超聲成像設(shè)備及其控制方法
【專利摘要】在此公開了一種超聲成像設(shè)備及其控制方法，所述超聲成像設(shè)備能夠準(zhǔn)確并快速地估算用于復(fù)原超聲圖像的點擴散函數(shù)，所述控制方法可通過所述超聲成像設(shè)備執(zhí)行。所述超聲成像設(shè)備包括：探頭；接收波束形成器，被構(gòu)造為對超聲信號進行波束形成，并且輸出波束形成的超聲信號；存儲器，被配置為存儲點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫，該點擴散函數(shù)用于為所述波束形成的超聲信號存儲基于環(huán)境變量獲得的PSF和基于環(huán)境變量確定的相位參數(shù)；圖像生成器，用于基于所述波束形成的超聲信號從PSF數(shù)據(jù)庫中選擇PSF和相位參數(shù)、并利用基于所選擇的PSF和所選擇的相位參數(shù)而估算的PSF執(zhí)行去卷積，以生成圖像。
【專利說明】超聲成像設(shè)備及其控制方法
[0001]本申請要求于2013年7月19日提交到韓國知識產(chǎn)權(quán)局的第10-2013-0085219號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，所述韓國專利申請的公開內(nèi)容通過引用被全部包含于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]示例性實施例涉及一種超聲成像設(shè)備及其控制方法，更具體地說，涉及一種能夠準(zhǔn)確并快速地估算可用于復(fù)原超聲圖像的點擴散函數(shù)(PSF)的超聲成像設(shè)備和一種可通過超聲成像設(shè)備執(zhí)行的控制方法。

【背景技術(shù)】
[0003]醫(yī)學(xué)成像設(shè)備包括X射線成像設(shè)備、熒光透視系統(tǒng)、計算機斷層成像(CT)掃描儀、核磁共振成像(MRI)設(shè)備、正電子發(fā)射斷層成像(PET)設(shè)備和超聲成像設(shè)備。
[0004]超聲成像設(shè)備朝向?qū)ο蟮膬?nèi)部發(fā)射超聲波，并接收從對象的內(nèi)部反射的超聲回波，以基于所接收的超聲回波無創(chuàng)地獲得對象的內(nèi)部組織的斷層圖像或?qū)ο蟮难艿膱D像。
[0005]超聲成像設(shè)備具有以下優(yōu)點，包括:與其它醫(yī)學(xué)成像設(shè)備相比，超聲成像設(shè)備是一種緊湊、低價的設(shè)備；并且超聲成像設(shè)備能夠?qū)崟r地顯示圖像。另外，因為對病人而言不存在將要被暴露在輻射(諸如X射線)中的危險，所以超聲成像設(shè)備具有高安全性。由于這些優(yōu)點，超聲成像設(shè)備廣泛地用于診斷與心臟、胸部、腹部、泌尿器官、子宮以及其它身體部位相關(guān)的狀況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，一個或更多個示例性實施例的一方面提供了一種能夠準(zhǔn)確并快速地估算可用于復(fù)原超聲圖像的點擴散函數(shù)(PSF)的超聲成像設(shè)備，以及一種可通過所述超聲成像設(shè)備執(zhí)行的控制方法。
[0007]示例性實施例的其它方面一部分將在下面的描述中進行闡述，一部分將通過該描述而變得清楚，或者可通過示例性實施例的實施而了解。
[0008]根據(jù)一個或更多個示例性實施例的一方面，一種超聲成像設(shè)備包括:探頭，被構(gòu)造為朝向?qū)ο蟮哪繕?biāo)區(qū)域照射超聲波、接收從目標(biāo)區(qū)域反射的至少一個超聲回波、將所接收的至少一個超聲回波轉(zhuǎn)換成電信號，并且將所述電信號作為超聲信號輸出；接收波束形成器，被構(gòu)造為對所述超聲信號進行波束形成，并且輸出波束形成的超聲信號；存儲器，被配置為存儲點擴散函數(shù)(PSF)數(shù)據(jù)庫，點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫用于為所述波束形成的超聲信號存儲基于環(huán)境變量獲得的PSF以及基于環(huán)境變量確定的相位參數(shù)；圖像生成器，用于基于所述波束形成的超聲信號從PSF數(shù)據(jù)庫中選擇所獲得的PSF和所確定的相位參數(shù)、并利用基于所選擇的PSF和所選擇的相位參數(shù)而估算的PDF執(zhí)行去卷積，以生成圖像。
[0009]根據(jù)一個或更多個示例性實施例的另一方面，一種通過超聲成像設(shè)備執(zhí)行的控制方法包括:生成點擴散函數(shù)(PSF)數(shù)據(jù)庫，所述點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫用于存儲基于環(huán)境變量獲得的PSF和基于環(huán)境變量確定的相位參數(shù)；朝向?qū)ο蟮哪繕?biāo)區(qū)域照射超聲波、接收從目標(biāo)區(qū)域反射的至少一個超聲回波、將所接收的至少一個超聲回波轉(zhuǎn)換成電信號，并且將所述電信號作為超聲信號輸出；波束形成所述超聲信號，并且輸出波束形成的超聲信號；基于所述波束形成的超聲信號從PSF數(shù)據(jù)庫中選擇所獲得的PSF和所確定的相位參數(shù)，并利用基于所選擇的PSF和所選擇的相位參數(shù)所估算的PSF執(zhí)行去卷積，以生成圖像。
