用于处理超声图像的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了用于生成超声图像的方法和系统。在方法中，超声图像的生成包括：获得通道数据，所述通道数据定义被成像点的集合；对于每个被成像点：隔离所述通道数据，对所隔离的通道数据执行空间频谱估计，并且选择性地衰减空间频谱估计通道数据，从而生成经滤波的通道数据；并且对所述经滤波的通道数据进行求和，从而形成经滤波的超声图像。在一些示例中，所述方法包括孔径外推。所述孔径外推提高了所述超声图像的横向分辨率。在其他示例中，所述方法包括发射外推。所述发射外推提高了图像的对比度。另外，所述发射外推还提高了帧速率并减少了所述超声图像中的运动伪影。在另外的示例中，所述孔径外推和所述发射外推可以被组合。

Methods and systems for ultrasonic image processing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于处理超声图像的方法和系统
本专利技术涉及超声成像领域，并且更具体地涉及超声图像滤波领域。
技术介绍
超声成像正越来越多地用于各种不同的应用中。重要的是，超声系统产生的图像应尽可能清晰准确，以使用户对被扫描对象进行真实解读。当所讨论的对象是正在接受医学超声扫描的患者时，尤其如此。在这种情况下，医生做出准确诊断的能力取决于由超声系统产生的图像的质量。离轴杂波是超声图像质量下降的重要原因。诸如最小方差(MV)波束形成之类的自适应波束形成技术已被开发出并被应用于超声成像以提高图像质量。然而，由于图像的每个像素都需要对空间协方差矩阵的求逆，因此MV波束形成的计算量很大。另外，尽管MV波束形成主要是为提高空间分辨率而开发的并且对于减少离轴杂波并不是很理想，但通常仍然需要通过减小子阵列的尺寸来牺牲MV波束形成在提高空间分辨率方面的性能。否则，由于信号消除，图像伪影可能会出现在散斑中。已经提出了自适应加权技术(例如：相干因子(CF)、广义相干因子(GCF)、相位相干因子(PCF)以及短滞后空间相干性(SLSC))，但是这些技术都需要访问每个通道的数据以计算要应用于图像的加权掩膜。另外，这些方法仅适用于利用聚焦发射波束的常规成像，而不适用于仅涉及少量发射的平面波成像(PWI)或发散波成像(DWI)。另外，超声图像中的空间分辨率(特别是横向分辨率)通常不是最优的。焦深处的－6dB的横向波束宽度由以下公式来确定：其中，λ是波长，z是发射焦深，并且D是孔径尺寸。波长越小(或中心频率越高)，横向分辨率就越好；然而，获得更小的波长是以穿透深度为代价的。另一方面，需要更大的孔径尺寸D以实现更好的横向分辨率；然而，孔径尺寸通常受到人体解剖结构、硬件考量和系统成本的限制。自适应波束形成技术(例如，前面提到的最小方差(MV)波束形成)一直是研究热点。这些方法是依赖于数据的波束形成方法，其试图自适应地估计切趾函数，从而产生超出衍射极限的横向分辨率。除了标准超声成像技术以外，在相控阵的情况下，平面波成像(PWI)或发散波成像(DWI)是相对较新的成像技术，其有可能以高于1kHz的非常高(并且可能为若干kHz)的帧速率进行成像。这些技术还为不同的应用开辟了许多新的可能的成像模式，这在以前利用常规的聚焦发射波束的情况下是无法实现的。为此，这些技术已经成为近年来学术界研究中最活跃的主题。PWI/DWI能够通过将从不同角度的宽发射波束获得的图像进行相干复合来实现高帧速率。由于通常已知PWI/DWI中的空间分辨率仅比利用聚焦发射波束的常规成像稍差或与之相当，因此PWI/DWI的主要缺点是图像对比度下降，这直接与发射角度的数量有关。在PWI/DWI中，当发射角度的数量较少时，图像对比度通常较低；因此，需要许多发射角度来维持与利用聚焦发射波束的常规成像的图像质量相当的图像质量。PWI/DWI还遭受运动伪影的影响，当对诸如心脏之类的快速移动的器官进行成像时，尤其如此，这是因为各个图像像素是根据来自不同的发射波束的信号构建的。随着发射角度的数量的增加，运动的影响变得更加严重。因此，PWI/DWI系统中的难题很明显：需要更多的发射角度以获得高图像对比度，但同时也会导致产生更多的运动伪影，从而降低图像质量。另外，不管发射角度的数量如何，PWI/DWI都不会减少混响杂波，混响杂波是基波B模式超声图像中图像质量下降的主要来源之一。文献US2005/033165A1描述了用于在超声成像中自适应抑制光栅波瓣的技术，其中，根据对过多的光栅波瓣能量的检测来改变对接收到的超声数据的处理。特别地，根据任何检测到的光栅波瓣能量来调制接收波束形成器中的各个换能器元件的增益。另一方面，在US2014/316274A1中，公开了一种杂波滤波方法，该方法包括：将超声信号发送到目标，接收从目标反射的反射信号，对构成反射信号的多个多普勒信号执行奇异值分解(SVD)，根据执行SVD的结果将目标的表示分成多个区域，根据不同的方法确定多个区域的截止频率，并且通过使用所确定的截止频率对多个区域执行杂波滤波。因此，需要一种无需大量额外硬件即可在超声系统内执行离轴杂波滤波的手段。另外，需要一种无需大量额外硬件即可提高超声图像的空间分辨率的手段。还需要一种无需大量额外硬件即可提高超声系统中的图像对比度的手段。
技术实现思路
本专利技术由权利要求来限定。根据本专利技术的一个方面的示例，提供了一种用于在超声图像中执行离轴杂波滤波的方法，所述方法包括：从超声探头获得通道数据，所述通道数据定义被成像点的集合，其中，所述超声探头包括换能器元件的阵列；对于感兴趣区域中的每个被成像点：隔离与所述被成像点相关联的所述通道数据；执行对所隔离的通道数据的空间频谱估计，以识别所隔离的通道数据的一个或多个空间频率分量；并且基于所述空间频谱估计，通过衰减系数的方式来选择性地衰减所隔离的通道数据的所述一个或多个空间频率分量，从而生成经滤波的通道数据；并且对与被成像点的所述集合中的每个被成像点相关联的所述经滤波的通道数据进行求和，从而生成经滤波的超声图像。该方法在超声图像中执行离轴杂波滤波。通过执行对通道数据的空间频谱估计，能够识别所隔离的通道数据的频率内容(即，一个或多个空间频率分量)。通常，离轴杂波信号将具有高空间频率，这可以在对通道数据的空间频谱估计中识别出。以这种方式，能够选择性地衰减具有高空间频率的信号，从而减少和/或消除最终的超声图像中的离轴杂波信号。图像点的集合中的每个被成像点优选是通道数据的轴向分割部分。优选地，对通道数据的隔离基于通道数据的轴向成像深度。在实施例中，对所述通道数据的所述隔离包括处理所述被成像点的多个观测值。以这种方式，能够对已经在多个测量结果上平均化的通道数据执行空间频谱估计。以这种方式，提高了通道数据的准确性以及最终的超声图像的准确性。在布置中，所述空间频谱估计包括：将所述通道数据分解成复指数的有限和。通过将通道数据分解成复指数的有限和，可以轻松识别出具有高空间频率的分量，从而更容易衰减超声图像中的离轴杂波信号。在另外的布置中，所述复指数包括：第一模型参数；以及第二模型参数。在另外的实施例中，所述第一模型参数是复数。在又另外的实施例中，所述第二模型参数与所述超声探头的邻近换能器元件之间的距离成反比。第一模型参数和第二模型参数可以用于描述通道数据的性质。在第一模型参数是复数的情况下，虚部与信号的相位有关，而模数(其可以是正实数)涉及信号的幅度。第二模型参数可以涉及信号的空间频率。在更另外的布置中，所述第一模型参数和所述第二模型参数是通过空间频谱估计的方式来估计的。在某些设计中，所述衰减系数是高斯的。以这种方式，对于接近较高空间频率的信号实施衰减很简单。可以通过改变所使用的高斯的宽度来调谐滤波的积极性。在实施例中，所述衰减系数是依赖于深度的。...

【技术保护点】
1.一种用于在超声图像(260)中执行离轴杂波滤波的方法(200)，所述方法包括：/n从超声探头(10)获得(210)通道数据，所述通道数据定义被成像点的集合，其中，所述超声探头包括换能器元件(110)的阵列(100)；/n对于感兴趣区域中的每个被成像点：/n隔离(220)与所述被成像点相关联的所述通道数据；/n执行(230)对所隔离的通道数据的空间频谱估计，以识别所隔离的通道数据的一个或多个空间频率分量；并且/n基于所述空间频谱估计，通过衰减系数的方式来选择性地衰减(240)所隔离的通道数据的所述一个或多个空间频率分量，从而生成经滤波的通道数据；并且/n对与被成像点的所述集合中的每个被成像点相关联的所述经滤波的通道数据进行求和(250)，从而生成经滤波的超声图像(280)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170706 EP 17180090.7;20170615 US 62/520,1741.一种用于在超声图像(260)中执行离轴杂波滤波的方法(200)，所述方法包括：
从超声探头(10)获得(210)通道数据，所述通道数据定义被成像点的集合，其中，所述超声探头包括换能器元件(110)的阵列(100)；
对于感兴趣区域中的每个被成像点：
隔离(220)与所述被成像点相关联的所述通道数据；
执行(230)对所隔离的通道数据的空间频谱估计，以识别所隔离的通道数据的一个或多个空间频率分量；并且
基于所述空间频谱估计，通过衰减系数的方式来选择性地衰减(240)所隔离的通道数据的所述一个或多个空间频率分量，从而生成经滤波的通道数据；并且
对与被成像点的所述集合中的每个被成像点相关联的所述经滤波的通道数据进行求和(250)，从而生成经滤波的超声图像(280)。


2.如权利要求1所述的方法(200)，其中，对所述通道数据的所述隔离(220)包括处理所述被成像点的多个观测值。


3.如权利要求1至2中的任一项所述的方法(200)，其中，所述空间频谱估计包括：将所述通道数据分解成复指数的有限和。


4.如权利要求3所述的方法(200)，其中，所述复指数包括：
第一模型参数；以及
第二模型参数。


5.如权利要求4所述的方法(200)，其中，所述第一模型参数是复数。


6.如权利要求4至5中的任一项所述的方法(200)，其中，所述第二模型参数与所述超声探头(10)的邻近换能器元件(110)之间的距离成反比。


7.如权利要求4至6中的任一项所述的方法(200)，其中，所述第一模型参数和所述第二模型参数是通过空间频谱估计的方式来估计的。


8.如任一前述权利要求所述的方法(200)，其中，所述衰减系数是高斯的。


9.如任一前述权利要求所述的方法(200)，其中，所述衰减系数是依赖于深度的。


10.如权利要求4至9中的任一项所述的方法(200)，其中，所述衰减系数取决于所述第二模型参数。


11.如任一前述权利要求所述的方法(200)，其中，所述衰减系数适于将所述通道数据衰减至接收波束图案的宽度的一半。


12.如任一前述权利要求所述的方法(200)，其中，所述空间频谱估计基于自回归模型。


13.一种包括计算机程序代码单元的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述计算机程序代码单元适于实施如任一前述权利要求所述的方法(200)。


14.一种用于控制对超声图像(260)中的离轴杂波进行滤波的控制器，其中，所述控制器适于：
从超声探头(10)获得(210)通道数据，所述通道数据定义被成像点的集合；
对于感兴趣区域中的每个被成像点：
隔离(220)与所述被成像点相关联的所述通道数据；
执行(230)对所隔离的通道数据的空间频谱估计，以识别所隔离的通道数据的一个或多个空间频率分量；并且
基于所述空间频谱估计，通过衰减系数的方式来选择性地衰减(240)所隔离的通道数据的所述一个或多个空间频率分量，从而生成经滤波的通道数据；并且
对与被成像点的所述集合中的每个被成像点相关联的所述经滤波的通道数据进行求和(250)，从而生成经滤波的超声图像(280)。


15.一种超声系统，所述系统包括：
超声探头(10)，所述超声探头包括换能器元件(110)的阵列(100)；
如权利要求14所述的控制器；以及
显示设备(40)，其用于显示所述经滤波的超声图像(280)。


16.一种用于生成超声图像(510、520、580、600、620)的方法(300)，所述方法包括：
通过超声探头(10)获得(310)通道数据；
对于所述通道数据的每个通道，基于所述通道数据的轴向成像深度来分割(320)所述通道数据；
对于所分割的通道数据的每个分割部分：
基于所分割的通道数据来估计(330)外推滤波器，所述外推滤波器具有滤波器阶数；并且
基于所述外推滤波器，通过外推因子对所分割的通道数据进行外推(340)，从而生成经外推的通道数据；并且
将所有分割部分上的所述经外推的通道数据进行求和(350)，从而生成所述超声图像。


17.如权利要求16所述的方法(300)，还包括：
对于所述通道数据的每个轴向分割部分，对所述通道数据的轴向分割部分应用(420)傅里叶变换；并且
对所述经外推的通道数据执行(440)傅立叶逆变换。


18.如权利要求16或17所述的方法(300)，其中，所述轴向分割部分的深度小于4个波长。


19.如权利要求16至18中的任一项所述的方法(300)，其中，所述外推因子小于或等于10x。


20.如权利要求16至19中的任一项所述的方法(300)，其中，对所述外推滤波器的所述估计是使用自回归模型来执行的。


21.如权利要求16至19中的任一项所述的方法(300)，其中，对所述外推滤波器的所述估计是使用Burg技术来执行的。


22.如权利要求16至21中的任一项所述的方法(300)，其中，所述滤波器阶数小于或等于5。


23.如权利要求16至22中的任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·G·G·M·维尼翁，J·S·沈，黄圣文，JL·FM·罗伯特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL