專(zhuān)利名稱(chēng)：相干因子自適應(yīng)超聲成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隨相干性而變的自適應(yīng)超聲成像。具體地說(shuō)，隨所獲取數(shù)據(jù)的相干性而變地進(jìn)行成像。
背景技術(shù)：
缺少相干性可以通過(guò)像差校正和陣列校準(zhǔn)加以限制。像差校正受各種問(wèn)題的影響，例如缺少合適的點(diǎn)目標(biāo)，像差與傳播路徑有關(guān)且因組織和換能器移動(dòng)而隨時(shí)間改變，以及估算和校正需要精細(xì)的空間抽樣和很高的計(jì)算成本。陣列校準(zhǔn)則由于軟件和系統(tǒng)-探頭結(jié)合的復(fù)雜性而在實(shí)踐中不常使用。
雜波可以使用相干因子加以抑制。例如，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)＿＿＿＿(2004年3月31日提交的申請(qǐng)序列號(hào)10/814,959)公開(kāi)了一種相干性度量的使用(所述專(zhuān)利公開(kāi)內(nèi)容已作為參考包括在本文內(nèi))。使用響應(yīng)聚焦的發(fā)射波束而接收的通道數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算相干因子。對(duì)于隨機(jī)散射以及在沒(méi)有傳播像差時(shí)，通道數(shù)據(jù)的相干性和發(fā)射波束寬度成反比。所以，最相干的回波通常是從發(fā)射聚焦深度返回的。但是，當(dāng)發(fā)射波束很寬或未聚焦時(shí)，例如在淺于或深于發(fā)射焦點(diǎn)的深度處，利用各個(gè)元件所接收的波形所計(jì)算的相干因子與像差和雜波的程度基本上無(wú)關(guān)，對(duì)于顯著地抑制與真實(shí)目標(biāo)有關(guān)的雜波不太有用。
寬發(fā)射波束正越來(lái)越多地被使用以便提高掃描速度。但是，由于發(fā)射聚焦很弱或不存在，雜波電平通常高于使用聚焦發(fā)射波束的傳統(tǒng)成像。這種雜波歸因于組織像差、陣列非均勻性以及聚束量化效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
以下以介紹方式說(shuō)明的優(yōu)選實(shí)施例包括自適應(yīng)超聲成像的方法和系統(tǒng)。考慮從物體中獲取的一組NxM信號(hào)，其中N是陣列元件數(shù)，M對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)獲取和/或處理參數(shù)的變化。數(shù)據(jù)獲取和處理參數(shù)包括空間和/或時(shí)間上的發(fā)射孔徑函數(shù)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)和接收濾波函數(shù)。以相干總加的能量與利用至少一個(gè)不同參數(shù)所獲得的通道或圖像信號(hào)的至少部分非相干總加的能量之比的形式計(jì)算相干因子。
在一個(gè)實(shí)施例中，形成每個(gè)不同的發(fā)射波束或接收孔徑函數(shù)的分圖像并利用這組分圖像計(jì)算相干因子圖像。從圖像域中的數(shù)據(jù)而不是利用通道數(shù)據(jù)的相干或非相干總加來(lái)計(jì)算相干因子。
在第一方面，提供用于自適應(yīng)超聲成像的方法。獲取第一和第二幀圖像域數(shù)據(jù)。第一和第二幀都代表掃描區(qū)域中的多個(gè)位置。以來(lái)自第一和第二幀的圖像域數(shù)據(jù)的函數(shù)的形式確定相干因子。產(chǎn)生作為相干因子函數(shù)的信息。
在第二方面，提供用于自適應(yīng)超聲成像的方法。發(fā)射第一和第二寬發(fā)射波束。分別響應(yīng)第一和第二寬發(fā)射波束而獲得第一和第二數(shù)據(jù)集。這些數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)于通道或圖像域數(shù)據(jù)。與第二數(shù)據(jù)集相比，以空間、時(shí)間、或空間和時(shí)間兩者上的發(fā)射孔徑函數(shù)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)、接收濾波函數(shù)或其組合的函數(shù)的形式獲得第一數(shù)據(jù)集。以第一和第二數(shù)據(jù)集的函數(shù)的形式確定相干因子。
本發(fā)明由以下權(quán)利要求書(shū)限定，本節(jié)的任何說(shuō)明不應(yīng)作為對(duì)那些權(quán)利要求的限制。以下結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行討論。


各部件和附圖不必按比例繪出，重點(diǎn)在于說(shuō)明本發(fā)明的原理。而且，在所有不同的視圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相應(yīng)的部件。
圖1是用于隨相干因子而變的自適應(yīng)超聲成像的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的方框圖；以及圖2是用于隨相干因子而變的自適應(yīng)超聲成像的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
