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醫(yī)療超聲波中的自適應(yīng)聲壓估計的制作方法

文檔序號:1298412閱讀:203來源:國知局
醫(yī)療超聲波中的自適應(yīng)聲壓估計的制作方法【專利摘要】一種醫(yī)療超聲波中提供的自適應(yīng)聲壓估計(40)。測量(30)不同頻率下的特定患者的組織的響應(yīng)(例如,線性和非線性響應(yīng))。該響應(yīng)被用來確定(38)聲壓。特定患者中的測量使估計適合于患者。確定(38)對于期望位置的聲壓以便將發(fā)射功率設(shè)置成期望水平,諸如用于具有高SNR但具有造影劑的有限毀壞的造影劑成像,或者提供期望的熱劑量聲學(xué)治療?!緦@f明】醫(yī)療超聲波中的自適應(yīng)聲壓估計【
技術(shù)領(lǐng)域
】[0001]本實施例涉及超聲波的醫(yī)療使用。特別地,超聲波的聲壓適合于診斷或治療需要。【
背景技術(shù)
】[0002]超聲波造影劑是穩(wěn)定化微泡。造影劑是壓力敏感的。高聲壓破壞了微泡。為了不破壞微泡,發(fā)射功率與典型B模式成像條件相比通常減小10dB—30dB。此外,微泡的非線性響應(yīng)可弱于組織中的散射體的線性響應(yīng)。因此,強(qiáng)反差圖像的信噪比(SNR)是低的,因此期望使用不損壞微泡的最大功率。[0003]為改善SNR或使泡毀壞最小化來調(diào)整發(fā)射功率與數(shù)據(jù)獲取相干擾,因為只能在微泡已進(jìn)入成像平面之后執(zhí)行調(diào)整。在可重復(fù)較高質(zhì)量獲取之前,微泡已清除血流(例如,約15分鐘)。此外,從患者安全角度和從成本角度出發(fā),造影劑的多次注射是不期望的。[0004]為了嘗試在造影劑的注射之前設(shè)置發(fā)射功率,臨床醫(yī)生使用機(jī)械指數(shù)(MI)值作為聲壓的指示符。雖然MI與聲壓有關(guān),但MI并未考慮患者的解剖體且并不提供關(guān)于成像平面中的聲壓分布的信息。有經(jīng)驗的臨床醫(yī)生可基于B模式圖像的SNR來進(jìn)行調(diào)整,但是這是臆測。[0005]對于超聲波治療而言,對患者施加期望的熱劑量。過多的熱劑量可損害健康組織,并且過少的熱劑量可能不會充分地治療患者。然而,各種中間結(jié)構(gòu)可導(dǎo)致意外的熱劑量。類似于造影劑成像,預(yù)測實際壓力的能力是有限的。[0006]其它治療應(yīng)用可需要某些聲壓水平,例如以通過破壞外殼來從微泡釋放藥物或確立穩(wěn)態(tài)空化(stablecavitation)?!?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0007]通過介紹,下面描述的優(yōu)選實施例包括用于醫(yī)療超聲波中的自適應(yīng)聲壓估計的方法、系統(tǒng)、計算機(jī)可讀介質(zhì)以及指令。測量不同頻率下的特定患者的組織的響應(yīng)。該響應(yīng)被用來確定聲壓。特定患者中的測量使估計適于患者。確定用于期望位置的聲壓以便將發(fā)射功率設(shè)置成期望水平,諸如用于具有高SNR但具有造影劑的有限毀壞的造影劑成像,或者提供期望的熱劑量或聲壓用于治療。[0008]在第一方面中,提供了一種用于醫(yī)療超聲波中的自適應(yīng)聲壓估計的方法。針對多個位置在第一頻率下獲取第一響應(yīng)。針對所述多個位置在第二頻率下獲取第二響應(yīng)。估計位置中的一個或多個處的聲壓。作為第一和第二響應(yīng)的函數(shù)來估計聲壓。將聲學(xué)輸出設(shè)置為聲壓的函數(shù)。[0009]在第二方面中,非臨時計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)具有存儲在其中的數(shù)據(jù),其表示可由已編程處理器執(zhí)行用于醫(yī)療超聲波中的自適應(yīng)聲壓估計的指令。該存儲介質(zhì)包括用于確定對聲能的第一和第二頻帶中的組織響應(yīng)、作為第一和第二頻帶中的組織響應(yīng)的函數(shù)來設(shè)置發(fā)射功率并使用發(fā)射功率來執(zhí)行造影劑成像或聲學(xué)治療的指令。[0010]在第三方面中,提供了一種用于醫(yī)療超聲波中的自適應(yīng)聲壓估計的超聲波系統(tǒng)。發(fā)射放大器與換能器相連。處理器被配置成作為第一頻率下的作為深度的函數(shù)的第一振幅輪廓(amplitudeprofile)和不同于第一頻率的第二頻率下的作為深度的函數(shù)的第二振幅輪廓的函數(shù)來確立發(fā)射放大器的發(fā)射功率。[0011]下面結(jié)合優(yōu)選實施例來討論本發(fā)明的更多方面和優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明由下面的權(quán)利要求限定,并且不應(yīng)將本部分中的任何東西理解為對那些權(quán)利要求的限制。【專利附圖】【附圖說明】[0012]部件和圖不一定按比例,而是將重點(diǎn)放在說明實施例的原理上。此外,在圖中,遍及不同的視圖,相似的參考數(shù)字指示對應(yīng)的部分。