專利名稱:圖象產(chǎn)生的制作方法
本發(fā)明涉及顯示受觀察區(qū)域的圖象的一種方法，在這一方法中，由相干波的脈沖源所產(chǎn)生的波脈沖傳送到該區(qū)域，由，該區(qū)域中的反射體反射的回波被接收，從而在每一種情況下產(chǎn)生出相應(yīng)的電回波信號。本發(fā)明還涉及實施這一方法的設(shè)備。
在上述這類方法中，器官的超聲波成象正與日俱增地用于例如醫(yī)療診斷上。超聲波成像勝過X射線法的優(yōu)點在于，它用了電離發(fā)射、軟組織不用對比劑就可以成象，有可能實時成象、而且超聲波的設(shè)備可以以相當(dāng)?shù)偷膬r格買到。
今天，超聲波的醫(yī)療診斷已經(jīng)達(dá)到可以廣泛于臨床的水平。然而圖象質(zhì)量是有所降低的，特別是由于斑點噪聲，這種斑點噪聲是以超聲波圖象出現(xiàn)顆粒狀的東西為標(biāo)記的，這就妨礙了組織的鑒別。由于圖象的斑點，也即由于超聲波圖象的顆粒狀結(jié)構(gòu)，使得小的組織或以某個不適宜的角度調(diào)交的交界面無法辨認(rèn)。這是超聲波相干的產(chǎn)物。今天，斑點已成為識別超聲圖象細(xì)節(jié)的主要障礙。由于斑點，使得某個超聲圖象的信噪比只有1.91(C.B.Burckhardl，“在超聲波B-模掃描中的斑點”。IEEE Trans on Sonics and Ultrasonics，Vol.SU-25，1978PP1-6)。這樣，斑點對小的組織或者諸如病理轉(zhuǎn)移這類低對比組織的識別有不利的影響。因此已經(jīng)提出各種方法來減弱斑點，但所有這些方法都有缺點。目前所用的方法和它們的缺點如下
1圖象信號的低通濾波器在這種方法中，圖象信號的幅度是在許多斑點顆粒上取平均，以減小這種信號幅度的起伏。這種方法難以使用，因為這樣做的結(jié)果，其分辨率降低了。
2.在不同的頻率上記錄下來的許多圖象上取圖象信號的平均值。
這是熟知的頻率合成法(P.A.Magnin，O.T.Von Ramm，F(xiàn).L.Thurstone“在相位陣列圖象中以減小斑點反差的頻率合成法”。Ultrasonic Imaging，Vol.4，1982，PP267-281)。由于是在不同頻率上記錄圖象，在這一方法中，不同圖象中的斑點基本上是不相關(guān)的(取決于各頻帶的重疊情況)，因而使平均圖象顯示出更小的斑點。然而，這種方法有如下缺點。
-要求用寬帶系統(tǒng)去記錄許多頻率上的圖象。由于組織中的超聲波吸收隨著頻率的提高而增加，理論上說來，可用頻率的數(shù)目將受到限制。
-若用寬帶系統(tǒng)，可以得出更好的縱向分辨率，劃分成許多頻帶所得到的縱向分辨率則比最大可能的分辨率差。
3.在從不同的方向記錄下來的許多圖象上取圖象信號的平均值這是合成掃描法的原理(C.B.Burckhardt?！霸诔旴-模式掃描中的斑點”IEEE Trans on Sonic and Ultrasonicn.Vol.SU-25，1978，Page 1-6D.P.Shattuck and O.T.Von Ramm，Ultrasonic Imaging 4，1982，P93-107)。雖然這種方法可使斑點有相當(dāng)大的減弱因而使其圖象質(zhì)量有相應(yīng)的改善，但它有如下缺點-用于這種方法的設(shè)備比通常的超聲設(shè)備復(fù)雜得多。
-按不同方向記錄圖象要求更多的時間，因而使最大可能的圖象率下降。
-被顯示的組織在相當(dāng)大的角度范圍由必須為超聲波“可見”，也即要求比常規(guī)的方法有更大的“超聲波窗口”。
