專利名稱：相干因子自適應(yīng)超聲成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隨相干性而變的自適應(yīng)超聲成像。具體地說，隨所獲取數(shù)據(jù)的相干性而變地進(jìn)行成像。
背景技術(shù)：
缺少相干性可以通過像差校正和陣列校準(zhǔn)加以限制。像差校正受各種問題的影響，例如缺少合適的點目標(biāo)，像差與傳播路徑有關(guān)且因組織和換能器移動而隨時間改變，以及估算和校正需要精細(xì)的空間抽樣和很高的計算成本。陣列校準(zhǔn)則由于軟件和系統(tǒng)-探頭結(jié)合的復(fù)雜性而在實踐中不常使用。
雜波可以使用相干因子加以抑制。例如，美國專利號＿＿＿＿(2004年3月31日提交的申請序列號10/814,959)公開了一種相干性度量的使用(所述專利公開內(nèi)容已作為參考包括在本文內(nèi))。使用響應(yīng)聚焦的發(fā)射波束而接收的通道數(shù)據(jù)來計算相干因子。對于隨機(jī)散射以及在沒有傳播像差時，通道數(shù)據(jù)的相干性和發(fā)射波束寬度成反比。所以，最相干的回波通常是從發(fā)射聚焦深度返回的。但是，當(dāng)發(fā)射波束很寬或未聚焦時，例如在淺于或深于發(fā)射焦點的深度處，利用各個元件所接收的波形所計算的相干因子與像差和雜波的程度基本上無關(guān)，對于顯著地抑制與真實目標(biāo)有關(guān)的雜波不太有用。
寬發(fā)射波束正越來越多地被使用以便提高掃描速度。但是，由于發(fā)射聚焦很弱或不存在，雜波電平通常高于使用聚焦發(fā)射波束的傳統(tǒng)成像。這種雜波歸因于組織像差、陣列非均勻性以及聚束量化效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
以下以介紹方式說明的優(yōu)選實施例包括自適應(yīng)超聲成像的方法和系統(tǒng)?？紤]從物體中獲取的一組NxM信號，其中N是陣列元件數(shù)，M對應(yīng)于數(shù)據(jù)獲取和/或處理參數(shù)的變化。數(shù)據(jù)獲取和處理參數(shù)包括空間和/或時間上的發(fā)射孔徑函數(shù)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)和接收濾波函數(shù)。以相干總加的能量與利用至少一個不同參數(shù)所獲得的通道或圖像信號的至少部分非相干總加的能量之比的形式計算相干因子。
在一個實施例中，形成每個不同的發(fā)射波束或接收孔徑函數(shù)的分圖像并利用這組分圖像計算相干因子圖像。從圖像域中的數(shù)據(jù)而不是利用通道數(shù)據(jù)的相干或非相干總加來計算相干因子。
在第一方面，提供用于自適應(yīng)超聲成像的方法。獲取第一和第二幀圖像域數(shù)據(jù)。第一和第二幀都代表掃描區(qū)域中的多個位置。以來自第一和第二幀的圖像域數(shù)據(jù)的函數(shù)的形式確定相干因子。產(chǎn)生作為相干因子函數(shù)的信息。
在第二方面，提供用于自適應(yīng)超聲成像的方法。發(fā)射第一和第二寬發(fā)射波束。分別響應(yīng)第一和第二寬發(fā)射波束而獲得第一和第二數(shù)據(jù)集。這些數(shù)據(jù)集對應(yīng)于通道或圖像域數(shù)據(jù)。與第二數(shù)據(jù)集相比，以空間、時間、或空間和時間兩者上的發(fā)射孔徑函數(shù)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)、接收濾波函數(shù)或其組合的函數(shù)的形式獲得第一數(shù)據(jù)集。以第一和第二數(shù)據(jù)集的函數(shù)的形式確定相干因子。
本發(fā)明由以下權(quán)利要求書限定，本節(jié)的任何說明不應(yīng)作為對那些權(quán)利要求的限制。以下結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點進(jìn)行討論。


各部件和附圖不必按比例繪出，重點在于說明本發(fā)明的原理。而且，在所有不同的視圖中，相同的標(biāo)號表示相應(yīng)的部件。
圖1是用于隨相干因子而變的自適應(yīng)超聲成像的系統(tǒng)的一個實施例的方框圖；以及圖2是用于隨相干因子而變的自適應(yīng)超聲成像的方法的一個實施例的流程圖。
具體實施例方式
從物體中獲取一組NxM信號，其中N是陣列元件數(shù)，M對應(yīng)于數(shù)據(jù)獲取和/或處理參數(shù)的變化。這些參數(shù)包括空間和時間上的發(fā)射孔徑函數(shù)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)和接收濾波函數(shù)。以相干總加的能量與這些信號的至少部分非相干總加的能量之比的形式計算相干因子。在一個實施例中，在圖像域中以利用不同參數(shù)形成的分圖像的相干和非相干總加的函數(shù)的形式計算相干因子圖像。以相干因子的函數(shù)的形式修改至少一個參數(shù)。在一個實施例中，相干因子用來調(diào)制利用分圖像合成的圖像的灰度或色彩。
