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被檢體信息獲取裝置和方法與信息處理裝置制造方法

文檔序號:1258644閱讀:235來源:國知局
被檢體信息獲取裝置和方法與信息處理裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及被檢體信息獲取裝置和方法與信息處理裝置。提供一種被檢體信息獲取裝置,該被檢體信息獲取裝置包括:接收從被檢體傳播的聲波并將聲波轉換成作為電信號的接收信號的多個接收元件;在使用接收信號時執(zhí)行根據接收信號調整接收方向性的自適應波束形成的自適應波束形成器;在使用接收信號時執(zhí)行具有預設的方向性的延遲與求和波束形成的延遲與求和波束形成器;使用自適應波束形成器和延遲與求和波束形成器之中的一個的輸出信號以對所述波束形成器之中的另一個的輸出信號執(zhí)行振幅調制的振幅調制器;和基于通過振幅調制器輸出的信號生成被檢體內部的圖像數(shù)據的生成器。
【專利說明】被檢體信息獲取裝置和方法與信息處理裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及被檢體信息獲取裝置、信息處理裝置和被檢體信息獲取方法。
【背景技術】
[0002]用于通過使用超聲波將被檢體內部的三維結構成像的超聲成像裝置在醫(yī)療領域中被廣泛用作超聲診斷裝置。
[0003]緊隨超聲成像技術的進展,超聲診斷裝置的性能逐年迅速提高。作為尋求進一步提高該性能的一種技術,依賴于自適應(adaptive)信號處理的圖像重構正得到研究。例如,J.F.Synnevag, et al., “Adaptive Beamforming Applied to MedicalUltrasound Imaging”,IEEE Trans.ULTRASONIC, FERROELECTRICS, AND FREQUENCYCONTROL, VOL.54,N0.8,AUGUST2007報告了依賴于DCMP (方向約束電力最小化)方法的形式的自適應信號處理的超聲波波束形成技術。
[0004]DCMP方法是作為自適應天線的一種技術開發(fā)的自適應信號處理技術。DCMP方法是包括基于約束條件自適應地調整接收方向即使得希望的方向的到達波的接收增益恒定并且使包含干涉波的所有接收信號的強度最小化的接收方法。該方法使得能夠使干涉波強度與信號強度的比最小化,并由此允許接收具有良好的SN比的信號。同樣,已知,與基于延遲與求和(delay-and-sum)的普通的波束形成方法相比,該方法允許提高重構圖像的分辨率和對比度。DCMP方法也被稱為CAP0N方法。
[0005]美國專利申請公開N0.2003/0065262 (專利文獻2 )的說明書和美國專利N0.6798380 (專利文獻3)的說明書公開了在超聲成像中使用DCMP方法的情況下的計算方法。日本專利申請公開N0.2010-200926 (專利文獻1)公開了束信號合成方法,在該束信號合成方法中,比較基于DCMP方法的波束形`成的輸出信號和延遲與求和波束形成的輸出信號,并且輸出較小的信號。
[0006]專利文獻1:日本專利申請公開N0.2010-200926
[0007]專利文獻2:美國專利申請公開N0.2003/0065262的說明書
[0008]專利文獻3:美國專利N0.6798380的說明書
[0009]非專利文獻1:J.F.Synnevag, et al., “Adaptive Beamforming Applied toMedical Ultrasound Imaging”,IEEE Trans.ULTRASONIC, FERROELECTRICS, AND FREQUENCYCONTROL, VOL.54, N0.8,AUGUST2007

