本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種面向像素處理的超聲成像系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中產(chǎn)生聲學(xué)信號，在多個接收元素處接收來自于聲學(xué)信號的回波，從而得到隨后被存儲的回波信號，將給定像素映射至存儲的信號的區(qū)域內(nèi)，將存儲的回波信號的映射區(qū)域組織到用于給定像素的陣列內(nèi)，然后處理陣列，以產(chǎn)生用于給定像素的信號響應(yīng)，從而得到用于給定像素的聲學(xué)信息。本系統(tǒng)可在用于商業(yè)PC主板的插件卡上完全實現(xiàn)。可執(zhí)行本系統(tǒng)和方法以用于面向像素或面向體素的圖像處理和顯示，從而消除中間數(shù)據(jù)計算并使軟件處理方法能夠被廣泛應(yīng)用。其優(yōu)點包括改進的信號動態(tài)范圍的采集，用于高幀速率的2D、3D以及多普勒血流成像的靈活的采集模式。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及超聲成像結(jié)構(gòu)，更具體地，涉及利用面向像素處理技術(shù)捕獲和處理超聲數(shù)據(jù)并由超聲數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖像的系統(tǒng)和方法。
技術(shù)介紹
超聲成像已經(jīng)發(fā)展成為用于診斷多種疾病狀態(tài)和情況的有效工具。由于圖像質(zhì)量和區(qū)分各類組織的性能的提高，近年來超聲設(shè)備的市場穩(wěn)步增長。遺憾的是，超聲系統(tǒng)的許多應(yīng)用的設(shè)備成本對于重要應(yīng)用而言仍過高。應(yīng)用范圍例如乳腺癌檢測、前列腺成像、肌肉與骨骼成像以及介入放射學(xué)。在上述及其他范圍內(nèi)，超聲成像的診斷功效依賴于對于各種組織類型的區(qū)分和鑒別的良好的空間和對比度分辨率。這些性能只基于具有更強的處理能力的更為昂貴的超聲系統(tǒng)。超聲成像通常需要大范圍的信號和圖像處理方法，特別是對于采用128個或更多變換器(transducer)元素的陣列系統(tǒng)，每個元素均具有獨特的信號處理要求。近十年來見證了這樣的轉(zhuǎn)變，即除了市場最低等級的系統(tǒng)以外，幾乎所有系統(tǒng)中的數(shù)字信號處理的精確性和靈活性均得到了改進。從長遠觀點來看，通過利用高度集成的數(shù)字電路，此轉(zhuǎn)變具有降低系統(tǒng)成本的潛力。遺憾的是，超聲系統(tǒng)的低產(chǎn)量導(dǎo)致了這些獨特電路的基本費用和固定成本，因此數(shù)字信號處理的轉(zhuǎn)變并沒有明顯地降低系統(tǒng)成本。盡管超聲系統(tǒng)已經(jīng)逐漸采用數(shù)字處理技術(shù)，但是超聲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對于其模擬相應(yīng)部分并沒有明顯改變。市場上幾乎當前所有的系統(tǒng)均采用模塊“流通式”結(jié)構(gòu)，如圖1A、圖1B所示，信號和數(shù)據(jù)從一個模塊流動到下一個模塊。這是處理相當復(fù)雜的超聲圖像形成和處理的固有方法，其允許不同的開發(fā)團隊針對個別模塊略微獨立地工作。圖1A示出了三種典型地由超聲系統(tǒng)完成的信息處理，即，用于普通二維(2D)成像的回波圖像處理、用于血液流速測量的多普勒處理以及用于血流實時成像的彩色流動圖像處理。流通式結(jié)構(gòu)的一個主要缺點在于，每個模塊必須等待來自之前模塊的輸入數(shù)據(jù)才能進行自身的處理。然后，模塊必須將其結(jié)果傳遞到下一個模塊。即便在圖1A所示的方塊內(nèi)也具有許多被連續(xù)執(zhí)行的單獨處理步驟。因為系統(tǒng)處理速度由鏈中最慢的處理功能決定，所以所有的處理塊都必須以最小的反應(yīng)時間高速運行，以使得當移動掃描頭時，不會在觀察顯示器上出現(xiàn)的圖像時產(chǎn)生延遲。