[0010]因此，通過基于環(huán)境變量為輸入信號獲得PSF和相位參數(shù)以生成圖像，所述超聲成像設(shè)備可通過利用從PSF數(shù)據(jù)庫中選擇的PSF和相位參數(shù)為輸入信號快速地估算PSF。
[0011]另外，由于PSF是基于和輸入信號的振幅和相位有關(guān)的信息而估算的，所以，所估算的PSF可具有相對高的準(zhǔn)確度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]通過下面結(jié)合附圖對示例性實施例進行的描述，這些和/或其它方面將變得明顯并且更加易于理解，附圖中:
[0013]圖1是示出了對象的目標(biāo)區(qū)域的原始圖像、目標(biāo)區(qū)域的超聲圖像和從超聲圖像復(fù)原的復(fù)原圖像之間的關(guān)系的圖；
[0014]圖2A和圖2B是不出原始圖像和超聲圖像之間的關(guān)系的圖；
[0015]圖3是根據(jù)示例性實施例的超聲成像設(shè)備的透視圖；
[0016]圖4是根據(jù)示例性實施例的超聲成像設(shè)備的框圖；
[0017]圖5是示出了點擴散函數(shù)(PSF)數(shù)據(jù)庫的示例性實施例的圖；
[0018]圖6示出了超聲成像設(shè)備的發(fā)射波束形成器的結(jié)構(gòu)；
[0019]圖7示出了超聲成像設(shè)備的接收波束形成器的結(jié)構(gòu)；
[0020]圖8是根據(jù)示例性實施例的圖像生成器的結(jié)構(gòu)；
[0021]圖9示出了對波束形成的超聲信號實際測量的一維(ID) PSF和二維(2D) PSF ；
[0022]圖10示出了在不考慮與波束形成的超聲信號的相位有關(guān)的信息的情況下，基于與波束形成的超聲信號的振幅相關(guān)的信息，為波束形成的超聲信號估算的ID PSF和2DPSF ；
[0023]圖11示出了基于預(yù)定的相位參數(shù)和與波束形成的超聲信號的振幅相關(guān)的信息，為波束形成的超聲信號估算的ID PSF和2D PSF ；
[0024]圖12是示出了原始圖像與利用2D PSF執(zhí)行的去卷積(deconvolut1n)的結(jié)果之間的對比的圖，所述2D PSF是基于與波束形成的超聲信號的振幅相關(guān)的信息而估算的；
[0025]圖13是示出了原始圖像與利用2D PSF執(zhí)行的去卷積的結(jié)果之間的對比的圖，所述2D PSF是基于與波束形成的超聲信號的振幅相關(guān)的信息和被設(shè)置為默認值的相位信息而估算的；
[0026]圖14是示出了原始圖像與利用2D PSF執(zhí)行的去卷積的結(jié)果之間的對比的圖，所述2D PSF是基于預(yù)定的相位參數(shù)和與波束形成的超聲信號的振幅相關(guān)的信息而估算的；
[0027]圖15是示出了根據(jù)示例性實施例的通過超聲成像設(shè)備執(zhí)行的控制方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0028]現(xiàn)在將對示例性實施例進行詳細地介紹,在附圖中示出了示例性實施例的示例，其中，相同的標(biāo)號始終指示相同的元件。
[0029]以下，將參照附圖描述超聲成像設(shè)備及其控制方法的示例性實施例。
[0030]通常，超聲成像設(shè)備通過探頭獲得目標(biāo)區(qū)域的超聲圖像。接著，超聲成像設(shè)備從所獲得的超聲圖像估算點擴散函數(shù)(PSF)，并且用所估算的PSF對超聲圖像去卷積(deconvolve)，以獲得看起來與目標(biāo)區(qū)域的原始圖像相似的復(fù)原圖像。下面參照圖1更詳細地描述原始圖像、超聲圖像和復(fù)原圖像之間的關(guān)系。
[0031]圖1是示出了對象的目標(biāo)區(qū)域的原始圖像、目標(biāo)區(qū)域的超聲圖像和從超聲圖像復(fù)原的復(fù)原圖像之間的關(guān)系的圖。
[0032]在圖1中示出了原始圖像fK、超聲圖像gK和復(fù)原圖像hK。原始圖像&是對象的目標(biāo)區(qū)域的理想圖像。超聲圖像&是通過利用超聲成像設(shè)備的探頭獲得的圖像。超聲圖像gK可對應(yīng)于波束形成的超聲信號。波束形成的超聲信號可以通過這樣獲得:朝著對象的目標(biāo)區(qū)域發(fā)射超聲波、將從目標(biāo)區(qū)域反射的超聲信號(以下，稱為超聲回波)轉(zhuǎn)換成電信號，以獲得超聲信號，并對所述超聲信號進行波束形成。復(fù)原圖像hK是從超聲圖像gK復(fù)原的圖像，從而復(fù)原圖像看起來與原始圖像fK相似。
[0033]參照圖1，通過探頭獲得的超聲圖像gK具有模糊的邊緣和噪聲。超聲圖像gK與原始圖像fK不同的原因是:當(dāng)通過探頭獲得超聲圖像時，由于探頭的物理特性，原始圖像的質(zhì)量退化并向原始圖像添加了噪聲。目前，將參照圖2A和圖2B更加詳細地描述原始圖像fK與超聲圖像gK之間的關(guān)系。
[0034]圖2A在圖的左側(cè)示出了原始圖像，在圖的右側(cè)示出了超聲圖像。參照圖2A，如果目標(biāo)區(qū)域在原始圖像中被表示為圓點，目標(biāo)區(qū)域的超聲圖像被表示為向圓點的上、下、左、右擴散的形狀。目標(biāo)區(qū)域的深度越深，原始圖像與超聲圖像之間的差異越顯著。