從物體中獲取一組NxM信號(hào)，其中N是陣列元件數(shù)，M對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)獲取和/或處理參數(shù)的變化。這些參數(shù)包括空間和時(shí)間上的發(fā)射孔徑函數(shù)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)和接收濾波函數(shù)。以相干總加的能量與這些信號(hào)的至少部分非相干總加的能量之比的形式計(jì)算相干因子。在一個(gè)實(shí)施例中，在圖像域中以利用不同參數(shù)形成的分圖像的相干和非相干總加的函數(shù)的形式計(jì)算相干因子圖像。以相干因子的函數(shù)的形式修改至少一個(gè)參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，相干因子用來(lái)調(diào)制利用分圖像合成的圖像的灰度或色彩。
圖1示出用于自適應(yīng)超聲成像系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例。系統(tǒng)10是超聲成像系統(tǒng)，但是也可以使用利用多個(gè)發(fā)射或接收天線(即元件)的其它成像系統(tǒng)。系統(tǒng)10包括換能器12、發(fā)射聚束器14、接收聚束器16、相干因子處理器18、檢測(cè)器20、圖像處理器22、顯示器24、緩沖器26和28以及加法器30和32。此外，也可以提供不同或較少的部件，例如系統(tǒng)10沒(méi)有顯示器24。
換能器12是多個(gè)元件的陣列。元件是壓電元件或電容性膜片元件。將所述陣列配置成一維陣列、二維陣列、1.5D陣列、1.25D陣列、1.75D陣列、環(huán)形陣列、多維陣列、它們的組合或任何其它目前已知的或以后開(kāi)發(fā)的陣列。換能器元件在聲能和電能之間進(jìn)行變換。換能器12通過(guò)發(fā)射/接收開(kāi)關(guān)與發(fā)射聚束器14和接收聚束器16相連接，但在其它實(shí)施例中也可使用單獨(dú)的連接。
系統(tǒng)10中示出兩個(gè)不同的聚束器，即發(fā)射聚束器14和接收聚束器16。雖然圖中是單獨(dú)示出的，但是發(fā)射和接收聚束器14、16可以配備有部分或全部相同的部件。兩個(gè)聚束器都與換能器陣列12相連接。
發(fā)射聚束器14是處理器、延遲器、濾波器、波形發(fā)生器、存儲(chǔ)器、相位旋轉(zhuǎn)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、放大器、它們的組合，或任何其它目前已知的或以后開(kāi)發(fā)的發(fā)射聚束器部件。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射聚束器14是美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5,675,554中公開(kāi)的發(fā)射聚束器，所述專(zhuān)利的公開(kāi)內(nèi)容已作為參考包括在本文內(nèi)。將發(fā)射聚束器配置成多個(gè)通道，用于為換能器12上發(fā)射孔徑的每個(gè)元件產(chǎn)生發(fā)射波形的電信號(hào)。所述波形為具有所需中心頻率或頻帶的單極性波形、雙極性波形、階梯形波形、正弦形波形或其它波形，具有一個(gè)、多個(gè)或分?jǐn)?shù)周期。所述波形具有相對(duì)延遲或定相和幅度以聚焦聲能。發(fā)射聚束器14包括控制器，用于改變孔徑(例如有源元件數(shù))、多個(gè)通道上的變跡分布、多個(gè)通道上的延遲分布、多個(gè)通道上的相位分布、中心頻率、頻帶、波形形狀、周期數(shù)以及它們的組合。根據(jù)這些聚束參數(shù)產(chǎn)生掃描線焦點(diǎn)。改變聚束參數(shù)可以校正像差或雜波。
接收聚束器16是前置放大器、濾波器、相位旋轉(zhuǎn)器、延遲器、加法器、基帶濾波器、處理器、緩沖器、存儲(chǔ)器、它們的組合或其它已知的或以后開(kāi)發(fā)的接收聚束器部件。在一個(gè)實(shí)施例中，接收聚束器16是美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5,555,534和5,685,308中公開(kāi)的發(fā)射聚束器，這些專(zhuān)利公開(kāi)的內(nèi)容已作為參考包括在本文內(nèi)。將接收聚束器16配置成多個(gè)通道34，接收代表射到換能器12上的回波或聲能的電信號(hào)。將包括接收孔徑(例如元件數(shù)和哪些元件用于接收處理)、變跡分布、延遲分布、相位分布、頻率以及它們的組合的聚束參數(shù)加到接收信號(hào)上以便進(jìn)行接收聚束。例如，相對(duì)延遲和幅度或變跡將聲能沿一個(gè)或多個(gè)掃描線聚焦。控制處理器控制各種聚束參數(shù)以便將接收波束成形。用于接收聚束器16和用于發(fā)射聚束器14的聚束器參數(shù)可以相同或不同。例如，由于信號(hào)幅度不同，為接收波束成形所加的像差或雜波校正不同于為發(fā)射波束成形所提供的像差校正。
圖1示出接收聚束器16的一個(gè)可能實(shí)施例。來(lái)自陣列12中接收孔徑的每個(gè)元件的通道34連接到放大器和/或延遲器36，用于施加變跡放大。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將放大的回波信號(hào)數(shù)字化。數(shù)字射頻接收數(shù)據(jù)被解調(diào)為基帶頻率。然后由放大器和/或延遲器36加上任何接收延遲，例如動(dòng)態(tài)接收延遲和/或相位旋轉(zhuǎn)。將每個(gè)通道的接收聚束器延遲或相位旋轉(zhuǎn)的基帶數(shù)據(jù)提供給緩沖器，用于基于通道的相干性確定。緩沖器足以存儲(chǔ)給定范圍內(nèi)所有或部分接收孔徑上的接收聚束器16的數(shù)字樣本。聚束加法器38是一個(gè)或多個(gè)數(shù)字或模擬加法器，可以用來(lái)將來(lái)自接收孔徑的不同通道34的數(shù)據(jù)組合起來(lái)，形成一個(gè)或多個(gè)接收波束。加法器38是單個(gè)加法器或級(jí)聯(lián)加法器。加法器38將相對(duì)延遲和變跡的通道信息加在一起，形成波束。在一個(gè)實(shí)施例中，聚束加法器38的工作是以復(fù)雜的方式將同相和正交的通道數(shù)據(jù)總加，以便為所形成的波束保持相位信息。或者，聚束加法器總加數(shù)據(jù)幅度或強(qiáng)度，而不保持相位信息。