超聲波的成象并不是對付斑點問題的唯一辦法。用雷達(dá)的相干幅射工作的類似成象方法也與這個問題有關(guān)。具體的記載是可以用見“合成孔經(jīng)雷達(dá)”(W.M.Brown，J.L. ，Porcello，“合成孔經(jīng)雷達(dá)引論”，IEEE Spectrum Vol.6，1969，P52-62)。
本發(fā)明的目的在于提供一種沒有先有技術(shù)方法的缺點又能夠減弱圖象斑點的上述類型的方法和設(shè)備。
為此，根據(jù)本發(fā)明，所使用的方法具有如下特征a)源出于回波信號的信號幅度解調(diào)產(chǎn)生出代表回波信號幅度信息的第一輸出信號。
b)源出于回波信號的信號頻率或相位解調(diào)，產(chǎn)生出代表回波信號頻率或相位信息的第二輸出信號。然后c)第一和第二輸出信號組合，產(chǎn)生出一個能夠用顯示設(shè)備顯示出來以產(chǎn)生該區(qū)域圖象的圖象信號。
本發(fā)明還涉及用以顯示受觀察區(qū)域圖象的設(shè)備，這種設(shè)備由下列部件組成一個相干波的脈沖源，
一個與脈沖源聯(lián)接的轉(zhuǎn)換裝置，用它可將波脈沖傳輸?shù)皆搮^(qū)域，并接收經(jīng)該區(qū)域中的反射體反射的回波。從而在每種情況下產(chǎn)生出一個相應(yīng)的電回波信號。
一個與轉(zhuǎn)換裝置聯(lián)接的接收機(jī)，用以處理回波信號以產(chǎn)生出圖象信號。
一個與接收孔聯(lián)接的圖象顯示設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，該設(shè)備的特征在于其接收機(jī)包含具有下列結(jié)構(gòu)的電路a)第一信息通道具有一個與轉(zhuǎn)換裝置聯(lián)接的輸入，一個幅度解調(diào)器和一個輸出，在輸出上送出代表回波信號幅度信息的第一輸出信號。
b)第二信號通道具有一個與第一信號通道的輸入聯(lián)接因而與轉(zhuǎn)換裝置聯(lián)接的輸入端，一個頻率或相位解調(diào)器和一個輸出，在輸出上送出代表回波信號的頻率或相位信息的第二輸出信號。
c)組合電路其第一輸入聯(lián)接到第一信號通道的輸出，其第二輸入聯(lián)接到第二信號通道的輸出，其輸出可以送出對第一和第二信號通道的輸出信號作邏輯運(yùn)算所產(chǎn)生的圖象信號。
從根本上講，本發(fā)明的優(yōu)點在于其圖象斑點可以用相對簡單的辦法加以減弱，而先前那些技術(shù)方法的缺點又可以避免。
下面參考其中的附圖對本發(fā)明的實施例加以說明。
圖1是超聲設(shè)備的方框圖，圖2是圖1中對數(shù)放大器18的典型特性。
圖3是雷達(dá)設(shè)備的方框圖。
圖4是用于圖1和圖3中檢波器19的本發(fā)明第一具體實施例的方框圖。
圖5是用于圖1和圖3所示設(shè)備的變型的檢波器19的本發(fā)明第二具體實施例的方框圖。
圖5是附圖4和圖5中所示的檢波器19的優(yōu)選補(bǔ)充方案的方框圖。
圖1是超聲設(shè)備的亦即機(jī)械扇形掃描器的方框圖。一個脈沖發(fā)射機(jī)15經(jīng)由雙向開關(guān)14起動超聲轉(zhuǎn)換器11。接收到的信號經(jīng)由雙向開關(guān)加到前置放大器16上。前置放大器16之后的掃描增益放大器17具有一個隨時間而變化的增益，用以補(bǔ)償由于組織的衰減所引起的幅度下降。放大器17之后是一個對數(shù)放大器18，該放大器在某一給定范圍內(nèi)輸出一個與輸入信號的對數(shù)成正比的輸出信號。
對數(shù)放大器18的特性示于圖2，由圖可見，輸入幅度為零時，輸出幅度也為零，而不象假設(shè)為無窮大值的輸入幅度的真實對數(shù)值。如圖2所示，負(fù)幅度值的特性與正輸入信號特性的幅度值是點對稱的。