[0035]圖2B在圖的左側(cè)示出了具有不同的各個深度的目標(biāo)區(qū)域的原始圖像，在圖的右側(cè)示出了目標(biāo)區(qū)域的超聲圖像。參照圖2B，離探頭更近的目標(biāo)區(qū)域在原始圖像與對應(yīng)的超聲圖像之間顯示出更加相似的形狀。然而，距離探頭更遠的目標(biāo)區(qū)域在原始圖像與對應(yīng)的超聲圖像之間顯示出顯著不同的形狀。
[0036]具體地，除了由于探頭的物理性質(zhì)，還由于探頭與目標(biāo)區(qū)域之間的距離和噪聲，使得原始圖像的質(zhì)量退化。如果這樣的質(zhì)量退化的超聲圖像在沒有經(jīng)過對該超聲圖像復(fù)原的情況下輸出，則難以對目標(biāo)區(qū)域進行準(zhǔn)確的診斷。因此，為了增加診斷的準(zhǔn)確度，對超聲圖像復(fù)原以使復(fù)原圖像看起來與原始圖像相似是非常重要的。
[0037]如果使原始圖像fK質(zhì)量退化的退化模型被表示為PSF，作為原始圖像fK與PSF的卷積的結(jié)果可獲得超聲圖像gK。
[0038]傳統(tǒng)的超聲成像設(shè)備從超聲圖像gK估算PSF，并用所估算的PSF對超聲圖像gK去卷積，從而獲得與原始圖像相似的復(fù)原圖像。在這一方面，PSF被估算得越準(zhǔn)確，可以獲得的復(fù)原圖像與原始圖像越相似。
[0039]估算PSF的方法可以分為估算一維(ID)PSF的方法和估算二維(2D) PSF的方法。
[0040]估算ID PSF的方法的不例是自回歸移動平均(Autoregressive Moving Average,AEMA)方法。通過利用這一方法，可以在相對短的時間段內(nèi)估算ID PSF，但是所述方法通常具有相對低的準(zhǔn)確度。因此，當(dāng)用所估算的ID PSF對超聲圖像去卷積以獲得復(fù)原圖像時，所述復(fù)原圖像沿著軸向具有相對高的分辨率，但是沿著橫向具有相對低的分辨率。
[0041]估算2D PSF的方法的示例是倒頻譜(Cepstrum)方法。倒頻譜方法包括將時域內(nèi)的輸入信號轉(zhuǎn)換成頻域內(nèi)的信號，然后在頻域內(nèi)估算2D PSF。
[0042]倒頻譜方法可分為:僅使用與超聲圖像相關(guān)的振幅信息估算2D PSF的方法；以及使用與超聲圖像相關(guān)的振幅信息和相位信息兩者估算2D PSF的方法。
[0043]僅使用與超聲圖像相關(guān)的振幅信息估算的2D PSF具有比考慮與超聲圖像相關(guān)的振幅信息和相位信息兩者估算的2D PSF更低的準(zhǔn)確度。
[0044]具體地說，考慮與超聲圖像相關(guān)的振幅信息和相位信息兩者估算的2D PSF具有相對高的準(zhǔn)確度。然而，當(dāng)考慮與超聲圖像相關(guān)的振幅信息和相位信息兩者時，復(fù)雜性和運算增力卩。結(jié)果，難以在短的時間段內(nèi)估算2D PSF，因此，關(guān)于實時提供復(fù)原圖像的能力方面，將這一方法應(yīng)用到超聲成像設(shè)備存在限制。
[0045]根據(jù)高速2D PSF估算方法，移除相位信息(最小相位)以降低復(fù)雜性。然而，如果移除了相位信息，則估算2D PSF的準(zhǔn)確度相應(yīng)地降低。
[0046]以下，將描述一種超聲成像設(shè)備，所述超聲成像設(shè)備被構(gòu)造為通過采用倒頻譜方法(包括使用與超聲圖像相關(guān)的振幅信息和相位信息兩者)以更快速和更準(zhǔn)確地估算2DPSF。
[0047]圖3是根據(jù)示例性實施例的超聲成像設(shè)備的透視圖。
[0048]參照圖3，超聲成像設(shè)備20可包括主體200、輸入單元(這里也稱為“輸入裝置”)210、顯示單元(這里也稱為“顯示器”和/或“顯示裝置”)220和探頭230。
[0049]主體200容納超聲成像設(shè)備20的主要組件。例如，參照圖4，主體200可容納控制器240、發(fā)射波束形成器250、接收波束形成器260、圖像生成器(這里也稱為“圖像發(fā)生器”)270和PSF數(shù)據(jù)庫280。PSF數(shù)據(jù)庫280可被存儲于存儲器中。下面將參照圖4更加詳細地描述各個組件。
[0050]輸入單元210可便于由操作者實施用以操作超聲成像設(shè)備20的指令或命令的輸入。例如，操作者可通過輸入單元210輸入診斷啟動命令、選擇要被診斷的區(qū)域的命令、選擇診斷類型的命令和/或選擇最終要輸出的超聲圖像的模式的命令中的一個或更多個。輸入單元210可包括鍵盤、鼠標(biāo)、軌跡球、觸摸屏、腳踏開關(guān)和腳踏板中的至少一個。
[0051]例如，鍵盤可實現(xiàn)為硬件，并安裝在主體200的上部。鍵盤可包括開關(guān)、鑰匙、滾輪、操縱桿、軌跡球和旋鈕中的至少一個。腳踏開關(guān)或腳踏板可設(shè)置在主體200的下面。操作者可通過利用腳踏板控制超聲成像設(shè)備20的功能的子集。
[0052]作為另一個示例，鍵盤可實現(xiàn)為軟件，諸如圖形用戶界面(GUI)。被實現(xiàn)為軟件的鍵盤可通過顯示單元220顯示。
[0053]顯示單元220可顯示復(fù)原圖像?？稍O(shè)置多個顯示單元。顯示單元220可僅僅具有顯示功能，或者可具有顯示功能和輸入功能兩者。如果顯示單元220包括觸摸屏，則顯示單元220可具有顯示功能和輸入功能兩者。
[0054]探頭230接觸對象10 (見圖4)。在探頭230的一端中安裝有一個或更多個超聲元件T。超聲元件T朝向?qū)ο?0發(fā)射超聲波，接收從對象10的內(nèi)部反射的至少一個超聲回波，并且將所述至少一個超聲回波轉(zhuǎn)換成電信號。例如，每個超聲元件T可包括:超聲發(fā)生器，被構(gòu)造為產(chǎn)生超聲波；超聲接收裝置，被構(gòu)造為接收至少一個超聲回波，并且將所接收的至少一個超聲回波轉(zhuǎn)換成電信號。作為另一個示例，超聲元件T自身可被構(gòu)造為產(chǎn)生超聲波并接收超聲回波。
