對快速移動(dòng)的結(jié)構(gòu)的超聲成像的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)診斷超聲系統(tǒng)，并且尤其涉及用于對快速地且周期地移動(dòng)的諸如跳動(dòng)的心臟的移動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像的超聲系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]診斷超聲成像的重要用途中的一個(gè)是診斷心臟的性能。這是由于超聲能夠利用非電離輻射實(shí)時(shí)地觀察心跳的事實(shí)。盡管超聲成像在圖像幀采集中是相對快速的并且能夠提供對快速移動(dòng)的結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)(或者“實(shí)況”)成像，但是常常采用門控方法來實(shí)現(xiàn)甚至更快速的圖像(或者幀)率，以更好地對快速移動(dòng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化。門控是采集與常常隨時(shí)間周期性地出現(xiàn)的特定外部生理事件有關(guān)的圖像的動(dòng)作。對于超聲而言，該事件通常涉及在成人、兒童和/或胎兒研究中的呼吸循環(huán)或者心臟循環(huán)。通常通過諸如用于監(jiān)測心臟循環(huán)中的相對時(shí)間的ECG信號的外部傳感器來監(jiān)測所述事件，但是也能夠根據(jù)圖像內(nèi)容來監(jiān)測所述事件。利用門控的采集，能夠在若干周期性心臟循環(huán)上并且在心臟循環(huán)中的各個(gè)時(shí)間或相位處采集心臟圖像。在圖像幀已經(jīng)被采集到之后，根據(jù)它們在周期性循環(huán)中的相對采集時(shí)間(相位)而不是它們的絕對時(shí)間(即，相對于它們的原始采集序列)來對所述圖像幀進(jìn)行重新排序。然后能夠以比能夠在單個(gè)心臟循環(huán)上實(shí)現(xiàn)的更高的圖像率并且以比在其他情況下能夠在原始采集中實(shí)現(xiàn)的更高的顯示幀率來重放經(jīng)重新排序的圖像幀。該采集和重新排序的范例被示出在(Powers等人的)美國專利5099847的圖1中。該專利示出，第一圖像序列在奇數(shù)心臟相位處被采集，之后在偶數(shù)心臟相位處采集第二圖像序列。所述專利的圖2示出了按心臟相位對圖像的重新排序，從而形成達(dá)到在心臟循環(huán)期間的圖像的兩倍之多的序列。該序列能夠是“環(huán)形的”，即，從開始播放到結(jié)束，緊接著從開始重放，從而給出在被顯示在高幀率顯示序列中時(shí)的心跳的外觀。類似的方法能夠用于形成跳動(dòng)的心臟的實(shí)況三維圖像，如(Savord等人的)美國專利5993390中所描述的。
[0003]存在用于執(zhí)行門控的兩種方法。上面在Powers等人和Savord等人的專利中描述的方法被稱為主動(dòng)或前瞻性門控，在主動(dòng)或前瞻性門控中，在心臟循環(huán)中的預(yù)先指定的時(shí)間處采集圖像數(shù)據(jù)。例如在Powers等人的專利中，采集被預(yù)先指定為首先是在奇數(shù)相位處之后是在偶數(shù)相位處的采集。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，圖像在周期性循環(huán)上充分地且均勻地被采集。然而，該方法的典型缺點(diǎn)在于，經(jīng)重新排序的幀率必須被預(yù)先指定，從而精確地指定相對于門控事件應(yīng)當(dāng)何時(shí)采集圖像，ECG信號以及心臟循環(huán)的持續(xù)時(shí)間在不同患者之間將變化并且甚至對于相同患者在不同時(shí)間之間將變化。另一缺點(diǎn)在于，該方法能夠花費(fèi)很長時(shí)間來采集所有必需數(shù)據(jù)，因?yàn)閷?shí)質(zhì)性延遲可能需要被插入到采集中以確保在周期性循環(huán)中的所有期望的時(shí)間被采樣。
[0004]另一門控方法被稱為回顧性門控。在這種方法中，在通常被稱為實(shí)時(shí)或者“實(shí)況”模式的模式中，在許多連續(xù)生理周期上連續(xù)地采集(即，當(dāng)對一幅圖像的采集完成時(shí)，對另一幅的采集立即開始)圖像，而不考慮周期性循環(huán)中的相對時(shí)間。然而，在采集中監(jiān)測相對于外部事件的對每幅圖像的采集的時(shí)間，使得一旦已經(jīng)完成采集就能夠?qū)D像進(jìn)行重新排序。被稱為“STIC”(空間-時(shí)間圖像相關(guān)性)的該技術(shù)的變型通常用于匯集胎兒心臟的高幀率圖像序列。例如參見G.R.Devore等人的“Spat1-temporal imagecorrelat1n (STIC):new technology for evaluat1n of the fetal hear，，(UltrasoundObstet.Gynecol.