在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射聚束器14和接收聚束器16利用寬波束傳輸工作。例如，使用在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6,685,641中公開(kāi)的發(fā)射聚束器和/或接收聚束器，所述專(zhuān)利公開(kāi)內(nèi)容已作為參考包括在本文內(nèi)。利用變換產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的接收聚束器16或者順序地或者并行地響應(yīng)寬發(fā)射波束而形成多個(gè)接收波束。寬波束傳輸包括未聚焦或弱聚焦的超聲波，它們從一個(gè)或多個(gè)角度穿透一個(gè)區(qū)域(例如大部分待掃描的二維區(qū)域)?？梢岳迷陉嚵泻竺婧艽缶嚯x或基本上無(wú)窮大距離處的虛擬點(diǎn)源來(lái)定義寬發(fā)射波束。可以相對(duì)于陣列橫向移動(dòng)虛擬點(diǎn)源來(lái)控制寬發(fā)射波束的方向。為補(bǔ)償不需要的發(fā)散(偏差)，產(chǎn)生適度聚焦的平面波作為寬發(fā)射波前。由換能器陣列12中每個(gè)元件所產(chǎn)生的能量被相對(duì)于其它元件延遲，以便控制平面波的方向或適度聚焦平面波。將高斯或漢明變跡函數(shù)應(yīng)用于換能器陣列12，以便減少由換能器陣列12提供的有限孔徑所產(chǎn)生的邊緣波。由于沒(méi)有規(guī)定具體的發(fā)射焦點(diǎn)，所以通過(guò)以不同角度將發(fā)射平面波疊加到換能器陣列12上來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)發(fā)射聚焦。也可以使用產(chǎn)生平面波的其它技術(shù)，例如利用其它類(lèi)型的變跡或利用適度發(fā)散的平面波。
接收聚束器16輸出圖像數(shù)據(jù)、代表被掃描區(qū)域的不同空間位置的數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)是相干的(即保持的相位信息)，但是可以包括非相干數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^(guò)處理接收的數(shù)據(jù)來(lái)形成所述數(shù)據(jù)，例如合成掃描線(即相干組合)、復(fù)合來(lái)自多個(gè)掃描線的數(shù)據(jù)(即非相干組合)或用于產(chǎn)生用來(lái)從接收信息產(chǎn)生圖像的數(shù)據(jù)的其它過(guò)程。例如，將波束間相位校正施加到一個(gè)或多個(gè)波束上，然后通過(guò)相干(即相位敏感)濾波器將相位校正后的波束組合起來(lái)，以便形成合成的超聲線，和/或在波束之間內(nèi)插以便形成新的超聲線。一旦通道數(shù)據(jù)被聚束或者被組合來(lái)代表被掃描區(qū)域的空間位置，所述數(shù)據(jù)就從通道域轉(zhuǎn)換到圖像數(shù)據(jù)域。
檢測(cè)器20是通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、專(zhuān)用集成電路、控制處理器、數(shù)字電路、加法器、濾波器、有限脈沖響應(yīng)處理器、乘法器、它們的組合或其它目前已知的或以后開(kāi)發(fā)的處理器，用于從接收的信號(hào)形成非相干圖像數(shù)據(jù)。檢測(cè)器20包括單個(gè)或多個(gè)處理器，有或沒(méi)有對(duì)數(shù)壓縮。檢測(cè)器20檢測(cè)聚束信號(hào)的幅度、強(qiáng)度、對(duì)數(shù)壓縮的幅度或功率。例如，檢測(cè)器20是B型檢測(cè)器。檢測(cè)器20可以配備有一個(gè)或多個(gè)濾波器，例如空間或時(shí)間濾波器。檢測(cè)器20輸出非相干圖像數(shù)據(jù)。
緩沖器26和28是先進(jìn)先出緩沖器、存儲(chǔ)器、轉(zhuǎn)角存儲(chǔ)器或其它目前已知的或以后開(kāi)發(fā)的存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)。每個(gè)緩沖器26、28用于存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)值，代表一個(gè)或多個(gè)掃描位置。例如，緩沖器26、28各自存儲(chǔ)與一次完整掃描關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。一個(gè)緩沖器26可以用來(lái)存儲(chǔ)相干圖像數(shù)據(jù)，而另一個(gè)緩沖器28可以用來(lái)存儲(chǔ)非相干圖像數(shù)據(jù)。同一個(gè)緩沖器26、28既可以用來(lái)存儲(chǔ)非相干數(shù)據(jù)又可以用來(lái)存儲(chǔ)相干數(shù)據(jù)。緩沖器26、28存儲(chǔ)以前掃描的數(shù)據(jù)，例如剛剛進(jìn)行的前次掃描的數(shù)據(jù)。附加的緩沖器26、28可以用來(lái)存儲(chǔ)以前多次掃描的數(shù)據(jù)。
