超聲診斷儀的空間複合成像方法

2023-09-13 01:09:55

專利名稱：超聲診斷儀的空間複合成像方法
技術領域：
本發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複合成像方法。
背景技術：
超聲診斷儀將超聲檢測技術應用於人體，通過測量來了解生理組織結構的數據和形態，以達到發現疾病的目的。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，然後產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，然後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，由於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，使得圖像很容易產生顆粒感，也就是所謂的斑點噪聲，其在圖像上表現為出現明暗交替的斑紋。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生作出正確的診斷結論。斑點噪聲的產生取決於很多的系統參數，包括發射頻率、接收頻率、帶寬、偏轉角等因素，對於上述問題，目前在超聲診斷設備上，利用空間複合技術來抑制斑點噪聲進而提高組織解析度。由於斑點噪聲抑制的程度取決於複合中各個單獨斑點噪聲之間的相關性， 即用於複合的各幀圖像中的斑點噪聲之間的相關性越低，得到複合後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，若想儘可能地減小斑點噪聲，則要產生兩個互不相關的斑點噪聲，進一步則要求用於複合的兩幀圖像的偏轉角度必須是不相同的。現有空間複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圖像實時複合成一幅圖像，以達到提高邊界的界定、增強對比解析度以及增加穿刺針的顯現等目的。但是，目前的空間複合技術存在以下問題以傳統的三幀圖像複合為例，接收頻率相同但偏轉角度不同的三幀圖像進行複合後會出現有些複合區域有三幀圖像進行複合，而有的區域只有兩幀圖像進行複合，這樣做使得三幀圖像重疊區域的圖像質量較好，而其他區域質量相對較差，這意味著該區域的斑點噪聲不能夠得到最大限度的抑制，其複合後在圖像上表現為會出現一側向左邊傾斜一側向右邊傾斜的偽邊界，使得複合後的整體圖像中間出現一個圖像質量較好的倒梯形區域，兩側有兩個複合效果不好的三角形區域。可見，上述傳統的空間複合方法並沒有使圖像整體的質量得到改善。針對上述問題，需要進一步採取措施儘可能在最大程度上減少斑點噪聲，以得到對比解析度高、連續性好的超聲成像。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種超聲診斷儀的空間複合成像方法，從而儘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解析度，進而得到優質的超聲成像。為達到上述目的，本發明提供的一種超聲診斷儀的空間複合成像方法如下。所述超聲診斷儀包括有超聲探頭，超聲探頭內置M個實質發射單元，其中包含K個有效發射單兀。1、利用所述M個實質發射單元發射並接收具有第一偏轉角度的掃描線，形成第一子幀圖像；2、於超聲探頭內設置N個虛擬單元，利用所述K個有效發射單元以及N個虛擬發射單元組合發射並接收具有不同於第一偏轉角度的掃描線，形成至少一個其他子幀圖像； 優選N彡K ；3、將所述第一子幀圖像和其他子幀圖像進行複合產生複合圖像。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於第一偏轉角度，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於第一子幀圖像的偏轉角度呈反方向。所述K個有效發射單元以及N個虛擬發射單元組合發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。超聲探頭髮射掃描線的偏轉角度與掃描線號之間有函數關係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的函數關係為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所述複合包括空間複合、頻率複合、角度複合中的至少一種。本發明與已有技術相比具有以下優點本發明的空間複合成像方法，可以有效地克服傳統的空間複合方法所造成的偽邊界現象，不但使複合後圖像的任意區域的斑點噪聲得到最大程度上的抑制，而且實現起來簡單。


圖1為本發明涉及的超聲診斷設備的系統框圖。圖2為本發明涉及的空間複合方法的坐標示意圖。圖3為傳統空間複合方法示意圖。圖4為傳統空間複合方法中偽邊界示意圖。圖5為本發明涉及的一實施例中空間複合示意圖。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，採用相控陣探頭掃查方式所增加的掃描幀。圖6為本發明涉及的相控陣探頭掃描示意圖。