【發(fā)明內容】

[0010]通過DCMP方法的超聲波波束形成的有利之處在于,該方法明顯提高重構的圖像的分辨率。但是,已知,DCMP方法的問題在于,當與從焦點到達的信號分量相關的相關干涉波作為噪聲被輸入時,來自焦點的信號分量被消除。在超聲成像的情況下,一個傳送波在各種反射體中被反射,并且,其復合信號被接收。因此,原則上,來自焦點以外的點的噪聲波均是相關的干涉波,這生成特別嚴重的問題。[0011]在DCMP方法被用于超聲圖像中的情況下,為了解決以上的問題,通常需要大量的附加的處理運算,例如,相關矩陣的空間平均化處理、相關矩陣的時間平均化處理、和/或相關矩陣的對角項的微小正數(shù)的求和。這些附加的處理運算減輕DCMP方法的問題,并且對于包含各種噪聲波的接收信號有效地增強波束形成的魯棒性。
[0012]但是,這些附加的處理運算在一定程度上貶損DCMP方法的特性,因此,DCMP方法的特性在一些情況下取決于以上的條件比普通的延遲與求和波束形成方法的特性差。特別地,易于出現(xiàn)DCMP方法在分辨率上占優(yōu)但延遲與求和方法在對比度上占優(yōu)的情況。即,在DCMP方法中,分辨率好但對比度不令人滿意,而在延遲與求和波束形成中,對比度好但分辨率不令人滿意。
[0013]因此,需要一些新穎的組合具有這樣不同的優(yōu)點和缺點的兩種或更多種波束形成方法的輸出信號并強調所述方法的優(yōu)點的輸出信號生成手段。
[0014]鑒于以上的情況,本發(fā)明的目的是,提供通過對從被檢體接收的超聲波執(zhí)行自適應信號處理生成被檢體內部的圖像數(shù)據的裝置,并提高圖像質量。
[0015]本發(fā)明提供一種被檢體信息獲取裝置,該被檢體信息獲取裝置包括:
[0016]被配置為接收從被檢體傳播的聲波并被配置為將聲波轉換成作為電信號的接收信號的多個接收元件;
[0017]被配置為執(zhí)行在使用接收信號時根據接收信號調整接收方向性的自適應波束形成的自適應波束形成器;
[0018]被配置為在使用接收信號時執(zhí)行具有預設的方向性的延遲與求和波束形成的延遲與求和波束形成器;·
[0019]被配置為使用自適應波束形成器和延遲與求和波束形成器之中的一個的輸出信號以對所述波束形成器之中的另一個的輸出信號執(zhí)行振幅調制的振幅調制器;和
[0020]被配置為基于通過振幅調制器輸出的信號生成被檢體內部的圖像數(shù)據的生成器。
[0021]本發(fā)明還提供一種基于通過接收從被檢體傳播的聲波的多個接收元件輸出的接收信號生成被檢體內部的圖像數(shù)據的信息處理裝置,該信息處理裝置包括:
[0022]被配置為執(zhí)行在使用接收信號時根據接收信號調整接收方向性的自適應波束形成的自適應波束形成器;
[0023]被配置為在使用接收信號時執(zhí)行具有預設的方向性的延遲與求和波束形成的延遲與求和波束形成器;和
[0024]被配置為使用自適應波束形成器和延遲與求和波束形成器之中的一個的輸出信號以對所述波束形成器之中的另一個的輸出信號執(zhí)行振幅調制的振幅調制器。
[0025]本發(fā)明還提供一種被檢體信息獲取方法,該被檢體信息獲取方法包括:
[0026]通過多個接收元件接收從被檢體傳播的聲波并將聲波轉換成作為電信號的接收信號的步驟;
[0027]在使用接收信號時執(zhí)行根據接收信號調整接收方向性的自適應波束形成的自適應波束形成步驟;
[0028]在使用接收信號時執(zhí)行具有預設的方向性的延遲與求和波束形成的延遲與求和波束形成步驟;