加法器30、32是數(shù)字或模擬加法器、處理器、同一處理器、求和節(jié)點(diǎn)、邏輯裝置、相干因子處理器18或其它目前已知或以后開(kāi)發(fā)的加法器。加法器30、32對(duì)代表同一或基本上同一空間位置但是對(duì)不同的發(fā)射孔徑函數(shù)(變跡、延遲分布、孔徑位置、孔徑形狀或孔徑大小)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)和/或接收濾波函數(shù)敏感的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行總加。發(fā)射或接收參數(shù)在兩個(gè)圖像數(shù)據(jù)集之間改變。在獲取隨后的圖像數(shù)據(jù)集的同時(shí)，緩沖器26和28存儲(chǔ)較早的圖像數(shù)據(jù)集。然后將兩個(gè)圖像數(shù)據(jù)集組合起來(lái)。加法器30利用保持的相位信息把兩個(gè)圖像數(shù)據(jù)集相干地組合起來(lái)。加法器32非相干地組合這兩個(gè)圖像數(shù)據(jù)集。
相干因子處理器18根據(jù)加法器30、32的輸出確定圖像域中的數(shù)據(jù)相干量。相干因子處理器18是通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、控制處理器、專(zhuān)用集成電路、數(shù)字電路、數(shù)字信號(hào)處理器，模擬電路、它們的組合或其它目前已知的或以后開(kāi)發(fā)的處理器，用于控制發(fā)射聚束器14、接收聚束器16、檢測(cè)器20、圖像處理器22或系統(tǒng)10的其它部件。在一個(gè)實(shí)施例中，相干因子處理器18是聚束器或系統(tǒng)控制器，但在其它實(shí)施例中也可以使用單獨(dú)的或?qū)Ｓ玫奶幚砥?。相干因子處理?8可以用來(lái)確定作為超聲圖像數(shù)據(jù)的函數(shù)的相干因子。計(jì)算由圖像數(shù)據(jù)代表的一個(gè)或多個(gè)空間位置的相干因子。例如，可以計(jì)算重疊掃描區(qū)域內(nèi)每個(gè)空間位置的相干因子值。附加地或者可供選擇地，相干因子處理器18與接收聚束器16和用于從接收孔徑的每個(gè)通道獲取延遲的或相位旋轉(zhuǎn)的通道數(shù)據(jù)的緩沖器相連接，以便確定通道域中的相干性。
相干因子處理器18可包括低通濾波器，用于確定作為時(shí)間或空間函數(shù)的低通濾波后的相干因子。例如，對(duì)重疊掃描區(qū)域的相干因子進(jìn)行低通濾波以便減少空間變化。相干因子處理器18可以包括檢測(cè)器或用于將相干組合的數(shù)據(jù)路由到檢測(cè)器的路徑。檢測(cè)所述相干組合的數(shù)據(jù)并將其用于成像。
相干因子處理器18可以用來(lái)確定作為相干因子函數(shù)的用于自適應(yīng)成像的聚束參數(shù)、圖像形成參數(shù)或圖像處理參數(shù)。然后自適應(yīng)地改變各參數(shù)以便減少最終圖像中的旁瓣雜波。發(fā)射聚束器14、接收聚束器16、檢測(cè)器20和/或圖像處理器22所使用的任何聚束器參數(shù)都可以是對(duì)相干因子處理器18所計(jì)算的相干因子敏感的。通過(guò)產(chǎn)生隨相干因子而變的圖像，例如產(chǎn)生代表相干因子的圖像，就可以附加地或可供選擇地提供自適應(yīng)成像。
將圖像數(shù)據(jù)輸出到圖像處理器22。圖像處理器22可以用來(lái)設(shè)定顯示動(dòng)態(tài)范圍，使用線性或非線性濾波器(可以是FIR或IIR或基于表格)進(jìn)行空間和時(shí)間濾波，并將信號(hào)幅度作為線性或非線性映像的函數(shù)映像到顯示數(shù)值。非線性映像可以使用任何一種輸入，例如在選擇相應(yīng)的亮度時(shí)輸入的已濾波或未濾波的數(shù)據(jù)版本?？梢暂斎胗糜趯?duì)比度的優(yōu)化的數(shù)據(jù)，同時(shí)優(yōu)化用于空間分辨率的相同或類(lèi)似的數(shù)據(jù)。然后輸入數(shù)據(jù)用來(lái)選擇亮度或顯示強(qiáng)度。圖像處理器22掃描轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并以顯示器24上的一維、二維或三維表示的形式輸出所述數(shù)據(jù)。由于隨相干因子而變地選擇或改變聚束參數(shù)、圖像形成參數(shù)、動(dòng)態(tài)范圍、非線性映像、非線性濾波或它們的組合之一，所以結(jié)果圖像就可能顯示所需的目標(biāo)而沒(méi)有來(lái)自旁瓣貢獻(xiàn)的失真。例如，相干因子用來(lái)自適應(yīng)地改變用于隨后成像的參數(shù)，例如應(yīng)用相干因子來(lái)調(diào)節(jié)聚束參數(shù)的像差校正，以及調(diào)節(jié)由圖像形成處理器20所進(jìn)行的合成和混合的類(lèi)型和數(shù)量。在另一實(shí)施例中，圖像處理器22產(chǎn)生代表相干因子的圖像，例如調(diào)制作為相干因子的函數(shù)的色彩、色調(diào)、亮度、陰影或其它成像數(shù)據(jù)。
圖2示出用于自適應(yīng)超聲成像的方法。所述方法由圖1的系統(tǒng)10或不同的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。此外，可以提供不同的或較少的動(dòng)作。例如，可以不提供動(dòng)作48、50和/或54。作為另一實(shí)例，提供用于確定通道數(shù)據(jù)的相干因子的附加的或可供選擇的動(dòng)作，如在美國(guó)專(zhuān)利No.(2004年3月31日提交的申請(qǐng)序列號(hào)10/814,959)中所公開(kāi)的，所述專(zhuān)利公開(kāi)內(nèi)容已作為參考包括在本文內(nèi)。從響應(yīng)不同參數(shù)值而獲取的兩個(gè)或兩個(gè)以上以上數(shù)據(jù)集來(lái)確定通道或圖像數(shù)據(jù)的相干因子。
在動(dòng)作40，獲取兩個(gè)或兩個(gè)以上圖像域數(shù)據(jù)幀。在一個(gè)實(shí)施例中，響應(yīng)各自的寬發(fā)射波束的傳輸而獲取每個(gè)圖像域數(shù)據(jù)幀。每個(gè)寬發(fā)射波束覆蓋掃描區(qū)域上的大部分二維平面?；蛘?，覆蓋較少的區(qū)域。單一寬發(fā)射波束可以允許形成整個(gè)所關(guān)注區(qū)域的圖像，得到高幀速率?；蛘?，對(duì)不同區(qū)域的多次傳輸掃描整個(gè)所關(guān)注區(qū)域。所述掃描用于二維或三維成像。寬發(fā)射波束可以沿二維或三維延伸。
