經接收掃描線數據內插的高解析度超聲成象的製作方法
2023-09-24 01:57:20 1
專利名稱：經接收掃描線數據內插的高解析度超聲成象的製作方法
技術領域：
本發明涉及超聲診斷成象的解析度的改進，特別是經接收掃描線數據內插的高解析度(清晰度)超聲成象的開發。
超聲診斷成象系統的設計者們不斷努力使他們的產品產生出最高診斷質量的實時圖象。對於實時圖象的希望是通過在高幀率下，即被接收新圖象的速率下產生被處理和依次顯示在圖象監視器上的一系列新圖象來滿足的。對於高診斷質量的希望是通過產生具有高線(行)密度的圖象中展示有高解析結構細節的圖象來滿足的。對於高幀率和高線密度的要求，無論如何本質上是矛盾的。在一圖象中的掃描圖象線數越多，掃描一目標所需時間和產生一完整圖象就越長，以及幀率就越慢。降低掃描線數會增加幀率，而在圖象中降低線密度的代價並從而降低在圖象中結構的空間採樣。
要克服看來是內在矛盾的辦法是通過如美國專利5,390,674(Robinson等)所描述的，在接收線之間內插新掃描線來產生附加圖象線數。發射超聲波到一物體所需時間和從沿掃描線所接收回波的時間，受物理定律，即物體中聲音速度的限制。內插掃描線所需時間不受此限制，而是處理硬體和軟體的速度和複雜的功能，這二者考慮的範圍是由系統設計者控制。這樣，例如，圖象的空間採樣和線密度可通過如Robinsou等所描述的，在每對接收掃描線中內插新掃描線加倍，該專利不是加倍形成一完整圖象所需時間。圖象解析度得到改進，而不是附加掃描線的傳輸所需求的幀率的一對一的折衷。
有幾種滿足各等級的用於已推薦的超聲圖象的掃描線內插法。以下討論幾種方法，昂貴和複雜的多線束形成裝置的數據的推薦的掃描內插。多線掃描經常使用相對寬的發射束，這會加重信號噪音比和破壞圖象質量。這幾種近似法產生的圖象數據具有不穩定的處理效果，會在顯示圖象上引入人為因素。相應地，希望所產生的內插掃描線的超聲圖象便宜、簡單，並包含這種近似的圖象質量。
根據本發明的基本原理，是通過在由束形成裝置已經產生的兩個空間不同的接收線之間進行內插，以便為超聲圖象提供較高的線密度，從而在從接收線的位置偏移了的線位置處發展成兩個內插線。與單獨使用接收線相比較，這樣的內插使超聲圖象的線密度加倍(或者在相等的線密度下使幀率加倍)而不會使成本加倍或需多個多線束形成裝置。本發明的具體實施例使用正交採樣數字的束形成裝置，其中通過與正交採樣的結合配置有帶通濾波。通過對於接收線的連續傳輸，每線能以緊密的束聚焦加以發射和接收。通過產生具有表現為匹配能譜的係數的內插的掃描線的圖象，從而避免了由於使用不穩定的處理線而產生的人為因素。
在附圖中
圖1a-1c,2a-2c和3a-3c示出原先用於增加掃描線密度的推薦的內插方案；圖4a-4c示出本發明的內插技術；圖5示出依據本發明的原理構成的超聲診斷圖象系統；圖6是說明圖5超聲圖象系統的軟體的操作流程；圖7a和7b,8、9和10是順序圖示說明與圖6流程相結合的本發明的束形成和掃描線內插技術；圖11描述根據本發明原理的多級掃描線內插；和圖12示出組合的掃描線內插和掃描轉換。
首先參照圖1a-1c，上述Robinson等的專利中的掃描線內插技術分若干步描述。圖1a的方框示意圖示出，多元陣列轉換器10耦合到束形成裝置12。束形成裝置12使轉換器陣列沿空間不同的各束方向連續發射超聲波束，並響應於每個束的傳輸，適當延遲和總和由轉換器陣列接收的信號。每個接收的掃描線，即響應發射的超聲束，沿每束方向接收的回波序列提供給線緩衝器14和2分頻電路18。線緩衝器14的輸出被耦合到第二個2分頻電路16。線緩衝器14延遲該提供的接收線為發射和接收一掃描線需要的時間，其中包括束間等待周期。這樣，在線緩衝器14的輸出端產生了延遲的掃描線，並在下一接收的掃描線被送到線緩衝器14的輸入端和到另一2分頻電路18的同一時間處耦合到2分頻電路16。來自每個相應束深的兩個掃描線信號的值由2分頻並送到總和電路20，以便產生從兩個序列的掃描線內插的新掃描線。該內插的掃描線和首先接收的掃描線之後被檢測，掃描轉換和作為圖象的顯示行進行顯示。