[0013]圖1是用于醫(yī)療超聲波中的自適應(yīng)聲壓估計的方法的一個實施例的流程圖;圖2是處于不同接收頻率和發(fā)射功率水平的示例性振幅輪廓的圖形表示;圖3是處于不同接收頻率和發(fā)射功率水平但具有與圖2不同的發(fā)射焦點(diǎn)深度的其它示例性振幅輪廓的圖形表示;以及圖4是用于醫(yī)療超聲波中的自適應(yīng)聲壓估計的系統(tǒng)的一個實施例的框圖。【具體實施方式】[0014]超聲波對比成像需要聲學(xué)輸出功率的謹(jǐn)慎調(diào)整以避免毀壞試劑并使靈敏度最大化。低于最佳的聲壓可導(dǎo)致降低的靈敏度和/或穿透度。高于最佳的聲壓可導(dǎo)致造影劑的過多毀壞。類似地,超聲波治療受益于聲能的精確設(shè)置以提供期望的劑量或壓力。[0015]生物組織中的超聲波傳播是非線性的,導(dǎo)致接收回波信號中的多個譜分量。通過分析對發(fā)射聲壓具有不同相關(guān)性(諸如線性的和二次的)的譜分量的振幅,可估計和調(diào)整目標(biāo)器官中的聲壓以優(yōu)化對比成像或聲學(xué)治療。[0016]例如,可通過測量對于接收回波的基波和諧波(例如,二次)分量的強(qiáng)度輪廓(強(qiáng)度對比深度)來估計身體內(nèi)部的聲壓。在成像平面或體積中的多個位置處確定基波和諧波響應(yīng)。此確定可在造影劑到達(dá)所關(guān)心區(qū)域處之前小于一分鐘或幾分鐘內(nèi)發(fā)生,因此幾乎不增加超聲波檢驗的時間。根據(jù)響應(yīng)來估計用于至少一個位置的絕對聲壓。響應(yīng)于該壓力估計而調(diào)整或者另外設(shè)置聲學(xué)輸出以實現(xiàn)最佳的強(qiáng)反差圖像質(zhì)量。[0017]組織可以是‘暗的’,因為不存在到達(dá)那里的太多聲音,或者因為組織并未散射太多。非線性傳播并未過多地受到散射的影響。這就是為什么可從‘暗的’組織得到與基波相比強(qiáng)大的二次諧波的原因,表明聲壓實際上是高的。通過準(zhǔn)確地預(yù)測壓力,確定了關(guān)于組織的回聲反射性的更多東西。[0018]圖1圖示出用于醫(yī)療超聲波中的自適應(yīng)聲壓估計的方法的一個實施例。使用不同頻率下的對組織的超聲波的響應(yīng)來估計聲壓?;诖寺晧簛碓O(shè)置用于后續(xù)發(fā)射的發(fā)射功率。對聲壓的適應(yīng)可在沒有聲壓的直接估計的情況下基于不同頻率下的響應(yīng)來設(shè)置發(fā)射功率。[0019]針對任何超聲波發(fā)射來設(shè)置發(fā)射功率。例如,針對治療來設(shè)置發(fā)射功率以更可能地提供期望的劑量。作為另一示例,針對造影劑成像來設(shè)置發(fā)射功率以在最小化或避免期望區(qū)域中的造影劑的毀壞的同時改善SNR。[0020]用圖4的系統(tǒng)來實施圖1的方法,但可使用其它系統(tǒng)。醫(yī)療診斷成像系統(tǒng)執(zhí)行該方法。替換地,超聲波治療系統(tǒng)執(zhí)行該方法。在又一實施例中,與有或沒有額外波束成形器電子裝置的換能器相連的計算機(jī)執(zhí)行該方法。[0021]以所示的順序或不同順序執(zhí)行該方法。例如,以任何順序或同時地執(zhí)行動作30、34和36??梢蕴峁└郊印⒉煌蜉^少動作。例如,不執(zhí)行動作34和36中的一者或兩者。作為另一示例,不執(zhí)行動作42。可不直接地執(zhí)行動作40,諸如其中在沒有實際聲壓的特定估計的情況下指示聲壓的信息被用來設(shè)置發(fā)射功率水平。在又一示例中,執(zhí)行用于收集更多測量或值以估計聲壓的一個或多個動作和/或配置動作。[0022]自動地或手動地發(fā)起發(fā)射功率設(shè)置特征。例如,用戶按下按鈕,按下腳踏板,選擇菜單項或說話(例如通過語音激活的控制)。作為另一示例,用戶選擇造影劑成像軟件或造影劑成像應(yīng)用所特定的軟件。作為又一示例,由連續(xù)活動軟件來生成該請求。在該請求之前或之后將造影劑注射到患者中。響應(yīng)于該請求,任何當(dāng)前成像被中斷或被交錯有數(shù)據(jù)的獲取用以設(shè)置發(fā)射功率水平。[0023]在動作30中,確定組織對聲能的響應(yīng)。針對不同的頻率確定響應(yīng)。不同的頻率是不同的中心頻率和/或不同的頻帶。該頻帶可重疊或者可不重疊。例如二次諧波回波振幅與基波回波振幅之間的比提供組織內(nèi)部的絕對基波聲壓的指示。[0024]通過在動作32中獲取處于不同頻率的響應(yīng)來執(zhí)行動作30。在動作32中,獲取超聲波回波數(shù)據(jù)。例如,針對一個或多個位置執(zhí)行用以滿足檢測技術(shù)的發(fā)射和接收(例如用于每個基波數(shù)據(jù)的多個脈沖、用于每個諧波數(shù)據(jù)的多個脈沖或用于B模式的單個脈沖)。在一個實施例中,使用四個或更多脈沖來從給四個或更多回波導(dǎo)出不包括二次諧波的基波和不包括一次諧波的二次諧波。[0025]位置可沿著掃描或波束線和/或分布在平面或體積中的不同掃描線之中。針對相同的掃描線,可使用相同的發(fā)射和對應(yīng)的接收操作來獲得不同位置處的響應(yīng)。針對沿著分離的掃描線的位置,使用對不同掃描線的連續(xù)發(fā)射和接收操作??商鎿Q地,執(zhí)行寬波束或多波束發(fā)射和對應(yīng)的多波束接收操作。[0026]該位置可處于用于成像的采樣密度或此類位置的子集。