對(duì)傳輸作出響應(yīng)而接收通道數(shù)據(jù)。對(duì)于多個(gè)位置中每個(gè)位置，通過(guò)把來(lái)自接收孔徑的每個(gè)元件的通道數(shù)據(jù)總加在一起來(lái)形成圖像域數(shù)據(jù)幀。或者，對(duì)通道數(shù)據(jù)施加諸如傅立葉變換等變換或其它過(guò)程，以產(chǎn)生代表掃描區(qū)域空間位置的圖像數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)包括代表掃描區(qū)域中多個(gè)位置的數(shù)值。數(shù)據(jù)幀包括與特定掃描或掃描組合相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)幀包括代表所關(guān)注區(qū)域的數(shù)據(jù)，不論所述數(shù)據(jù)是否以幀格式傳輸。
可以使用部分聚束或波束總和。例如，提供具有多維換能器陣列的子陣列聚束來(lái)限制將陣列連接到成像系統(tǒng)的電纜數(shù)。把每個(gè)子陣列的部分波束總和數(shù)據(jù)作為通道數(shù)據(jù)對(duì)待。將通道數(shù)據(jù)聚束在一起，以便從圖像域數(shù)據(jù)中確定相干因子?；蛘?，將部分波束總和用作通道數(shù)據(jù)，以便確定通道域中的相干因子。
所述獲得的圖像數(shù)據(jù)包括相位信息。圖像數(shù)據(jù)是射頻(RF)或同相和正交(IQ)格式。每個(gè)圖像數(shù)據(jù)集或幀可以用數(shù)學(xué)表示為Sn(x，y)，式中(x，y)是圖像中的一點(diǎn)，n代表具體的發(fā)射和接收函數(shù)設(shè)置。
不同的圖像數(shù)據(jù)集或幀對(duì)不同的發(fā)射孔徑函數(shù)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)、接收濾波函數(shù)或它們的組合作出響應(yīng)。參數(shù)或函數(shù)設(shè)定值的不同在于空間、時(shí)間或空間和時(shí)間二者。例如，發(fā)射孔徑函數(shù)作為不同位置上虛擬點(diǎn)源的函數(shù)而改變。利用以相對(duì)于陣列的第一角度發(fā)送的寬發(fā)射波束來(lái)獲得第一圖像數(shù)據(jù)集，而利用以相對(duì)于陣列的第二且不同的角度發(fā)送的寬發(fā)射波束來(lái)獲得第二圖像數(shù)據(jù)集。在一個(gè)實(shí)施例中，在-10到10度的平面波入射角的情況下以2度的間隔獲得11個(gè)分圖像或數(shù)據(jù)幀。作為另一個(gè)實(shí)例，改變接收孔徑函數(shù)，以便使用陣列的不同部分或變跡。在獲取兩個(gè)或兩個(gè)以上不同圖像數(shù)據(jù)集之間改變接收孔徑形狀或位置。作為又一個(gè)實(shí)例，在時(shí)間上改變接收孔徑函數(shù)。在不同于第二數(shù)據(jù)幀的頻帶上獲取第一數(shù)據(jù)幀，例如，基頻帶用于一個(gè)數(shù)據(jù)集，而諧波頻帶用于另一數(shù)據(jù)集。作為另一個(gè)實(shí)例，在空間上改變接收濾波。沿不同于第二數(shù)據(jù)幀的觀看方向或?yàn)V波方向獲取第一數(shù)據(jù)幀?？梢栽趦蓚€(gè)或兩個(gè)以上分?jǐn)?shù)據(jù)幀的獲取過(guò)程之間調(diào)節(jié)或改變其它函數(shù)、參數(shù)、變量或設(shè)定值。
所獲得的數(shù)據(jù)集代表二維圖像或區(qū)域。也可以使用代表三維圖像或體積的數(shù)據(jù)集。
在動(dòng)作42，檢測(cè)相干圖像數(shù)據(jù)幀。檢測(cè)信號(hào)的幅度、強(qiáng)度、功率或其它特性?？梢栽趯?duì)數(shù)域中進(jìn)行檢測(cè)，或者不進(jìn)行對(duì)數(shù)壓縮。幅度檢測(cè)可以用多種方式進(jìn)行，例如使用Hilbert變換，或沿鈾向解調(diào)IQ信號(hào)并利用 作為幅度。檢測(cè)過(guò)程消除了相位信息，得到非相干數(shù)據(jù)。
在動(dòng)作44，總加兩個(gè)或兩個(gè)以上圖像域數(shù)據(jù)幀。對(duì)代表相同或基本上相同位置的數(shù)值進(jìn)行相干總加。保持?jǐn)?shù)據(jù)之間的相位關(guān)系。分圖像的相干總加產(chǎn)生相干圖像S(x,y)=1NΣn=1NSn(x,y)]]>所述總加是求平均值、真實(shí)總加、加權(quán)總加或另一個(gè)組合函數(shù)。也可以提供線性或非線性組合。
在動(dòng)作46，再次總加兩個(gè)或兩個(gè)以上圖像域數(shù)據(jù)幀。對(duì)代表相同或基本上相同位置的數(shù)值進(jìn)行非相干總加。對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)或非相干數(shù)據(jù)進(jìn)行總加，例如對(duì)幅度、強(qiáng)度或?qū)?shù)域進(jìn)行總加。在動(dòng)作46，利用在動(dòng)作44中所用的相同數(shù)據(jù)集，但要進(jìn)行檢測(cè)，或用不同的數(shù)據(jù)集。在動(dòng)作42中的幅度檢測(cè)提供了非相干圖像數(shù)據(jù)幀An(x，y)。將成分幅度圖像總加在一起A(x,y)=1nΣn=1NAn(x,y)]]>所述總加是求平均值、真實(shí)總加、加權(quán)總加或另一個(gè)組合函數(shù)。也可提供線性或非線性組合。