產生顯示線的方法是通過圖1b的圖象線描述的。圖象的一線，線L1，被包括在首先接收的掃描線R1中。接著接收的掃描線R2，形成了第三圖象線L3。依次掃描線R1和R2如由(R1+R2)/2的表達式所示的那樣，由2分頻並總和，以產生顯示為中間圖象線L2的內插線。在接收下一掃描線R3之後，該掃描線和先前的掃描線R2被用作為插入顯示為圖象線L4的(R2+R3)/2格式的一線。可以看出，該技術產生的用於顯示的圖象線幾乎是接收掃描線數的兩倍，而插入的束數比接收的掃描線數少。
由於在一時間只有一束被發射和接收，該發射束如圖1C發射束模式所指明的，能沿著接收掃描線的空間位置被緊密聚焦。該接收的掃描線被聚焦成相同的單個空間線特性。由於接收掃描線的焦點特性是發射和接收束模式的兩者的函數，因此，由於在發射和接收這個期間使用同樣的緊密單個束聚焦，該合成束也被緊密聚焦。
圖2a-2c描述第二個內插技術，即由美國專利申請號08/286,510所提出的(Wright等)。該專利申請是說圖2中的Robinson等的內插技術。該專利申請的圖1A所示的Wright等的具體實施例，是在每個發射束的每一側上的發射束間隔空間的一半處同時接收多掃描線(多線接收)，然後在從連續接收的掃描線的線間隔一半處插入一掃描線。從每次接收所接收的多掃描線還被用於在發射束的位置處插入一掃描線。如由Robinson等所說的，然後進一步計算中間內插線。
圖2a和2b描述Wright等的發射，接收，和內插方案。如圖2b所示，發射束T1,T2和T3在圖象線位置L1,L3和L5處被依次發射。由在圖2a中的束形成裝置A和束形成裝置B代表的多線束形成裝置被用於在發射束的位置的每側的一個上接收兩個掃描線。例如，在位置L2處由束形成裝置A接收的掃描線R2A和在位置L4處，由束形成裝置B接收的掃描線R2B的接收結果的發射束T2。
圖象線Ln被即刻在此和發射束位置之間插入。在發射束T2的位置處，在從該發射束的任何一側響應接收的兩個多線產生出圖象線L3。這樣圖象線L3等於在圖2a中由2分頻電路16和18產生的(R2A+R2B)/2，隨後通過總和電路22。從連續傳輸的接收掃描線中產生發射束位置之間的圖象線。例如，圖象線L2等於(R1B+R2A)/2，其中R1B是在響應於發射束T1的L1和L3之間被接收的，和22A是在響應於發射線束T2的L1和L3之間被接收的。在圖2a中，利用線緩衝器14延遲「B」掃描線一個線間隔來產生的，然後，在總和電路20中使該延遲的掃描線與下一未延遲的「A」掃描線相加。圖象線Ln總是以橫跨該圖象場的方式產生。
Wright等的具體實施例，然後繼續使用相鄰線去插入一如Robinson等所說的中間插入線的附加組中(未示出)。那就是，最終的圖象線組包括了從和顯示在先前產生線(L1,L2,L3，等)之間的組導出的中間線組(L1.5,L2.5,L3.5等)，Wright等的最佳技術是使用四端FIR濾波器，以插入這些中間線。這樣，在線位置L2.5處的插入線是從圍繞線L1,L2,L3和L4中被插入的。
該Wright等的技術，當提供出與發射掃描線相比較的兩倍的初始組的接收掃描線時，不僅是多線束形成裝置的耗費，而且極大地增加了束形成裝置的複雜性和成本。如圖2c所示，發射束Tn必須被展寬到足以穿透在發射線位置任何一側的發射線間隔的一半的兩個接收掃描線位置RnA和RnB。不考慮發射束的寬度，第一組內插線，線L1,L2,L3，等，由共同發射束和內插接收束(線L1,L3，等)所形成的那些，以及共同接收束和內插發射束(線L2,L4，等)形成的那些交替組成，除非發射和接收束具有等同特性(不是使用固定發射聚焦和動態接收聚焦的情況)，或者，內插濾波器是完美的(不是有限長度濾波器)，然後，內插的人為內容不同於替換線。Wright等嘗試通過連續使用具有(1/4,1/2,1/4)端加權的3端方位角濾波器來補償該問題。而該平滑的濾波器會削弱內插入為因素，造成由通過在方位角方向中的低通濾波而弄汙圖象的代價。