較少的位置可需要較少的處理和/或掃描時間,因此在一個實施例中,線密度是用于B模式組織成像的線密度的1/4至I倍??梢允褂闷渌€或樣本密度,諸如沿著用于平面或體積的一個掃描線執(zhí)行測量。針對每個給定線,可使用任何采樣密度。例如,使用與被用于B模式成像的相同的采樣密度。獲取沿著掃描線的來自各種深度的回波信號。[0027]被用于采樣的一個或多個掃描線和沿著該線的樣本位置被選作具有已知反向散射特性、諸如充分發(fā)展斑點(diǎn)的區(qū)域。在肝臟中,大部分器官是軟組織,因此具有已知的反向散射特性。該位置被選則作為軟組織位置而不是大的血管或靜脈位置。在替換實施例中,該位置與其它類型的組織或結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。[0028]也可考慮傳播路徑。使用僅傳播通過顯示出充分發(fā)展斑點(diǎn)的組織的波束或掃描線。不使用橫斷或通過血管、骨、硬組織或流體組織而到達(dá)采樣位置處的波束。替換地,使用通過其它類型的組織的波束。在許多情況下,近場中的組織無關(guān)緊要,只要近場不包括骨即可且只要大體上或平均起來與正在測量的組織相同即可。沿著‘均勻的’一定范圍的波束取得樣本。[0029]手動地或自動地選擇該位置和/或掃描線。例如,用戶指示將在B模式或B模式和流模式組合圖像上使用的波束和/或樣本位置。作為另一示例,針對遍及平面和/或體積的位置確定信噪比(SNR)。斑點(diǎn)與SNR中的(空間)方差相關(guān)聯(lián)。在平均方差與標(biāo)準(zhǔn)偏差的比為約1.9的情況下,指示與軟組織相關(guān)聯(lián)的斑點(diǎn)區(qū)域。[0030]在兩個或更多不同頻率下獲取用于各位置的響應(yīng)。在本文中所使用的一個示例中,使用基波或發(fā)射頻率(例如,2MHz)和基波頻率的二次諧波(例如,4MHz)。基波響應(yīng)充當(dāng)回聲反射性的度量。[0031]替代基波(一次諧波)和二次諧波響應(yīng),可使用兩個或更多諧波的其它組合來估計絕對聲壓??墒褂门c非線性波方程式中的不同項有關(guān)的信號分量的任何組合,諸如二次諧波和三次基波。[0032]為了將處于不同頻率的響應(yīng)隔離,處理表示聲學(xué)回波的接收信號。使用相同的數(shù)據(jù)來確定不同頻率下的響應(yīng)。例如,用濾波器來將回波信號分解以便確定反射諧波的振幅。未濾波信號被用于基波,但可使用濾波。作為另一示例,采用已編碼發(fā)射脈沖序列(例如,脈沖反相)。針對脈沖反相,兩個另外相同的發(fā)射脈沖的振幅是[1,-1]。通過減去接收信號,可抵消來自偶次諧波的貢獻(xiàn),在基波頻率下提供信息。其它奇次諧波下的信息是相對小的,因此可保留,但是在其它實施例中可被濾出。通過加上接收信號,抵消了來自奇次諧波的貢獻(xiàn)。類似地,除二次諧波之外的其它偶次諧波下的信息是小的,因此可保留,但是可被濾出。任何附加濾波可改善諧波分量之間的分離并拒絕噪聲??墒褂镁哂胁煌辔弧⒄穹蛳辔缓驼穹竺媸窃诮邮諘r的組合(例如,加權(quán)和濾波)的三個或更多發(fā)射脈沖的序列來將處于期望波段的信息隔離。[0033]在替換實施例中,使用不同的發(fā)射和接收事件來獲取不同的響應(yīng)。例如,執(zhí)行發(fā)射脈沖和對應(yīng)的接收操作以便獲得用于基波頻率的各位置處的響應(yīng)。執(zhí)行分離或連續(xù)的發(fā)射和接收操作以便獲得用于不同基波或諧波頻率的各位置處的響應(yīng)。[0034]該響應(yīng)是作為位置的函數(shù)的振幅。例如,該響應(yīng)是作為深度的函數(shù)的振幅。使用檢測之前或之后的波束成形樣本。例如,使用強(qiáng)度或B模式檢測之后的波束成形樣本??扇コ刹ㄊ尚纹魇┘拥娜魏紊疃仍鲆嫘拚蜓a(bǔ)償。替換地,并未首先提供深度增益修正。在又一實施例中,一致地施加深度增益修正,并且在不去除增益的情況下使用所得到的信號。[0035]用相同的發(fā)射焦點(diǎn)位置來獲取作為深度的函數(shù)的振幅。使用動態(tài)接收聚焦,但可提供單個接收焦點(diǎn)。圖2示出了在20_處具有發(fā)射焦點(diǎn)的示例性響應(yīng)??墒褂闷渌l(fā)射焦點(diǎn)深度,諸如圖3中所示的40mm焦點(diǎn)。[0036]針對兩個或更多頻帶提供作為深度的函數(shù)的振幅。圖2和3示出了用于基波和二次諧波頻率的響應(yīng)。[0037]為了改善估計或設(shè)置的準(zhǔn)確度,可在連續(xù)發(fā)射和接收事件中獲取不同發(fā)射焦點(diǎn)處的響應(yīng)。例如,獲取圖2和3兩者的響應(yīng)。改變發(fā)射焦點(diǎn)深度以收集不同深度處的測量以確認(rèn)關(guān)于不同深度處的B/A(非線性參數(shù),其中B和A是描述聲音速度對局部壓力的相關(guān)性的泰勒級數(shù)的前兩個系數(shù))、衰減以及絕對聲壓的假設(shè)。[0038]響應(yīng)是針對處于給定發(fā)射功率的發(fā)射。在替換實施例中,針對不同發(fā)射功率中的每一個獲取不同頻率下的響應(yīng)。針對其中每個不同發(fā)射水平確定作為位置(例如,深度)的函數(shù)的振幅。圖2和3示出了用于每個頻率的兩個響應(yīng)的示例,其中,所述兩個響應(yīng)對應(yīng)于兩個發(fā)射功率。