在動(dòng)作48，相干總加的圖像域數(shù)據(jù)進(jìn)行幅度檢測(cè)。所述檢測(cè)與動(dòng)作42中所進(jìn)行的檢測(cè)相同或不同。所述檢測(cè)以同樣的格式提供動(dòng)作44輸出的圖像域數(shù)據(jù)，或者再經(jīng)過(guò)與動(dòng)作46輸出的圖像域數(shù)據(jù)類(lèi)似的過(guò)程。由于與非相干總加相反的相干總加的緣故，數(shù)據(jù)是不同的。
在動(dòng)作50，在確定相干因子之前進(jìn)行附加的任選的操作。例如，相干總加和非相干總加的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行平方運(yùn)算。
在動(dòng)作52，確定作為第一和第二數(shù)據(jù)集或來(lái)自第一和第二幀的圖像域數(shù)據(jù)集的函數(shù)的相干因子。對(duì)于多個(gè)位置(例如所關(guān)注的整個(gè)掃描區(qū))中的每個(gè)位置確定相干因子值?；蛘撸?jì)算單個(gè)相干因子值。在又一個(gè)實(shí)施例中，從代表不止一個(gè)空間位置的數(shù)據(jù)分別計(jì)算一個(gè)或多個(gè)相干因子值。
計(jì)算作為相干總加與非相干總加的函數(shù)的相干因子。例如，相干因子是相干總加能量對(duì)非相干總加能量之比。假設(shè)B(x，y)是對(duì)S(x，y)的幅度檢測(cè)的結(jié)果，按照以下公式計(jì)算相干因子CFID(x,y)=B2(x,y)A2(x,y)]]>式中B是相干幅度而A是非相干幅度。相干因子在0到1的范圍內(nèi)。也可以使用計(jì)算圖像數(shù)據(jù)相干性的其它函數(shù)，例如在不求幅度平方值的情況下進(jìn)行計(jì)算或作為對(duì)數(shù)域中的差值來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
相干圖像B(x，y)通常具有比非相干圖像A(x，y)更高的橫向分辨率和更大的斑點(diǎn)差異。可以在動(dòng)作54中使代表不同空間位置(相干因子圖像)的相干因子值的幅度變化平滑?？臻g低通濾波可以抑制或限制相干因子圖像中的斑點(diǎn)。濾波后的相干因子圖像可以用來(lái)修改其它圖像而不會(huì)引入或增強(qiáng)斑點(diǎn)。低通濾波還局部地求相干因子的平均值，以便改進(jìn)精確度，并減小所計(jì)算的相干因子的偏差。
相干因子(不論來(lái)自通道還是圖像域計(jì)算)用于產(chǎn)生信息。例如，以相干因子的函數(shù)的形式調(diào)節(jié)發(fā)射或接收參數(shù)，如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)(2004年3月31日提交的申請(qǐng)序列號(hào)10/814,959)中所公開(kāi)的。相干因子圖像用于修改隨后的圖像形成。例如，部分波束總和信號(hào)用于計(jì)算基于通道的相干性。然后相干因子用來(lái)改變發(fā)射或接收聚束或?yàn)V波函數(shù)。
相干因子信息或圖像可以用來(lái)對(duì)以下信息進(jìn)行加權(quán)或修改分圖像、相干總加圖像、非相干總加圖像、隨后的圖像信息、利用寬或聚焦的發(fā)射波束單獨(dú)獲取的圖像、它們的組合或其它圖像信息。以相干因子的函數(shù)的形式調(diào)制所檢測(cè)的數(shù)據(jù)的亮度、色彩、色調(diào)、陰影或它們的組合。例如，可以在線性幅度域進(jìn)行所述加權(quán)O(x，y)＝I(x，y)xf[CFID(x，y)]式中f(u)通常是某個(gè)非線性函數(shù)，I(x，y)是輸入圖像，O(x，y)是輸出圖像。如果f(u)＝u，則所述操作與每個(gè)圖像位置上的相干因子成正比地減小圖像幅度。f(u)的閾函數(shù)可以限制增益抑制的動(dòng)態(tài)范圍。
非相干總加(混合)可以抑制斑點(diǎn)并改進(jìn)邊界描繪。借助于可能不同的接收孔徑選擇方案(例如部分重疊的子孔徑)利用不同的發(fā)射控制來(lái)形成分圖像。利用對(duì)應(yīng)于每個(gè)發(fā)射/接收孔徑方案的分圖像來(lái)計(jì)算相干因子信息。所述相干因子圖像可以用來(lái)調(diào)制混合圖像的亮度或色彩。
除了相干和非相干圖像外，還可從各個(gè)分圖像形成復(fù)合圖像。將一些分圖像相干總加在一起，然后對(duì)總和進(jìn)行非相干總加。一般來(lái)說(shuō)，分圖像相干總加有助于改進(jìn)橫向分辨率和在圖像形成時(shí)提供冗余，有助于減少各種來(lái)源的雜波。圖像非相干總加有助于減少斑點(diǎn)。換能器和組織的移動(dòng)都很有限，所以在獲取各個(gè)分圖像時(shí)的移動(dòng)和聲波波長(zhǎng)相比都很小。
在一個(gè)實(shí)施例中，隨相干因子而變地顯示圖像。相干因子信息或圖像函數(shù)和灰度級(jí)圖像一起顯示。例如，將相干因子的色彩疊加顯示在灰度級(jí)B型圖像的上面。這就將相干因子圖像記錄到灰度級(jí)圖像上，并有助于識(shí)別在波傳播中哪一部分組織引入了較多的不均一性。
在另一實(shí)施例中，將作為相干因子的函數(shù)的第一和第二數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)幀進(jìn)行混合。相干因子或相干因子的函數(shù)用來(lái)選擇性地將兩個(gè)圖像混合在一起以便產(chǎn)生輸出圖像。例如，兩個(gè)輸入圖像是相干總加的圖像和非相干總加的圖像。相干因子確定在組合這些總加的圖像時(shí)的相對(duì)權(quán)重。如果相干性高，就賦予非相干總加的成像信息更重的權(quán)重。另一實(shí)例是將相干圖像和該相干圖像的低通濾波的版本作為相干因子的函數(shù)加以混合。