在圖3a-3c中描述的和在美國專利5,318,033(Savord)的圖21所示的是通過Wright等的改進技術。Savord認識到，不必強制該圖象線位置對準發射線位置，這如Wright等所做的。不作這種限制，Savord從發射線位置產生了該發射線間隔的1/4的多線偏移，從而帶來使該接收束較靠近於發射束的中心。但像Wright等，Savord還需要多束形成裝置，以用於多線接收，及其內插方案。
圖3b描述了圖3a所示的Savord處理方案的效果。在發射束位置的任一側上1/4線間隔處接收的掃描線R2A和R2B是沿線T2的發射束的結果。通過圖3a的束形成裝置A和B產生接收的掃描線R2A和R2B。3個依次RnA掃描線被用於由線緩衝器14a和14b，加權電路a1、a2，和a3，和總和電路20a構成的三端FIR濾波器中，以便在RnA掃描線位置處產生內插線。相類似，由線緩衝器15a和15b，加權電路a1、a2，和a3，和總和電路20b組成的FIR濾波器被用於內插連續RnB接收的掃描線，以便在RnB掃描線位置處產生內插線。在圖3b中看到，在發射束T1,T2,T3等處沒有產生線。如圖3c所示，Savord發射夾需要穿透接收掃描線RnA和RnB的位置，該位置是從該發射束Tn的位置被偏移僅僅該發射束間隔的1/4。類似於Wright等，接收線密度是發射束密度的兩倍，這就是多束形成裝置和方位角濾波的代價。Savord能做的如Wright等那樣，不能通過第二次內插中間線再次二倍線密度，雖然這進一步驟會明顯地通過Savord加以利用，如果希望這樣做的話。
圖4a-4c描述的是本發明內插技術的實施例，如先前圖中那樣有相同標註。類似Robinso等，圖4a的實施例只需要單個束形成裝置，避免了Wright等和Savord的附加成本和多線束形成裝置的代價。如由發射箭頭T1,T2，和T3和接收箭頭R1,R2，和R3所示，每個接收掃描線在它的發射束的相同位置處被接收。由在圖4c中緊密聚焦束模式25描述的，從中看到，發射和接收的束能利用高度聚焦和對成一線的束模式。
連續接收的掃描線然後用於在接收掃描線位置中間的分別的位置處產生兩個內插圖象線。在圖4a中通過內插器30完成這些。線緩衝器14延遲每個接收的掃描線一個線周期。延遲的線和當前接收線由加權係數a1和a2加權，和加權的掃描線信號然後通過總和電路32,34組合。然後檢測內插信號，通過掃描轉換器配置成希望的圖象格式，並加以顯示。
圖4b描述的是，當內插兩線時，這種內插技術的結果，可以理解，該技術能在每對接收掃描線之間插入多於兩個的圖象線。兩個發射束T1和T2導致兩個接收掃描線R1和R2的接收。從在最近接收掃描線位置的1/4線偏移處產生圖象線L1和L2。該圖象線L1和L2被分離開發射和接收線間隔的一半。為產生這兩線，加權係數a1被設置在3/4加權和加權係數a2被設置在1/4加權。圖象線L1在總和電路34的輸出產生並等於(3/4R1+1/4R2)，這樣，根據該接收掃描線到該內插圖象線的位置的靠近程度，將接收掃描線的基值加權到該內插圖象線。以類似方法，總和電路32產生等於(1/4R1+3/4R2)的內插圖象線L2。這可看出，在發射或接收的掃描線位置處不產生圖象線，以及該內插技術不用求助於多線束形成裝置，或不需要展窄的發射束模式就能使線密度加倍。該內插圖象線以超聲圖象形式依次被檢測、處理、和顯示。
該最佳實施例，其中線密度是通過使用1/4和3/4內插加權來加倍的，這就防止了先有技術中線對線內插入為因素變化的發生。這是由於用於產生內插線的兩組內插係數的匹配的能譜。頻譜匹配的結果是因為第一內插線是從係數(3/4,1/4)，第二線是從(1/4,3/4)被計算的，和因此，當係數的順序被顛倒時，任何組的濾波係數的能譜都不改變。
