專利名稱：頻率混合以進(jìn)行對(duì)比成像的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及頻率混合，更具體地說，涉及頻率混合以進(jìn)行對(duì)比成像的設(shè)備和方法，其中采用超聲波來增強(qiáng)對(duì)具有不同大小的微泡的造影劑的靈敏度。
最近已經(jīng)確定組織也產(chǎn)生諧波響應(yīng)，這影響在對(duì)比成像過程中所產(chǎn)生的圖像。已經(jīng)開發(fā)了若干技術(shù)，它們利用組織的主要是線性的響應(yīng)特性來消除或衰減線性組織信號(hào)。在其中的幾項(xiàng)技術(shù)中，多條發(fā)射線沿相同的視線射入體內(nèi)。發(fā)射波形被逐線修改(例如在功率、相位或極性方面)，從而產(chǎn)生換能器所接收的響應(yīng)的變化。然后再處理這些數(shù)據(jù)點(diǎn)，以便消除其線性分量的影響，從而產(chǎn)生主要包含造影劑的非線性響應(yīng)的數(shù)據(jù)。
雖然上述技術(shù)在消除靜態(tài)組織的影響方面表現(xiàn)良好，但出現(xiàn)一些更受關(guān)注的非線性效果。例如，使例如直徑為四微米的微泡通過超聲波能夠被看到的原因在于它發(fā)生諧振，當(dāng)超聲波撞擊微泡時(shí)，微泡進(jìn)行擴(kuò)張和收縮，實(shí)際上類似于振鈴，并且發(fā)回足以被檢測(cè)到的強(qiáng)超聲信號(hào)。制藥公司研制的大部分造影劑目前都具有直徑普遍不同的微泡。它們的尺寸未得到很好的控制。某些制藥公司能夠很好地控制直徑，但大部分制藥公司卻不是這樣，微泡尺寸的范圍通常會(huì)從低于1微米直至20微米(μm)以上。靜脈注射中超過七微米(μm)的較大微泡會(huì)被肺部過濾。它們會(huì)粘在肺部并進(jìn)行新陳代謝，從而殘留從七到亞微米大小的一定范圍的微泡。微泡的尺寸對(duì)應(yīng)于它諧振時(shí)的頻率。
較小的微泡在較高頻率發(fā)生諧振，較大的微泡則在較低頻率諧振。微泡具有相當(dāng)高的Q，這意味著它們?cè)谙鄬?duì)于其固有頻率進(jìn)行諧振的程度上具有相當(dāng)?shù)倪x擇性。如果希望在一個(gè)頻率上諧振的某個(gè)微泡受到具有另一頻率的超聲波撞擊，則這個(gè)微泡不會(huì)幾乎與在其最適合頻率下受撞擊時(shí)一樣程度地諧振，程度總是有所不同。因此，如果采用某個(gè)頻率進(jìn)行成像，則可能真正僅能夠最大地激勵(lì)具有對(duì)應(yīng)于該頻率的大小的微泡群。
從以上說明可以知道，需要研制一種對(duì)比成像的設(shè)備和方法，其中，對(duì)不同大小的微泡的響應(yīng)最大化，從而增強(qiáng)造影劑的成像靈敏度。
所述方法包括在多個(gè)頻率上發(fā)送發(fā)射信號(hào)以引起造影劑在相應(yīng)的多個(gè)頻率上的響應(yīng)；接收從造影劑反射出來的發(fā)射信號(hào)；形成對(duì)應(yīng)于各個(gè)頻率的圖像；以及將所形成的圖像進(jìn)行組合。


圖1是本發(fā)明的對(duì)比成像系統(tǒng)的框圖；圖2是本發(fā)明的對(duì)比成像方法的流程圖；以及圖3是圖2所示的本發(fā)明的對(duì)比成像方法的細(xì)節(jié)的流程圖。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明一般來說，本發(fā)明涉及對(duì)比成像。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，造影劑檢測(cè)技術(shù)用于對(duì)人體組織的某些部位中的造影劑濃度進(jìn)行成像。在本發(fā)明的另一方面，這些技術(shù)用來測(cè)量流經(jīng)血流的造影劑的方向和速度。不過，在任一種情況下，頻率混合都用來檢測(cè)具有不定大小的造影劑的微泡，以便使所存在的造影劑的所有微泡的檢測(cè)最大化。由于頻率混合，造影劑可以更容易和更清晰地成像。
下面更詳細(xì)地參照附圖，圖中，相同標(biāo)號(hào)表示這幾個(gè)圖中的相應(yīng)部分，圖1說明本發(fā)明的對(duì)比成像系統(tǒng)10。應(yīng)當(dāng)理解，本圖不一定說明系統(tǒng)的每個(gè)部件，而是將重點(diǎn)放在與本文所公開的方法關(guān)系最密切的部件上。如圖1所示，系統(tǒng)10包括探頭12，其中包括用來發(fā)送和接收信號(hào)的陣列換能器14。探頭12與T/R開關(guān)16電氣連接，后者將探頭12設(shè)置在發(fā)送或接收模式。在發(fā)送側(cè)，系統(tǒng)10包括發(fā)射頻率控制部分18和發(fā)射波形調(diào)制器20，它們?cè)谥醒肟刂破?2的控制下，分別設(shè)置發(fā)射信號(hào)的發(fā)射頻率f0以及調(diào)制各種發(fā)射信號(hào)線。