[0029]在使用自適應波束形成步驟和延遲與求和波束形成步驟之中的一個中的輸出信號時執(zhí)行振幅調制以對另一個的輸出信號執(zhí)行振幅調制的振幅調制步驟;和
[0030]基于經振幅調制的信號生成被檢體內部的圖像數(shù)據的生成步驟。
[0031]本發(fā)明成功地提供通過對從被檢體接收的超聲波執(zhí)行自適應信號處理生成被檢體內部的圖像數(shù)據的裝置,并成功地提高圖像質量。
[0032]從參照附圖對示例性實施例的以下描述,本發(fā)明的其它特征將變得清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是示出利用DCMP方法的常規(guī)的裝置的配置的示圖;
[0034]圖2A~2D是示出延遲與求和方法和DCMP方法的線波形的例子的示圖;
[0035]圖3是示出根據例子1的裝置的配置的示圖;
[0036]圖4A~4E是用于通過使用一點目標的回聲圖像解釋例子1中的結果的示圖;
[0037]圖5A~5E是用于通過使用兩點目標的回聲圖像解釋例子1中的結果的示圖;
[0038]圖6是示出根據例子2的裝置的配置的示圖;
[0039]圖7是示出根據例子3的裝置的配置的示圖;
[0040]圖8是示出根據例子4的裝置的配置的示圖;
[0041]圖9是示出根據例 子5的裝置的配置的示圖。
【具體實施方式】
[0042]以下參照附圖詳細解釋本發(fā)明的實施例。根據要使用本發(fā)明的裝置的配置并且根據各種條件,在適當?shù)臈l件下,以下描述的具體的計算式和計算過程等要被修改。因此,本發(fā)明的范圍不限于以下闡述的特征。
[0043]本發(fā)明的被檢體信息獲取裝置包括依賴于超聲波回聲技術的超聲成像方法和裝置,該超聲波回聲技術包括將超聲波傳送到被檢體、接收在被檢體內部反射和傳播通過被檢體的反射波(回聲波)并獲取圖像數(shù)據形式的被檢體信息。本發(fā)明還包括將光(電磁波)照射到被檢體上、接收由于光聲效應在被檢體內生成和傳播通過被檢體的聲波并且以圖像數(shù)據的形式獲取被檢體信息的光聲成像方法和裝置。
[0044]在依賴于前者的超聲波回聲技術的裝置的情況下,獲取的被檢體信息是反映被檢體內部的組織之間的聲學阻抗的差異的信息。在依賴于光聲效應的后者的裝置的情況下,獲取的被檢體信息表不作為光照射的結果生成的聲波的源的分布、被檢體內的初始聲壓分布、或者從初始聲壓分布導出的光能吸收密度分布和/或吸收系數(shù)分布以及構成組織的物質的濃度的分布。物質濃度分布可以是例如氧飽和度分布、氧合血紅蛋白還原的血紅蛋白濃度分布等。
[0045]如在本發(fā)明中使用的那樣,術語聲波包括稱為音波、超聲波和聲波的彈性波,典型的是超聲波。由于光聲效應生成的聲波被稱為光聲波或光超聲波。聲學檢測器(例如,探頭)接收在被檢體中生成或反射并且通過后者傳播的聲波。
[0046]本發(fā)明還可被視為用于通過計算機等的控制實現(xiàn)在被檢體信息獲取裝置中執(zhí)行的各種操作的被檢體信息獲取方法。在源自已通過探頭獲取的聲波的轉換的電信號被存儲于存儲裝置中的情況下,本發(fā)明也可被視為使用這些信號以構成圖像數(shù)據的形式的被檢體信息的信息處理裝置。[0047]在以下的公開中,術語延遲與求和表示在考慮超聲波探頭中的多個接收元件的位置以及被檢體內的目標位置的情況下求出被檢體信息的處理。更具體而言,根據傳送聲波的方向并根據波的返回位置(在利用光聲效應的情況下,是生成聲波的位置)對于多個接收信號實施延遲處理。在延遲處理之后,然后對多個接收信號執(zhí)行求和處理。即,在這里執(zhí)行延遲與求和處理。這種延遲與求和處理是基于接收波束形成,生成與來自被檢體內的各位置的聲波的聲壓對應的信號的處理。