另外，這些係數在偏移T/4和3T/4的位置處形成內插線，其中T是接收線之間的間隔。一種結果是，所有內插線被穩定如間隔在1/2T間隔處。
最佳過程是在V1和V2線位置處的每對接收線之間插入兩個圖象線。插入線之間的均勻間隔需要V2=V1+T/2，其中T是接收掃描線之間的間隔。插入到線位置V作為P(V、f)的一組係數的能譜，其中f表示橫向間隔頻率。關係於插入線位置的移動，該內插濾波器的能譜是不變的，該移位是接收線間隔的總倍數，結果P(V,f)=P(-V,f)。
因此，為保證匹配該對內插濾波器的能譜，必須足以保證P(V2,f)=P(V2-T,f)=P(V1,f)=P(-V1,f)。當V2-T=-V1，或V2+V1=T時，要滿足不是特別重要的條件，即V1=V2。這樣，對於T/2插入線間隔和匹配能譜，有兩個聯立公式；V2-V1=T/2和V2+V1=T該聯立公式的解是V1=T/4，和V2=3T/4。這樣，利用a1和a2的係數(加權值)1/4和3/4會產生匹配係數頻譜響應和線間T/2間隔的兩條內插線。
更一般的是，在T/4位置偏移處產生線的內插濾波係數的任何組能被反轉去產生3T/4位置偏移處的線(也能表示為-T/4)。結果的插入線間隔穩定，以及因為使用相同係數(反轉順序之後)，因此可達到能譜匹配。
由於內插係數的匹配的頻譜響應的優點，在T/4和3T/4位置偏移處的插入線會顯示出沒有內插入為因素的變化。
圖5示出超聲診斷圖象系統的方框圖，它適於根據本發明的內插技術產生圖象線。圖5的超聲圖象系統，在1996年9月12日歸檔的美國專利申請系列號08/712,828中更全面地描述了。如其中所述，該系統是基於超聲系統的個人計算機，由軟體而不是由專門硬體執行大部分功能。母板80包含有中央處理單元(CPU)82，處理或直接處理超聲信號。連接到母板的擴展總線86是數字束形成裝置90，它控制和接收來自掃描頭或轉換器10的超聲信號。由束形成裝置90產生的接收掃描線被存儲在r·f存儲器中，然後由CPU，數位訊號處理器(DSP)卡92，的任一個或由兩個進行處理。處理的信號然後由CPU被掃描轉換成希望的圖象格式，並耦合到在擴展總線上的視頻卡94，以產生在顯示器50上的圖象。超聲圖象可以藉助於在擴展總線上的網絡卡96，寄送給與超聲系統成網絡的其它處理器，存儲裝置，或工作站。用戶通過耦合到母板80的鍵盤輸入的用戶接口62來控制該超聲系統。超聲圖象和軟體程序能被存儲在通過SCSI總線106耦合到母板上的盤驅動器102，以及圖象和報告可以在耦到平行總線108的印表機104上進行列印。
數字束形成裝置90可以象圖7a、7b、8和9中所示的基帶數字形成裝置那樣操作。圖6流程描述了束形成裝置執行的這些步驟。一種構成的實施例使用如美國專利5,544,655中描述的I、Q採樣方案。在該構成的實施例中，掃描頭的陣列轉換器的每個單元都耦合到數字束形成裝置的分別的模/數(A/D)轉換器。每個轉換器單元的超聲信號一般在如圖6的步40中所示的轉換器頻率響應特生的標定轉換頻率的1/4相位處被採樣。例如，如果掃描頭具有標定7.5MHZ中心頻率，那麼每個轉換器單元的信號會由在30MHZ採樣率操作的A/D轉換器採樣。來自5MHZ掃描頭的信號會在20MHZ採樣率下被採樣。以上圖7a示出7.5MHZ波形100的一個周期，沿波形1/4點處示出採樣點I,Q,-I和-Q。圖7a的箭頭表示用於轉換器單元e1的這樣波形順序的採樣時間。波形的第一周期的採樣時間是Ic1,Qc1,-Ic1和-Qc1。在這個速率下連續採樣，如所示，採樣第二周期在時間Ic2,Qc2,-Ic2和-Qc2，如此等等。
圖7b表示用於比單元e1的掃描線更遠距離的轉換器陣列的單元en的採樣時間。由於距掃描線更大距離的特點，來自掃描線的回波開始達到單元en的時間會稍晚於開始達到單元e1的時間。由於此，如相關於圖7a的箭頭的圖7b的箭頭偏移位置所示，從單元en的信號採樣與從單元e1的信號採樣相比被延遲了。如現有技術中熟知的，橫跨該陣列的採樣開始的線性變化會導致接收束的轉向，和橫跨該陣列的採樣時間的1/4象限變化導致束聚焦。當回波被接收時，採樣時間的相位變化會動態地聚焦該接收的束。