在接收側(cè)，系統(tǒng)10包括A/D轉(zhuǎn)換器24，把通過T/R開關(guān)16從探頭12接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；以及數(shù)字濾波器26(即RF濾波器)，對(duì)來自接收數(shù)據(jù)的超出所需接收頻帶的信號(hào)進(jìn)行濾波。另外，接收側(cè)包括圖像處理器28，它對(duì)數(shù)字濾波器26的輸出進(jìn)行處理。處理后的數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器30中，并且在經(jīng)過視頻處理器32的處理之后，顯示于顯示裝置34上。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，圖像處理器28能夠以軟件、硬件或其組合形式來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)指出，以軟件形式實(shí)現(xiàn)時(shí)，圖像處理器28可以存儲(chǔ)在任何計(jì)算機(jī)可讀媒體中并進(jìn)行傳送，以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用或者與其配合使用，例如基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)、處理器包含系統(tǒng)或者其它能夠從指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置中取出指令并執(zhí)行這些指令的系統(tǒng)。
在本公開的上下文中，“計(jì)算機(jī)可讀媒體”可以是能夠包含、存儲(chǔ)、傳遞、傳播或傳送供指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用或者與其配合使用的程序的任何裝置。例如，計(jì)算機(jī)可讀媒體可以是電子、磁、光、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)、設(shè)備、裝置或傳播媒體。計(jì)算機(jī)可讀媒體的更具體實(shí)例包括下列各項(xiàng)具有一條或多條導(dǎo)線的電氣連接、計(jì)算機(jī)磁盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(POM)、可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM或閃速存儲(chǔ)器)、光纖以及小型盤只讀存儲(chǔ)器(CD ROM)。應(yīng)當(dāng)指出，計(jì)算機(jī)可讀媒體甚至可以是紙張或者另一種可在其中打印程序的適當(dāng)媒體，因?yàn)槌绦蚰軌蛲ㄟ^例如對(duì)紙張或其它媒體進(jìn)行光學(xué)掃描、再進(jìn)行編輯、翻譯或根據(jù)需要以適當(dāng)方式進(jìn)行處理、然后再存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中，以電子方式來獲取。中央控制器22可以按照類似方式來配置。
參照?qǐng)D2說明本發(fā)明的頻率混合方法。圖2具體地說明一種高級(jí)對(duì)比成像方法，從而提供對(duì)這種新穎方法的一般概述。如框300所示，造影劑首先以靜脈方式注入患者的血流。這種造影劑包含重氣體的微泡，比如封裝在由蛋白質(zhì)、脂類或其它適當(dāng)材料制成的外殼中的全氟化碳?xì)怏w。雖然造影劑的尺寸可根據(jù)應(yīng)用而有所不同，這些微泡的直徑通常在大約1.0至15微米(μm)的范圍中。隨著造影劑注入血流中，它流遍心血管系統(tǒng)。
在造影劑到達(dá)待成像區(qū)域之后，把超聲信號(hào)發(fā)射到體內(nèi)，如框302所示。當(dāng)這些聲信號(hào)截取到體內(nèi)的各種目標(biāo)(即組織和造影劑)時(shí)，產(chǎn)生回聲，這些回聲由陣列換能器14接收，如框304所示。與超聲信號(hào)的發(fā)送和接收有關(guān)的其它詳細(xì)情況稍后在圖4的說明中提供。
一旦已經(jīng)從身體接收到聲信號(hào)，這些信號(hào)被數(shù)字化并被存儲(chǔ)，如框306所示，使得其中包含的數(shù)據(jù)如框308所示經(jīng)過處理以及最后成像。所接收數(shù)據(jù)的線性分量被排除以抑制組織響應(yīng)，如框310所示。隨后采用對(duì)比數(shù)據(jù)處理技術(shù)對(duì)造影劑進(jìn)行成像，如框312所示。如以下所述，這種成像可以僅包括對(duì)人體組織內(nèi)的造影劑濃度進(jìn)行成像，或者可以包括對(duì)造影劑在血流或組織內(nèi)流動(dòng)的方向和速度進(jìn)行識(shí)別。
以上已經(jīng)對(duì)成像方法進(jìn)行了一般概述，下面參照?qǐng)D3較詳細(xì)地說明最佳方法。