圖1示出用于自適應(yīng)超聲成像系統(tǒng)10的一個實施例。系統(tǒng)10是超聲成像系統(tǒng)，但是也可以使用利用多個發(fā)射或接收天線(即元件)的其它成像系統(tǒng)。系統(tǒng)10包括換能器12、發(fā)射聚束器14、接收聚束器16、相干因子處理器18、檢測器20、圖像處理器22、顯示器24、緩沖器26和28以及加法器30和32。此外，也可以提供不同或較少的部件，例如系統(tǒng)10沒有顯示器24。
換能器12是多個元件的陣列。元件是壓電元件或電容性膜片元件。將所述陣列配置成一維陣列、二維陣列、1.5D陣列、1.25D陣列、1.75D陣列、環(huán)形陣列、多維陣列、它們的組合或任何其它目前已知的或以后開發(fā)的陣列。換能器元件在聲能和電能之間進(jìn)行變換。換能器12通過發(fā)射/接收開關(guān)與發(fā)射聚束器14和接收聚束器16相連接，但在其它實施例中也可使用單獨的連接。
系統(tǒng)10中示出兩個不同的聚束器，即發(fā)射聚束器14和接收聚束器16。雖然圖中是單獨示出的，但是發(fā)射和接收聚束器14、16可以配備有部分或全部相同的部件。兩個聚束器都與換能器陣列12相連接。
發(fā)射聚束器14是處理器、延遲器、濾波器、波形發(fā)生器、存儲器、相位旋轉(zhuǎn)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、放大器、它們的組合，或任何其它目前已知的或以后開發(fā)的發(fā)射聚束器部件。在一個實施例中，發(fā)射聚束器14是美國專利號5,675,554中公開的發(fā)射聚束器，所述專利的公開內(nèi)容已作為參考包括在本文內(nèi)。將發(fā)射聚束器配置成多個通道，用于為換能器12上發(fā)射孔徑的每個元件產(chǎn)生發(fā)射波形的電信號。所述波形為具有所需中心頻率或頻帶的單極性波形、雙極性波形、階梯形波形、正弦形波形或其它波形，具有一個、多個或分?jǐn)?shù)周期。所述波形具有相對延遲或定相和幅度以聚焦聲能。發(fā)射聚束器14包括控制器，用于改變孔徑(例如有源元件數(shù))、多個通道上的變跡分布、多個通道上的延遲分布、多個通道上的相位分布、中心頻率、頻帶、波形形狀、周期數(shù)以及它們的組合。根據(jù)這些聚束參數(shù)產(chǎn)生掃描線焦點。改變聚束參數(shù)可以校正像差或雜波。
接收聚束器16是前置放大器、濾波器、相位旋轉(zhuǎn)器、延遲器、加法器、基帶濾波器、處理器、緩沖器、存儲器、它們的組合或其它已知的或以后開發(fā)的接收聚束器部件。在一個實施例中，接收聚束器16是美國專利號5,555,534和5,685,308中公開的發(fā)射聚束器，這些專利公開的內(nèi)容已作為參考包括在本文內(nèi)。將接收聚束器16配置成多個通道34，接收代表射到換能器12上的回波或聲能的電信號。將包括接收孔徑(例如元件數(shù)和哪些元件用于接收處理)、變跡分布、延遲分布、相位分布、頻率以及它們的組合的聚束參數(shù)加到接收信號上以便進(jìn)行接收聚束。例如，相對延遲和幅度或變跡將聲能沿一個或多個掃描線聚焦?？刂铺幚砥骺刂聘鞣N聚束參數(shù)以便將接收波束成形。用于接收聚束器16和用于發(fā)射聚束器14的聚束器參數(shù)可以相同或不同。例如，由于信號幅度不同，為接收波束成形所加的像差或雜波校正不同于為發(fā)射波束成形所提供的像差校正。
圖1示出接收聚束器16的一個可能實施例。來自陣列12中接收孔徑的每個元件的通道34連接到放大器和/或延遲器36，用于施加變跡放大。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將放大的回波信號數(shù)字化。數(shù)字射頻接收數(shù)據(jù)被解調(diào)為基帶頻率。然后由放大器和/或延遲器36加上任何接收延遲，例如動態(tài)接收延遲和/或相位旋轉(zhuǎn)。將每個通道的接收聚束器延遲或相位旋轉(zhuǎn)的基帶數(shù)據(jù)提供給緩沖器，用于基于通道的相干性確定。緩沖器足以存儲給定范圍內(nèi)所有或部分接收孔徑上的接收聚束器16的數(shù)字樣本。聚束加法器38是一個或多個數(shù)字或模擬加法器，可以用來將來自接收孔徑的不同通道34的數(shù)據(jù)組合起來，形成一個或多個接收波束。加法器38是單個加法器或級聯(lián)加法器。加法器38將相對延遲和變跡的通道信息加在一起，形成波束。在一個實施例中，聚束加法器38的工作是以復(fù)雜的方式將同相和正交的通道數(shù)據(jù)總加，以便為所形成的波束保持相位信息?；蛘?，聚束加法器總加數(shù)據(jù)幅度或強(qiáng)度，而不保持相位信息。
