具有對梯形的扇區(qū)的空間復合的超聲診斷成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及超聲診斷成像系統(tǒng)，并且尤其涉及產(chǎn)生梯形的扇區(qū)格式的空間復合圖 像的超聲診斷成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間復合是這樣一種成像技術(shù)，在其中通過組合從（已從每個角度或觀看方向 接收到的）復合圖像目標中的每個點接收的數(shù)據(jù)，將從多個有利位置或角度（觀看方向） 獲得的給定目標的許多超聲圖像組合成單個復合圖像?？臻g復合的范例可見于美國專利 4649327(Fehr等人）；4319489(Yamaguchi等人）；4159462(Rocha等人；6210328(Robinson 等人）；6126598 (Entrekin等人）以及6224552 (Jago等人）。通過從基本上獨立的空間方 向快速采集一系列空間交疊的分量圖像幀，使用陣列換能器以實施對分量幀的電子束操控 和/或電子平移，來執(zhí)行實時空間復合成像。通過求和、平均、峰值檢測或其他組合手段，將 分量幀組合成復合圖像。以受采集幀速率限制的速率來重復采集序列和復合圖像的形成， 采集幀速率即要在所選擇的成像寬度和深度上采集完全互補的掃描線的分量幀所需要的 時間。復合圖像通常比來自單一視點的常規(guī)超聲圖像顯示更低的斑紋和更好的鏡面反射描 繪。在具有N個分量幀的復合圖像中，斑紋減少了（即，斑紋信號與噪聲比率得以改善）N 的平方根，條件是被用于創(chuàng)建復合圖像的分量幀基本上是獨立的并且被平均化。幾種標準 能夠被用于確定分量幀的獨立程度（參見，例如O'Donnell等人在IEEETrans.UFFC第35 卷，第4號，第470-76頁（1988年））。實踐中，針對利用轉(zhuǎn)向線性陣列的空間復合成像，這 意味著分量幀之間的最小轉(zhuǎn)向角度。該最小角度通常在幾度的量級上，即三或四度。
[0003] 空間復合掃描改善圖像質(zhì)量的第二種方式是通過改善對鏡面界面的采集。例如， 彎曲的骨-軟組織界面在超聲束精確垂直于該界面時產(chǎn)生強回聲，并且在射束僅偏離垂直 幾度時產(chǎn)生非常弱的回聲。這些界面常常是彎曲的，并且利用常規(guī)掃描，界面中僅有小部分 可見。空間復合掃描從許多不同角度采集界面的視圖，使彎曲的界面可見并且在更大的視 場上連續(xù)。更大的角度差異一般改進鏡面目標的連續(xù)性。然而，可獲得的角度差異受換能 器陣列元件的接受角度限制。接受角度取決于換能器陣列元件節(jié)距、頻率和構(gòu)建方法。
[0004] 空間復合能夠以超聲成像中使用的各種圖像格式完成，包括扇區(qū)圖像和線性圖 像。用于空間復合的方便格式是如在前述Robinson等人、Entrekin等人和Jago等人的專 利中描述的轉(zhuǎn)向線性格式。以此格式，每個分量幀均從被轉(zhuǎn)向為給定觀看方向的平行掃描 線形成。例如，能夠使用全部被轉(zhuǎn)向為0° (正前方）方向的掃描線采集第一分量幀。然后 能夠利用分別全部被轉(zhuǎn)向為+15°方向和-15°方向的掃描線采集第二和第三分量幀。當 分量幀被空間對齊地組合時，它們將產(chǎn)生空間復合的梯形圖像。遺憾的是，如下文討論的， 空間復合效應在整個圖像上并不是均勻的。這是因為在所組合的圖像中不同區(qū)域中存在不 同程度的圖像交疊。因此，合乎期望的是以梯形掃描格式進行空間復合，其中空間復合效應 遍及最大程度的空間復合圖像組合最多數(shù)目的分量幀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)本發(fā)明的原理，空間復合梯形圖像是通過掃描虛擬頂點分量幀而形成的。虛 擬頂點是一種相控波束轉(zhuǎn)向技術(shù)，其中，掃描像場的掃描線以不同角度被轉(zhuǎn)向。其被稱為虛 擬頂點是因為全部的掃描線看起來源自于超聲換能器的面后面的共同點或頂點。以虛擬頂 點格式采集分量幀，其中，掃描線在每個分量幀中相對于換能器的面的不同角度而被轉(zhuǎn)向。 當分量幀被組合時，在像場的實質(zhì)部分上的交疊提供了遍及復合圖像的大的區(qū)域上高度的 空間復合。
【附圖說明】
[0006] 在附圖中：
[0007] 圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的超聲診斷成像系統(tǒng)的方框圖形式；
[0008] 圖2圖示了圖1的空間復合處理器的實施方式的框圖形式；
[0009]圖3a至圖3d圖示由在轉(zhuǎn)向線性掃描格式中采集的分量幀形成的空間復合圖像的 最尚圖像質(zhì)量的區(qū)域；以及
[0010] 圖4a至圖4c圖示了根據(jù)本發(fā)明的用于空間復合梯形圖像的形成而采集的分量 幀。
【具體實施方式】
