一種自適應(yīng)醫(yī)療超聲成像聲速優(yōu)化和信號修正方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能提高圖像質(zhì)量并且省時的自適應(yīng)的醫(yī)療超聲系統(tǒng)成像中的聲速優(yōu)化和信號相位修正方法，該方法首先在聲速優(yōu)化器中通過多次迭代改變發(fā)射聲速，獲得一系列的射頻信號，將射頻信號經(jīng)過基帶處理得到正交解調(diào)信號，通過對IQ信號進(jìn)行頻譜分析，或者進(jìn)而經(jīng)過包絡(luò)和對數(shù)壓縮計算得到圖像，對圖像進(jìn)行紋理分析，得到聲速優(yōu)劣的質(zhì)量因子，找到最佳的聲速，并把該聲速設(shè)置為當(dāng)前掃描使用的系統(tǒng)聲速。同時還可以將圖像分割為若干個局部區(qū)域找出局部區(qū)域的最佳聲速，從而在回波聚焦計算中對每一個通道的回波信號在各個局部分割區(qū)域進(jìn)行最優(yōu)聲速與系統(tǒng)聲速差異的相位偏移補(bǔ)償，以獲得最佳聚焦效果。
【專利說明】一種自適應(yīng)醫(yī)療超聲成像聲速優(yōu)化和信號修正方法及系統(tǒng)
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】 本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種超聲成像技術(shù)，具體涉及一種自適應(yīng)的醫(yī)療超聲 系統(tǒng)成像中的聲速優(yōu)化和信號相位修正方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在醫(yī)療超聲系統(tǒng)成像系統(tǒng)中，聲速是最為重要的成像參數(shù)之一。超聲波在人體 不同組織中傳播時，聲速會差異較大，例如，超聲波在人體脂肪含量較高的脂肪傳播時，聲 速大約為1450m/s，而在肌肉中的聲速為1580m/s左右。某些肌肉組織的聲速甚至可高達(dá) 1640m/s。現(xiàn)在的醫(yī)療超聲系統(tǒng)通常把1540m/s用于動態(tài)延遲聚焦波束形成，然而使用聲速 偏離真實聲速的超聲波經(jīng)過了局部組織時，就會出現(xiàn)相位偏差，導(dǎo)致組織位置的偏移，點擴(kuò) 散函數(shù)的拓寬以及旁瓣的增加，影響圖像的動態(tài)范圍，對比度，降低圖像的質(zhì)量，影響醫(yī)療 診斷的準(zhǔn)確性。
[0003] 為了解決這一問題，現(xiàn)有技術(shù)中提出了多種解決方法。例如2012年10月3日公 開的中國發(fā)明專利公布CN102697521A中描述了一種自適應(yīng)的醫(yī)療超聲系統(tǒng)成像參數(shù)的優(yōu) 化方法，設(shè)計了一種通過優(yōu)化聲速和組織聲衰減系數(shù)來提高超聲成像質(zhì)量的方法，該方法 通過迭代改變聲速和組織聲衰減系數(shù)，并使用一系列處理方法來獲得最優(yōu)的掃描聲速和組 織聲衰減系數(shù)，最后把獲得系數(shù)設(shè)置為該次超聲成像所使用的參數(shù)，獲得亮度更均勻，分辨 率更好，對比度更強(qiáng)的超聲影像。
[0004] 類似的在2008年10月1日公開的中國發(fā)明專利公布CN101273903A中描述了一種 超聲波成像裝置以及超聲波速度優(yōu)化方法，其利用分辨率優(yōu)化單元判定與掃描斷面內(nèi)的每 個位置的組織成分相應(yīng)的最佳聲速，并利用此最佳聲速，來計算來自掃描斷面內(nèi)的每個位 置的接收波束的接收延遲時間等?？刂铺幚砥鞑捎美米罴崖曀偎嬎愕慕邮昭舆t時間， 來執(zhí)行用于取得實際診斷所用的超聲波圖像的掃描中的延遲加法處理。對接收延遲時間的 計算所用的設(shè)定聲速與實際的活體內(nèi)聲速的偏差進(jìn)行修正，取得分辨率經(jīng)過優(yōu)化的超聲波 圖像。