在一個實施例中，發(fā)射聚束器14和接收聚束器16利用寬波束傳輸工作。例如，使用在美國專利號6,685,641中公開的發(fā)射聚束器和/或接收聚束器，所述專利公開內(nèi)容已作為參考包括在本文內(nèi)。利用變換產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的接收聚束器16或者順序地或者并行地響應(yīng)寬發(fā)射波束而形成多個接收波束。寬波束傳輸包括未聚焦或弱聚焦的超聲波，它們從一個或多個角度穿透一個區(qū)域(例如大部分待掃描的二維區(qū)域)。可以利用在陣列后面很大距離或基本上無窮大距離處的虛擬點源來定義寬發(fā)射波束?？梢韵鄬τ陉嚵袡M向移動虛擬點源來控制寬發(fā)射波束的方向。為補(bǔ)償不需要的發(fā)散(偏差)，產(chǎn)生適度聚焦的平面波作為寬發(fā)射波前。由換能器陣列12中每個元件所產(chǎn)生的能量被相對于其它元件延遲，以便控制平面波的方向或適度聚焦平面波。將高斯或漢明變跡函數(shù)應(yīng)用于換能器陣列12，以便減少由換能器陣列12提供的有限孔徑所產(chǎn)生的邊緣波。由于沒有規(guī)定具體的發(fā)射焦點，所以通過以不同角度將發(fā)射平面波疊加到換能器陣列12上來實現(xiàn)動態(tài)發(fā)射聚焦。也可以使用產(chǎn)生平面波的其它技術(shù)，例如利用其它類型的變跡或利用適度發(fā)散的平面波。
接收聚束器16輸出圖像數(shù)據(jù)、代表被掃描區(qū)域的不同空間位置的數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)是相干的(即保持的相位信息)，但是可以包括非相干數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^處理接收的數(shù)據(jù)來形成所述數(shù)據(jù)，例如合成掃描線(即相干組合)、復(fù)合來自多個掃描線的數(shù)據(jù)(即非相干組合)或用于產(chǎn)生用來從接收信息產(chǎn)生圖像的數(shù)據(jù)的其它過程。例如，將波束間相位校正施加到一個或多個波束上，然后通過相干(即相位敏感)濾波器將相位校正后的波束組合起來，以便形成合成的超聲線，和/或在波束之間內(nèi)插以便形成新的超聲線。一旦通道數(shù)據(jù)被聚束或者被組合來代表被掃描區(qū)域的空間位置，所述數(shù)據(jù)就從通道域轉(zhuǎn)換到圖像數(shù)據(jù)域。
檢測器20是通用處理器、數(shù)字信號處理器、專用集成電路、控制處理器、數(shù)字電路、加法器、濾波器、有限脈沖響應(yīng)處理器、乘法器、它們的組合或其它目前已知的或以后開發(fā)的處理器，用于從接收的信號形成非相干圖像數(shù)據(jù)。檢測器20包括單個或多個處理器，有或沒有對數(shù)壓縮。檢測器20檢測聚束信號的幅度、強(qiáng)度、對數(shù)壓縮的幅度或功率。例如，檢測器20是B型檢測器。檢測器20可以配備有一個或多個濾波器，例如空間或時間濾波器。檢測器20輸出非相干圖像數(shù)據(jù)。
緩沖器26和28是先進(jìn)先出緩沖器、存儲器、轉(zhuǎn)角存儲器或其它目前已知的或以后開發(fā)的存儲器，用于存儲圖像數(shù)據(jù)。每個緩沖器26、28用于存儲一個或多個數(shù)據(jù)值，代表一個或多個掃描位置。例如，緩沖器26、28各自存儲與一次完整掃描關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。一個緩沖器26可以用來存儲相干圖像數(shù)據(jù)，而另一個緩沖器28可以用來存儲非相干圖像數(shù)據(jù)。同一個緩沖器26、28既可以用來存儲非相干數(shù)據(jù)又可以用來存儲相干數(shù)據(jù)。緩沖器26、28存儲以前掃描的數(shù)據(jù)，例如剛剛進(jìn)行的前次掃描的數(shù)據(jù)。附加的緩沖器26、28可以用來存儲以前多次掃描的數(shù)據(jù)。
加法器30、32是數(shù)字或模擬加法器、處理器、同一處理器、求和節(jié)點、邏輯裝置、相干因子處理器18或其它目前已知或以后開發(fā)的加法器。加法器30、32對代表同一或基本上同一空間位置但是對不同的發(fā)射孔徑函數(shù)(變跡、延遲分布、孔徑位置、孔徑形狀或孔徑大小)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)和/或接收濾波函數(shù)敏感的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行總加。發(fā)射或接收參數(shù)在兩個圖像數(shù)據(jù)集之間改變。在獲取隨后的圖像數(shù)據(jù)集的同時，緩沖器26和28存儲較早的圖像數(shù)據(jù)集。然后將兩個圖像數(shù)據(jù)集組合起來。加法器30利用保持的相位信息把兩個圖像數(shù)據(jù)集相干地組合起來。加法器32非相干地組合這兩個圖像數(shù)據(jù)集。