[0048]可在將多個接收信號乘以各權重之后執(zhí)行延遲與求和處理中的求和。具體而言,傳送和接收的觀察位置和條件在信號接收之前是已知的,由此,可通過將接收信號乘以根據這些條件建立的權重執(zhí)行求和處理來獲得良好的圖像。利用事先根據觀察位置與傳送和接收條件計算的固定權重作為這些權重的方法可被稱為在普通的延遲與求和處理運算中執(zhí)行的固定類型信號處理。
[0049]可實施的其它方法包括用于相乘的權重根據接收信號自適應地改變的方法,即,自適應信號處理方法。其例子包括例如上述的DCMP方法(CAPON方法)。在這種自適應波束形成中,接收方向性根據接收信號被調整。
[0050]由此在被檢體內的各位置(像素或體素(voxel))處獲得的信號強度(體數(shù)據)的處理也被稱為圖像重構,意思是構建用于顯示的圖像數(shù)據。
[0051]在詳細解釋本發(fā)明之前,將解釋常規(guī)的DCMP方法的例子。
[0052]圖1示出依賴于DCMP方法的常規(guī)的被檢體信息獲取裝置的配置。圖中,傳送信號控制電路2根據來自CPU16的指令生成傳送信號3,通過傳送和接收控制電路4驅動超聲波探頭1的超聲波傳送和接收元件組5,并且傳送脈沖的超聲波束6。
[0053]通過超聲波束6的反射生成的超聲回聲波7再一次通過超聲波傳送和接收元件組5被轉換成Μ個信道的電信號,并且通過傳送和接收控制電路4被發(fā)送到整相延遲電路8。發(fā)送的電信號通過AD轉換電路(未示出)被轉換成數(shù)字信號。整相延遲電路8以來自超聲波束6上的任意點Q的回聲信號的到達時間均等的方式調整信號的延遲時間。
[0054]復變換電路9將已調整其延遲時間的Μ信道信號轉換成相應的復信號。復變換電路9中的復變換處理包括:基于包含實數(shù)值序列的輸入信號生成各頻率分量的相位偏移90°的信號,以及作為虛部添加90°相位偏移信號以由此將信號轉換成復信號??赏ㄟ^使用具有奇數(shù)抽頭(tap)和奇對稱系數(shù)的FIR濾波器計算90°相位偏移信號,并由此可容易地實現(xiàn)復變換電路9。在以下的解釋中,復變換電路9中的時刻t點處的Μ個信道輸出信號表示為1[1,幻3[2,幻、叉[3,幻、…、x[M,t]。圖中,Μ與5對應,并且,時刻t被省略。
[0055]用于從復接收信號x[l, t]、x[2, t]、x[3, t]、…、x[M, t]計算復相關矩陣A[t]的過程遵照作為用于衰減相關干涉波的影響的方法的已知的空間平均化方法。在空間平均化方法中,如式(1)那樣,通過在L個批次中取Μ個復信號來定義子陣列信號矢量Xj [t],并且,根據式(2)計算復相關矩陣。通常,使用約M/2的數(shù)值作為數(shù)值L。在式(2)中,Xj[t]的上標中的符號Η表示矢量的轉置和復共軛。
[0056][數(shù)學1]
【權利要求】
1.一種被檢體信息獲取裝置,包括:多個接收元件,所述多個接收元件被配置為接收從被檢體傳播的聲波并被配置為將聲波轉換成作為電信號的接收信號;自適應波束形成器,所述自適應波束形成器被配置為在使用所述接收信號時執(zhí)行根據所述接收信號調整接收方向性的自適應波束形成;延遲與求和波束形成器,所述延遲與求和波束形成器被配置為在使用所述接收信號時執(zhí)行具有預設的方向性的延遲與求和波束形成;振幅調制器,所述振幅調制器被配置為使用自適應波束形成器和延遲與求和波束形成器之中的一個的輸出信號以對所述波束形成器之中的另一個的輸出信號執(zhí)行振幅調制;和生成器,所述生成器被配置為基于通過所述振幅調制器輸出的信號生成被檢體內部的圖像數(shù)據。