如圖6步42中指明的，每個單元需要的信號採樣通過分別組合連續的I和Q採樣被進行基帶濾波。例如，基帶濾波可以通過總和在時間Ic1和-Ic1處獲得的兩個採樣來進行，以產生濾波的I採樣，和總和在時間Qc1和-Qc1處獲得的兩個採樣，以產生濾波的Q採樣。在最佳實施例中，通過總和轉換器頻率的一個周期的I和Q採樣來產生所希望的帶寬。在圖7a和7b的舉例中，在時間Ic1和-Ic1處獲得的採樣同反相的負採樣值總和在一起，以產生濾波的I採樣，和在時間Qc1和-Qc1處獲得的採樣也同反相的負值總和在一起，以產生濾波的Q採樣。這些頭兩個採樣周期的濾波的I和Q採樣被存儲在存儲器110中，作為用於轉換器單元e1範圍r1的I,Q採樣。然後繼續處理，在先於在先周期二分之一周期的整個下一個採樣周期中組合I和Q採樣，以形成另一個存儲在存儲器110中用於單元e1的範圍r2定位的濾波的I,Q對。隨著儲存在最後範圍rm的最大深度的濾波的I,Q對，整個掃描線深度的一個周期組中的採樣被加以組合。如果希望的話；通過分別組合大於一個採樣周期的整個採樣間隔的I和Q採樣值，可以獲得不同的濾波特性。
通過分別組合連續採樣周期的連續的I和Q採樣，也能濾波其它陣列單元的採樣。濾波的I,Q對類似地被存儲在相應的從中可獲得該採樣的範圍內。每個單元的濾波的I,Q採樣的最後處理是被配置在對應於它們所獲得深度的存儲器110中。可以理解，所用單元數，和因此在存儲器中的I,Q對數，如果作為深度函數的孔徑被擴展的話，將會隨著深度而增加。
最好，存儲器110給每個單元的濾波的I,Q對在存儲器的公共行或列中成行的配置。還最好是將I,Q對配置成與由共同深度或範圍rn成行的採樣成垂直方向。只是需要沿著共同範圍的行或列總和這些採樣，以形成連貫的接收回波。在圖8的舉例中，第一列的I,Q採樣被總和形成在範圍r1的用於束的連貫回波。總和的I1採樣和總和的Q1採樣被存諸在用於該接收掃描線的第一範圍定位r1處，在圖9的r·f·存儲器中被標識為線R1。該對I1,Q1被存儲在r·f·存儲器120中的地址R1和r1的相交處。作為存儲器110的共同範圍的列被總和為接收掃描線的連續範圍，總和的I1,Q1對被存儲在r·f·存儲器120的R1列中適當範圍rn定位處。
在第一接收掃描線R1的全深度的I1,Q1採樣對已被形成和存儲之後，轉換器陣列沿相鄰束方向發射第二束T2，由每個有源傳感器單元為該第二束接收的信號被採樣、帶通濾波、及並儲存在存儲器110中。共同範圍的採樣被再次總和存儲在r·f·存儲器120的第二列中，即如圖6步44所示的用於第二接收掃描線R2的該列。以此方式的傳輸和接收處理連續進行，用為全深度的每個發射和接收掃描線Rn的連貫的In,Qn採樣對加載該r·f·存儲器。
如該r·f·存儲器120被接收掃描線充滿時，該CPU82響應該16接收線組的格式轉移該16一組的接收線到DSP卡92中。該DSP卡插入掃描線的新組，檢測回波數據，並將檢測的掃描數據返回到CPU，以用於掃描轉換處理和顯示。通過DSP的處理在圖6步46中示出。該處理的執行如圖4a-4b所示。例如，圖9的In,Qn對，通過計算利用I1,Q1採樣用於第一插入線L1的範圍r1處的第一內插採樣和圖9的範圍r1和I2,Q2採樣，可以用於插入兩個中間線。利用公式(3/4I1+1/4I2)計算內插Iint值，和利用公式(3/4Q1+1/4Q2)計算內插Qint值。檢測的內插回波值可以通過計算(Iint2+Qint2)1/2取I,Q平方的和的平方根來獲得。在內插掃描線L1的第一範圍Er1處的該檢測的回波值被存儲在R-θ存儲器130中，如圖10所示，在列頭L1下的第一行中。