一個發(fā)射功率從另一個向下-3dB,但是可使用更小或更大的差。可使用超過兩個不同的發(fā)射功率水平。連續(xù)地獲取用于不同發(fā)射功率水平的響應(yīng),諸如響應(yīng)于不同發(fā)射事件。[0039]圖2和3圖示出用于估計聲壓的某些現(xiàn)象。當(dāng)將發(fā)射功率減小3dB時,二次諧波的信號水平對于與二次諧波相比處于基波的很好地分離的響應(yīng)而言下降6dB。在沒有脈沖反相和窄脈沖的情況下,當(dāng)發(fā)射信號水平由于基波漏泄而減小3dB時,二次諧波可僅下降4dB。在一定深度處,平方的行為可能不再適用,因為二次諧波下降接近于本底噪聲。通過在兩個功率水平分析兩個曲線,系統(tǒng)可識別SNR極限。[0040]第二諧波水平快速地增加接近于焦點(diǎn)深度。二次諧波與基波之間的比(以dB為單位的差)隨著發(fā)射功率的增加而增加。用于焦點(diǎn)深度之外的基波信號和二次諧波信號的斜率由于波束樣式和衰減方面的差異而不同。圖2和3的示例具有作為深度的函數(shù)的組織模擬材料的回波強(qiáng)度,但是在其它實施例中使用實際患者的響應(yīng)。[0041]在動作34中,確定衰減??墒褂盟p來更準(zhǔn)確地確定不同頻率下的響應(yīng)的比??蓪⒃撍p用于估計聲壓。[0042]該衰減可以是假設(shè)或預(yù)定值。例如,衰減可以是基于組織類型的值。用戶指示組織的類型,諸如選擇肝臟成像應(yīng)用??筛鶕?jù)超聲波信號來確定組織的類型并被用來選擇預(yù)定衰減值。可使用用于通過各種類型的組織的波束路徑的衰減。替換地,衰減是與一般軟組織而不非特定類型的組織相關(guān)聯(lián)的預(yù)定值。[0043]在其它實施例中,根據(jù)獲取的響應(yīng)或其它超聲波測量來確定衰減。例如,根據(jù)不同頻率下的響應(yīng)的斜率來確定衰減。確定最大值之前和之后的基波和諧波信號的斜率。振幅的最大值處于或接近于發(fā)射焦點(diǎn)??珊雎匀魏谓鼒鲎畲笾?。[0044]在組織中,衰減與頻率近似地成比例。諧波遭受較高衰減。超聲波成像通常使用聚焦的波束。如果f數(shù)是低的,基波的壓力朝著焦點(diǎn)增加并達(dá)到接近于焦點(diǎn)或在焦點(diǎn)處的最大值。隨著基波振幅的增加,諧波的振幅由于該現(xiàn)象的非線性和累積性質(zhì)而快速地增加。在已達(dá)到最大值之后,諧波的振幅快速地減小,因為來自基波的轉(zhuǎn)換減弱,并且因為諧波經(jīng)受較高的衰減。在沿著超聲波波束的給定位置處,基波的振幅與發(fā)射波成比例,忽略了基波耗盡,并且二次諧波的振幅與求平方的發(fā)射信號的振幅近似地成比例。[0045]給定高斯發(fā)射脈沖,響應(yīng)的斜率的比指示衰減。該斜率來自遠(yuǎn)場區(qū),諸如到最大值之后的響應(yīng)的擬合線。可使用相對淺的發(fā)射焦點(diǎn),諸如20_焦點(diǎn)。在其它實施例中可使用處于最大值或其它離散深度的近場或比??捎嬎悴煌疃忍幍乃p??墒褂盟p的其它計算,諸如觀察中心頻率對比深度的降檔(downshift)。可使用兩個或多個不同發(fā)射頻率下的測量。[0046]在動作36中,確定用于非線性參數(shù)的值。生物組織或流體中的波傳播是非線性的。非線性傳播引起波形隨著波形傳播通過介質(zhì)而失真。該失真隨著波行進(jìn)的距離而增加。由于失真是非線性效應(yīng),失真也隨著振幅而增加。[0047]還可將失真描述為具有作為未失真波的頻率(B卩,基波頻率)的整數(shù)倍的頻率的諧波的生成。諧波的能量由于能量守恒而來自基波。然而,診斷超聲波中的條件使得諧波比基波弱得多,并且使得基波的振幅中的損耗(即,基波耗盡)可能是不可測量的。[0048]基波和諧波被介質(zhì)之間的界面反射或者被散射體散射并返回朝著換能器傳播,形成回波信號。這些回波一般地足夠弱,使得非線性傳播是可忽略的。散射是頻率相關(guān)的。然而,散射并不取決于振幅(即,散射是線性的),并且可由超聲波測量(例如用具有不同頻率的兩個發(fā)射信號進(jìn)行的脈沖回波測量)來確定對于某個類型的組織的頻率相關(guān)性。[0049]可將非線性性表示為作為局部壓力的函數(shù)的聲音速度。該非線性性常常以比B/A來表征,其中,B和A是描述聲音速度對局部壓力的相關(guān)性的泰勒級數(shù)的前兩個系數(shù)。B/A取決于組織類型,并且諧波的振幅取決于B/A。使用脈沖回波技術(shù)來測量B/A。使用了響應(yīng)或其它超聲波數(shù)據(jù)。替換地,在文獻(xiàn)中找到用于某些器官的值。由用戶來選擇或基于所檢測的組織類型來使用預(yù)定非線性參數(shù)值。該值可基于正在被掃描的組織的類型。[0050]在動作38中,將發(fā)射功率設(shè)置為不同頻帶中的組織響應(yīng)的函數(shù)。也可基于處于不同功率和/或發(fā)射焦點(diǎn)的響應(yīng)來設(shè)置發(fā)射功率。還可將衰減和/或非線性參數(shù)值用于設(shè)置發(fā)射功率??墒褂酶郊印⒉煌蜉^少的輸入。[0051]基于聲壓來設(shè)置發(fā)射功率??墒褂弥甘韭晫W(xué)功率的輸入(諸如不同頻率下的響應(yīng))來設(shè)置發(fā)射功率。替換地且如動作40所反映的,可估計聲壓,并且使用壓力的估計來設(shè)置發(fā)射功率。