所述流通式結(jié)構(gòu)的另一個缺點在于其造成了資源的低效使用。大多數(shù)超聲測驗主要只用2D回波成像完成，只是偶爾利用多普勒血液流速測量或彩色流動成像。這意味著需要實現(xiàn)這些功能的復(fù)雜而昂貴的硬件處理模塊在大部分時間內(nèi)處于閑置狀態(tài)，這是因為它們不能應(yīng)用于其他任務(wù)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)公開的實施方案涉及超聲成像方法和系統(tǒng)，其以在商業(yè)CPU上執(zhí)行的軟件方式進行所有的信號處理和圖像形成。在本方法中所需的適當?shù)亩ㄖ朴布糜诼晫W(xué)脈沖和數(shù)據(jù)采集的傳輸以及從變換器接收到的信號的信號調(diào)節(jié)。為了實現(xiàn)此目標，需要根本改變超聲系統(tǒng)的處理結(jié)構(gòu)，以減少成像所需的處理步驟的數(shù)量并消除系統(tǒng)等待時間。還需要最大限度地利用CPU的處理資源，以達到所期望的處理能力。作為重要的益處，新式的結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)動態(tài)范圍有所改進，這使得在低成本的掃描頭設(shè)計中利用新的變換器材料成為可能。此外，也有可能采用新的采集模式，這可提供重要的新診斷信息。通過基于商業(yè)計算機主板的設(shè)計，本專利技術(shù)公開的基于軟件的超聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對來自于計算機行業(yè)的大容量、低成本處理技術(shù)起到杠桿作用。盡管當前某些超聲系統(tǒng)將計算機主板并入其設(shè)計中，但是計算機僅用于用戶界面和某些系統(tǒng)控制，并且不參與任何實時處理任務(wù)。在本專利技術(shù)公開的結(jié)構(gòu)中，計算機主板代替了幾乎全部現(xiàn)有的硬件，而不是作為現(xiàn)有硬件的補充。基于軟件方式的本系統(tǒng)，在用途廣泛的平臺上以盡可能低的系統(tǒng)成本提供了靈活的、高性能的成像系統(tǒng)。本方法無需定制的集成電路，從而降低了系統(tǒng)復(fù)雜性并減少了進入市場的時間。此外，因為計算機行業(yè)實現(xiàn)了 CPU處理能力的進一步提升，所以它們可容易地被本系統(tǒng)采用，從而提高成像性能或提供新的操作模式和信息提取模式。基于軟件的超聲結(jié)構(gòu)的成功實現(xiàn)表明了超聲系統(tǒng)在性價比方面的市場突破。推測起來，這能夠顯著地提高超聲在對成本較敏感的應(yīng)用中的使用范圍，這些對于診斷功效要求較高的圖像分辨率和組織區(qū)分度。另外，較低的系統(tǒng)成本和處理的靈活性應(yīng)該會打開此前超聲并未扮演重要角色的新的專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)本專利技術(shù)的一個實施方案，提供了一種超聲處理方法，其包括:產(chǎn)生聲學(xué)信號；在多個接收元素處接收所述聲學(xué)信號的至少一個回波，并由所述回波得到回波信號；存儲來自于每個所述多個接收元素的每個回波信號；將給定像素映射至所存儲的回波信號的區(qū)域內(nèi)；將所存儲的回波信號的映射區(qū)域組織到用于所述給定像素的陣列內(nèi)；處理所述陣列，以產(chǎn)生用于所述給定像素的信號響應(yīng)；以及利用所述信號響應(yīng)得到用于所述給定像素的聲學(xué)信息。根據(jù)上述實施方案的另一個方面，提供初始步驟，其包括產(chǎn)生一組給定像素，所述給定像素被選為呈現(xiàn)出產(chǎn)生所述聲學(xué)信號的變換器的視場內(nèi)的區(qū)域，其中所述陣列組中的均勻給定像素相對于所述多個接收元素具有已知的空間關(guān)系。優(yōu)選地，該方法還包括由用于所述陣列中的給定像素的所述聲學(xué)信息產(chǎn)生圖像。