圖9的相同In,Qn採樣被相似地加權，以便利用公式Iint=(1/4I1+3/4I2)，和Qint=(1/4Q1+3/4Q2)計算用於在範圍r1的第二內插線L2的I,Q值。在範圍r1的檢測的回波然後利用內插Iint和Qint值以公式(Iint2+Qint2)1/2加以計算。該第二內插線L2的第一範圍的檢測的回波值Er1被存儲在R-θ存儲器130中地址頭L2下的第二列頂部。
第一和第二接收掃描線R1,R2的為用於增加範圍的In,Qn數據被類似用於為L1和L2線增加深度直至最大深度rm插入Iint和Qint值。被檢測的回波用於每個範圍的兩線並存儲在如圖10所示的R-θ存儲器130中。然後，DSP利用接收掃描線R2和R3的In和Qn採樣繼續插入下一個兩線L3和L4的數據值。會看到，在計算線L1和L2中使用的一些積可以被存儲和在計算線L3和L4時被使用，即接收線R2的I2和Q2採樣的分數加權(fractional Weightings)。這樣，這些分數加權被存儲以計算L3和L4內插線，這樣就使得無需第二次被重複計算。
以該方式利用第一個16接收掃描線R1-R16的數據去計算第30內插，以及如果願意的話，檢測線L1-L30。最後接收掃描線R16的數據在DSP中被存儲，並使用從r·f·存儲器120傳送到DSP的下一組掃描線的第一掃描線R17的數據。這樣，掃描線R16和R17的數據被用於計算下一個2內插線L31和L32。以同樣方式利用下一個16掃描線R17-R32的數據，如16掃描線的第一組去為R-θ存儲器130插入和檢測內插線的另一組。當全部圖象幀的內插線已被形成時，這些用接收的掃描線數據形成的具有雙倍圖象線密度的線就可以掃描轉換和顯示了。
可以理解，如圖11所示和通過圖6的處理步驟72-76，通過從第一組插入第二級內插線可以使圖象線數再次加倍。通過圖11頂部的第一行中的箭頭T0,T1,T2,T3，和T4定位描述了發射束。相應於這些發射束，通過圖5的束形成裝置90產生接收掃描線R0,R1,R2,R3，和R4，如由內插線RZ,RA,RB,RC,RD和RE的該行所示，從接收的掃描線數據中產生內插線密度加倍的第一組。第一級內插線的計算如上所述並由圖6的步72指明。然後，如圖6的步74所示，利用內插的第一級內插線和1/4和3/4加權，計算內插線的隨後級。例如，從內插線RA和RB的數據中插入內插線Ra和Rb。從內插線RB和RC的數據產生內插線Rc和Rd，從內插線RC和RD的數據產生內插線Re和Rf。僅利用第二級內插線去形成圖象，第一級內插線不用。第二級內插線形成的圖象一般可以接受，但它並不能完全擺脫內插入為因素的變化，如用於插入所有線的係數的能譜並不匹配。然而，用於產生第二級內插的相鄰線對的內插係數的能譜還是匹配的。例如，用於插入線Ra和Rb的係數的能譜是匹配的，用於插入線Rc和Rd的係數的能譜也是匹配的，等等。
另外，通過具有係數(1/16,3/4,3/16,O),(O,5/8,3/8,O),(O,3/8,5/8,O)，和(O,3/16,3/4,1/16)的四象限濾波器，不用或不需要產生第一組內插線，直接從接收的掃描線數中，就能產生第二級內插線。
最後，還可以用一個處理步驟去插入新的圖象線，檢測回波數據，和掃描轉換該回波線。如已熟知的，掃描轉換包含接收回波數據的重新定位，以便顯示對應於顯示裝置的光柵線以X-Y坐標系統配置的作為象素的值。由於光柵線密度經常遠大於接收掃描線密度，通過熟知的「孔加注」(「hole filling」)處理，即通過計算或內插象素值注滿接收回波之間的空隙來產生大得多的視頻線數的密度。
為完成將R-θ坐標到X-Y坐標的坐標轉換和注滿圖象中空隙的普通技術是熟知的四點內插。通過該技術，位於四個接收回波之間的每個顯示象素由四個圍繞回波的加權值注滿，該加權根據四個回波到象素位置的緊密程度。例如，以該方式操作的掃描轉換器描述在美國專利4,581,636。