一個(gè)區(qū)域上相干因子的空間平均表示組織像差的程度。像差程度用作圖像質(zhì)量指標(biāo)，所述指標(biāo)在診斷時(shí)可以提供有用的信息。例如，在胸部成像時(shí)，如果患者的圖像具有較低的平均相干因子，則成像的組織可能更不均一。不均一的組織可能與組織病理有關(guān)。在人體模型研究中發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有像差時(shí)相干因子的平均值為0.61，而在有像差時(shí)為0.41。
在組織像差嚴(yán)重的地方，在所述位置以及遠(yuǎn)離發(fā)射孔徑的所有隨后的其它位置的分圖像樣本更可能是異相的。在這些位置上會(huì)有較低的相干因子值。沿聲透射角的相干因子信息的微商近似于局部組織像差的程度。在沒(méi)有所述微商的情況下，相干因子信息是沿聲透射路徑積分的像差的度量。
雖然已參閱各種實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了說(shuō)明，但是應(yīng)理解可以進(jìn)行許多變化和修改而不會(huì)背離本發(fā)明的范圍。所以上述詳細(xì)說(shuō)明應(yīng)認(rèn)為是說(shuō)明性的而非限制性的，且應(yīng)理解，以下權(quán)利要求書(shū)(包括所有的等效物)旨在限定義本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于自適應(yīng)超聲成像的方法，所述方法包括獲得(40)至少第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀，所述第一和第二幀都代表掃描區(qū)域中的多個(gè)位置；從所述第一和第二幀確定(52)作為所述圖像域數(shù)據(jù)的函數(shù)的相干因子；以及產(chǎn)生作為所述相干因子函數(shù)的信息，所述信息包括圖像數(shù)據(jù)、聚束參數(shù)、圖像形成參數(shù)、圖像處理參數(shù)或它們的組合。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中獲得(40)所述第一和第二幀的步驟包括分別發(fā)射第一和第二寬發(fā)射波束，所述第一和第二寬發(fā)射波束中的每一個(gè)覆蓋所述掃描區(qū)域上二維平面或三維體積的重疊區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中獲得(40)所述第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀的步驟包括對(duì)所述多個(gè)位置中的每一個(gè)位置將來(lái)自接收孔徑每個(gè)元件的通道數(shù)據(jù)總加在一起，所述總加的通道數(shù)據(jù)為圖像域數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中獲得(40)所述第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀的步驟包括從通道數(shù)據(jù)作為傅立葉變換的函數(shù)形成(40)代表所述多個(gè)位置中每個(gè)位置的數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中獲得(40)所述第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀的步驟包括響應(yīng)不同于所述第二圖像域數(shù)據(jù)幀的發(fā)射孔徑函數(shù)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)、接收濾波函數(shù)或它們?cè)诳臻g、時(shí)間或空間和時(shí)間二者上的組合而獲得(40)所述第一圖像域數(shù)據(jù)幀。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中包括變跡和延遲分布的所述發(fā)射孔徑函數(shù)隨不同位置上虛擬點(diǎn)源的變化而變化。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中包括變跡和延遲分布的所述接收孔徑函數(shù)變化以便使用陣列的不同部分或變跡。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述接收濾波函數(shù)在時(shí)間上變化，所述變化可以用來(lái)以不同于所述第二數(shù)據(jù)幀的頻帶提供所述第一數(shù)據(jù)幀。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述接收濾波在空間上變化，所述變化可以用來(lái)沿不同于所述第二幀的觀看方向提供所述第一幀。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定(52)所述相干因子的步驟包括確定(52)所述多個(gè)位置中的每個(gè)位置的相干因子值。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定(52)所述相干因子的步驟包括將所述第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀相干總加(44)；對(duì)所述第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀進(jìn)行至少部分非相干總加(46)；計(jì)算(52)作為所述相干和非相干總和的函數(shù)的所述相干因子。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中非相干總加(46)包括幅度、強(qiáng)度或?qū)?shù)域的總加(46)。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生作為所述相干因子的函數(shù)的信息的步驟包括顯示隨所述多個(gè)位置中的每一個(gè)位置的所述相干因子而變的圖像。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生作為所述相干因子的函數(shù)的信息的步驟包括以所述相干因子的函數(shù)的形式修改所述第一數(shù)據(jù)幀、所述第二數(shù)據(jù)幀、第三數(shù)據(jù)幀、來(lái)自非相干總和的數(shù)據(jù)幀、來(lái)自相干總和的數(shù)據(jù)幀或它們的組合的亮度、色彩、色調(diào)或它們的組合。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生作為所述相干因子的函數(shù)的信息的步驟包括混合作為所述相干因子的函數(shù)的所述第一和第二數(shù)據(jù)幀。