相干因子處理器18根據(jù)加法器30、32的輸出確定圖像域中的數(shù)據(jù)相干量。相干因子處理器18是通用處理器、數(shù)字信號處理器、控制處理器、專用集成電路、數(shù)字電路、數(shù)字信號處理器，模擬電路、它們的組合或其它目前已知的或以后開發(fā)的處理器，用于控制發(fā)射聚束器14、接收聚束器16、檢測器20、圖像處理器22或系統(tǒng)10的其它部件。在一個實施例中，相干因子處理器18是聚束器或系統(tǒng)控制器，但在其它實施例中也可以使用單獨的或?qū)Ｓ玫奶幚砥鳌Ｏ喔梢蜃犹幚砥?8可以用來確定作為超聲圖像數(shù)據(jù)的函數(shù)的相干因子。計算由圖像數(shù)據(jù)代表的一個或多個空間位置的相干因子。例如，可以計算重疊掃描區(qū)域內(nèi)每個空間位置的相干因子值。附加地或者可供選擇地，相干因子處理器18與接收聚束器16和用于從接收孔徑的每個通道獲取延遲的或相位旋轉(zhuǎn)的通道數(shù)據(jù)的緩沖器相連接，以便確定通道域中的相干性。
相干因子處理器18可包括低通濾波器，用于確定作為時間或空間函數(shù)的低通濾波后的相干因子。例如，對重疊掃描區(qū)域的相干因子進(jìn)行低通濾波以便減少空間變化。相干因子處理器18可以包括檢測器或用于將相干組合的數(shù)據(jù)路由到檢測器的路徑。檢測所述相干組合的數(shù)據(jù)并將其用于成像。
相干因子處理器18可以用來確定作為相干因子函數(shù)的用于自適應(yīng)成像的聚束參數(shù)、圖像形成參數(shù)或圖像處理參數(shù)。然后自適應(yīng)地改變各參數(shù)以便減少最終圖像中的旁瓣雜波。發(fā)射聚束器14、接收聚束器16、檢測器20和/或圖像處理器22所使用的任何聚束器參數(shù)都可以是對相干因子處理器18所計算的相干因子敏感的。通過產(chǎn)生隨相干因子而變的圖像，例如產(chǎn)生代表相干因子的圖像，就可以附加地或可供選擇地提供自適應(yīng)成像。
將圖像數(shù)據(jù)輸出到圖像處理器22。圖像處理器22可以用來設(shè)定顯示動態(tài)范圍，使用線性或非線性濾波器(可以是FIR或IIR或基于表格)進(jìn)行空間和時間濾波，并將信號幅度作為線性或非線性映像的函數(shù)映像到顯示數(shù)值。非線性映像可以使用任何一種輸入，例如在選擇相應(yīng)的亮度時輸入的已濾波或未濾波的數(shù)據(jù)版本。可以輸入用于對比度的優(yōu)化的數(shù)據(jù)，同時優(yōu)化用于空間分辨率的相同或類似的數(shù)據(jù)。然后輸入數(shù)據(jù)用來選擇亮度或顯示強(qiáng)度。圖像處理器22掃描轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并以顯示器24上的一維、二維或三維表示的形式輸出所述數(shù)據(jù)。由于隨相干因子而變地選擇或改變聚束參數(shù)、圖像形成參數(shù)、動態(tài)范圍、非線性映像、非線性濾波或它們的組合之一，所以結(jié)果圖像就可能顯示所需的目標(biāo)而沒有來自旁瓣貢獻(xiàn)的失真。例如，相干因子用來自適應(yīng)地改變用于隨后成像的參數(shù)，例如應(yīng)用相干因子來調(diào)節(jié)聚束參數(shù)的像差校正，以及調(diào)節(jié)由圖像形成處理器20所進(jìn)行的合成和混合的類型和數(shù)量。在另一實施例中，圖像處理器22產(chǎn)生代表相干因子的圖像，例如調(diào)制作為相干因子的函數(shù)的色彩、色調(diào)、亮度、陰影或其它成像數(shù)據(jù)。
圖2示出用于自適應(yīng)超聲成像的方法。所述方法由圖1的系統(tǒng)10或不同的系統(tǒng)實現(xiàn)。此外，可以提供不同的或較少的動作。例如，可以不提供動作48、50和/或54。作為另一實例，提供用于確定通道數(shù)據(jù)的相干因子的附加的或可供選擇的動作，如在美國專利No.(2004年3月31日提交的申請序列號10/814,959)中所公開的，所述專利公開內(nèi)容已作為參考包括在本文內(nèi)。從響應(yīng)不同參數(shù)值而獲取的兩個或兩個以上以上數(shù)據(jù)集來確定通道或圖像數(shù)據(jù)的相干因子。
在動作40，獲取兩個或兩個以上圖像域數(shù)據(jù)幀。在一個實施例中，響應(yīng)各自的寬發(fā)射波束的傳輸而獲取每個圖像域數(shù)據(jù)幀。每個寬發(fā)射波束覆蓋掃描區(qū)域上的大部分二維平面?；蛘撸采w較少的區(qū)域。單一寬發(fā)射波束可以允許形成整個所關(guān)注區(qū)域的圖像，得到高幀速率?；蛘?，對不同區(qū)域的多次傳輸掃描整個所關(guān)注區(qū)域。所述掃描用于二維或三維成像。寬發(fā)射波束可以沿二維或三維延伸。
對傳輸作出響應(yīng)而接收通道數(shù)據(jù)。對于多個位置中每個位置，通過把來自接收孔徑的每個元件的通道數(shù)據(jù)總加在一起來形成圖像域數(shù)據(jù)幀。或者，對通道數(shù)據(jù)施加諸如傅立葉變換等變換或其它過程，以產(chǎn)生代表掃描區(qū)域空間位置的圖像數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)包括代表掃描區(qū)域中多個位置的數(shù)值。數(shù)據(jù)幀包括與特定掃描或掃描組合相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)幀包括代表所關(guān)注區(qū)域的數(shù)據(jù)，不論所述數(shù)據(jù)是否以幀格式傳輸。