如上所述，制藥公司研制的大部分造影劑目前都具有直徑極為不同的微泡。這些微泡尺寸未得到很好的控制。靜脈注射中超過七微米的較大微泡會(huì)被肺部濾除。它們會(huì)粘附在肺部并進(jìn)行新陳代謝，從而殘留從七至亞微米大小的微泡，并且微泡的大小對(duì)應(yīng)于它產(chǎn)生諧振時(shí)的頻率。
較小的微泡在較高頻率進(jìn)行諧振，而較大的微泡在較低頻率進(jìn)行諧振。微泡具有相當(dāng)高的Q，這意味著它們?cè)谙鄬?duì)于其固有頻率進(jìn)行諧振的程度上具有適當(dāng)?shù)倪x擇性。如果在一個(gè)頻率上諧振的某個(gè)微泡被具有另一頻率的超聲波撞擊，則這個(gè)微泡不會(huì)幾乎象它在其最適合的頻率下受撞擊時(shí)一樣程度地產(chǎn)生諧振，程度總有所不同。因此，如果采用某個(gè)頻率進(jìn)行成像，則可能真正地僅能夠最大地激勵(lì)具有對(duì)應(yīng)于該頻率的大小的微泡群。
因此，本發(fā)明的一個(gè)思想是使用頻率混合，其中，以不同頻率有選擇地發(fā)射超聲信號(hào)。超聲信號(hào)以一種可能較低的頻率來發(fā)送，并能夠拾取來自這個(gè)群體的較大微泡的信號(hào)，然后再發(fā)送另一個(gè)較高頻率的超聲信號(hào)，以便拾取來自較小微泡的信號(hào)。在形成這兩種圖像之后，將它們進(jìn)行組合，所產(chǎn)生的結(jié)果是比它們中單獨(dú)任一個(gè)感受更多數(shù)量微泡的圖像。
圖4說明以上述方式把一種造影劑給予患者，如框400所示。然后，如框402所示，中央控制器22通過發(fā)射波形調(diào)制器20、發(fā)射頻率控制部分18以及T/R開關(guān)16，使陣列換能器14采用以下所述的任何對(duì)比技術(shù)在第一頻率f1進(jìn)行成像，并且如框404所示，將圖像i1存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器30中。中央控制器22使陣列換能器14在不同于第一頻率f1的第二頻率f2進(jìn)行成像，如框406所示，并使用以上對(duì)第一頻率f1使用的相同對(duì)比技術(shù)。圖像i2存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器30中，如框408所示。第一圖像i1和第二圖像i2被組合，如框410所示，然后再進(jìn)行顯示，如框412所示。重要的是要知道，這些操作可按照任何順序進(jìn)行。這些操作可以按照幀來進(jìn)行，其中以第一頻率f1對(duì)整個(gè)幀進(jìn)行成像，然后再以第二頻率對(duì)整個(gè)幀進(jìn)行成像。不過，這種成像可以逐行進(jìn)行，因?yàn)樽詈檬亲尩诙D像i2盡快緊跟在第一圖像i1之后，使得運(yùn)動(dòng)基本上不影響圖像i1和i2。
框410中的組合包括相干組合或者不相干組合。
已經(jīng)開發(fā)出如以上簡(jiǎn)述的許多不同對(duì)比技術(shù)，用于抑制線性組織響應(yīng)并由此優(yōu)化微泡檢測(cè)。在本發(fā)明中，頻率混合可以添加到這些對(duì)比技術(shù)中任一種之中，以便得到比起單獨(dú)的頻率混合或者單獨(dú)的對(duì)比技術(shù)、能檢測(cè)到更多數(shù)量微泡的圖像。
對(duì)比技術(shù)包括功率調(diào)制、調(diào)相、脈沖反相、編碼脈沖序列調(diào)制以及二次諧波成像。除二次諧波成像之外，這些技術(shù)中每一種基本上開頭都是在微泡上發(fā)送多個(gè)發(fā)射信號(hào)，并且以特定方式、可能通過改變功率、相位、極性、脈沖探測(cè)序列調(diào)制等來修改發(fā)射信號(hào)。然后在接收時(shí)，對(duì)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以便轉(zhuǎn)化這種修改。這樣，這些對(duì)比技術(shù)中的每一種都涉及在接收時(shí)進(jìn)行與發(fā)送時(shí)所作操作互逆的操作，具有能夠消除線性組織信號(hào)并提高來自微泡的信號(hào)與來自組織的信號(hào)之比的預(yù)期結(jié)果。在第一種調(diào)制技術(shù)、即功率調(diào)制技術(shù)中，發(fā)射信號(hào)的幅度在不同的發(fā)射線上是不同的，從而提供發(fā)射信號(hào)的功率調(diào)制。例如，如果五條分離的發(fā)射線沿相同的視線射入，各發(fā)射線的幅度能夠被縮放，使得第一、第三及第五條線的幅度為第二和第四條發(fā)射線的一半(即0.5、1.0、0.5、1.0、0.5)。由于組織的線性響應(yīng)特性，對(duì)半幅度發(fā)射信號(hào)的組織響應(yīng)將是對(duì)全幅度發(fā)射信號(hào)的組織響應(yīng)的大小的一半。然后把增益系數(shù)應(yīng)用于接收數(shù)據(jù)，以便表明不均等的發(fā)射幅度。例如，在上述發(fā)射方案中，第一、第三及第五條線響應(yīng)與等于二的因子相乘。這時(shí)，各發(fā)射線的響應(yīng)信號(hào)均互相之間相減，以便消除這些信號(hào)的所有線性分量。但是，由于造影劑的微泡的非線性響應(yīng)，這種減法并不消除造影劑信號(hào)。因此，通過這種技術(shù)，組織信號(hào)被抑制，從而改善數(shù)據(jù)的信噪比。關(guān)于發(fā)射信號(hào)的功率調(diào)制的詳細(xì)實(shí)例，參考與本申請(qǐng)共同轉(zhuǎn)讓的頒發(fā)給Brock-Fisher等人的美國(guó)專利5577505，現(xiàn)將其通過引用結(jié)合于本公開中。