，第22卷，第380-87頁(2003))。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，圖像盡可能快速地被采集(即，在圖像之間沒有延遲)，并且當(dāng)更多的周期性循環(huán)被觀測到時(shí)，潛在的經(jīng)重新排序的幀率變得更高。然而，該方法的缺點(diǎn)在于，不保證經(jīng)重新排序的圖像將對感興趣的周期性循環(huán)充分地或均勻地進(jìn)行采樣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的原理，一種超聲診斷成像系統(tǒng)被提供用于采集與周期性循環(huán)有關(guān)的圖像，使得能夠顯示均勻時(shí)間間隔的圖像的實(shí)時(shí)圖像序列。當(dāng)所述采集在多個(gè)周期性循環(huán)上繼續(xù)時(shí)，均勻間隔的圖像的顯示序列一直能夠被產(chǎn)生，其中，當(dāng)采集繼續(xù)時(shí)均勻間隔的圖像的時(shí)間間隔變得愈加精細(xì)，從而使得能夠重放對不斷增大的顯示幀率的圖像循環(huán)。這能夠通過使用不同的采集觸發(fā)來實(shí)現(xiàn)，所述不同的采集觸發(fā)以最有效的方式被采用以使在觸發(fā)的采集序列之間的延遲最小化。
【附圖說明】
[0006]在附圖中:
[0007]圖1以方框圖形式圖示了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的超聲診斷成像系統(tǒng)。
[0008]圖2圖示了使用與ECG信號有關(guān)的前瞻性門控的采集序列。
[0009]圖3圖示了使用與ECG信號有關(guān)的回顧性門控的采集序列。
[0010]圖4圖示了使用四個(gè)采集觸發(fā)的根據(jù)本發(fā)明的采集序列。
[0011]圖5圖示了使用四個(gè)采集觸發(fā)的并且圖示用于顯示均勻間隔的圖像的不斷增大的時(shí)間幀率的圖像循環(huán)的可獲得性的本發(fā)明的采集序列。
【具體實(shí)施方式】
[0012]首先參考圖1，以方框圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的超聲系統(tǒng)。所圖示的超聲系統(tǒng)通過兩個(gè)主要子系統(tǒng)來操作，所述兩個(gè)主要子系統(tǒng)是前端采集子系統(tǒng)10A和顯示子系統(tǒng)10B。超聲探頭被耦合到采集子系統(tǒng)以發(fā)射超聲波并且接收超聲回波信號。所述探頭可以利用換能器元件的線性(一維)行來完成這一點(diǎn)，或者可以使用換能器元件的二維矩陣陣列70。2D矩陣陣列以及，如果期望的話，ID陣列由被定位在具有陣列換能器的探頭中的微型波束形成器72來操作。微型波束形成器包含電路，所述電路控制被應(yīng)用到陣列換能器70的元件的組的信號以對由每個(gè)組的元件接收到的回波信號進(jìn)行采集并且對所述回波信號進(jìn)行一些處理。探頭中的微型波束形成器有利地減少在探頭與超聲系統(tǒng)之間的線纜中的導(dǎo)體的數(shù)量，并且被描述在(Savord等人的)美國專利5997479以及(Pesque的)美國專利6436048中，并且在發(fā)射上以及在波束接收期間提供對波束的電子操縱和聚焦以進(jìn)行高幀率實(shí)時(shí)(實(shí)況)成像。
[0013]探頭70、72被耦合到超聲系統(tǒng)的采集子系統(tǒng)10A。采集子系統(tǒng)包括波束形成控制器74，所述波束形成控制器對控制面板40的控制做出響應(yīng)并且將控制信號提供到微型波束形成器72，從而關(guān)于發(fā)送和接收波束的計(jì)時(shí)、頻率、方向和聚焦來指導(dǎo)探頭。根據(jù)本發(fā)明的原理，控制信號還包括用于在與生理門控信號有關(guān)的指定時(shí)間(相位)中采集圖像的采集觸發(fā)。波束形成控制器也通過其對模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器18和波束形成器20的控制來控制由采集子系統(tǒng)對接收到的回波信號的波束形成。由探頭接收到的部分波束形成的回波信號由采集子系統(tǒng)中的前置放大器和TGC(時(shí)間增益控制)電路16進(jìn)行放大，然后由A/D轉(zhuǎn)換器18進(jìn)行數(shù)字化。由主系統(tǒng)波束形成器20將經(jīng)數(shù)字化的回波信號形成為完全操縱的且聚焦的波束。由圖像處理器22來處理回波信號，所述圖像處理器執(zhí)行數(shù)字濾波、B模式和M模式檢測以及多普勒處理，并且還能夠執(zhí)行其他信號處理，例如諧波分離、斑點(diǎn)減少以及其他期望的圖像信號處理。
[0014]由采集子系統(tǒng)1A產(chǎn)生的回波信號被耦合到顯示子系統(tǒng)10B，所述顯示子系統(tǒng)處理回波信號以用于