作為不同頻率下的組織響應(yīng)、衰減以及超聲波非線性參數(shù)的函數(shù)來估計聲壓。[0052]采取另一示例,替代響應(yīng)或除響應(yīng)之外,可使用響應(yīng)的特性??捎嬎阕鳛槲恢玫暮瘮?shù)的振幅的斜率、平均值、差或其它特性??舍槍γ總€響應(yīng)來計算特性,或者特性可以是相對的(例如,表示響應(yīng)之間的類似性或差異)。作為另一示例,使用發(fā)射波束成形參數(shù)。可使焦點(diǎn)深度、切趾特性、孔徑尺寸、發(fā)射和接收時的元件接受角、發(fā)射和/或接收波束對陣列的角度和/或表示波束成形的其它參數(shù)與壓力的量相關(guān)聯(lián)。[0053]針對對于其而言響應(yīng)被采樣的位置中的至少一個來估計聲壓。例如,針對發(fā)射焦點(diǎn)來估計聲壓,但是可使用較淺或較深的位置。可針對多個位置估計聲壓。[0054]輸入被提供給模型。該模型響應(yīng)于輸入而輸出聲壓。該模型是正向模型,但是可使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型。例如,通過使模擬結(jié)果與測量響應(yīng)匹配而使用實時模擬來搜索聲壓B/A和衰減值。[0055]在另一實施例中,由查找表或數(shù)據(jù)庫來表不模型?;诓煌l率下的響應(yīng)、從響應(yīng)導(dǎo)出的參數(shù)值、衰減值和/或非線性參數(shù)值來查找聲壓。與不同頻率相關(guān)聯(lián)的兩個或更多輸入(例如,不同頻率下的響應(yīng))被用于查找輸出估計。通過將振幅輪廓或從此類輪廓導(dǎo)出的參數(shù)與查找表或數(shù)據(jù)庫相比較,可將絕對聲壓確定為深度或其它位置分布的函數(shù)。[0056]數(shù)據(jù)庫或查找表中的值是實驗地確定和/或模擬的。例如,通過使用KZK方程式或具有非線性傳播附加的陣列模擬器(例如,F(xiàn)ieldII)的模擬來生成查找表。[0057]模擬或?qū)嶒灥卮_定的查找表可包括用于非線性參數(shù)和/或衰減的輸入。替換地,為不同的非線性參數(shù)和/或衰減值提供分離的表格??墒褂帽砀竦慕M合或組合表格的任何組合。[0058]在又一實施例中,模型表示用于給定發(fā)射配置和組織的不同頻率下的預(yù)期響應(yīng)。該響應(yīng)是在不同發(fā)射功率下獲取的。改變發(fā)射功率直至響應(yīng)最佳地或充分地與預(yù)期響應(yīng)匹配為止。與該匹配相關(guān)聯(lián)的發(fā)射功率提供聲壓與發(fā)射水平之間的預(yù)期關(guān)系。[0059]該模型輸出聲壓和/或發(fā)射功率?;诓煌恢煤?或相同位置處的響應(yīng)來估計一位置處的聲壓。[0060]由于衰減,不同位置處的聲壓是不同的??捎赡P蛠砉烙嫴煌恢锰幍穆晧骸@?,將用于該位置的輸入提供給模型。替換地,基于另一估計聲壓來確定其它位置處的聲壓。給定衰減值,可使用一個位置處的聲壓來確定對于其它位置的壓力。該衰減為估計由相同的發(fā)射事件引起的壓力提供比例因子。[0061]在動作38中,基于聲壓來設(shè)置發(fā)射功率。一旦確定了聲壓,就設(shè)置用于造影劑醫(yī)療診斷成像、治療或其它使用的發(fā)射功率。查找表、函數(shù)或其它模型使聲壓與發(fā)射功率水平相關(guān)。該設(shè)置可以是絕對值或變化量。該設(shè)置可發(fā)生一次,或者可以是其中使用不同的發(fā)射水平直至得到期望壓力為止的迭代過程。[0062]在一個不例中,設(shè)置用于發(fā)射操作的聲學(xué)輸出以在嘗試具有基本上最大輸出的同時避免造影劑的毀壞?;旧辖鉀Q了偏差或公差以為誤差提供裕度,諸如10%。由于造影劑的變化和/或壓力估計中的不準(zhǔn)確,提供公差以避免毀壞所關(guān)心區(qū)域中的大多數(shù)造影劑。通過估計所關(guān)心區(qū)域處的聲壓,可提供導(dǎo)致非毀壞性且良好的SNR壓力的發(fā)射功率。該估計適于患者、系統(tǒng)和/或波束路徑變化。[0063]在另一示例中,設(shè)置用于發(fā)射操作的聲學(xué)輸出以提供期望的劑量。該熱劑量對應(yīng)于在所關(guān)心區(qū)域處施加的聲壓。通過估計所關(guān)心區(qū)域處的聲壓,該發(fā)射功率導(dǎo)致不太可能損害健康組織但仍能夠充分地治療不健康組織的期望熱劑量。該估計適于患者、系統(tǒng)和/或波束路徑變化。[0064]在一個實施例中,除被估計的壓力之外,還基于輸入來設(shè)置發(fā)射功率。為了在不分離地估計壓力的情況下直接設(shè)置發(fā)射功率,可在模型中包括附加輸入以輸出發(fā)射水平。否貝U,執(zhí)行進(jìn)一步計算或查找功能。該設(shè)置解決了用來生成壓力和發(fā)射水平與壓力的關(guān)系的發(fā)射水平??墒褂萌魏胃郊虞斎搿0065]一個輸入是噪聲??蓽y量該噪聲。例如,在沒有任何發(fā)射事件的情況下測量接收信號??墒褂萌魏卧肼暅y量。[0066]另一輸入是造影劑的類型、給定時間內(nèi)的期望劑量或為其設(shè)置了水平的發(fā)射的其它使用。例如,可以聲能或壓力的不同閾值量來破壞不同的造影劑。與毀壞相關(guān)聯(lián)的水平是相對的,因為微泡的變化可導(dǎo)致至多任何水平的某些毀壞。