圖7為本發明涉及的採用虛擬發射單元發射掃描線示意圖。圖8為本發明涉及的又一實施例中空間複合示意圖。圖9為本發明涉及的又一實施例中在線陣探頭下採用偏轉角度逐步變化的空間複合方法示意圖。圖10為本發明涉及的偏轉角度逐步變化示意圖。圖11為本發明涉及的又一實施例中在相控陣或凸陣探頭下採用偏轉角度逐步變化的空間複合方法示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例詳細說明本發明技術方案中所涉及的各個細節問題。如圖1所示，超聲診斷儀的系統總體包括控制器、發射電路、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，首先發射電路在控制器的協調下，向換能器發送電信號，由換能器將其轉換為超聲波發射出去，接收電路負責接收換能器傳過來的回聲信號(已經由換能器轉換為電信號)，並將其進行放大、數模變換等處理，波束合成對不同方向上的回聲信號進行動態聚焦以及動態孔徑處理，將其合成在一起，然後信號處理和圖像形成對波束合成後的信號進行噪聲抑制、包絡檢波、對數壓縮等處理最終在顯示器上顯不。圖2和圖3分別描繪了傳統空間複合的坐標系以及複合方法示意圖。圖3示出了用於複合掃描的三個子幀AO、AL以及AR，其是由控制器控制發射電路發射掃描幀，並控制接收電路接收該掃描幀的回波信號，最終進行複合以及相應處理後在顯示器上顯示出的圖像。可以看出，這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是相對於 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是相對於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複合後得到複合幀A。從圖3可以看出，複合幀A有些區域有三個子幀進行複合，該區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，在中間的梯形區域1中，三個完全不同偏轉角度的子幀進行複合，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，而兩側的三角形區域2和3中只有兩個子幀進行複合，則該區域的斑點噪聲不能夠完全抵消。故從圖3以及圖4也可以看出傳統的空間複合方法存在一個問題 在複合幀A中的兩側區域2、3存在只有兩個子幀進行複合的情況，該區域的斑點噪聲不能夠得到最大程度上的抑制，而中間的梯形區域1有三個子幀進行複合，這樣導致中間的梯形區域1的亮度比兩邊的三角形區域2、3要大，使得整幅圖像的質量好壞與所在區域相關， 不能夠完全克服由於斑點噪聲引起的圖像明暗不均的缺點。在本發明的一個實施例中，為了克服圖4所示的偽邊界現象的產生，在超聲探頭的其中一端採用相控陣探頭髮射並接收掃描線，其可以實現波束扇形掃描，即通過較小的聲窗面積對一個較大的扇形視野進行探查，以達到增大空間複合範圍的效果。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，其餘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，相對於圖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採用相控陣探頭掃查方式發射若干條掃描線，所增加的掃描線的偏轉角度在一定的角度範圍內變化，例如0°到-10°。為了更加清楚地描述本實施例，圖6給出了相控陣探頭髮射掃描線的示意圖，從圖中可以看出，該相控陣探頭一共發射N1條掃描線，由於相控陣探頭髮射的所有掃描線都源於一個共同的扇心，在每條掃描線偏轉角度相同的前提下，根據扇心角度以及掃描線的數目N1可以得到掃描線的偏轉角度θ1在本發明所述實施例中，基於上述相控陣探頭的原理，在線陣探頭的其中一端採用相控陣探頭髮射掃描線，其角度變化在一個扇心角度小工的範圍之內，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射掃描線以增大空間複合範圍的方法，均在本發明所保護的範圍之內。在本發明的又一實施例中，利用虛擬發射單元和實質發射單元進行組合順序掃描。以掃描線相對於圖2所示Z軸向右偏轉為例，假設超聲探頭內置實質發射單元總數目為Μ，並設當前實質有效發射單元數目為K，虛擬發射單元數目為N。如圖7所示的ml 以及m2，其構成一個組合，接入發射/接收電路的振子，使之分時組合輪流工作，從而產生合成後的超聲波束，其中波束的位移為d。發射和接收波束掃描順序如下對於線陣探頭的實質有效發射單元來說，發射單元1 K發射、接收，其波束位於相鄰兩個發射單元之間；發射單元2 (K+1)發射、接收，其波束位於相鄰兩個發射單元之間，依次類推；對於虛擬發射單元來說，發射單元Ka K發射、接收，其波束位於Ia 1之間；發射單元(Ka+》a K 發射、接收，其波束位於加 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射單元以及虛擬發射單元的數目用於發射和接收掃描線，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的下限不小於實質發射單元中所包含有效發射單元的數目，例如4個，N的上限在能夠保證充足掃描線的基礎上並無特定限制，其具體數量可以按實際需要而定。對於掃描方式，並不僅限於上述組合順序掃描，在具體實施過程中，在考慮到實際收發控制電路工作複雜度的情況下，用戶可以自行定義發射和接收發射單元的分組，並可以在探頭振元數目不變的情況下，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，例如可以進一步採用d/2或d/4間隔掃描或微角掃描，以達到高解析度的超聲圖像。