[0055]超聲元件T可包括超聲換能器。換能器是被構(gòu)造為將一種特定類型的能量轉(zhuǎn)換成另一類型的能量的裝置。例如，超聲換能器可將電能轉(zhuǎn)換成波能，或者將波能轉(zhuǎn)換成電能。具體地，超聲元件T可執(zhí)行超聲發(fā)生器和超聲接收器的所有的功能。
[0056]更具體地說，超聲元件T可包括壓電材料和/或壓電薄膜。例如，如果將來自外部電源或內(nèi)部電力存儲單元(諸如，電池)的交流電力施加到壓電材料或壓電薄膜，則壓電材料或壓電薄膜以特定的頻率振動，從而根據(jù)振動頻率產(chǎn)生特定頻率的超聲波。另外，如果具有特定頻率的超聲回波到達壓電材料或壓電薄膜，則壓電材料或壓電薄膜根據(jù)超聲回波的頻率振動。結(jié)果，壓電材料或壓電薄膜輸出與振動頻率相對應(yīng)的交流電。
[0057]每個超聲元件T可包括利用磁性材料的磁致伸縮效應(yīng)的磁致伸縮超聲換能器、利用壓電材料的壓電效應(yīng)的壓電超聲換能器、或者通過使用成百上千的微加工薄膜(micromachined thin film)的振動發(fā)射和接收超聲波的電容式微加工超聲換能器(capacitive micromachined ultrasonic transducer) (CMUT)。然而，超聲兀件 T 可包括能夠基于電信號產(chǎn)生超聲波或者基于超聲波產(chǎn)生電信號的任意其它類型的超聲換能器。
[0058]可在探頭230的端部按照線性陣列或凸陣列布置超聲元件T。在這種情況下，超聲元件T可以按行或按矩陣形式布置。如果超聲元件T按行布置，則通過沿著掃描方向移動探頭230，可獲得多個超聲圖像。如果超聲元件T按矩陣形式布置，則通過同時發(fā)射超聲波，可獲得多個超聲圖像。
[0059]盡管在附圖中未示出，但是還可設(shè)置用于覆蓋超聲元件T的蓋。
[0060]圖4是根據(jù)示例性實施例的超聲成像設(shè)備的框圖。
[0061]參照圖4，超聲成像設(shè)備20可包括輸入單元210、顯示單元220、控制器240、發(fā)射波束形成器250、探頭230、接收波束形成器260、圖像生成器270和PSF數(shù)據(jù)庫280。
[0062]上面已經(jīng)參照圖3描述了輸入單元210、顯示單元220和探頭230，因此，將省略對其進行進一步的描述。
[0063]控制器240可控制超聲成像設(shè)備20的總體操作。具體地，控制器240可基于通過輸入單元210輸入的指令和/或命令而產(chǎn)生用于控制發(fā)射波束形成器250、接收波束形成器260、圖像生成器270和顯示單元220中的至少一個的控制信號。另外，控制器240可基于通過有線和/或無線通信從外部裝置接收的指令和/或命令而產(chǎn)生用于控制各個組件的控制信號。
[0064]PSF數(shù)據(jù)庫280可存儲至少一個PSF。所述至少一個PSF可包括基于至少一個環(huán)境變量實際測量的2D PSF。所述環(huán)境變量可包括探頭的類型、探頭和目標(biāo)區(qū)域之間的距離(即，目標(biāo)區(qū)域的深度)和超聲波的聲速中的至少一個。
[0065]圖5是示出了 PSF數(shù)據(jù)庫280的示例性實施例的圖。在圖5中，示出了這樣的情形:PSF數(shù)據(jù)庫280存儲了基于環(huán)境變量(諸如，探頭的類型、目標(biāo)區(qū)域的深度和聲速)實際測量的2D PSF。
[0066]根據(jù)示例性實施例，除了基于環(huán)境變量實際測量的2D PSF以外，PSF數(shù)據(jù)庫280可存儲基于環(huán)境變量預(yù)先確定的相位參數(shù)。所述相位參數(shù)可通過用參數(shù)表示相位信息來獲得，所述相位信息可用來基于從PSF數(shù)據(jù)庫280中選擇的2D PSF估算新的2D PSF0
[0067]為了確定所述相位參數(shù)，首先，基于與超聲圖像相關(guān)的振幅信息而估算2D PSF。接著，將所估算的2D PSF的形狀與實際測量的2D PSF的形狀對比，同時改變表示與所估算的2D PSF的相位信息的因子的值。接著，當(dāng)所估算的2D PSF的形狀與實際測量的2D PSF的形狀最相似時，將對應(yīng)的因子的值確定為相位參數(shù)。
[0068]下面將更加詳細地描述確定相位參數(shù)的方法。例如，通過使用“探頭A”獲得位于距離對象的表面5cm深度的目標(biāo)區(qū)域的超聲圖像。接著，從超聲圖像估算2D PSF，并且將所估算的2D PSF的形狀與實際測量的2D PSF的形狀對比，同時改變表示與所估算的2D PSF的相位信息的因子的值。當(dāng)所估算的2D PSF的形狀與實際測量的2D PSF的形狀最相似時，將對應(yīng)的因子的值確定為與環(huán)境變量為“探頭A”和“5cm深度的目標(biāo)區(qū)域”的情況對應(yīng)的相位參數(shù)。
[0069]通過對所有的環(huán)境變量應(yīng)用上述方法，確定各個環(huán)境變量的相位參數(shù)。例如，可基于探頭的類型和目標(biāo)區(qū)域的深度確定相位參數(shù)。所確定的相位參數(shù)可存儲在PSF數(shù)據(jù)庫280 中。