在其處10%、1/3或其它量的造影劑被破壞的壓力和對應(yīng)的發(fā)射水平對不同類型的造影劑而言可以是不同的。通過指示造影劑的類型,指示了對應(yīng)的期望壓力水平。作為另一示例,被施加的熱劑量可取決于治療的類型、要治療的區(qū)域的尺寸以及任何散熱器(例如,血管)的接近性。所得到的壓力和對應(yīng)的發(fā)射水平對于不同的治療狀況而言可以是不同的。[0067]基于成像平面中的聲壓分布的分析、造影劑的類型或特性以及本底噪聲測量,選擇發(fā)射功率設(shè)置??梢杂膳R床醫(yī)生來設(shè)置和/或基于應(yīng)用而預(yù)定附加優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)。例如,可基于壓力來設(shè)置功率水平以滿足特定標(biāo)準(zhǔn),諸如最佳SNR、最小毀壞或最大穿透度。[0068]另外,該算法可優(yōu)化發(fā)射脈沖的其它參數(shù),諸如中心頻率和/或帶寬??蓛?yōu)化接收處理參數(shù),諸如接收帶寬和/或增益,因為可基于測量的參數(shù)來預(yù)測接收頻譜和SNR或?qū)ζ溥M(jìn)行建模。知道聲壓和衰減,還可修改發(fā)射聚焦。[0069]在動作42中,執(zhí)行成像或治療。成像或治療包括發(fā)射聲能。該聲能是以在動作38中設(shè)置的功率水平發(fā)射的。例如,為成像肝臟中造影劑執(zhí)行一次或多次發(fā)射。使用動脈相和門靜脈相中的增強(qiáng)樣式來診斷病變?;趯μ幱谠O(shè)置功率水平的發(fā)射的響應(yīng)來檢測或觀察該樣式。向用戶顯示造影劑的一個或多個圖像。在一個實施例中,在顯示器上向用戶指示機(jī)械指數(shù)或功率水平。[0070]所使用的發(fā)射功率水平被設(shè)置成針對給定情況來提供期望的壓力水平。發(fā)射事件的信號振幅、孔徑、f數(shù)、切趾法或其它特性被配置成提供發(fā)射功率水平。[0071]圖4示出了用于醫(yī)療超聲波中的自適應(yīng)聲壓估計的超聲波系統(tǒng)。該系統(tǒng)實施了圖1的方法或另一方法。該系統(tǒng)包括換能器12、發(fā)射放大器14、接收波束成形器16、圖像處理器18、處理器22、顯示器20以及存儲器22??商峁└郊?、不同或較少的部件,諸如與B模式和流成像相關(guān)聯(lián)的多個檢測器。在一個實施例中,該系統(tǒng)是醫(yī)療診斷超聲波系統(tǒng)。在另一實施例中,該系統(tǒng)是治療超聲波系統(tǒng)。在其它實施例中,該系統(tǒng)是計算機(jī)或服務(wù)器。[0072]換能器12是壓電材料的單個元件或多個元件。在替換實施例中,換能器12包括電容性薄膜結(jié)構(gòu)。對于多個元件而言,換能器12是線性、彎曲線性或多維陣列。可以使用用于在電能與聲能之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的其它換能器。換能器12響應(yīng)于電波形而生成聲能。在由發(fā)射放大器14設(shè)置的功率下輸出聲學(xué)波形。換能器12響應(yīng)于聲學(xué)回波而生成接收信號,諸如用于測量對發(fā)射聲能的響應(yīng)。[0073]發(fā)射放大器14與換能器12相連,并且是可變放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器或用于改變或增加發(fā)射波形的功率、峰值電壓或其它功率特性的其它模擬或數(shù)字器件。在替換實施例中,發(fā)射放大器14包括分壓器或用于減少與發(fā)射波形相關(guān)聯(lián)的功率的其它器件。為每個系統(tǒng)通道或換能器元件提供了分離的發(fā)射放大器14,但是可將一個發(fā)射放大器14用于多個通道或元件。在一個實施例中,發(fā)射放大器14應(yīng)用切趾法以便沿著波束進(jìn)行發(fā)射,并被包括作為發(fā)射波束成形器的一部分。[0074]從發(fā)射放大器14輸出的發(fā)射波形被換能器12轉(zhuǎn)換成聲能。響應(yīng)于聲能和任何造影劑的回波信號被換能器12接收到。換能器12將回波信號轉(zhuǎn)換成電信號或數(shù)據(jù)。[0075]該回波信號由接收波束成形器16進(jìn)行波束成形。相對延遲或相位和切趾法被應(yīng)用于用于接收孔徑的信號。隨時間推移或者針對不同的深度,相對延遲和/或定相改變,提供動態(tài)接收聚焦。將信號組合,諸如求和以進(jìn)行波束成形。所得到的樣本或數(shù)據(jù)表示沿著線的不同深度處的位置。數(shù)據(jù)包括一個或多個數(shù)字樣本或模擬信息。[0076]為了隔離或辨別不同頻率下的信息,接收波束成形器16包括濾波器。使用存儲器,可將相同的數(shù)據(jù)濾波多次。在其它實施例中提供了并行濾波。濾波器可以是可編程濾波器或固定濾波器。例如,提供高通和低通濾波器以便將基波和諧波信息分離。作為另一示例,使用一個或多個帶通濾波器或串聯(lián)低通和高通濾波器。替換地,濾波器包括有或沒有乘法器的存儲器或緩沖器以便對與發(fā)射時的不同相位、振幅和/或極性相關(guān)聯(lián)的接收數(shù)據(jù)求和或求差。執(zhí)行脈沖反相、振幅編碼或其它頻率隔離組合??墒褂糜糜谧R別處于基波發(fā)射頻帶(f)的包括分諧波(例如l/2f)、分?jǐn)?shù)諧波(3/2f)和/或整次諧波(例如2f)的諧波的信息的其它技術(shù)和對應(yīng)的濾波器。[0077]在接收波束成形或其它接收技術(shù)之后,數(shù)據(jù)被提供給圖像處理器18或處理器22。在用于估計聲壓的響應(yīng)使用強(qiáng)度值的情況下,在估計之前檢測數(shù)據(jù)。替換地,處理器22在檢測之前基于波束成形數(shù)據(jù)來估計壓力。[0078]圖像處理器18是造影劑檢測器、B模式檢測器、多普勒檢測器、流檢測器或用于檢測返回信號的一個或多個特性的其它檢測器。圖像處理器18可以是被用于成像造影劑的相同的檢測器。替換地,將圖像處理器18與處理器22組合并用于設(shè)置發(fā)射功率,并且其與檢測器分離以用于成像。[0079]處理器22是專用集成電路、通用處理器、數(shù)字信號處理器、控制處理器、模擬電路、數(shù)字電路、現(xiàn)場可編程門陣列、圖形處理單元、其組合或可操作用于設(shè)置發(fā)射放大器14的發(fā)射功率的其它器件中的一個或多個。處理器22控制發(fā)射波束成形器14、接收波束成形器16和/或圖像處理器18的操作以獲得不同頻率下的響應(yīng)和用來估計壓力和/或設(shè)置發(fā)射水平的其它信息。處理器22由軟件、硬件、設(shè)計或其組合配置。[0080]處理器22被配置成作為兩個或更多頻率下的振幅輪廓的函數(shù)來確立發(fā)射放大器14的發(fā)射功率,所述振幅輪廓為深度的函數(shù)。在其它實施例中,也可使用與不同發(fā)射焦點(diǎn)和/或不同發(fā)射功率水平相關(guān)聯(lián)的輪廓。使用存儲衰減、測量衰減、存儲非線性參數(shù)值、和/或測量非線性參數(shù)值,處理器22通過模型的應(yīng)用而用振幅輪廓來估計聲壓。針對一個或多個位置估計聲壓??蓪ζ渌恢锰幍膲毫M(jìn)行估計、外推、內(nèi)插和/或計算。[0081]使用優(yōu)化程序或函數(shù),基于聲壓來設(shè)置供在更多發(fā)射中使用的發(fā)射功率水平。處理器22被配置成設(shè)置發(fā)射功率水平??蓪⑵渌畔⒂糜谠O(shè)置該水平,諸如噪聲和應(yīng)用信肩、O[0082]存儲器24存儲查找表、數(shù)據(jù)庫或其它模型信息。存儲了輸出壓力、發(fā)射水平、發(fā)射特性(例如,孔徑、切趾法、焦點(diǎn)區(qū)、延遲輪廓和/或f數(shù))或其它輸出。基于存儲在存儲器24中的輸入值來查找輸出值。發(fā)射功率水平和/或壓力估計可在有或沒有其它信息的情況下基于輸入振幅輪廓來選擇。替換地,存儲器24存儲用于基于輸入來計算壓力或發(fā)射水平的算法或其它函數(shù)。[0083]在非臨時計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)或存儲器24(諸如緩存器、緩沖器、RAM、可移動介質(zhì)、硬盤驅(qū)動器或其它計算機(jī)可讀存儲介質(zhì))上提供用于實施上面所討論的過程、方法和/或技術(shù)的指令。計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)包括各種類型的易失性和非易失性存儲介質(zhì)。在圖中示出或在本文中描述的功能、動作或任務(wù)是響應(yīng)于存儲在計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中或上的一個或多個指令集而執(zhí)行的。該功能、動作或任務(wù)獨(dú)立于特定類型的指令集、存儲介質(zhì)、處理器或處理策略,并且可由單獨(dú)地或組合地操作的軟件、硬件、集成電路、固件、微代碼等來執(zhí)行。同樣地,處理策略可以包括多處理、多任務(wù)、并行處理等。[0084]在一個實施例中,指令被存儲在可移動介質(zhì)器件上以供本地或遠(yuǎn)程系統(tǒng)讀取。在其它實施例中,指令被存儲在遠(yuǎn)程位置中以便通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或通過電話線傳輸。在又一實施例中,指令被存儲在給定計算機(jī)、CPU、GPU或系統(tǒng)內(nèi)。[0085]顯示器20是監(jiān)視器、液晶顯示器、等離子體屏幕、投影儀、觸摸屏、平板屏幕、打印機(jī)或用于向用戶輸出信息的其它裝置。顯示器20可生成圖像,諸如對超聲波的造影劑響應(yīng)的圖像。該圖像可包括估計壓力或設(shè)置發(fā)射水平。[0086]雖然上面已通過參考各種實施例描述了本發(fā)明,但應(yīng)理解的是在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以作出許多改變和修改。因此本文旨在應(yīng)將前述詳細(xì)描述理解為本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實施例的說明并且不作為對本發(fā)明的限定。本文旨在限定本發(fā)明的范圍的僅僅是包括所有等同物的以下權(quán)利要求?!緳?quán)利要求】1.