在功率調(diào)制技術(shù)中，將超聲波能量引入某個(gè)方向，接收身體反射回來的信號(hào)，以及累計(jì)這些信號(hào)。由于在接收上聚焦，因此探頭12僅可感應(yīng)來自相同方向的信號(hào)，相對(duì)于陣列換能器14的角度是已知的。與陣列換能器14的距離根據(jù)信號(hào)傳播和返回所花的時(shí)間來確定。在功率調(diào)制技術(shù)中，陣列換能器14以一定角度發(fā)出發(fā)射信號(hào)，再?gòu)脑摻嵌然厥?，并將?shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器102中，然后換能器14再以相同角度但以不同的功率電平發(fā)出信號(hào)。假定第二功率電平是第一功率電平的兩倍，陣列換能器14從該角度回收信號(hào)，并將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。圖像處理器28將所接收的增益補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)用于兩條線之一，使兩條線具有相同的凈增益。例如，一半增益可應(yīng)用到以兩倍于其它線的強(qiáng)度發(fā)射的線上，然后將兩條線中的一條從另一條中減去。
檢查線性目標(biāo)時(shí)，當(dāng)從雙倍大小發(fā)射接收到雙倍大小信號(hào)并乘以一半時(shí)，前面的雙倍大小信號(hào)看起來與來自正規(guī)的第一發(fā)射的信號(hào)相同。在相減時(shí)，沒有任何余值。這種技術(shù)的作用在于它抑制來自線性信號(hào)的反射、即來自組織的信號(hào)。同時(shí)，如果存在一個(gè)微泡，則在雙倍功率的線上，該微泡進(jìn)一步擴(kuò)張和收縮，并提供遠(yuǎn)大于第一個(gè)的兩倍的信號(hào)。當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)償和減法運(yùn)算時(shí)，仍然剩余一個(gè)信號(hào)。通過進(jìn)行這種功率調(diào)制處理，執(zhí)行對(duì)比技術(shù)，其中來自組織的信號(hào)與來自微泡的信號(hào)是分離的。在其最基本的方面，這種對(duì)比技術(shù)要求以相同角度、不同功率電平發(fā)射的兩條線。
通過發(fā)出具有低功率的一條線以及具有高功率的另一條線，在接收時(shí)，高功率線上的增益被減少以便匹配低功率線。然后，兩條線相減并進(jìn)行比較。結(jié)果是一旦執(zhí)行這種補(bǔ)償，主要為線性的組織被減去。不屬于線性的微泡保留在信號(hào)中。
將頻率混合加在諸如功率調(diào)制之類的對(duì)比技術(shù)之上，而不是發(fā)出兩條線來作出具有一定頻率的功率調(diào)制序列，中央控制器22使陣列換能器14在不同功率電平上以第一頻率f1發(fā)出兩條線。在接收時(shí)，這兩條線之一在圖像處理器中與第二條線的功率電平和第一條線的功率電平的相對(duì)比率成反比的增益系數(shù)相乘。在增益系數(shù)應(yīng)用到線之一之后，這兩條線被組合以形成第一功率調(diào)制圖像。然后，另外兩條線以第二頻率f1朝相同方向發(fā)射。同樣在接收時(shí)，這兩條線之一與增益系數(shù)相乘。在增益系數(shù)應(yīng)用到線之一之后，這兩條線被組合以形成第二功率調(diào)制圖像，它感應(yīng)與所形成的第一功率調(diào)制圖像不同大小的微泡。第一和第二功率調(diào)制圖像相加到一起，提高對(duì)更大數(shù)量的微泡的靈敏度。
因此，如果存在因?yàn)椴痪哂袑?duì)第一頻率進(jìn)行響應(yīng)的適當(dāng)尺寸而在第一頻率f1上丟失的微泡，則希望通過第二頻率f2來拾取該微泡，從而使系統(tǒng)比不采用頻率混合時(shí)更能感應(yīng)更多不同尺寸的微泡。
頻率與功率調(diào)制以及其它對(duì)比技術(shù)中所進(jìn)行的修改是正交的，因此頻率混合也適用于其它對(duì)比技術(shù)，而不影響其基本操作。