本發明人披露了，不需要計算地完成這樣密集的掃描轉換，僅需要在顯示圖象中計算和使用近似於象素值的格柵值。例如，圖12示出兩個接收的R-θ掃描線θ1和θ2，兩個接收的數據點的每一個在圖示表示為大圈。在掃描線θ1上的數據點是I1,Q1和I2,Q2，和在掃描線θ2上的數據點是I3,Q3，和I4,Q4。垂直線的順序依次示為V2,V3,V4,…V7，表示顯示象素的X-Y坐標，即在垂直線上表示的小圈。很顯然，象素密度超過了接收掃描線和回波數據的密度。通常達到的在所示掃描線之間的所有計算的象素值會被用於每個象素值的計算的掃描線上的四數據點。然而，本發明人確立了充分利用四個數據點去計算通過四個數據點之間的六個用描述的以R-θ間隔的16個檢測回波值E1-E16的柵格。利用孔加注的在先技術計算16個檢測的回波值，假如16個穩定的分布空隙在接收數據點之間被注滿。代替為X-Y視頻線序列中每個象素計算不同的值，而是每個象素簡單地使用最接近的計算的回波值而不是唯一的分別值。例如，虛線圈152的值最靠近於回波E1，以及回波E1的值被用於該象素的值。相類似，虛線圈154的象素最靠近回波E2，就使用該回波值。同樣，虛線圈150的象素最靠近回波E5，並且來作為該回波值，和虛線圈156中的象素最靠近回波E13，並使用該回波值用於它們的象素值。已經確定了，使用柵格的回波值足以為用戶產生高解析度圖象，當回波值數和象素近似相等時，就產生最大精度。如果用戶接著希望對圖象截面進行放大或「變焦距」(「Zoom」)時，進一步可以計算僅用於初始圖象的被放大或變焦區域的柵格的回波值。如果在本發明給定實施例中的初始圖象是不規則或塊狀的，可以計算例如32×32的較大柵格回波，並用於最靠近它們的象素值。利用象素值的近似值技術，同為每個分別的顯示象素的精確計算相比較，在計算複雜性方面表現出驚人的容易，對於以P.C.為基礎的軟體集中的超聲圖象系統有明顯的優越性。在一種結構的實施例中，從在數字移位和加操作而不是一般技術要求的乘操作的序列中的掃描數據點來計算柵格的回波值。如圖6的步70所示，在本發明的實施例中，能夠實現，在一個處理步驟中處理器同時插入較高等級的內插掃描線，檢測回波數據，和產生適用於X-Y光柵顯示的掃描轉換數據值。
權利要求
1.一種從兩個接收的超聲掃描線中插入兩條或更多條超聲顯示信息線的方法，包括的步驟有a．在第一掃描線位置處接收第一掃描線；b．在第二掃描線位置處接收第二掃描線；c．在所述第一和第二掃描線位置之間的第三和第四線位置處插入超聲顯示信息的第一和第二線，所述第一和第二線的每一個都包含與所述第一和第二掃描線位置的線間隔成比例的所述第一和第二掃描線的成分；d．檢測超聲顯示信息的所述第一和第二線；e．產生利用超聲顯示信息的所述第一和第二線的圖象。
2.根據權利要求1的方法，其中步驟C包括按所述第一和第二掃描線位置的線間隔成比例的加權所述第一和第二掃描線的採樣，並組合所述加權後的採樣，以形成所述第一和第二線的採樣。
3.根據權利要求2的方法，其中所述加權是3/4和1/4，以及每線被定位在一掃描線和下一掃描線之間的距離的1/4處。
4.一種利用內插線信息產生圖象的超聲診斷成象系統，包括一超聲陣列探頭；從所述超聲陣列探頭接收回波數據並產生第一和第二掃描線，以及響應於第一和第二超聲傳輸的一束形成裝置；在所述第一和第二掃描線位置之間的第三和第四線位置處，插入超聲顯示信息的第一和第二線的內插裝置，所述第一和第二線的每一個都包含與所述第一和第二掃描線位置的間隔成比例的所述第一和第二掃描線的成分；檢測超聲顯示信息的所述第一和第二線的檢測裝置；和用於產生利用超聲顯示信息的所述第一和第二線的圖象的顯示器。
5.根據權利要求4的超聲診斷成象系統，其中所述第三和第四位置被分別定位在所述第一和第二掃描線之間距離的1/4和3/4處。
6.根據權利要求5的超聲診斷成象系統，其中所述內插裝置包括，用於加權所述第一和第二掃描線的採樣3/4和1/4並總和該加權的採樣以形成所述第一線的裝置，和用於加權所述第一和第二掃描線的採樣1/4和3/4並總和該加權的採樣以形成所述第二線的裝置。