一種用于醫(yī)療超聲波中的自適應(yīng)聲壓估計的方法,所述方法包括:獲取(32)用于多個位置的第一頻率下的組織的第一響應(yīng);獲取(32)用于所述多個位置的第二頻率下的組織的第二響應(yīng);由處理器(22)來估計(40)位置中的至少一個處的聲壓,所述聲壓是作為第一和第二響應(yīng)的函數(shù)而估計的;以及將換能器(12)的聲學(xué)輸出設(shè)置(38)為聲壓的函數(shù)。2.權(quán)利要求1的方法,其中,獲取(32)第一和第二響應(yīng)包括分別地在基波和二次諧波頻率下的獲取(32)。3.權(quán)利要求1的方法,其中,獲取(32)第一和第二響應(yīng)包括沿著線的獲取(32),所述位置包括沿著所述線的采樣位置。4.權(quán)利要求1的方法,其中,獲取(32)第一和第二響應(yīng)每個包括用相同的發(fā)射焦點(diǎn)位置作為深度的函數(shù)來獲取(32)振幅。5.權(quán)利要求1的方法,其中,獲取(32)第一響應(yīng)包括響應(yīng)于不同發(fā)射功率的獲取(32),并且其中,獲取(32)第二響應(yīng)包括響應(yīng)于不同發(fā)射功率的獲取(32)。6.權(quán)利要求1的方法,其中,估計(40)包括作為衰減的函數(shù)的估計(40)。7.權(quán)利要求6的方法,進(jìn)一步包括:根據(jù)所述第一響應(yīng)的斜率來確定(34)衰減。8.權(quán)利要求1的方法,其中,估計(40)包括作為用于各位置的組織的超聲波非線性參數(shù)的函數(shù)的估計(40)。9.權(quán)利要求1的方法,其中,估計(40)包括將第一和第二響應(yīng)輸入到模型中并從模型輸出聲壓。10.權(quán)利要求1的方法,其中,估計(40)包括基于第一響應(yīng)、第二響應(yīng)、從第一響應(yīng)導(dǎo)出的第一參數(shù)值或從第二響應(yīng)導(dǎo)出的第二參數(shù)值中的兩個或更多的組合來查找聲壓。11.權(quán)利要求1的方法,其中,估計(40)包括估計(40)所述多個中的第一位置處的聲壓;進(jìn)一步包括:確定除所述多個中的第一位置之外的其它位置處的聲壓,所述確定是第一位置處的聲壓的函數(shù)。12.權(quán)利要求1的方法,其中,設(shè)置(38)包括設(shè)置(38)聲學(xué)輸出以在具有基本上最大輸出的同時避免造影劑的毀壞。13.權(quán)利要求1的方法,其中,設(shè)置(38)包括作為聲壓和熱劑量的函數(shù)來設(shè)置(38)聲學(xué)輸出。14.權(quán)利要求1的方法,其中,設(shè)置(38)包括:測量噪聲;以及將發(fā)射功率設(shè)置(38)為聲壓和噪聲的函數(shù)。15.在具有存儲在其中的數(shù)據(jù)的非臨時計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中,所述數(shù)據(jù)表示可由已編程處理器(22)執(zhí)行以用于醫(yī)療超聲波中的自適應(yīng)聲壓估計的指令,所述存儲介質(zhì)包括用于以下各項的指令:確定(30)對聲能的第一和第二頻帶中的組織響應(yīng);將發(fā)射功率設(shè)置(38)為第一和第二頻帶中的組織響應(yīng)的函數(shù);以及使用發(fā)射功率來執(zhí)行(42)造影劑成像或聲學(xué)治療。16.權(quán)利要求15的非臨時計算機(jī)可讀存儲介質(zhì),其中,確定(30)組織響應(yīng)包括針對第一和第二頻帶中的每一個響應(yīng)于不同的發(fā)射水平而確定(30)不同深度處的組織響應(yīng)。17.權(quán)利要求15的非臨時計算機(jī)可讀存儲介質(zhì),其中,設(shè)置(38)包括:作為組織響應(yīng)、衰減以及超聲波非線性參數(shù)的函數(shù)來估計(40)聲壓;以及將發(fā)射功率設(shè)置(38)為聲壓的函數(shù)。18.一種用于醫(yī)療超聲波中的自適應(yīng)聲壓估計的超聲波系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括:換能器(12);發(fā)射放大器(14),其與所述換能器(12)相連;以及處理器(22),其被配置成作為第一頻率下的作為深度的函數(shù)的第一振幅輪廓和不同于第一頻率的第二頻率下的作為深度的函數(shù)的第二振幅輪廓的函數(shù)來確立發(fā)射放大器(14)的發(fā)射功率。19.權(quán)利要求18的系統(tǒng),進(jìn)一步包括存儲器(24),存儲器(24)存儲發(fā)射功率,所述發(fā)射功率包括可選擇作為第一和第二振幅輪廓的函數(shù)或作為從第一和第二振幅輪廓導(dǎo)出的參數(shù)值的函數(shù)的已確立發(fā)射功率。20.權(quán)利要求18的系統(tǒng),其中,所述處理器(22)被配置成根據(jù)聲壓來確立發(fā)射功率,所述聲壓是根據(jù)第一和第二振幅輪廓而估計的。【文檔編號】A61N7/00GK104013419SQ201410058929【公開日】2014年9月3日申請日期:2014年2月21日優(yōu)先權(quán)日:2013年2月22日【發(fā)明者】W.G.維爾克寧申請人:美國西門子醫(yī)療解決公司
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