成像方法，其特征在于，其中N> K。
4.根據(jù)權利要求1所述的超聲診斷儀的空間復合成像方法，其特征在于，所述K個有效發(fā)射單元以及N個虛擬發(fā)射單元組合發(fā)射掃描線的方式為組合順序掃描、組合間隔掃描或微角掃描方式中的一種方式。
5.根據(jù)權利要求1所述的超聲診斷儀的空間復合成像方法，其特征在于，超聲探頭發(fā)射掃描線的偏轉角度與掃描線號之間有函數(shù)關系9n = f(n)，其中，θη是當前子幀圖像中第η條掃描線對應的偏轉角度。
6.根據(jù)權利要求5所述的超聲診斷儀的空間復合成像方法，其特征在于，所述的偏轉角度是隨著掃描線號呈非均勻變化趨勢。
7.根據(jù)權利要求5所述的超聲診斷儀的空間復合成像方法，其特征在于，所述的偏轉角度θ與掃描線號η的函數(shù)關系為Θη=^-Λ η = 0,1,2, ...,N-I ； TV — 1其中，當前超聲探頭為線陣探頭，φ為一個子幀圖像的偏轉角度，且該子幀圖像一共有 N條掃描線。
8.根據(jù)權利要求1所述的超聲診斷儀的空間復合成像方法，其特征在于，所述第一子幀圖像和所述其他子幀圖像的偏轉角度是用戶自行配置的。
9.根據(jù)權利要求1所述的超聲診斷儀的空間復合成像方法，其特征在于，最后一步所述復合包括空間復合、頻率復合、角度復合中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲診斷儀的空間復合成像方法，其各子幀中掃描線以增加掃描線數(shù)的方法進行復合形成具有高分辨率、低斑點噪聲的優(yōu)質超聲圖像。由于在本發(fā)明中用于復合的子幀中的掃描線，其采用虛擬發(fā)射單元與實質發(fā)射單元相結合發(fā)射并接收掃描線，使得進一步擴大了空間復合的范圍，避免了傳統(tǒng)方法中復合幀兩側所產(chǎn)生的偽邊界的缺點，使復合幀所有區(qū)域的斑點噪聲以及其他干擾得到最大程度上的抑制，從而改善了復合幀整體的圖像質量，這為醫(yī)生作出正確的診斷打下良好的基礎。
文檔編號A61B8/13GK102429686SQ201110368828
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權日2011年11月18日
發(fā)明者張勇, 趙丹華, 陸堅 申請人:無錫祥生醫(yī)學影像有限責任公司