[0070]再次參照圖4，發(fā)射波束形成器250可執(zhí)行發(fā)射波束形成。執(zhí)行發(fā)射波束形成，以將來自一個或更多個超聲元件T的超聲波聚焦到焦點。具體地，執(zhí)行發(fā)射波束形成，以使超聲元件T按照適合的順序產(chǎn)生超聲波，以補償從超聲元件T產(chǎn)生的超聲波到達焦點的時間差。下面將參照圖6更加詳細地描述發(fā)射波束形成。
[0071]圖6示出了發(fā)射波束形成器250的結(jié)構(gòu)。如圖6中所示，發(fā)射波束形成器250可包括發(fā)射信號發(fā)生器251和時間延遲單元(這里，也被稱為“時間延遲組件”和/或“時間延遲裝置”)252。
[0072]發(fā)射信號發(fā)生器251可產(chǎn)生發(fā)射信號(諸如，例如高頻交流電信號)，所示發(fā)射信號基于從控制器240接收的控制信號施加到超聲元件T。由發(fā)射信號發(fā)生器251產(chǎn)生的發(fā)射信號被提供至?xí)r間延遲單元252。
[0073]時間延遲單元252可延遲由發(fā)射信號發(fā)生器251產(chǎn)生的發(fā)射信號，以調(diào)整每個發(fā)射信號到達相應(yīng)的超聲元件T的時間。如果通過時間延遲單元252延遲的發(fā)射信號施加到超聲元件T，則超聲元件T產(chǎn)生分別與發(fā)射信號的頻率相對應(yīng)的超聲波。由超聲元件T產(chǎn)生的超聲波聚焦到焦點上。超聲元件T產(chǎn)生的超聲波所聚焦到的焦點的位置取決于已經(jīng)施加到發(fā)射信號的延遲圖案。
[0074]更詳細地說，在圖6的示例性實施例中，設(shè)置了五個超聲元件tl、t2、t3、t4和t5以及分別被表示為粗實線、中等實線、細實線的三個延遲圖案，所述延遲圖案可施加到發(fā)射信號上。
[0075]當(dāng)被表示為粗實線的延遲圖案施加到由發(fā)射信號發(fā)生器251產(chǎn)生的發(fā)射信號時，由超聲元件tl至t5產(chǎn)生的超聲波聚焦到第一焦點Fp
[0076]當(dāng)被表示為中等實線的延遲圖案施加到由發(fā)射信號發(fā)生器251產(chǎn)生的發(fā)射信號時，由超聲元件tl至t5產(chǎn)生的超聲波聚焦到比第一焦點F1更遠的第二焦點F2。
[0077]當(dāng)被表示為細實線的延遲圖案施加到由發(fā)射信號發(fā)生器251產(chǎn)生的發(fā)射信號時，由超聲元件tl至t5產(chǎn)生的超聲波聚焦到比第二焦點F2更遠的第三焦點F3。
[0078]如上所述，焦點的位置基于施加到由發(fā)射信號發(fā)生器251產(chǎn)生的發(fā)射信號的延遲圖案的類型而變化。因此，當(dāng)施加一個延遲圖案時，要被施加到對象的超聲波聚焦到固定的焦點(即，“固定聚焦(fixed-focusing)”)上。然而，當(dāng)施加兩個或更多個延遲圖案時，要被施加到對象的超聲波聚焦到多個焦點上(即，“多重聚焦(mult1-focusing)”)。
[0079]這樣，由各個超聲元件T產(chǎn)生的超聲波固定聚焦到單個焦點或者多重聚焦到多個焦點。所聚焦的超聲波被引至對象的內(nèi)部。被引至對象的內(nèi)部的超聲波從對象的目標(biāo)區(qū)域反射。由超聲元件T接收從目標(biāo)區(qū)域反射的至少一個超聲回波。接著，超聲元件T將所接收的至少一個超聲回波轉(zhuǎn)換成電信號。以下，所轉(zhuǎn)換的電信號將被簡單地稱作超聲信號。從超聲元件T輸出的超聲信號被放大并濾波，然后被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并提供至接收波束形成器260。
[0080]再次參照圖4，接收波束形成器260可對已被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的超聲信號執(zhí)行接收光束形成。執(zhí)行接收光束形成，以校正從各個超聲元件輸出的超聲信號之間的時間差，然后對所校正的信號聚焦。下面將參照圖7更加詳細地描述接收光束形成。
[0081]圖7是根據(jù)示例性實施例的接收波束形成器260的框圖。參照圖7，接收波束形成器260可包括時間差校正器262和聚焦單元(這里也被稱為“聚焦器”和/或“聚焦裝置，，)261。
[0082]時間差校正器262使來自各個超聲元件T的各個超聲信號延遲預(yù)定的時間段，使得所述超聲信號可以同時傳遞到聚焦單元261。
[0083]聚焦單元261可對已經(jīng)通過時間差校正器262接受時間差校正的超聲信號聚焦。具體地，聚焦單元261可在向每個超聲信號分配預(yù)定的權(quán)重(例如，波束形成系數(shù))之后對超聲信號聚焦，以相對于其它的超聲信號增強或削減相應(yīng)的超聲信號。所聚焦的超聲信號可被提供至圖像生成器270。
[0084]再次參照圖4，圖像生成器270可以基于超聲信號從PSF數(shù)據(jù)庫280中選擇至少一個2D PSF和至少一個相位參數(shù)，并基于所選擇的2D PSF且基于所選擇的相位參數(shù)來估算2D PSF。下面將參照圖8更加詳細地描述圖像生成器270。
[0085]圖8是根據(jù)示例性實施例的圖像生成器270的框圖。
[0086]參照圖8，圖像生成器270可包括PSF選擇器271、PSF估算器273和去卷積單元(這里也被稱為“去卷積器”、“去卷積組件”和/或“去卷積裝置”)275。