根據(jù)上述實施方案 的另一個方面，可將聲學(xué)信息用于一下的一個或多個用于，但并不僅限于此，包括:測量并顯示空間數(shù)據(jù)，測量并顯示時間數(shù)據(jù)，測量并顯示血流數(shù)據(jù)，以及測量并顯示對由聲學(xué)信號或聲學(xué)傳輸波引起的感應(yīng)機械位移進行響應(yīng)的組織位移。根據(jù)上述實施方案的另一個方面，本方法包括產(chǎn)生多個聲學(xué)信號，接收來自于所述多個聲學(xué)信號的回波，以及對多重產(chǎn)生和接收循環(huán)上的所述接收到的回波進行組合以增強由所述回波得到的聲學(xué)信息。根據(jù)上述實施方案的另一個方面，對所存儲的回波信號進行組合及平均。此外，所述信號響應(yīng)包括所存儲的回波信號的平均。根據(jù)上述實施方案的另一個方面，所述方法包括對所述陣列的多重處理結(jié)果進行組合以得到增強的聲學(xué)信息。根據(jù)上述實施方案的另一個方面，所述增強的聲學(xué)信息包括提高最終圖像的對比度分辨率的空間復(fù)合。此外，所述組合的信號代表了與移動組織或移動血液細胞相關(guān)聯(lián)的多普勒信息。根據(jù)上述實施方案的另一個方面，回波信號的接收、得到以及存儲以高于處理所述陣列的速率進行。根據(jù)本專利技術(shù)的另一個實施方案,提供了一種超聲處理方法,其包括:產(chǎn)生聲學(xué)信號;在多個接收元素處接收所述聲學(xué)信號的至少一個回波，并由所述回波得到回波信號；存儲來自于每個所述多個接收元素的每個回波信號；將給定體素映射至所存儲的回波信號的區(qū)域內(nèi)；將所存儲的回波信號的映射區(qū)域組織到用于所述給定體素的陣列內(nèi)；處理所述陣列，以產(chǎn)生用于所述給定體素的信號響應(yīng)；以及利用所述信號響應(yīng)得到用于所述給定體素的三維聲學(xué)信息。根據(jù)上述實施方案的另一個方面，上述第一實施方案的所有所述特征都適用于本專利技術(shù)的第二實施方案。根據(jù)本專利技術(shù)的另一個實施方案，提供了一種處理聲學(xué)回波的方法，其包括:存儲從多個接收元素接收的聲學(xué)回波信號；將給定像素映射至所存儲的回波信號的區(qū)域內(nèi)；將所存儲的回波信號的映射區(qū)域組織到用于所述給定像素的陣列內(nèi)；對所述陣列進行操作以產(chǎn)生用于所述給定像素的信號響應(yīng)；以及利用所述信號響應(yīng)得到用于所述給定像素的聲學(xué)信肩、O根據(jù)本專利技術(shù)的另一個實施方案，提供了一種超聲處理系統(tǒng)，其包括:模塊，其適于產(chǎn)生聲學(xué)信號，在所述模塊中的多個接收元素處接收所述聲學(xué)信號的至少一個回波，并且由所述回波得到多個回波信號；以及用于處理的裝置，其與所述模塊相聯(lián)系本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種超聲處理方法，包括：通過超聲變換器傳輸聲學(xué)脈沖；在所述超聲變換器上的多個接收元素的每一個接收元素處接收所述聲學(xué)脈沖的至少一個回波，并從每個接收元素得到回波信號；將所述回波信號中的每一個回波信號組織及存儲到單獨的數(shù)據(jù)組陣列中，所述單獨的數(shù)據(jù)組陣列組織成列并足以產(chǎn)生圖像幀或一部分圖像幀，其中，每個數(shù)據(jù)組陣列的每一列表示從相應(yīng)的變換器元素獲得的回波信號；從顯示器中的一組像素或體素中將給定的像素或體素映射到一個或多個數(shù)據(jù)組陣列的所述存儲的回波信號的區(qū)域中；將所述存儲的回波信號的映射區(qū)域組織到用于所述給定像素或體素的矩陣內(nèi)；利用矩陣運算處理所述存儲的回波信號的映射區(qū)域的矩陣，以產(chǎn)生用于所述給定像素或體素的信號響應(yīng)；以及利用所述信號響應(yīng)得到用于所述給定像素或體素的聲學(xué)信息。
【技術(shù)特征摘要】