[0005] 目前還沒有很有效的方法估算局部各個分割區(qū)域的聲速，因此也就談不上對每一 個通道的回波信號在各個局部分割區(qū)域，進(jìn)行最優(yōu)聲速與系統(tǒng)聲速差異的相位偏移補(bǔ)償。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)缺陷，提供一種能提高圖像質(zhì)量并且省時的自適 應(yīng)的醫(yī)療超聲系統(tǒng)成像中的聲速優(yōu)化和信號相位修正方法和實施該方法的系統(tǒng)。
[0007] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案： 一種自適應(yīng)的醫(yī)療超聲成像優(yōu)化方法，包括以下步驟： A. 在聲速優(yōu)化器中使用不同聲速對同一掃描部位發(fā)射超聲波，聲速的迭代范圍為 1450m/s~ 1640m/s，從而獲得多幅不同聲速對應(yīng)的射頻信號（RF信號）； B. 對RF信號進(jìn)行基帶處理，生成一系列與每一個聲速對應(yīng)的正交解調(diào)信號（IQ信號)， 并分別提取至少3個采樣點，定義為Si，其中一個采樣點是聚焦點Sf_s ; C. 對獲得的每一個聲速的對應(yīng)的Sp使用頻譜分析方法計算得到頻譜； D. 分別對步驟C中得到的各個采樣點的分割區(qū)域內(nèi)的頻譜進(jìn)行加權(quán)平均，得到代表各 個采樣點區(qū)域最終的頻譜； E. 基于IQ信號的聲速質(zhì)量因子被定義為步驟D中頻譜主瓣的能量，即預(yù)定義起始頻點 到終止頻點的積分，定義為Factoid，其中聚焦點的積分定義為Factor f_s，質(zhì)量因子越大， 表示該聲速越優(yōu)，選擇Factorf_ s最大對應(yīng)的聲速即為當(dāng)前聚焦區(qū)域的最佳聲速，系統(tǒng)將其 設(shè)置為當(dāng)前掃描的使用的系統(tǒng)聲速，將Factor各自最大所對應(yīng)的聲速作為不同分割區(qū)域 的最優(yōu)聲速，用于信號的相位修正； F. 基于圖像的聲速質(zhì)量因子的計算，首先對步驟B中的IQ信號進(jìn)行處理生成一系列 對應(yīng)聲速的二維圖像，以預(yù)設(shè)的二維紋理分析窗口遍歷每幅二維灰度圖像的紋理值，并根 據(jù)將圖像分割成若干個局部分割區(qū)域，計算各個所述分割局部區(qū)域內(nèi)所有紋理分析窗口的 平均紋理熵值，選出各個所述局部分割區(qū)域平均紋理值最優(yōu)(例如紋理熵越大越優(yōu)）的K幅 二維圖像，其中K>5 (即各個局部區(qū)域?qū)?yīng)的K個最佳聲速候選）； G. 基于圖像的聲速質(zhì)量因子被定義為側(cè)向?qū)Ρ确直媪CR，計算公式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種自適應(yīng)醫(yī)療超聲成像聲速優(yōu)化和信號修正方法，包括以下步驟： A. 在聲速優(yōu)化器中使用不同聲速對同一掃描部位發(fā)射超聲波，聲速的迭代范圍為 1450m/s?1640m/s，從而獲得多幅不同聲速對應(yīng)的RF信號； B. 對RF信號進(jìn)行基帶處理，生成一系列與每一個聲速對應(yīng)的IQ信號，并分別提取至少 3個采樣點，定義為Si，其中一個采樣點是聚焦點S f_s ; C. 對獲得的每一個聲速的對應(yīng)的Sy使用頻譜分析方法計算得到頻譜； D. 分別對步驟C中得到的各個采樣點的分割區(qū)域內(nèi)的頻譜進(jìn)行加權(quán)平均，得到代表各 個采樣點區(qū)域最終的頻譜； E. 