例如，在第二調(diào)制技術(shù)、即調(diào)相技術(shù)中，各種發(fā)射信號(hào)都可經(jīng)過相位調(diào)制。通過這種技術(shù)，發(fā)射信號(hào)的載波相位在每條線都不相同。例如，發(fā)射波形的相位可以逐線遞增地改變90°。對(duì)于功率調(diào)制技術(shù)，調(diào)相產(chǎn)生從身體接收的響應(yīng)信號(hào)的變化。這些響應(yīng)信號(hào)的線性分量將被相移到與從中創(chuàng)建它們的發(fā)射信號(hào)同樣的程度。因此，如果接收數(shù)據(jù)經(jīng)過相位調(diào)整以表明這些相移，響應(yīng)數(shù)據(jù)的線性分量則能夠再次被消除，從而抑制組織響應(yīng)。關(guān)于調(diào)相的詳細(xì)實(shí)例，參照頒發(fā)給Chapman等人的美國(guó)專利5632277以及頒發(fā)給Holley等人的美國(guó)專利5902243，現(xiàn)將它們通過引用結(jié)合到本公開中。
將頻率混合添加到諸如調(diào)相之類的對(duì)比技術(shù)之上、而不是發(fā)出兩條線來作出具有一定頻率的相位調(diào)制序列，陣列換能器14在不同相位以第一頻率f1發(fā)出兩條線。在接收時(shí)，對(duì)這兩條線之一進(jìn)行濾波，以便補(bǔ)償不同的相位。在對(duì)一條線進(jìn)行濾波之后，這兩條線被組合以形成第一調(diào)相圖像。然后，另外兩條線以第二頻率f1朝相同方向發(fā)射。同樣，在接收時(shí)，對(duì)這兩條線之一進(jìn)行濾波，以便補(bǔ)償不同相位。在對(duì)其中一條線應(yīng)用濾波之后，這兩條線被組合以形成第二調(diào)相圖像，它感應(yīng)與第一調(diào)相圖像不同大小的微泡。第一和第二調(diào)相圖像結(jié)合到一起，提高對(duì)較大數(shù)量的微泡的靈敏度。
在第三調(diào)制技術(shù)、即脈沖反相技術(shù)中，發(fā)射信號(hào)的極性被改變。例如，各種發(fā)射線具有交替變化的正和負(fù)極性。同樣，一旦從這些發(fā)射線接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過校正以表明發(fā)射信號(hào)的變化，所接收數(shù)據(jù)的線性分量則被消除，從而衰減組織的響應(yīng)。關(guān)于極性調(diào)制的詳細(xì)實(shí)例，參照頒發(fā)給Huang等人的美國(guó)專利5706819，現(xiàn)通過引用將其結(jié)合于本公開中。
脈沖反相的工作方式是陣列換能器14沿特定方向發(fā)出兩條線，并且發(fā)出的一條線具有一定極性而發(fā)出的第二條線具有相反極性。由于已經(jīng)對(duì)發(fā)射進(jìn)行了反相，因此不需要進(jìn)行減法運(yùn)算，因?yàn)閬碜詢蓷l線的圖像被相加在一起。如果相同的反射體出現(xiàn)兩次，則會(huì)抵消并增加零。如果出現(xiàn)類似于微泡的非線性成分，則在接收時(shí)會(huì)增加該響應(yīng)，并且會(huì)存在信號(hào)。
將頻率混合加入脈沖反相技術(shù)而不是發(fā)出兩條線時(shí)，陣列換能器14發(fā)出四條線，其中第一對(duì)線以第一頻率f1進(jìn)行發(fā)送以產(chǎn)生第一圖像i1，第二對(duì)線以第二頻率f2進(jìn)行發(fā)送以產(chǎn)生第二圖像i2。然后，只要將第一和第二圖像I1、I2加在一起。
根據(jù)第四對(duì)比技術(shù)、即編碼脈沖序列調(diào)制，產(chǎn)生編碼序列，其中第一發(fā)射事件是脈沖序列，第二發(fā)射事件是不同的脈沖序列。然后在接收時(shí)，第一和第二發(fā)射事件之一的脈沖序列通過主要進(jìn)行從一種序列到另一種序列變換的濾波器。然后，經(jīng)過濾波的序列和未濾波序列中的一個(gè)序列從另一個(gè)序列中減去，其方式與上述對(duì)比技術(shù)相似。
將頻率編碼加入編碼脈沖序列對(duì)比技術(shù)時(shí)，第一和第二發(fā)射事件以第一頻率f1發(fā)出。在接收時(shí)，對(duì)第一和第二發(fā)射事件之一進(jìn)行濾波，以便將編碼脈沖序列轉(zhuǎn)換為另一個(gè)發(fā)射事件的序列。在對(duì)其中一條線進(jìn)行濾波之后，這兩條線被組合以形成第一編碼脈沖序列圖像。然后，第一和第二發(fā)射事件以第二頻率f2朝相同方向發(fā)出。在接收時(shí)，對(duì)第一和第二發(fā)射事件其中之一進(jìn)行濾波，以便將編碼脈沖序列轉(zhuǎn)換為另一個(gè)發(fā)射事件的序列。在對(duì)其中一條線進(jìn)行濾波之后，這兩條線被組合以形成第二編碼脈沖序列圖像。第一和第二編碼脈沖序列圖像相加在一起，提高對(duì)較大數(shù)量的微泡的靈敏度。
根據(jù)第五調(diào)制技術(shù)、即二次諧波技術(shù)，其中造影劑將被成像，可在發(fā)射信號(hào)的二次諧波上接收回波。因此，接收頻率通常是發(fā)射頻率f0的兩倍。在二次諧波上接收信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)在于造影劑在該頻率上產(chǎn)生諧振的程度超過人體組織。因此，造影劑的響應(yīng)與人體組織能夠進(jìn)行區(qū)分。盡管響應(yīng)特性上有這種差異，但是人體組織還是產(chǎn)生諧波響應(yīng)。因此，從患者體內(nèi)接收的信號(hào)通常包含對(duì)比圖像分量和組織分量。
在二次諧波成像中，陣列換能器14基本上以一定頻率進(jìn)行發(fā)送，但在接收時(shí)，不是將接收濾波器調(diào)諧到發(fā)射頻率附近，而是將接收濾波器調(diào)諧到發(fā)射頻率的二次諧波附近。當(dāng)微泡產(chǎn)生諧振時(shí)，它們所發(fā)出的信號(hào)包含許多二次諧波成份，同時(shí)，組織所發(fā)出的信號(hào)也包含較少量的二次諧波成份。因此，能夠獲得造影劑和組織之間的更多區(qū)別。
將頻率混合加入二次諧波成像對(duì)比技術(shù)時(shí)，陣列換能器14以第一頻率進(jìn)行發(fā)送，并以例如該頻率兩倍的另一頻率進(jìn)行接收，形成第一個(gè)二次諧波圖像。然后，陣列換能器14以第二頻率進(jìn)行發(fā)送，并以例如第二頻率兩倍的另一頻率進(jìn)行接收，形成第二個(gè)二次諧波圖像。隨后再組合第一個(gè)和第二個(gè)二次諧波圖像。
本發(fā)明不限于也不應(yīng)當(dāng)局限于發(fā)送兩條線。所有對(duì)比技術(shù)都可以擴(kuò)展到兩條以上的線。當(dāng)然，也可發(fā)送在三個(gè)功率電平而不是兩個(gè)功率電平上的發(fā)射線。也可在一個(gè)功率電平上發(fā)送一條線、在第二功率電平上發(fā)送第二條線以及在第三功率電平上發(fā)送第三條線。另外，頻率的數(shù)量不限于兩個(gè)頻率。額外的頻率可與上述對(duì)比技術(shù)中任一種配合使用。因此，線的數(shù)量可根據(jù)不同實(shí)施例來改變?；旧希瑹o論采用哪種對(duì)比技術(shù)，該對(duì)比技術(shù)都會(huì)以不同的發(fā)射頻率來重復(fù)進(jìn)行，以便嘗試從不同大小的微泡獲得靈敏度。采用這些對(duì)比技術(shù)時(shí)，發(fā)出多條線，并且對(duì)其中至少一條線改變發(fā)射信號(hào)的特性。在接收時(shí)，除采用二次諧波成像之外，均對(duì)特性的改變進(jìn)行反向處理。在撤消所作的改變之后，在兩個(gè)形成的圖像之間進(jìn)行減法運(yùn)算。
不管所用的特定發(fā)射信號(hào)調(diào)制技術(shù)如何，各發(fā)射線通常包括波形的重復(fù)序列。例如，各波形包含高斯修改的正弦波。各種發(fā)射線沿相同視線射入體內(nèi)。以該方向射入的各組線稱作線群。通常，在各線群中使用發(fā)射波形的特定序列并重復(fù)多次。發(fā)射波形的各個(gè)序列稱作子線群。
在多條線已經(jīng)發(fā)送到體內(nèi)之后，接收響應(yīng)回波。對(duì)這些接收的信號(hào)再進(jìn)行數(shù)字化，使其中包含的數(shù)據(jù)以適當(dāng)方式進(jìn)行處理。一旦經(jīng)過數(shù)字化，這些接收的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。可對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以便消除與組織相關(guān)的數(shù)據(jù)的線性分量。這通常包括通過對(duì)比成像雜波濾波器將各個(gè)線的數(shù)據(jù)彼此相減，從而消除線性成分。例如，第一列(線1)的數(shù)據(jù)可以從第二列(線2)的數(shù)據(jù)中減去，以便濾除信號(hào)的線性分量部分，從而僅保留非線性分量。一旦以這種方式消除了信號(hào)的線性分量，則可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以便使造影劑成像。在一個(gè)實(shí)施例中，這種成像包括根據(jù)已知技術(shù)進(jìn)行的造影劑濃度成像。在另一個(gè)實(shí)施例中，類似于采用彩色流成像的技術(shù)被用來對(duì)血流中造影劑的流動(dòng)的方向和速度進(jìn)行成像。但在任一種情況下，通過使用頻率混合，都會(huì)因具有不同大小的造影劑的微泡的檢測(cè)的最大化而獲得最佳結(jié)果。