[0087]PSF選擇器271基于與光束形成的超聲信號相關(guān)的環(huán)境變量從PSF數(shù)據(jù)庫280中選擇至少一個2D PSF和至少一個相位參數(shù)。例如，如果已經(jīng)確定了通過利用探頭A獲得的光束形成的超聲信號以及目標(biāo)區(qū)域位于深度I (參見圖2B)，則基于對光束形成的超聲信號執(zhí)行分析的結(jié)果，PSF選擇器271從PSF數(shù)據(jù)庫280中選擇與深度I對應(yīng)的2D PSF和相位參數(shù)。如果已經(jīng)確定了通過利用探頭A獲得的光束形成的超聲信號以及目標(biāo)區(qū)域分別位于深度3和深度5 (參見圖2B)，則基于對光束形成的超聲信號執(zhí)行分析的結(jié)果，PSF選擇器271從PSF數(shù)據(jù)庫280中選擇與深度3對應(yīng)的2D PSF和相位參數(shù)，并且還從PSF數(shù)據(jù)庫280中選擇與深度5對應(yīng)的2D PSF和相位參數(shù)。
[0088]PSF估算器273使用由PSF選擇器271選擇的至少一個2D PSF和至少一個相位參數(shù)來估算2D PSF0重新估算2D PSF的原因是:與實際測量的2D PSF有關(guān)的環(huán)境變量可能和與實際診斷期間獲得的超聲信號有關(guān)的環(huán)境變量不同。
[0089]例如，聲速在各個人員之間可能發(fā)生變化，甚至在相同深度的目標(biāo)區(qū)域會發(fā)生變化。因此，盡管2D PSF是基于探頭的類型、目標(biāo)區(qū)域的深度和聲速實際測量以產(chǎn)生并構(gòu)成PSF數(shù)據(jù)庫280的，但是可能會出現(xiàn)這樣的情況:由于在實際的超聲檢查期間環(huán)境變量的變化，不能使用存儲在PSF數(shù)據(jù)庫280中的2D PSF0在這種情況下，如果選擇了與實際診斷情形最相似的情形相關(guān)的環(huán)境變量相對應(yīng)的PSF，則基于所選擇的PSF估算2D PSF, 2D PSF可以被更快速地估算。另外，由于使用預(yù)定的相位參數(shù)估算2D PSF，所以可提高所估算的2DPSF的準(zhǔn)確度。
[0090]如果實際測量的2D PSF的環(huán)境變量和在實際診斷期間獲得的超聲信號的環(huán)境變量相同，則從PSF數(shù)據(jù)庫280中選擇與超聲信號的環(huán)境變量對應(yīng)的PSF，并且用所選擇的PSF對光束形成的超聲信號去卷積。
[0091]去卷積單元275使用所估算的2D PSF對光束形成的超聲信號去卷積。結(jié)果，獲得與原始圖像非常相似的圖像。所獲得的圖像可接受后處理，然后經(jīng)由顯示單元220顯示為圖像。
[0092]圖9示出了基于環(huán)境變量實際測量的ID PSF41和2D PSF42。
[0093]圖10示出了估算的ID PSF51和2D PSF52?；诘诡l譜方法估算了 2D PSF52。具體地，在移除相位信息(最小相位)后基于振幅信息估算了 2D PSF52。圖10中所示出的2D PSF52的形狀與圖9中所示的實際測量的2D PSF42的形狀明顯不同。
[0094]圖11示出了估算的ID PSF61和2D PSF62。根據(jù)相位參數(shù)和振幅信息，基于倒頻譜方法估算了 2D PSF62。圖11中所示出的2D PSF62的形狀與圖9中所示的實際測量的2D PSF42的形狀相似。
[0095]圖12是示出了原始圖像(圖的左側(cè))與利用基于振幅信息估算的2D PSF執(zhí)行的去卷積的結(jié)果(圖的右側(cè))之間的對比的圖。參照圖12，看出，與原始圖像相比，去卷積的結(jié)果盡管保持了沿著軸向的圖像質(zhì)量，但是其已經(jīng)沿著橫向擴散。該現(xiàn)象的原因是:所估算的2D PSF的形狀與實際測量的2D PSF的形狀在軸向上相似，但是所估算的2D PSF的形狀與實際測量的2D PSF的形狀在橫向上明顯不同。
[0096]圖13是示出了原始圖像(圖的左側(cè))與利用基于振幅信息和被設(shè)置為默認值的相位信息而估算的2D PSF執(zhí)行的去卷積的結(jié)果(圖的右側(cè))之間的對比的圖。參照圖13，看出，與原始圖像相比，去卷積的結(jié)果盡管保持了沿著橫向的圖像質(zhì)量，但是其已經(jīng)沿著軸向具有相對小量的擴散。該現(xiàn)象的原因是:所估算的2D PSF的形狀與實際測量的2D PSF的形狀在橫向上相似，但是所估算的2D PSF的形狀與實際測量的2D PSF的形狀在軸向上略微不同。
[0097]圖14是示出了原始圖像(圖的左側(cè))與利用基于振幅信息和相位參數(shù)而估算的2D PSF執(zhí)行的去卷積的結(jié)果(圖的右側(cè))之間的對比的圖。參照圖13，得知所估算的2DPSF的形狀與實際測量的2D PSF的形狀在橫向和軸向上都差不多相似。結(jié)果，去卷積的結(jié)果與原始圖像相似。
[0098]圖15是示出了根據(jù)示例性實施例的由超聲成像設(shè)備執(zhí)行的控制方法的流程圖。
[0099]如果在操作S710中輸入了輸入信號，則接著在操作S720中分析所述輸入信號。所述輸入信號可包括光束形成的超聲信號。可基于環(huán)境變量分析所述輸入信號。環(huán)境變量可包括探頭的類型、目標(biāo)區(qū)域的深度和聲速中的至少一個。