對數(shù)放大器18的輸出經(jīng)由線路29饋送到檢波器19的輸入端。在常規(guī)的超聲波設(shè)備中，該檢波器形成一個絕對值并對對數(shù)放大器18的輸出信號進(jìn)行低通濾波。檢波器19的輸出信號經(jīng)由線路91輸出。該信號在模/數(shù)變換器21中進(jìn)行模擬到數(shù)字的變換。在變換器21的輸出信號被中間存貯于圖象存貯/標(biāo)準(zhǔn)化變換器22中時，后者被讀出。讀出信號在數(shù)/模變換器23中進(jìn)行數(shù)字到模擬的變換。變換器23的輸出信號作為一個電視標(biāo)準(zhǔn)信號被饋送到電視監(jiān)視器24上。
轉(zhuǎn)換器11由受控于馬達(dá)控制單元13的馬達(dá)12所驅(qū)動，圖示中的電子控制單元25，經(jīng)由圖上未示出的連接線給圖中所示的方框圖加上指令和同步信號。
圖3是雷達(dá)設(shè)備的方框圖。由于該設(shè)備與圖1所示的超聲設(shè)備非常類似，下面只說明兩設(shè)備之間的區(qū)別，圖1所示的超聲設(shè)備工作在兆赫的頻率范圍，而示于圖3的雷達(dá)設(shè)備則工作在微波范圍。雷達(dá)設(shè)備用一個天線41，替代超聲轉(zhuǎn)換器，用以輻射電磁波脈沖，并接收回波。被高頻放大器46放大過的回波信號在混頻器47中被變換成中頻信號。為此，混頻器接收一個來自本地振蕩器56的載頻信號?；祛l器47之后跟隨一個對數(shù)中頻放大器48。該放大器的特性與圖1所示放大器18的特性類似。典型的中頻是在兆赫范圍，以便對數(shù)放大器48的輸出送出一個類似于圖1中放大器18的輸出。
在圖3所示的雷達(dá)設(shè)備中，檢波器19和模/數(shù)變換器21之間設(shè)置一個視頻放大器51。在高頻放大器46和混頻器47之間，可以設(shè)置一個掃描增益放大器(在雷達(dá)中作為靈敏度的時間控制)。圖3未示出這類放大器。
本發(fā)明更具體地涉及到圖1和圖3所示設(shè)備中檢波器19的結(jié)構(gòu)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的檢波器19的第一具體實施例的方框圖。該方框圖包含一個第一信號通道86和一個第二信號通道78。這兩個信號通道的輸出信號用加法電路85相加。該電路的輸出信號，同時也是經(jīng)由線路91輸出信號檢波器19的輸出信號。
第一信號通道86基本上就是常規(guī)的幅度解調(diào)器。它是由整流器81，低通濾波器82和時延網(wǎng)絡(luò)83的串聯(lián)電路所組成，時延網(wǎng)絡(luò)83用來均衡經(jīng)由第一和第二信號通道的信號時延。
第二信號通道78是一個頻率或相位解調(diào)器，它由下列方塊的串聯(lián)電路所組成一個限幅器71;一個給出To/4(其中To是傳輸頻率的周期)延遲的延遲線72;一個用，例如，國家標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體集成電路LM1496作為乘法器73的集成電路，該乘法器用來使限幅器71的輸出信號與延遲線72的輸出信號相乘;一個用來濾除由相乘而形成的高次諧波的低通濾波器74;一個用以產(chǎn)生一個代表低通濾波器74的輸出信號幅度絕對值的輸出信號的電路75;和一個用以將電路75的輸出信號乘以系數(shù)K的乘法器76。對于任何回波信號，乘法器76的輸出信號幅度正比于回波信號頻率與參考頻率偏離的絕對值。