可以使用部分聚束或波束總和。例如，提供具有多維換能器陣列的子陣列聚束來限制將陣列連接到成像系統(tǒng)的電纜數(shù)。把每個子陣列的部分波束總和數(shù)據(jù)作為通道數(shù)據(jù)對待。將通道數(shù)據(jù)聚束在一起，以便從圖像域數(shù)據(jù)中確定相干因子?；蛘?，將部分波束總和用作通道數(shù)據(jù)，以便確定通道域中的相干因子。
所述獲得的圖像數(shù)據(jù)包括相位信息。圖像數(shù)據(jù)是射頻(RF)或同相和正交(IQ)格式。每個圖像數(shù)據(jù)集或幀可以用數(shù)學(xué)表示為Sn(x，y)，式中(x，y)是圖像中的一點，n代表具體的發(fā)射和接收函數(shù)設(shè)置。
不同的圖像數(shù)據(jù)集或幀對不同的發(fā)射孔徑函數(shù)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)、接收濾波函數(shù)或它們的組合作出響應(yīng)。參數(shù)或函數(shù)設(shè)定值的不同在于空間、時間或空間和時間二者。例如，發(fā)射孔徑函數(shù)作為不同位置上虛擬點源的函數(shù)而改變。利用以相對于陣列的第一角度發(fā)送的寬發(fā)射波束來獲得第一圖像數(shù)據(jù)集，而利用以相對于陣列的第二且不同的角度發(fā)送的寬發(fā)射波束來獲得第二圖像數(shù)據(jù)集。在一個實施例中，在-10到10度的平面波入射角的情況下以2度的間隔獲得11個分圖像或數(shù)據(jù)幀。作為另一個實例，改變接收孔徑函數(shù)，以便使用陣列的不同部分或變跡。在獲取兩個或兩個以上不同圖像數(shù)據(jù)集之間改變接收孔徑形狀或位置。作為又一個實例，在時間上改變接收孔徑函數(shù)。在不同于第二數(shù)據(jù)幀的頻帶上獲取第一數(shù)據(jù)幀，例如，基頻帶用于一個數(shù)據(jù)集，而諧波頻帶用于另一數(shù)據(jù)集。作為另一個實例，在空間上改變接收濾波。沿不同于第二數(shù)據(jù)幀的觀看方向或濾波方向獲取第一數(shù)據(jù)幀。可以在兩個或兩個以上分?jǐn)?shù)據(jù)幀的獲取過程之間調(diào)節(jié)或改變其它函數(shù)、參數(shù)、變量或設(shè)定值。
所獲得的數(shù)據(jù)集代表二維圖像或區(qū)域。也可以使用代表三維圖像或體積的數(shù)據(jù)集。
在動作42，檢測相干圖像數(shù)據(jù)幀。檢測信號的幅度、強(qiáng)度、功率或其它特性?？梢栽趯?shù)域中進(jìn)行檢測，或者不進(jìn)行對數(shù)壓縮。幅度檢測可以用多種方式進(jìn)行，例如使用Hilbert變換，或沿鈾向解調(diào)IQ信號并利用 作為幅度。檢測過程消除了相位信息，得到非相干數(shù)據(jù)。
在動作44，總加兩個或兩個以上圖像域數(shù)據(jù)幀。對代表相同或基本上相同位置的數(shù)值進(jìn)行相干總加。保持?jǐn)?shù)據(jù)之間的相位關(guān)系。分圖像的相干總加產(chǎn)生相干圖像S(x,y)=1NΣn=1NSn(x,y)]]>所述總加是求平均值、真實總加、加權(quán)總加或另一個組合函數(shù)。也可以提供線性或非線性組合。
在動作46，再次總加兩個或兩個以上圖像域數(shù)據(jù)幀。對代表相同或基本上相同位置的數(shù)值進(jìn)行非相干總加。對檢測的數(shù)據(jù)或非相干數(shù)據(jù)進(jìn)行總加，例如對幅度、強(qiáng)度或?qū)?shù)域進(jìn)行總加。在動作46，利用在動作44中所用的相同數(shù)據(jù)集，但要進(jìn)行檢測，或用不同的數(shù)據(jù)集。在動作42中的幅度檢測提供了非相干圖像數(shù)據(jù)幀An(x，y)。將成分幅度圖像總加在一起A(x,y)=1nΣn=1NAn(x,y)]]>所述總加是求平均值、真實總加、加權(quán)總加或另一個組合函數(shù)。也可提供線性或非線性組合。
在動作48，相干總加的圖像域數(shù)據(jù)進(jìn)行幅度檢測。所述檢測與動作42中所進(jìn)行的檢測相同或不同。所述檢測以同樣的格式提供動作44輸出的圖像域數(shù)據(jù)，或者再經(jīng)過與動作46輸出的圖像域數(shù)據(jù)類似的過程。由于與非相干總加相反的相干總加的緣故，數(shù)據(jù)是不同的。
在動作50，在確定相干因子之前進(jìn)行附加的任選的操作。例如，相干總加和非相干總加的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行平方運算。