基于IQ信號的聲速質(zhì)量因子被定義為步驟D中頻譜主瓣的能量，即預(yù)定義起始頻點 到終止頻點的積分，定義為Fac tori，其中聚焦點的積分定義為Fac torf_s，質(zhì)量因子越大， 表示該聲速越優(yōu)，選擇Factorf_ s最大對應(yīng)的聲速即為當(dāng)前聚焦區(qū)域的最佳聲速，系統(tǒng)將其 設(shè)置為當(dāng)前掃描的使用的系統(tǒng)聲速，將Factor各自最大所對應(yīng)的聲速作為不同分割區(qū)域 的最優(yōu)聲速，用于信號的相位修正； F. 基于圖像的聲速質(zhì)量因子的計算，首先對步驟B中的IQ信號進(jìn)行處理生成一系列對 應(yīng)聲速的二維圖像，以預(yù)設(shè)的二維紋理分析窗口遍歷每幅二維灰度圖像的紋理值，并根據(jù) 將圖像分割成若干個局部分割區(qū)域，計算各個所述分割局部區(qū)域內(nèi)所有紋理分析窗口的平 均紋理熵值，選出各個所述局部分割區(qū)域平均紋理值最優(yōu)的K幅二維圖像，其中K>5 ; G. 基于圖像的聲速質(zhì)量因子被定義為側(cè)向?qū)Ρ确直媪CR，計算公式如下：
其中，Lnum為窗口內(nèi)的掃描線數(shù)，Ave (Ιχ)為第X條掃描線的像素平均值，Dif (Ιχ)為 第X條掃描線的一階差分絕對值，即|lXij - Ιχ^|，因此Sum(Dif(Ix))即為第X條掃描 線的一階差分絕對值之和； H. 對每一分割的局部區(qū)域找出K幅圖像中LCR最大的那幅灰度圖像對應(yīng)的聲速；稱之 為當(dāng)前分割區(qū)域的最優(yōu)聲速；同樣地，聚焦區(qū)域的最優(yōu)聲速為系統(tǒng)最優(yōu)聲速，將其設(shè)置為當(dāng) 前掃描的使用的系統(tǒng)聲速，將各個不同分割區(qū)域的最優(yōu)聲速，用于信號的相位修正； I. 信號相位修正，在回波聚焦計算中，根據(jù)當(dāng)前分割區(qū)域的最優(yōu)聲速與系統(tǒng)聲速差異 對各個局部分割區(qū)域每一個通道的回波信號進(jìn)行相位偏移補(bǔ)償，以獲得最佳聚焦效果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述采樣點還包括近場采樣點Sn_和遠(yuǎn) 場采樣點Sfm，對應(yīng)的預(yù)定義起始頻點到終止頻點的積分，定義為Factor n_和FactornKtt， FactornKtt，F(xiàn)actorfm分別為各自最大所對應(yīng)的聲速作為不同分割區(qū)域的最優(yōu)聲速。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：C步驟中所述的頻譜分析包括FFT， Capon或APES等頻譜計算方法，計算得到橫向頻譜，或者推度至軸向頻譜。
4. 一種使用權(quán)利要求1所述方法的自適應(yīng)醫(yī)療超聲成像聲速優(yōu)化和信號修正系統(tǒng)，包 括依次連接的探頭、波束形成器(包含動態(tài)聚焦優(yōu)化模塊)、回波信號處理器、掃描轉(zhuǎn)換器、 圖像處理器、顯示這五大模塊，其特征在于，該系統(tǒng)還包括聲速優(yōu)化器，所述聲速優(yōu)化器包 括獲取IQ信號單元，所述獲取IQ信號單元輸出信號至頻譜分析單元和改變聲速和信號相 位補(bǔ)償單元，所述頻譜分析單元輸出值最優(yōu)質(zhì)量因子選擇單元，所述最優(yōu)質(zhì)量因子選擇單 元輸出至改變聲速和信號相位補(bǔ)償單元；其中回波信號處理器輸出至獲取IQ信號單元，改 變聲速和信號相位補(bǔ)償單元輸出至波束形成器；并且該系統(tǒng)按照權(quán)利要求1所述方法的步 驟處理信號。
【文檔編號】A61B8/00GK104188684SQ201410466699
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】石丹, 劉東權(quán) 申請人:聲泰特（成都）科技有限公司