根據上述原理，如圖8所示，參考幀BO是沿Z軸方向的掃描幀，第二子幀BL在超聲探頭的左端採用圖7給出的虛擬發射單元發射並接收一定數目的掃描線，在圖中用虛線標出。第三子幀BR在超聲探頭的右端採用虛擬發射單元發射並接收一定數目的掃描線，在圖中用虛線標出。採用上述方法增加了用於複合的左右子幀的掃描線數目，大大擴大了空間複合的範圍。當然，由虛擬發射單元所增加的掃描線數目應在保證充分複合的前提下，儘可能減少複合方法實現的複雜度。更進一步地，在上述實施例中，其發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均是相對於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於對應掃描線號的函數，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可以是數值1、2、3 等，其與當前幀中所包含的掃描線的總數有關。為了更加清楚地表述偏轉角度θ與掃描線號η的函數關係，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，並不拘泥於上述公式。凡是用於複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，均在本發明所保護的範圍之內。進一步地，本發明所揭示的空間複合方法包括但不僅限於在線陣探頭下使用，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，其餘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，其餘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，在這裡將不再贅述。根據本發明的思路，用於複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， 並無特定限制。所述空間複合方法也可以與其他複合技術相結合，例如頻率複合、角度複合等。本發明所述方法也可以運用在相控陣探頭以及凸陣探頭下，包括但不僅限於用三個子幀圖像進行複合，可以是用兩個子幀以上的任意更多子幀圖像來實現空間複合，並無特定限制，這對於本領域技術人員來說，是可以理解的，並不會造成任何揭示不充分或揭示模糊的問題。
權利要求
1.超聲診斷儀的空間複合成像方法，所述超聲診斷儀包括有超聲探頭，超聲探頭內置 M個實質發射單元，其中包含K個有效發射單元；其特徵在於，包括以下步驟利用所述M個實質發射單元發射並接收具有第一偏轉角度的掃描線，形成第一子幀圖像；於超聲探頭內設置N個虛擬單元，利用所述K個有效發射單元以及N個虛擬發射單元組合發射並接收具有不同於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複合產生複合圖像。
2.根據權利要求1所述的超聲診斷儀的空間複合成像方法，其特徵在於，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於第一偏轉角度，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於第一子幀圖像的偏轉角度呈反方向。
3.根據權利要求1所述的超聲診斷儀的空間複合成像方法，其特徵在於，其中N> K。
4.根據權利要求1所述的超聲診斷儀的空間複合成像方法，其特徵在於，所述K個有效發射單元以及N個虛擬發射單元組合發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.根據權利要求1所述的超聲診斷儀的空間複合成像方法，其特徵在於，超聲探頭髮射掃描線的偏轉角度與掃描線號之間有函數關係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.根據權利要求5所述的超聲診斷儀的空間複合成像方法，其特徵在於，所述的偏轉角度是隨著掃描線號呈非均勻變化趨勢。
7.根據權利要求5所述的超聲診斷儀的空間複合成像方法，其特徵在於，所述的偏轉角度θ與掃描線號η的函數關係為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.根據權利要求1所述的超聲診斷儀的空間複合成像方法，其特徵在於，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.根據權利要求1所述的超聲診斷儀的空間複合成像方法，其特徵在於，最後一步所述複合包括空間複合、頻率複合、角度複合中的至少一種。
全文摘要
本發明公開了一種超聲診斷儀的空間複合成像方法，其各子幀中掃描線以增加掃描線數的方法進行複合形成具有高解析度、低斑點噪聲的優質超聲圖像。由於在本發明中用於複合的子幀中的掃描線，其採用虛擬發射單元與實質發射單元相結合發射並接收掃描線，使得進一步擴大了空間複合的範圍，避免了傳統方法中複合幀兩側所產生的偽邊界的缺點，使複合幀所有區域的斑點噪聲以及其他幹擾得到最大程度上的抑制，從而改善了複合幀整體的圖像質量，這為醫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 優先權日2011年11月18日
發明者張勇, 趙丹華, 陸堅 申請人:無錫祥生醫學影像有限責任公司