2.根據權利要求1的被檢體信息獲取裝置,其中,所述振幅調制器通過使用來自所述自適應波束形成器的輸出信號對來自所述延遲與求和波束形成器的輸出信號執(zhí)行振幅調制。
3.根據權利 要求2所述的被檢體信息獲取裝置,還包括:計算電路,所述計算電路被配置為基于來自所述自適應波束形成器的輸出信號和通過使用約束矢量求出的信號強度計算調制比,其中,所述振幅調制器通過使用所述調制比對來自所述延遲與求和波束形成器的輸出信號執(zhí)行振幅調制。
4.根據權利要求3所述的被檢體信息獲取裝置,其中,所述振幅調制器通過使用經隨時間改變的函數(shù)校正的調制比來執(zhí)行振幅調制。
5.根據權利要求4所述的被檢體信息獲取裝置,其中,所述振幅調制器通過使用單調增加的函數(shù)校正調制比。
6.根據權利要求4所述的被檢體信息獲取裝置,其中,所述振幅調制器根據包含隨時間改變的參數(shù)的線性內插公式校正調制比。
7.根據權利要求1所述的被檢體信息獲取裝置,其中,所述振幅調制器通過使用來自所述延遲與求和波束形成器的輸出信號對來自所述自適應波束形成器的輸出信號執(zhí)行振幅調制。
8.根據權利要求1~7中的任一項所述的被檢體信息獲取裝置,其中,所述多個接收元件以一維的方式被排列,并且在元件由于其沿與排列方向相交的方向的機械位移而到達的各位置處生成接收信號;所述自適應波束形成器和所述延遲與求和波束形成器通過對各位置處的接收信號執(zhí)行波束形成來生成輸出信號,并且,所述振幅調制器在各位置處執(zhí)行振幅調制;并且,通過使用通過所述振幅調制器生成和輸出的信號在多個位置處執(zhí)行沿與排列方向相交的方向的波束形成。
9.根據權利要求1所述的被檢體信息獲取裝置,其中,所述自適應波束形成是DCMP方法。
10.根據權利要求1所述的被檢體信息獲取裝置,其中,從被檢體傳播的聲波是被傳送到被檢體的超聲波的回聲波。
11.根據權利要求1所述的被檢體信息獲取裝置,其中,從被檢體傳播的聲波是在將電磁波照射到被檢體上時生成的光聲波。
12.一種基于通過接收從被檢體傳播的聲波的多個接收元件輸出的接收信號來生成被檢體內部的圖像數(shù)據的信息處理裝置,所述信息處理裝置包括:自適應波束形成器,所述自適應波束形成器被配置為在使用所述接收信號時執(zhí)行根據所述接收信號調整接收方向性的自適應波束形成;延遲與求和波束形成器,所述延遲與求和波束形成器被配置為在使用所述接收信號時執(zhí)行具有預設的方向性的延遲與求和波束形成;和振幅調制器,所述振幅調制器被配置為使用自適應波束形成器和延遲與求和波束形成器之中的一個的輸出信號以對所述波束形成器之中的另一個的輸出信號執(zhí)行振幅調制。
13.—種被檢體信息獲取方法,包括: 通過多個接收元件接收從被檢體傳播的聲波并將所述聲波轉換成作為電信號的接收信號的步驟;在使用所述接收信號時執(zhí)行根據所述接收信號調整接收方向性的自適應波束形成的自適應波束形成步驟;在使用所述接收信號時執(zhí)行具有預設的方向性的延遲與求和波束形成的延遲與求和波束形成步驟;執(zhí)行使用自適應波束形成步驟和延遲與求和波束形成步驟之中的一個中的輸出信號的振幅調制以對另一個中的輸出信號執(zhí)行振幅調制的振幅調制步驟;和基于經振幅調制的信號生成被檢體內部的圖像數(shù)據的生成步驟。
【文檔編號】A61B8/00GK103622721SQ201310362923
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權日:2012年8月23日
【發(fā)明者】依田晴夫 申請人:佳能株式會社
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