組織的頻率相關(guān)衰減引起回波中頻隨反射體深度的增加而下降。因此，傳輸頻率f0最好只是在傳輸脈沖與回波之間存在一個短的時間間隔時取作參考頻率。隨著傳輸脈沖與回波之間的時間間隔的增加，參考頻率應(yīng)該相應(yīng)地降低。這可以用圖4所示的延遲線72的時延隨時間的增加而增加來做到。為了達(dá)到這個目的，用一個，例如，壓控電容器(變?nèi)萜?于適當(dāng)?shù)碾娐分芯陀锌赡堋?br>圖5是如圖1和圖3所示的根據(jù)本發(fā)明的檢波器19的第二個具體實施方案的方框圖。該第二個具體實施方案，試圖作為示于圖1的超聲設(shè)備和示于圖3的雷達(dá)設(shè)備的變型。這種變型與圖1和圖3所示設(shè)備的區(qū)別僅僅在于用線性放大器替代對數(shù)放大器18或48;即在這一放大器中，其輸出信號的幅度與輸入信號的幅度成正比。示于圖5中的檢波器與示于圖4中的檢波器之間的區(qū)別如下
-用電路101替代圖4中的乘法器76，該電路產(chǎn)生出這樣一個輸出信號，其幅度是回波信號頻率與參考頻率偏離的絕對值︱△f︱的非線性函數(shù)。這類函數(shù)是，例如，具有指數(shù)K·︱△f︱的指數(shù)函數(shù)。
-用一個集成電路(例如，Motorola的積成電路MC 1495L)102作為乘法器，以替代圖4中的加法電路85。因此，在這種情況下，經(jīng)由線路91送出的檢測器19的輸出信號是由第一信號通道86的輸出信號與第二信號通道78的輸出信號的相乘而產(chǎn)生的。
根據(jù)本發(fā)明，圖4和圖5的電路75有可能被替代成這樣的電路，其特性代表一個偶函數(shù)，即具有g(shù)(-x)＝g(x)，例如g(x)＝x2，這種形式的函數(shù)。
圖6示出圖4和圖5所示的檢波器19具體實施方案的優(yōu)選的補(bǔ)充方案在圖6中，組合電路111代表圖4中的加法電路85或圖5中的乘法器102。
根據(jù)圖6所示的第一補(bǔ)充方案，該檢波器19包含一個對門限電路113起響應(yīng)的電路112，該電路或者是將組合電路111的輸出，或者是將第一信號通道86的輸出84聯(lián)接到檢波器19的輸出線91上。經(jīng)由輸出線91，輸出84被聯(lián)接到電視監(jiān)視器24上。門限電路113的一個輸入端116聯(lián)接到第一信號通道86的輸出出。與第一預(yù)定門限值相對應(yīng)的參考信號送到門限電路113的第二輸入端117。當(dāng)?shù)谝恍盘柾ǖ?6的輸出信號幅度超過第一預(yù)定門限值時，門限電路113相應(yīng)的輸出信號導(dǎo)致開關(guān)112將第一信號通道86的輸出84聯(lián)接到輸出線91上。用上述的補(bǔ)充方案，檢波器19的第一信號通道只是在回波信號幅度超過其一預(yù)定的門限值時與用于檢波作用。這是優(yōu)點，因為大的回波信號一般是由鏡面反射體引起的，這種回波一般不會引起圖象中的斑點，所以圖4或5所示的檢波器19的功能不是必需的，因為它可能造成縱向分辨率降低。
根據(jù)圖6的第二補(bǔ)充方案，檢波器19附帶地包含一個第二門限電路114和一個用以測量第一信號通道86輸出信號信噪比的裝置115。該裝置的輸出聯(lián)接到門限電路114的輸入端118。與第二預(yù)定的門限值相對應(yīng)的參考信號饋入門限電路114的第二輸入端119。開關(guān)受門限電路114輸出信號的控制或者將組合電路111的輸出端聯(lián)接到線路91或者將第一信號通道的輸出端84聯(lián)接到線路91。當(dāng)裝置115的輸出信號幅度下降到低于第二預(yù)定的門限值時，門限電路114相應(yīng)的輸出信號使開關(guān)112將第一信號通道86的輸出端聯(lián)接到線路91。用上述第二補(bǔ)充方案，第一個信號通道86只是在回波信號的信噪比下降到低于某一預(yù)定門限值時為回波信號使用。這是優(yōu)點。因為示于圖4或圖5中的檢波器19為此類回波信號所用，可能造成圖象質(zhì)量的下降。