16.一種用于自適應(yīng)超聲成像的方法，所述方法包括發(fā)射第一和第二寬發(fā)射波束；響應(yīng)所述第一和第二寬發(fā)射波束而分別獲得(40)第一和第二數(shù)據(jù)集，所述第一數(shù)據(jù)集是作為不同于所述第二數(shù)據(jù)集的發(fā)射孔徑函數(shù)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)、接收濾波函數(shù)或它們?cè)诳臻g、時(shí)間或空間和時(shí)間二者上的組合的函數(shù)而獲得的；以及確定(52)作為所述第一和第二數(shù)據(jù)集的函數(shù)的相干因子。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述相干因子是所述第一和第二數(shù)據(jù)集的相干總和能量對(duì)非相干總和能量之比。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中獲得(40)包括獲得(40)第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀，所述第一和第二幀都代表掃描區(qū)域中的多個(gè)位置。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中獲得(40)包括作為所述發(fā)射孔徑函數(shù)的函數(shù)而獲得(40)，對(duì)于所述第一和第二數(shù)據(jù)集，所述發(fā)射孔徑函數(shù)隨不同位置上虛擬點(diǎn)源的變化而變化。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中獲得(40)包括作為所述接收孔徑函數(shù)的函數(shù)而獲得(40)，對(duì)于所述第一和第二數(shù)據(jù)集，所述接收孔徑函數(shù)變化以便利用陣列的不同部分或變跡。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其中獲得(40)包括作為所述接收濾波函數(shù)的函數(shù)而獲得(40)，所述接收濾波函數(shù)在時(shí)間上變化，以便在不同于所述第二數(shù)據(jù)集的頻帶提供所述第一數(shù)據(jù)集。
22.如權(quán)利要求16所述的方法，其中獲得(40)包括作為所述接收濾波函數(shù)的函數(shù)而獲得(40)，所述接收濾波函數(shù)在空間上變化，以便沿不同于所述第二數(shù)據(jù)集的觀看方向提供所述第一數(shù)據(jù)集。
23.如權(quán)利要求16所述的方法，其中確定(52)所述相干因子的步驟包括將所述第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀相干總加(44)；對(duì)所述第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀進(jìn)行至少部分非相干總加(46)；計(jì)算(52)作為所述相干和非相干總和的函數(shù)的所述相干因子。
24.如權(quán)利要求16所述的方法，其中還包括顯示作為所述相干因子函數(shù)的圖像。
25.如權(quán)利要求16所述的方法，其中還包括作為所述相干因子的函數(shù)而修改圖像亮度、色彩、色調(diào)、陰影或它們的組合。
26.如權(quán)利要求16所述的方法，其中還包括將隨所述相干因子而變地加權(quán)的所述第一和第二數(shù)據(jù)集混合起來(lái)。
27.如權(quán)利要求16所述的方法，其中獲得(40)包括形成多個(gè)部分波束總和，并且其中確定所述相干因子包括確定作為所述部分波束總和的函數(shù)的所述相干因子。
全文摘要
從物體中獲得一組NxM信號(hào)，其中N是陣列(12)元件數(shù)，M對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)獲取和/或處理參數(shù)的變化。所述參數(shù)包括空間和/或時(shí)間上的發(fā)射孔徑函數(shù)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)以及接收濾波函數(shù)。以相干總和(44)的能量與利用至少一個(gè)不同參數(shù)獲得的通道或圖像信號(hào)的至少部分非相干總和(46)的能量之比的形式來(lái)計(jì)算相干因子。部分聚束數(shù)據(jù)可以用于通道相干性計(jì)算。為求圖像域相干性，對(duì)于每個(gè)不同的發(fā)射波束或接收孔徑函數(shù)形成分圖像(40)，利用所述分圖像集計(jì)算相干因子圖像。顯示相干因子圖像或?qū)⑵溆脕?lái)修改或混合在同一區(qū)域中形成的其它圖像。
文檔編號(hào)G03B42/00GK1817309SQ20061000463
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月27日
發(fā)明者D·－L·D·劉, C·E·布拉德利, L·J·托馬斯, J·C·拉津比, K·F·烏斯圖納 申請(qǐng)人:美國(guó)西門(mén)子醫(yī)療解決公司