本發(fā)明的頻率混合技術(shù)可與線性陣列配合使用。本發(fā)明還對(duì)用來產(chǎn)生三維(3D)圖片的二維(2D)陣列有用。本發(fā)明可用于3D成像系統(tǒng)。另外，本發(fā)明可用于發(fā)送，因?yàn)樗哂袡C(jī)械上可移動(dòng)的元件。在一些超聲系統(tǒng)中，換能器是機(jī)械操縱的。在這種類型的超聲系統(tǒng)中，換能器包裝在具有某種油的透鏡內(nèi)，以便能夠自由移動(dòng)，同時(shí)向各個(gè)方向進(jìn)行發(fā)送。因此，通過將頻率混合用于超聲成像系統(tǒng)中以產(chǎn)生已經(jīng)注入造影劑的身體部位的圖像，就能夠使不同大小的造影劑的微泡的檢測(cè)最大化。此外，通過將頻率混合與各種對(duì)比技術(shù)結(jié)合，就能夠分離屬于非線性的造影劑響應(yīng)與屬于線性的組織響應(yīng)。
雖然為了舉例在上述說明和附圖中詳細(xì)公開了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，可以對(duì)其進(jìn)行變化和修改，只要不違背以下權(quán)利要求中提出的本發(fā)明的范圍。
通過詳細(xì)說明，本發(fā)明的眾多特征和優(yōu)點(diǎn)十分明顯，因此，所附權(quán)利要求意在涵蓋屬于本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍的所有這類特征和優(yōu)點(diǎn)。此外，由于本領(lǐng)域的技術(shù)人員可方便地進(jìn)行大量修改和變更，因此不需要將本發(fā)明完全限制在所述的確切結(jié)構(gòu)和操作上，可以采取所有適當(dāng)?shù)男薷暮偷刃?，這些均屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種裝置，產(chǎn)生其中已經(jīng)注入造影劑的身體部位的圖像，所述裝置包括成像系統(tǒng)，在多個(gè)頻率上進(jìn)行發(fā)送以便引起所述造影劑在相應(yīng)多個(gè)頻率上的響應(yīng)，形成對(duì)應(yīng)于各個(gè)頻率的圖像，然后將所形成的圖像進(jìn)行組合。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述形成的圖像是包含相位信息的相干數(shù)據(jù)，以及所述成像系統(tǒng)將所述相干數(shù)據(jù)進(jìn)行組合。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述形成的圖像是不包含相位信息的不相干數(shù)據(jù)，以及所述成像系統(tǒng)將所述不相干數(shù)據(jù)進(jìn)行組合。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述成像系統(tǒng)在第一頻率上產(chǎn)生具有至少兩個(gè)不同功率電平的第一組的多個(gè)第一發(fā)射信號(hào)，在不同于所述第一頻率的第二頻率上產(chǎn)生具有至少兩個(gè)不同功率電平的第二組的多個(gè)第二發(fā)射信號(hào)，接收所述第一和第二組的多個(gè)第一和第二發(fā)射信號(hào)的反射信號(hào)，將至少一個(gè)增益補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)用于與以不同功率電平發(fā)送的所述發(fā)射信號(hào)中若干信號(hào)對(duì)應(yīng)的反射信號(hào)，從而對(duì)于所有反射信號(hào)獲得基本相似的功率電平，組合所述第一組的多個(gè)增益補(bǔ)償后的信號(hào)以產(chǎn)生第一圖像，組合所述第二組的多個(gè)增益補(bǔ)償后的信號(hào)以產(chǎn)生第二圖像，以及組合所述第一和第二圖像以產(chǎn)生所述身體部位的圖像。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述至少兩個(gè)不同的功率電平包括第一功率電平和等于所述第一功率電平兩倍的第二功率電平，以及0.5的增益補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)用于與以所述第二功率電平發(fā)送的所述發(fā)射信號(hào)對(duì)應(yīng)的所述反射信號(hào)。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述至少兩個(gè)不同的功率電平包括第一功率電平和等于所述第一功率電平兩倍的第二功率電平，其中，所述第一組和第二組的多個(gè)第一和第二發(fā)射信號(hào)中的每一個(gè)均包含依次以所述第一功率電平、所述第二功率電平、然后所述第一功率電平發(fā)送的一系列信號(hào)，0.5的增益補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)用于與以所述第二功率電平發(fā)送的所述發(fā)射信號(hào)對(duì)應(yīng)的所述反射信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述成像系統(tǒng)在第一頻率上產(chǎn)生具有至少兩個(gè)不同相位的第一組的多個(gè)第一發(fā)射信號(hào)，在不同于所述第一頻率的第二頻率上產