權(quán)利要求
1.一種顯示受觀察區(qū)域的圖象的一種方法，在這一方法中，由相干波的脈沖源產(chǎn)生的波脈沖傳送到該區(qū)域，由該區(qū)域中的反射體反射的回波被接收，因而在每一種情況下產(chǎn)生出相應(yīng)的電的回波信號，其中a)源出于回波信號的信號幅度解調(diào)產(chǎn)生出代表回波信號幅度信息的第一輸出信號，b)源出于回波信號的信號頻率或相位解調(diào)，產(chǎn)生出代表回波信號頻率或相位信息的第二輸出信號，c)第一和第二輸出信號的組合，產(chǎn)生出一個圖象信號，該圖象信號可以用顯示裝置加以顯示，產(chǎn)生該區(qū)域的圖象。
2.按照權(quán)利要求
1的方法，其中第一和第二輸出信號的組合包括第一輸出信號的幅度隨第二輸出信號的幅度而變化，這樣變化過的第一輸出信號就是圖象信號。
3.按照權(quán)利要求
1的方法，其中源出于回波信號的信號幅度與回波信號的幅度成正比，而第一和第二輸出信號則是相乘的。
4.按照權(quán)利要求
1的方法，其中源出于回波信號的信號幅度近似地對應(yīng)于回波信號幅度的對數(shù)，而第一和第二輸出信號則是相加的。
5.按照權(quán)利要求
1至權(quán)利要求
3的方法，其中第二輸出信號的幅度是回波信號頻率與參考頻率偏離的絕對值的非線性函數(shù)。
6.按照權(quán)利要求
1，2和4的方法，其中第二輸出信號的幅度和回波信號頻率與參考頻率偏離的絕對值成正比。
7.按照權(quán)利要求
5和權(quán)利要求
6的方法，其中參考頻率等于傳輸頻率。
8.按照權(quán)利要求
5和權(quán)利要求
6的方法，其中參考頻率是可變的而且低于傳輸頻率與一個深度校正因子之積。
9.按照權(quán)利要求
1至權(quán)利要求
8的方法，其中與第一輸出信號幅度相對應(yīng)的信號和第一預(yù)定的門限值作比較，當(dāng)?shù)谝惠敵鲂盘柕姆却笥谠撻T限值時，該輸出信號不被組合，而將該第一輸出信號用作圖象信號。
10.按照權(quán)利要求
1至9的方法，其中第一輸出信號的信噪比被測量并與某一預(yù)定門限值作比較，當(dāng)所測得的信噪比小于該門限值時，該輸出信號不被組合，而該第一輸出信號用作圖象信號。
11.一個用以產(chǎn)生受觀察區(qū)域的圖象的設(shè)備由下列部件所組成一個相干波的脈沖源和一個與該脈沖源聯(lián)接的轉(zhuǎn)換裝置，用此裝置使波脈沖傳送到該區(qū)域，使該區(qū)域中的反射體反射的回波被接收，因而在每一種情況下產(chǎn)生出一個相應(yīng)的電回波信號，一個與轉(zhuǎn)換裝置聯(lián)接的接收機(jī)用以對回波信號作信息處理以產(chǎn)生出圖象信號，一個與接收機(jī)聯(lián)接的圖象顯示裝置，其特征在于該接收機(jī)包含一個具有下列結(jié)構(gòu)的電路a)一個第一信號通道(86)具有一個聯(lián)接到轉(zhuǎn)換裝置(11，41)的輸入端，一個幅度解調(diào)器(81，82)和一個輸出端輸出代表回波幅度信息的第一輸出信號輸出端(84)，b)一個第二信號通道78具有一個聯(lián)接到第一信號通道輸入因而聯(lián)接到轉(zhuǎn)換裝置(11，41)的輸入端，一個頻率或相位解調(diào)器(72，73，74)和一個輸送代表回波信號的頻率或相位信息的第二輸出信號的輸出端(77)，c)一個組合電路(85，102，111)具有一個聯(lián)接到第一信號通道輸出(84)的第一輸入端。一個聯(lián)接到第二信號通道輸出(77)的第二輸入端，和可以取出由第一、第二信號通道輸出信號的組合所產(chǎn)生的圖象信號的一個輸出端91。