2005.04.14 US 60/671,4161.一種超聲處理方法,包括: 通過超聲變換器傳輸聲學(xué)脈沖； 在所述超聲變換器上的多個接收元素的每一個接收元素處接收所述聲學(xué)脈沖的至少一個回波，并從每個接收元素得到回波信號； 將所述回波信號中的每一個回波信號組織及存儲到單獨的數(shù)據(jù)組陣列中，所述單獨的數(shù)據(jù)組陣列組織成列并足以產(chǎn)生圖像幀或一部分圖像幀，其中，每個數(shù)據(jù)組陣列的每一列表示從相應(yīng)的變換器元素獲得的回波信號； 從顯示器中的一組像素或體素中將給定的像素或體素映射到一個或多個數(shù)據(jù)組陣列的所述存儲的回波信號的區(qū)域中； 將所述存儲的回波信號的映射區(qū)域組織到用于所述給定像素或體素的矩陣內(nèi)； 利用矩陣運算處理所述存儲的回波信號的映射區(qū)域的矩陣，以產(chǎn)生用于所述給定像素或體素的信號響應(yīng)；以及 利用所述信號響應(yīng)得到用于所述給定像素或體素的聲學(xué)信息。2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定表示所述變換器的視場中產(chǎn)生聲學(xué)信號的區(qū)域的一組像素或體素的初始步驟，其中，所述一組像素或體素中的每個像素或體素相對于所述多個接收元素具有已知的空間關(guān)系。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述一組像素或體素構(gòu)成顯示裝置上的單個像素列或體素列，所述單個像素列或體素列被配置成產(chǎn)生圖像、時間-運動或光譜多普勒信息。4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述傳輸步驟包括傳輸所述聲學(xué)脈沖以照明整個視場，所述處理步驟包括為每個傳輸?shù)穆晫W(xué)脈沖產(chǎn)生所述變換器的視場的完整圖像。5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括使用所述信號響應(yīng)跟蹤并顯示剪切波的傳播以及提供組織力學(xué)和彈性性質(zhì)的信息。6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將傳輸聲學(xué)脈沖、接收回波、從所接收的回波獲得回波信號、將所述回波信號存儲至數(shù)據(jù)組陣列、以及映射并處理所述回波信號以獲得像素或體素信號的多個循環(huán)的結(jié)果組合以得到增強的聲學(xué)信息。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述傳輸步驟包括將所述聲學(xué)脈沖傳輸至媒介，所述媒介具有低于導(dǎo)致微泡破壞的強度的功率水平，所述處理步驟包括將來自傳輸聲學(xué)脈沖、接收回波、獲得回波信號、將所述回波信號存儲至數(shù)據(jù)組陣列、以及映射并處理所述回波信號的多個循環(huán)的回波信號組合以檢測媒介中的微泡對比劑。8.如權(quán)利要求7所述的 方法，其中，所述傳輸步驟包括使用不同的傳輸頻率傳輸所述聲學(xué)脈沖，所述處理步驟包括處理所述回波信號的多個循環(huán)以提高用于顯示的最終圖像的對比度分辨率。9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述傳輸步驟包括傳輸以不同角度轉(zhuǎn)向的聲學(xué)脈沖，所述處理步驟包括處理復(fù)雜回波信號的多個循環(huán)以提高用于顯示的最終圖像的空間分辨率和對比度分辨率。10.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所接收的回波以比處理...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅納德·埃爾文·戴格爾，
申請(專利權(quán))人：維拉聲學(xué)公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。