(chǎn)生具有至少兩個(gè)不同相位的第二組的多個(gè)第二發(fā)射信號(hào)，接收所述第一組和第二組的多個(gè)第一和第二發(fā)射信號(hào)的反射信號(hào)，將至少一個(gè)相位補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)用于與以不同相位發(fā)送的所述發(fā)射信號(hào)中若干信號(hào)對(duì)應(yīng)的所述反射信號(hào)，從而對(duì)于所有反射信號(hào)獲得基本相似的相位，組合所述第一組的多個(gè)相位補(bǔ)償后的信號(hào)以產(chǎn)生第一圖像，組合所述第二組的多個(gè)相位補(bǔ)償后的信號(hào)以產(chǎn)生第二圖像，以及組合所述第一和第二圖像以產(chǎn)生所述身體部位的圖像。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述成像系統(tǒng)在第一頻率上產(chǎn)生具有第一和第二極性的第一組的多個(gè)第一發(fā)射信號(hào)，在不同于所述第一頻率的第二頻率上產(chǎn)生具有所述第一和第二極性的第二組的多個(gè)第二發(fā)射信號(hào)，接收所述第一和第二組的多個(gè)第一和第二發(fā)射信號(hào)的反射信號(hào)，組合所述第一組的多個(gè)第一發(fā)射信號(hào)以產(chǎn)生第一圖像，組合所述第二組的多個(gè)第二發(fā)射信號(hào)以產(chǎn)生第二圖像，以及組合所述第一和第二圖像以產(chǎn)生所述身體部位的圖像。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述成像系統(tǒng)在第一頻率上產(chǎn)生具有第一脈沖編碼序列的第一組的多個(gè)第一發(fā)射信號(hào)，在不同于所述第一頻率的第二頻率上產(chǎn)生具有第二脈沖編碼序列的第二組的多個(gè)第二發(fā)射信號(hào)，接收所述第一組和第二組的多個(gè)第一和第二發(fā)射信號(hào)的反射信號(hào)，對(duì)所述接收的第一組和第二組的多個(gè)第一和第二發(fā)射信號(hào)之一進(jìn)行濾波，以便將相應(yīng)的脈沖編碼序列轉(zhuǎn)換為所述另一個(gè)脈沖編碼序列，組合所述轉(zhuǎn)換的多個(gè)反射信號(hào)以形成第一圖像，組合其它的多個(gè)反射信號(hào)以形成第二圖像，以及組合所述第一和第二圖像以產(chǎn)生所述身體部位的圖像。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述成像系統(tǒng)在第一頻率上產(chǎn)生第一發(fā)射信號(hào)，并且接收調(diào)諧到不同于所述第一頻率的第二頻率附近的所述第一發(fā)射信號(hào)所對(duì)應(yīng)的反射信號(hào)，從而形成第一圖像；在第三頻率上產(chǎn)生第二發(fā)射信號(hào)，并且接收調(diào)諧到不同于所述第三頻率的第四頻率附近的所述第二發(fā)射信號(hào)所對(duì)應(yīng)的反射信號(hào)，從而形成第二圖像；以及組合所述第一和第二圖像以產(chǎn)生所述身體部位的圖像。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述第二頻率是所述第一頻率的兩倍，以及所述第四頻率是所述第三頻率的兩倍。
12.一種方法，產(chǎn)生其中已經(jīng)注入造影劑的身體部位的圖像，所述方法包括在多個(gè)頻率上發(fā)送發(fā)射信號(hào)，以便引起造影劑在相應(yīng)的多個(gè)頻率上的響應(yīng)；接收從所述造影劑反射的所述發(fā)射信號(hào)；形成對(duì)應(yīng)于各個(gè)頻率的圖像；以及組合所述形成的圖像。
13.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述發(fā)送包括在第一頻率上產(chǎn)生所述發(fā)射信號(hào)之一，并且在等于所述第一頻率兩倍的第二頻率上發(fā)送所述發(fā)射信號(hào)中的另一個(gè)信號(hào)。
全文摘要
使患者體內(nèi)的造影劑成像的設(shè)備和方法。該設(shè)備包括在多個(gè)頻率上進(jìn)行發(fā)送以便引起造影劑在相應(yīng)的多個(gè)頻率上的響應(yīng)的成像系統(tǒng)，形成對(duì)應(yīng)于各個(gè)頻率的圖像，然后將形成的圖像進(jìn)行組合。
文檔編號(hào)G01S15/89GK1476310SQ02803074
公開日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2002年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月31日
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