[0100]如果分析了所述輸入信號，則接著在操作S730中，基于分析的結(jié)果從PSF數(shù)據(jù)庫280中選擇至少一個PSF和至少一個相位參數(shù)(參見圖4)。具體地，可以選擇一個2D PSF0或者，可以選擇一個或者更多個2D PSF0相位參數(shù)可包括基于環(huán)境變量預(yù)先確定的參數(shù)。例如，可基于目標(biāo)區(qū)域的深度確定相位參數(shù)。
[0101]如果選擇了 PSF和相位參數(shù)，則接著在操作S740中，可基于所選擇PSF和確定的相位參數(shù)估算2D PSF0這樣，如果基于所選擇PSF和相位參數(shù)估算2D PSF,則所估算的2DPSF準(zhǔn)確度會增大，這是因為考慮了振幅信息和相位信息兩者。
[0102]如果估算了 2D PSF，則接著在操作S750中，用所估算的2D PSF對所述輸入信號去卷積。
[0103]作為去卷積的結(jié)果，在操作S760中獲得圖像信號。所獲得的圖像信號對應(yīng)于復(fù)原圖像(restored image)。所述復(fù)原圖像接受后處理,然后經(jīng)由顯示單元220顯示。
[0104]上面已經(jīng)描述了示例性實施例。在示例性實施例中，構(gòu)成超聲成像設(shè)備20的一些組件可被實現(xiàn)為模塊。
[0105]具體地，術(shù)語“模塊”代表軟件元件或硬件元件(諸如現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC))，并且所述模塊執(zhí)行預(yù)定的任務(wù)。然而，所述模塊不限于軟件或硬件。另外，所述模塊可被構(gòu)造為存在于可尋址存儲模塊中，或者可被構(gòu)造為操作一個或更多個處理器。
[0106]例如，模塊可包括一個或更多個元件(例如，軟件元件、面向?qū)ο筌浖?、類元件和任?wù)元件)、處理器、功能、特性、過程、子程序、程序代碼段、驅(qū)動器、固件、微代碼、電路、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、表格、陣列和變量。這里，通過組件和模塊實現(xiàn)的功能可通過少量的結(jié)合的較大的組件和模塊來實現(xiàn)，或通過大量的分開的較小的組件和模塊來實現(xiàn)。另夕卜，組件和模塊可被實現(xiàn)為操作裝置中的一個或者更多個中央處理器(CPU)。
[0107]除了上述的示例性實施例，本發(fā)明構(gòu)思可被實現(xiàn)為包括用于控制上述的示例性實施例中的至少一個組件的計算機可讀代碼/命令的介質(zhì)(例如，暫時性或非暫時性計算機可讀介質(zhì))。所述介質(zhì)可包括可存儲和/或傳輸計算機可讀代碼的任意類型的介質(zhì)。
[0108]計算機可讀代碼可存儲在所述介質(zhì)上或者經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)傳輸，所述介質(zhì)的示例包括磁存儲介質(zhì)(例如，ROM、軟盤、硬盤等)、光學(xué)記錄介質(zhì)(例如，⑶-ROM或DVD)和傳輸介質(zhì)(諸如載波)。另外，所述介質(zhì)可包括非暫時性計算機可讀介質(zhì)。另外，所述介質(zhì)可通過網(wǎng)絡(luò)分配給計算機系統(tǒng)，其中，可以以分布式方式被存儲和執(zhí)行。另外，處理組件可包括處理器和/或計算機處理器，并且可分布于和/或包括在裝置中。
[0109]雖然已經(jīng)示出和描述了一些示例性實施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明構(gòu)思的原理和精神的范圍的情況下，可以對這些示例性實施例進行改變。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲成像設(shè)備，包括: 探頭，被構(gòu)造為朝向?qū)ο蟮哪繕?biāo)區(qū)域照射超聲波、接收從目標(biāo)區(qū)域反射的至少一個超聲回波、將所接收的至少一個超聲回波轉(zhuǎn)換成電信號，并且將所述電信號作為超聲信號輸出； 接收波束形成器，被構(gòu)造為波束形成所述超聲信號，并且輸出該波束形成的超聲信號; 存儲器，被配置為存儲點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫，點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫用于為所述波束形成的超聲信號存儲基于環(huán)境變量獲得的點擴散函數(shù)以及基于環(huán)境變量確定的相位參數(shù)； 圖像生成器，用于基于所述波束形成的超聲信號從點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫中選擇所獲得的點擴散函數(shù)和所確定的相位參數(shù)、并利用基于所選擇的點擴散函數(shù)和所選擇的相位參數(shù)而估算的點擴散函數(shù)執(zhí)行去卷積，以生成圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲成像設(shè)備，其中，基于所估算的點擴散函數(shù)的形狀和所獲得的點擴散函數(shù)的形狀之間的對比結(jié)果來確定所述相位參數(shù)，而所估算的點擴散函數(shù)的形狀是基于與所述波束形成的超聲信號的振幅有關(guān)的信息的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲成像設(shè)備，其中，所述環(huán)境變量包括探頭的類型、目標(biāo)區(qū)域的深度和超聲波的聲速中的至少一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲成像設(shè)備，其中，基于探頭的類型和目標(biāo)區(qū)域的深度和超聲波的聲速來獲得被存儲在點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫中的點擴散函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲成像設(shè)備，其中，基于探頭的類型和目標(biāo)區(qū)域的深度來確定被存儲在點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫中的相位參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲成像設(shè)備，其中，所述點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫存儲基于所述環(huán)境變量而獲得的二維點擴散函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲成像設(shè)備，其中，所述圖像生成器包括: 點擴散函數(shù)選擇器，用于基于與所述光束形成的超聲信號有關(guān)的環(huán)境變量從點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫中選擇二維點擴散函數(shù)和相位參數(shù)； 點擴散函數(shù)估算器，用于基于所選擇的二維點擴散函數(shù)和所選擇的相位參數(shù)來估算二維點擴散函數(shù)； 去卷積單元，用于利用所估算的二維點擴散函數(shù)對所述光束形成的超聲信號執(zhí)行去卷積。
8.一種由超聲成像設(shè)備執(zhí)行的控制方法，包括: 生成點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫，所述點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫用于存儲基于環(huán)境變量獲得的點擴散函數(shù)和基于環(huán)境變量確定的相位參數(shù)； 朝向?qū)ο蟮哪繕?biāo)區(qū)域照射超聲波、接收從目標(biāo)區(qū)域反射的至少一個超聲回波、將所接收的至少一個超聲回波轉(zhuǎn)換成電信號，并且將所述電信號作為超聲信號輸出； 波束形成所述超聲信號，并且輸出波束形成的超聲信號； 基于所述波束形成的超聲信號從點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫中選擇所獲得的點擴散函數(shù)和所確定的相位參數(shù)，并利用基于所選擇的點擴散函數(shù)和所選擇的相位參數(shù)所估算的點擴散函數(shù)執(zhí)行去卷積，以生成圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其中，基于與所述波束形成的超聲信號的振幅有關(guān)的信息所估算的點擴散函數(shù)的形狀和所獲得的點擴散函數(shù)的形狀之間的對比結(jié)果來確定所述相位參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其中，所述環(huán)境變量包括被包含在所述超聲成像設(shè)備中的探頭的類型、目標(biāo)區(qū)域的深度和超聲波的聲速中的至少一個。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制方法，其中，基于探頭的類型和目標(biāo)區(qū)域的深度和超聲波的聲速來獲得被存儲在點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫中的點擴散函數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制方法，其中，基于探頭的類型和目標(biāo)區(qū)域的深度來確定被存儲在點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫中的相位參數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其中，所述點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫存儲基于所述環(huán)境變量獲得的二維點擴散函數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其中，生成圖像包括: 基于與所述光束形成的超聲信號有關(guān)的環(huán)境變量從點擴散函數(shù)數(shù)據(jù)庫中選擇二維點擴散函數(shù)和相位參數(shù)； 基于所選擇的二維點擴散函數(shù)和所選擇的相位參數(shù)來估算二維點擴散函數(shù)； 利用所估算的二維點擴散函數(shù)對所述光束形成的超聲信號執(zhí)行去卷積。
【文檔編號】A61B8/14GK104287780SQ201410327795
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】姜周泳, 樸成燦, 金晶澔, 宋宗根, 樸修賢 申請人:三星電子株式會社