7.一種超聲診斷成象系統包括具有標定頻率的超聲轉換器；在所述標定頻率的1/4相位處用於採樣由所述轉換器接收的超聲信號的A/D轉換器；用於對通過組合所述超聲信號的連續的相關相位採樣的所述採樣的超聲信號進行濾波的帶通濾波器；用於處理所述濾波的信號採樣的處理器；和用於顯示從所述濾波的信號採樣所形成的圖象的顯示器。
8.根據權利要求7的超聲診斷成象系統，其中所述A/D轉換器包括在所述標定頻率的交替的I和Q相位處用於採樣所述超聲信號的裝置，和所述帶通濾波器包括用於分別組合I採樣和Q採樣的裝置。
9.根據權利要求8的超聲診斷成象系統，其中所述帶通濾波器包括用於組合所述標定頻率的一個周期的所述超聲信號的連續的相關相位採樣的裝置。
10.根據權利要求8的超聲診斷成象系統；其中所述帶通濾波器包括用於組合在1/2周期增量中的所述標定頻率的連續一個周期間隔的所述超聲信號的連續相關相位採樣的裝置。
11.一種包括有產生大量R-θ坐標圖象線的束形成裝置和掃描轉換器的超聲診斷成象系統，包括用於從所述R-θ圖象線的所述圖象值的相關位置基礎上，計算所述R-θ圖象線之間的大量圖象值的裝置；和存儲具有正交坐標的顯示象素值的象素數據存儲器，其中所述顯示象素值展示具有靠近所述顯示象素的坐標的坐標的象素值的值。
12.從接收的超聲掃描線中插入超聲顯示信息的方法，包括的步驟有a．在大量掃描線位置處接收超聲掃描線；b．利用所述接收的掃描線去產生第一組內插掃描線；c．利用所述第一組內插掃描線去產生第二組內插掃描線；和d．從所述排除所述接收的掃描線的第二組內插掃描線和所述第一組內插掃描線去產生一圖象。
13.從接收的超聲掃描線中插入超聲顯示信息的方法，包括的步驟有a．在大量掃描線位置處接收超聲掃描線；b．利用所述接收掃描線藉助於展示有匹配能譜的內插係數去產生大量內插掃描線；和c．從藉助於展示有匹配能譜的內插係數所產生的內插掃描線形成一圖象。
14.根據權利要求13的方法，其中步驟b進一步包括，在相鄰接收的掃描線之間的距離的間隔定位在1/4和3/4處產生內插掃描線。
15.從接收的超聲掃描線中插入超聲顯示信息的方法，包括的步驟有a．在大量掃描線位置處接收超聲掃描線；b．對所述接收的掃描線進行相鄰一個一個地濾波，以便在所述相鄰接收的掃描線之間的距離的1/8,3/8,5/8和7/8的相隔位置處產生四個內插掃描線；和c．從所述內插掃描線中產生一圖象。
16.根據權利要求15的方法，其中步驟b包括，利用四相位濾波器對所述接收的掃描線進行相鄰一個一個地濾波。
17.根據權利要求16的方法，其中步驟b進一步包括，用濾波器在至少四端處對所述接收的掃描線進行相鄰一個一個地濾波。
18.根據權利要求16的方法，其中步驟b進一步包括，利用具有(1/16,3/4,3/16,O),(O,5/8,3/8,O),(O,3/8,5/8,O)，和(O,3/16,3/4,1/16)的係數的濾波器。
19.根據權利要求15的方法，其中步驟b進一步包括，利用具有匹配能譜的內插係數去產生內插掃描線對。
全文摘要
提供一種從圖象區域的掃描線中超聲地獲得用於插入的圖象線的方法和裝置。該內插線最好形成在通過組合與內插線的距離成比例的相鄰掃描線的加權採樣的每對接收掃描線之間的距離的1/4和3/4處。該接收的掃描線最好由束形成裝置形成,該束形成裝置在掃描頭中心頻率的1/4相位處採樣該接收的線和濾波組合相關相位的連續採樣的採樣。通過計算在每對圖象線之間的柵格加權值,並利用最接近超聲圖象中每個象素的值對圖象線進行掃描轉換。
文檔編號G06T1/00GK1214232SQ9810703
公開日1999年4月21日 申請日期1998年2月13日 優先權日1997年2月13日
發明者R·E·戴勒, B·S·羅賓森, C·R·庫萊 申請人:Atl超聲波公司, 阿特蘭蒂斯診斷國際有限公司