[0011] 首先參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的超聲診斷成像系統(tǒng)。超聲探頭10 包括平面陣列換能器12,平面陣列換能器12在由虛線矩形和平行四邊形（描繪出通過轉(zhuǎn)向 線性波束掃描掃描的區(qū)域的輪廓）指代的像場上以不同角度發(fā)射波束。附圖中指示三組掃 描線，被標記為A、B和C，每組相對于陣列換能器的面以不同角度被轉(zhuǎn)向。陣列換能器能夠 是換能器元件的一維（ID)陣列或者是換能器元件的二維（2D)矩陣陣列。波束的發(fā)射是由 發(fā)射器14控制的，發(fā)射器14控制陣列換能器的元件中的每個的定相和致動時間，從而沿陣 列并以預定角度從預定原點發(fā)射每個波束。在使用2D陣列換能器時，由定位于探頭10中 的微波束形成器IC(yBF)提供發(fā)射和空間波束形成。ID陣列換能器在期望時也能夠使用 微波束形成器。從沿每個掃描線返回的回波被陣列的元件接收，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換被數(shù)字化，并 且被耦合到數(shù)字波束形成器16。當使用微波束形成器時，在信號被耦合到系統(tǒng)波束形成器 16之前，由微波束形成器在探頭中執(zhí)行至少空間波束形成。數(shù)字波束形成器延遲并加和來 自陣列元件或微波束形成器的回波，以沿每個掃描線形成聚焦相干數(shù)字回波樣本的序列。 發(fā)射器14、微波束形成器和波束形成器16是在系統(tǒng)控制器18的控制下操作的，系統(tǒng)控制器 18繼而對在由超聲系統(tǒng)的用戶操作的用戶接口 20上對控制的設置做出響應。系統(tǒng)控制器 控制發(fā)射器（和/或微波束形成器），以期望角度、發(fā)射能量和頻率，發(fā)射期望數(shù)目的掃描線 組。系統(tǒng)控制器還控制數(shù)字波束形成器，以恰當延遲并組合針對使用的孔徑和圖像的接收 到的回波信號。
[0012] 由可編程數(shù)字濾波器22對掃描線回波信號進行濾波，可編程數(shù)字濾波器22限定 感興趣頻帶。當對諧波造影劑進行成像或執(zhí)行組織諧波成像時，濾波器22的帶寬被設定為 使發(fā)射帶的諧波通過。然后由檢測器24檢測經(jīng)濾波器的信號。在優(yōu)選的實施例中，濾波器 和檢測器包括多個濾波器和檢測器，使得接收到的信號可以被分成多通帶，所述多通帶被 分別檢測并被重新組合以減少頻率復合的圖像斑紋。針對B模式成像，檢測器24將執(zhí)行對 回波信號包絡的幅度檢測。針對多普勒成像，針對圖像中的每個點集合回波的集合，并且對 回波的集合進行多普勒處理以估計多普勒頻率或多普勒功率強度。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的原理，在處理器30中通過空間復合來處理數(shù)字回波信號。數(shù)字回波 信號首先被預處理器32預處理。預處理器32能夠在期望時利用加權(quán)因子對信號樣本進行 預加權(quán)。能夠利用加權(quán)因子來對樣本進行預加權(quán)，所述加權(quán)因子為被用于形成特定復合圖 像的分量幀的數(shù)目的函數(shù)。預處理區(qū)還能夠?qū)υ谝粋€交疊圖像的邊緣處的邊緣線進行加 權(quán)，從而使在其中被復合的樣本或圖像的數(shù)目改變處的過渡平滑。經(jīng)預處理的信號樣本可 以然后在再采樣器34中經(jīng)歷再采樣。再采樣器34能夠空間重對齊對一個分量幀的估計或 者重對齊到顯示空間的像素。
[0014] 在再采樣之后，由組合器36復合圖像幀。組合可以包括求和、平均化、峰值檢測或 其他組合手段。被組合的樣本也可以在過程中的該步驟中的組合之前被加權(quán)。最終，由后 處理器38執(zhí)行后處理。后處理器將所組合的值歸一化到限制范圍的值。后處理器能夠通 過查找表最容易地執(zhí)行，并且能夠同時執(zhí)行對復合值的范圍的壓縮，以及到適用于對復合 圖像的顯示的值的范圍的映射。
[0015] 復合過程可以在估計數(shù)據(jù)空間或在顯示像素空間中執(zhí)行。在優(yōu)選的實施例中， 掃描轉(zhuǎn)換是在復合過程之后由掃描轉(zhuǎn)換器40執(zhí)行的。復合圖像可以以估計或顯示像 素的形式被存儲在Cineloop?存儲器42中。如果被存儲為估計形式，則圖像可以在從 Cineloop(電影回放）存儲器被回放用于顯示時被掃描轉(zhuǎn)換。掃描轉(zhuǎn)換器和Cineloop存儲 器也可以被用于繪制空間復合圖像的三維表示，如在美國專利5485842和5860924中描述 的。在掃描轉(zhuǎn)換之后，空間復合圖像被視頻處理器44處理以供顯示并且被顯示在圖像顯示 器50上。
[0016] 圖2圖示了圖1的空間復合處理器30的一種實施方式。處理器30在該范例中是 由以各種方式處理圖像數(shù)據(jù)的一個或多個數(shù)字信號處理器60來實施的。例如，數(shù)字信號處 理器60來對接收到的圖像數(shù)據(jù)進行加權(quán)，并且能夠?qū)D像數(shù)據(jù)進行再采樣，以空間對齊來 自每個幀的像素。數(shù)字信號處理器60將經(jīng)處理器的圖像幀送往多個幀存儲器62,幀存儲器 62緩存?zhèn)€體分量圖像幀。能夠由幀存儲器62存儲的分量圖像幀的數(shù)目優(yōu)選地至少等于要 被復合的分量圖像幀的最大數(shù)目，例如十六幀。根據(jù)本發(fā)明的原理，數(shù)字信號處理器對控制 參數(shù)做出響應，控制參數(shù)包括圖像顯示深度、最大復合的區(qū)域的深度、臨床應用、復合顯示 速率、操作模式，以及采集速率，用于