在動作52，確定作為第一和第二數(shù)據(jù)集或來自第一和第二幀的圖像域數(shù)據(jù)集的函數(shù)的相干因子。對于多個位置(例如所關(guān)注的整個掃描區(qū))中的每個位置確定相干因子值?；蛘撸嬎銌蝹€相干因子值。在又一個實施例中，從代表不止一個空間位置的數(shù)據(jù)分別計算一個或多個相干因子值。
計算作為相干總加與非相干總加的函數(shù)的相干因子。例如，相干因子是相干總加能量對非相干總加能量之比。假設(shè)B(x，y)是對S(x，y)的幅度檢測的結(jié)果，按照以下公式計算相干因子CFID(x,y)=B2(x,y)A2(x,y)]]>式中B是相干幅度而A是非相干幅度。相干因子在0到1的范圍內(nèi)。也可以使用計算圖像數(shù)據(jù)相干性的其它函數(shù)，例如在不求幅度平方值的情況下進(jìn)行計算或作為對數(shù)域中的差值來進(jìn)行計算。
相干圖像B(x，y)通常具有比非相干圖像A(x，y)更高的橫向分辨率和更大的斑點差異?？梢栽趧幼?4中使代表不同空間位置(相干因子圖像)的相干因子值的幅度變化平滑?？臻g低通濾波可以抑制或限制相干因子圖像中的斑點。濾波后的相干因子圖像可以用來修改其它圖像而不會引入或增強(qiáng)斑點。低通濾波還局部地求相干因子的平均值，以便改進(jìn)精確度，并減小所計算的相干因子的偏差。
相干因子(不論來自通道還是圖像域計算)用于產(chǎn)生信息。例如，以相干因子的函數(shù)的形式調(diào)節(jié)發(fā)射或接收參數(shù)，如美國專利號(2004年3月31日提交的申請序列號10/814,959)中所公開的。相干因子圖像用于修改隨后的圖像形成。例如，部分波束總和信號用于計算基于通道的相干性。然后相干因子用來改變發(fā)射或接收聚束或濾波函數(shù)。
相干因子信息或圖像可以用來對以下信息進(jìn)行加權(quán)或修改分圖像、相干總加圖像、非相干總加圖像、隨后的圖像信息、利用寬或聚焦的發(fā)射波束單獨獲取的圖像、它們的組合或其它圖像信息。以相干因子的函數(shù)的形式調(diào)制所檢測的數(shù)據(jù)的亮度、色彩、色調(diào)、陰影或它們的組合。例如，可以在線性幅度域進(jìn)行所述加權(quán)O(x，y)＝I(x，y)xf[CFID(x，y)]式中f(u)通常是某個非線性函數(shù)，I(x，y)是輸入圖像，O(x，y)是輸出圖像。如果f(u)＝u，則所述操作與每個圖像位置上的相干因子成正比地減小圖像幅度。f(u)的閾函數(shù)可以限制增益抑制的動態(tài)范圍。
非相干總加(混合)可以抑制斑點并改進(jìn)邊界描繪。借助于可能不同的接收孔徑選擇方案(例如部分重疊的子孔徑)利用不同的發(fā)射控制來形成分圖像。利用對應(yīng)于每個發(fā)射/接收孔徑方案的分圖像來計算相干因子信息。所述相干因子圖像可以用來調(diào)制混合圖像的亮度或色彩。
除了相干和非相干圖像外，還可從各個分圖像形成復(fù)合圖像。將一些分圖像相干總加在一起，然后對總和進(jìn)行非相干總加。一般來說，分圖像相干總加有助于改進(jìn)橫向分辨率和在圖像形成時提供冗余，有助于減少各種來源的雜波。圖像非相干總加有助于減少斑點。換能器和組織的移動都很有限，所以在獲取各個分圖像時的移動和聲波波長相比都很小。
在一個實施例中，隨相干因子而變地顯示圖像。相干因子信息或圖像函數(shù)和灰度級圖像一起顯示。例如，將相干因子的色彩疊加顯示在灰度級B型圖像的上面。這就將相干因子圖像記錄到灰度級圖像上，并有助于識別在波傳播中哪一部分組織引入了較多的不均一性。
在另一實施例中，將作為相干因子的函數(shù)的第一和第二數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)幀進(jìn)行混合。相干因子或相干因子的函數(shù)用來選擇性地將兩個圖像混合在一起以便產(chǎn)生輸出圖像。例如，兩個輸入圖像是相干總加的圖像和非相干總加的圖像。相干因子確定在組合這些總加的圖像時的相對權(quán)重。如果相干性高，就賦予非相干總加的成像信息更重的權(quán)重。另一實例是將相干圖像和該相干圖像的低通濾波的版本作為相干因子的函數(shù)加以混合。
一個區(qū)域上相干因子的空間平均表示組織像差的程度。像差程度用作圖像質(zhì)量指標(biāo)，所述指標(biāo)在診斷時可以提供有用的信息。例如，在胸部成像時，如果患者的圖像具有較低的平均相干因子，則成像的組織可能更不均一。不均一的組織可能與組織病理有關(guān)。在人體模型研究中發(fā)現(xiàn)，在沒有像差時相干因子的平均值為0.61，而在有像差時為0.41。
在組織像差嚴(yán)重的地方，在所述位置以及遠(yuǎn)離發(fā)射孔徑的所有隨后的其它位置的分圖像樣本更可能是異相的。在這些位置上會有較低的相干因子值。沿聲透射角的相干因子信息的微商近似于局部組織像差的程度。在沒有所述微商的情況下，相干因子信息是沿聲透射路徑積分的像差的度量。
雖然已參閱各種實施例對本發(fā)明作了說明，但是應(yīng)理解可以進(jìn)行許多變化和修改而不會背離本發(fā)明的范圍。所以上述詳細(xì)說明應(yīng)認(rèn)為是說明性的而非限制性的，且應(yīng)理解，以下權(quán)利要求書(包括所有的等效物)旨在限定義本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于自適應(yīng)超聲成像的方法，所述方法包括獲得(40)至少第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀，所述第一和第二幀都代表掃描區(qū)域中的多個位置；從所述第一和第二幀確定(52)作為所述圖像域數(shù)據(jù)的函數(shù)的相干因子；以及產(chǎn)生作為所述相干因子函數(shù)的信息，所述信息包括圖像數(shù)據(jù)、聚束參數(shù)、圖像形成參數(shù)、圖像處理參數(shù)或它們的組合。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中獲得(40)所述第一和第二幀的步驟包括分別發(fā)射第一和第二寬發(fā)射波束，所述第一和第二寬發(fā)射波束中的每一個覆蓋所述掃描區(qū)域上二維平面或三維體積的重疊區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中獲得(40)所述第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀的步驟包括對所述多個位置中的每一個位置將來自接收孔徑每個元件的通道數(shù)據(jù)總加在一起，所述總加的通道數(shù)據(jù)為圖像域數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中獲得(40)所述第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀的步驟包括從通道數(shù)據(jù)作為傅立葉變換的函數(shù)形成(40)代表所述多個位置中每個位置的數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中獲得(40)所述第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀的步驟包括響應(yīng)不同于所述第二圖像域數(shù)據(jù)幀的發(fā)射孔徑函數(shù)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)、接收濾波函數(shù)或它們在空間、時間或空間和時間二者上的組合而獲得(40)所述第一圖像域數(shù)據(jù)幀。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中包括變跡和延遲分布的所述發(fā)射孔徑函數(shù)隨不同位置上虛擬點源的變化而變化。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中包括變跡和延遲分布的所述接收孔徑函數(shù)變化以便使用陣列的不同部分或變跡。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述接收濾波函數(shù)在時間上變化，所述變化可以用來以不同于所述第二數(shù)據(jù)幀的頻帶提供所述第一數(shù)據(jù)幀。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述接收濾波在空間上變化，所述變化可以用來沿不同于所述第二幀的觀看方向提供所述第一幀。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定(52)所述相干因子的步驟包括確定(52)所述多個位置中的每個位置的相干因子值。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定(52)所述相干因子的步驟包括將所述第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀相干總加(44)；對所述第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀進(jìn)行至少部分非相干總加(46)；計算(52)作為所述相干和非相干總和的函數(shù)的所述相干因子。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中非相干總加(46)包括幅度、強(qiáng)度或?qū)?shù)域的總加(46)。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生作為所述相干因子的函數(shù)的信息的步驟包括顯示隨所述多個位置中的每一個位置的所述相干因子而變的圖像。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生作為所述相干因子的函數(shù)的信息的步驟包括以所述相干因子的函數(shù)的形式修改所述第一數(shù)據(jù)幀、所述第二數(shù)據(jù)幀、第三數(shù)據(jù)幀、來自非相干總和的數(shù)據(jù)幀、來自相干總和的數(shù)據(jù)幀或它們的組合的亮度、色彩、色調(diào)或它們的組合。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生作為所述相干因子的函數(shù)的信息的步驟包括混合作為所述相干因子的函數(shù)的所述第一和第二數(shù)據(jù)幀。
16.一種用于自適應(yīng)超聲成像的方法，所述方法包括發(fā)射第一和第二寬發(fā)射波束；響應(yīng)所述第一和第二寬發(fā)射波束而分別獲得(40)第一和第二數(shù)據(jù)集，所述第一數(shù)據(jù)集是作為不同于所述第二數(shù)據(jù)集的發(fā)射孔徑函數(shù)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)、接收濾波函數(shù)或它們在空間、時間或空間和時間二者上的組合的函數(shù)而獲得的；以及確定(52)作為所述第一和第二數(shù)據(jù)集的函數(shù)的相干因子。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述相干因子是所述第一和第二數(shù)據(jù)集的相干總和能量對非相干總和能量之比。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中獲得(40)包括獲得(40)第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀，所述第一和第二幀都代表掃描區(qū)域中的多個位置。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中獲得(40)包括作為所述發(fā)射孔徑函數(shù)的函數(shù)而獲得(40)，對于所述第一和第二數(shù)據(jù)集，所述發(fā)射孔徑函數(shù)隨不同位置上虛擬點源的變化而變化。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中獲得(40)包括作為所述接收孔徑函數(shù)的函數(shù)而獲得(40)，對于所述第一和第二數(shù)據(jù)集，所述接收孔徑函數(shù)變化以便利用陣列的不同部分或變跡。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其中獲得(40)包括作為所述接收濾波函數(shù)的函數(shù)而獲得(40)，所述接收濾波函數(shù)在時間上變化，以便在不同于所述第二數(shù)據(jù)集的頻帶提供所述第一數(shù)據(jù)集。
22.如權(quán)利要求16所述的方法，其中獲得(40)包括作為所述接收濾波函數(shù)的函數(shù)而獲得(40)，所述接收濾波函數(shù)在空間上變化，以便沿不同于所述第二數(shù)據(jù)集的觀看方向提供所述第一數(shù)據(jù)集。
23.如權(quán)利要求16所述的方法，其中確定(52)所述相干因子的步驟包括將所述第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀相干總加(44)；對所述第一和第二圖像域數(shù)據(jù)幀進(jìn)行至少部分非相干總加(46)；計算(52)作為所述相干和非相干總和的函數(shù)的所述相干因子。
24.如權(quán)利要求16所述的方法，其中還包括顯示作為所述相干因子函數(shù)的圖像。
25.如權(quán)利要求16所述的方法，其中還包括作為所述相干因子的函數(shù)而修改圖像亮度、色彩、色調(diào)、陰影或它們的組合。
26.如權(quán)利要求16所述的方法，其中還包括將隨所述相干因子而變地加權(quán)的所述第一和第二數(shù)據(jù)集混合起來。
27.如權(quán)利要求16所述的方法，其中獲得(40)包括形成多個部分波束總和，并且其中確定所述相干因子包括確定作為所述部分波束總和的函數(shù)的所述相干因子。
全文摘要
從物體中獲得一組NxM信號，其中N是陣列(12)元件數(shù)，M對應(yīng)于數(shù)據(jù)獲取和/或處理參數(shù)的變化。所述參數(shù)包括空間和/或時間上的發(fā)射孔徑函數(shù)、發(fā)射波形、接收孔徑函數(shù)以及接收濾波函數(shù)。以相干總和(44)的能量與利用至少一個不同參數(shù)獲得的通道或圖像信號的至少部分非相干總和(46)的能量之比的形式來計算相干因子。部分聚束數(shù)據(jù)可以用于通道相干性計算。為求圖像域相干性，對于每個不同的發(fā)射波束或接收孔徑函數(shù)形成分圖像(40)，利用所述分圖像集計算相干因子圖像。顯示相干因子圖像或?qū)⑵溆脕硇薷幕蚧旌显谕粎^(qū)域中形成的其它圖像。
文檔編號G03B42/00GK1817309SQ20061000463
公開日2006年8月16日 申請日期2006年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月27日
發(fā)明者D·－L·D·劉, C·E·布拉德利, L·J·托馬斯, J·C·拉津比, K·F·烏斯圖納 申請人:美國西門子醫(yī)療解決公司