12.按照權(quán)利要求
11的設(shè)備，它包含一個聯(lián)接在轉(zhuǎn)換裝置(11，41)和第一信號通道(86)輸入端之間的線性放大器，而其中的組合電路則是一個乘法器電路(102)。
13.按照權(quán)利要求
11的設(shè)備，它包含一個聯(lián)接在轉(zhuǎn)換裝置(11，41)和第一信號通道(86)輸入端之間的對數(shù)放大器(18，48)，而其中的組合電路則是加法電路(85)。
14.按照權(quán)利要求
11或12的設(shè)備，其中，第二信號通道(78)包含一個這樣設(shè)計的用以產(chǎn)生第二輸出信號的電路，即其第二輸出信號的幅度是回波信號頻率與參考頻率偏離的絕對值的非線性函數(shù)。
15.按照權(quán)利要求
11或13的設(shè)備，其中，第二信號通道(78)包含這樣設(shè)計的用以產(chǎn)生第二輸出信號的電路，即其第二輸出信號的幅度和回波信號頻率與參考頻率偏離的絕對值成正比。
16.按照權(quán)利要求
14和15的設(shè)備，其中，參考頻率等于其傳輸頻率。
17.按照權(quán)利要求
14和15的設(shè)備，其中，參考頻率是可變的，并且低于其傳輸頻率與一個深度較正因子之積。
18.按照權(quán)利要求
11到17的設(shè)備，它包括一個開關(guān)(112)，該開關(guān)受控于第一門限電路的輸出信號，使或者是組合電路(111)的輸出或者是第一信號通道(86)的輸出(84)聯(lián)接到圖象顯示裝置(24)上，而門限電路的一個輸入聯(lián)接到第一信號通道(86)的輸出，當(dāng)?shù)谝惠敵鲂盘柕姆瘸^第一預(yù)定門限值時，該開關(guān)將所說的輸出聯(lián)接到圖象的顯示裝置上。
19.按照權(quán)利要求
11到18的設(shè)備，它包含一個開關(guān)(112)，該開關(guān)受控于第二門限電路(114)的輸出信號，使或者是組合電路(111)的輸出或者是第一信號通道(86)的輸出聯(lián)接到圖象顯示裝置(24)上，而第二門限電路(114)的一個輸入被聯(lián)接到用以測量第一輸出信號的信噪比的裝置(115)的輸出上;當(dāng)測量裝置所測定的信噪比的輸出信號幅度下降到低于第二預(yù)定門限值時，開關(guān)(112)將第一信號通道的輸出(84)聯(lián)接到圖象顯示裝置上。
專利摘要
產(chǎn)生受觀察區(qū)域圖象的方法和設(shè)備。在其方法中，由相干波脈沖源產(chǎn)生的波脈沖傳到該區(qū)域，接收該區(qū)域中反射體反射的回波，以在每一種情況下產(chǎn)生相應(yīng)電回波信號。為減弱圖象斑點，進(jìn)行如下步驟對回波信號的信號幅度解調(diào)，產(chǎn)生代表回波信號幅度信息的輸出信號；對回波信號的信號頻率或相位解調(diào)，產(chǎn)生代表回波信號頻率或相位信息的輸出信號，然后組合它們產(chǎn)生出可被顯示裝置顯示的圖象信號。
文檔編號A61B8/06GK86104252SQ86104252
公開日1986年12月17日 申請日期1986年6月20日
發(fā)明者克里斯多弗·本尼迪特·布克哈特, 布魯諾·馬里·約瑟夫·道斯 申請人:弗·哈夫曼-拉羅切有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan