利用频谱合成来减少斑点的超声成像制造技术

公开了利用频率(频谱)合成来减少斑点的超声成像系统和方法。一方面，超声成像系统包括具有交织的发射和接收阵列的换能器探头。该系统可以利用具有优化的时间带宽积的超声脉冲。一方面，具有单独的发射和接收元件的换能器探头可以在一次A扫描的时间期间实现多个超声脉冲的发射和接收，其中每个超声脉冲以不同的频率为中心。因此，该系统可以捕获多个独立的斑点图像，而不会降低整体的B型帧率。另一方面，该系统可以发射宽带脉冲，并且可以通过使用多个频谱滤波器对接收到的回波进行滤波来获得单独的斑点图像。该系统可以合成以不同频率捕获的多个图像以减少斑点。超声成像系统还包括被配置为基于回波生成超声图像的处理器。

Using spectrum synthesis to reduce speckle in ultrasonic imaging

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用频谱合成来减少斑点的超声成像相关申请本申请要求2017年7月9日提交的题为“SPECKLESUPPRESSIONINULTRASOUNDIMAGINGBYSPECTRALCOMPOUNDING”的美国临时专利申请No.62/530,241的优先权，通过引用的方式将其内容作为整体并入到本文中并出于所有目的。
本公开的技术涉及超声成像中的频谱合成。
技术介绍
超声成像是一种用于具有许多期望特征的诊断成像的越来越重要的工具。超声成像用于对患者的内部结构(例如，肌肉、血管、器官)进行成像，并诊断(或排除)各种疾病和状况。超声成像已广泛用于孕妇以监测子宫内胎儿的健康生长。超声波是具有高于人类可听范围的频率的声波，其频率通常可延伸至约20kHz。通过使用超声波发射器或换能器将超声波脉冲发送到患者(或正在成像的其他物体)的组织中来生成超声波图像。超声波在组织进行反射或回波。超声波接收器或换能器接收回波并将其处理成提供有关患者组织的有用信息的图像。最常见的超声图像类型是B型(B-mode)图像。B型图像示出了成像的组织的二维横截面的声阻抗。组织的声阻抗是由组织中声音的密度和速度的乘积给出的线性弹性属性。超声成像相对于其他形式的医学成像具有多个优点，这是因为它相对较快、提供实时成像、成本低并且不会像X射线诊断那样使患者暴露于电离辐射下。然而，超声成像方法和系统可能会受困于明显的斑点噪声(例如，由于成像的组织的声波反向散射而导致超声图像中出现显著且广泛的背景噪声)的存在，并且超声成像在临床实践中的有用分辨率可能会降低。
技术实现思路
在权利要求书中描述的每个创新都有数个方面，没有哪个方面单独负责其期望的属性。在不限制权利要求的范围的情况下，现在将简要描述本公开的一些突出特征。本公开的一方面是一种利用频率合成来减少斑点的超声成像的方法，所述方法包括：从换能器阵列发射N个超声脉冲至被成像的介质中，其中，每个超声脉冲具有不同的中心频率，并且在所述N个超声脉冲的第一脉冲的往返时间期间发射所述N个超声脉冲；其中，所述第一脉冲的往返时间是所述第一脉冲从所述换能器阵列传播到所述介质并从所述介质传播到所述换能器阵列的时间，其中N是大于1的正整数。所述方法还包括：利用所述换能器阵列接收来自所述介质的所述N个超声脉冲的回波；由接收到的回波生成多个图像，其中，每个所述图像是由与所述N个超声脉冲中的特定脉冲相关联的回波形成的；以及利用处理电路对所述图像进行频率合成，以生成多个频率合成的超声图像。在所述方法中，所述发射可以利用所述换能器阵列的第一线性换能器阵列执行的，并且所述接收可以利用所述换能器阵列的第二线性阵列执行的。在所述方法中，所述发射和接收可以至少部分地同时执行。在所述方法中，所述第一线性阵列可以与所述第二线性阵列交织。在所述方法中，所述N个超声脉冲沿着线扫描传播。在所述方法中，发射所述N个超声脉冲包括对所述N个超声脉冲进行线性调频。在所述方法中，生成所述频率合成超声图像可以包括对接收到的回波进行频率滤波并补偿所述N个超声脉冲的时间延迟。所述方法还可以包括基于来自多个线扫描的频率合成的图像生成B型超声图像，并且可视地显示所述B型超声图像。在所述方法中，所述B型超声图像具有至少10赫兹的帧频。在所述方法中，所述N个超声脉冲包括中心频率增加的3个连续脉冲。在所述方法中，由所述回波形成的图像和频率合成的超声图像具有至少部分地由所述换能器阵列的特性限定的横向分辨率，并且具有至少部分地由所述N个超声脉冲的脉冲持续时间限定的轴向分辨率。从所述换能器阵列发射所述N个超声脉冲包括发射其脉冲持续时间短得足以使所述轴向分辨率在横向分辨率的10％以内的N个超声脉冲。本公开的另一方面是一种用于生成斑点减少的频率合成的超声图像的超声系统。所述超声系统包括：第一相控换能器阵列，其被配置为将具有不同的各自中心频率的多个超声脉冲发射到被成像的介质中，其中，所述第一相控换能器阵列包括多个发射元件；第二相控换能器阵列，其被配置为从所述介质接收与所述超声脉冲相关的超声回波，其中，所述第二相控换能器阵列包括多个接收元件，并且其中，所述第一相控换能器阵列的发射元件与所述第二相控换能器阵列的接收元件交织；以及处理电路，其与所述第二相控换能器阵列通信，所述处理电路被配置为基于接收到的回波生成频率合成的图像。在所述超声系统中，所述第一相控换能器阵列可以被配置为在所述超声脉冲的第一脉冲的往返时间期间发射所述超声脉冲。在所述超声系统中，所述超声系统可以被配置为执行线扫描。在所述超声系统中，所述超声系统可以被配置为执行多个线扫描，并且其中，所述处理电路可以被配置为基于与所述线扫描相关联的频率合成的图像生成B型图像。所述超声系统还可以包括被配置为视觉上呈现所述B型图像的显示器。在所述超声系统中，所述第一相控换能器阵列的所述发射元件可以被配置为接收具有可配置的相位延迟的激励信号以提供发射聚焦，并且所述处理电路可以被配置为实现接收聚焦。本公开的另一方面是一种利用频率合成来减少斑点的超声成像方法。所述方法包括：向换能器阵列施加驱动信号，以激励所述换能器阵列并补偿所述换能器阵列的频率响应；在被成像的介质中发射宽带超声信号，其中，所述施加驱动信号使发射的宽带超声信号具有跨越所述换能器阵列的带宽的平坦的频谱；接收来自所述介质的宽带超声信号的回波；利用多个数字滤波器对接收到的回波进行频率滤波以产生多个超声图像；以及通过合成所述超声图像来生成频率合成的超声图像。所述方法还可以包括：生成多个附加的频率合成的超声图像；由所述附加的频率合成的超声图像和所述频率合成的超声图像形成B型扫描；以及输出所述B型扫描的表示。在所述方法中，发射所述宽带超声信号可以包括：利用相控阵列发射所述宽带超声信号，所述相控阵列将所述宽带超声信号聚焦到被成像的介质内的至少一个体素上。在所述方法中，接收所述可以回波包括：利用被配置为聚焦到被成像的介质内的至少一个体素上的相控阵列接收回波。在所述方法中，发射所述宽带超声信号可以包括：利用将所述宽带超声信号聚焦到被成像的介质内的至少一个体素上的所述第一相控阵列发射所述宽带超声信号，并且接收所述回波包括：利用被配置为聚焦到被成像的介质内的至少一个体素上的第二相控阵列接收所述回波。在所述方法中，所述第一相控阵列和所述第二相控阵列均可以包括多个阵列元件，并且其中，所述第一相控阵列的阵列元件可以与所述第二相控阵列的阵列元件交织。在所述方法中，所述频率合成的超声图像可以是非线性超声图像。本公开的另一方面是一种利用频率合成来减少斑点的超声成像方法。所述方法可以包括：在被成像的介质中发射宽带超声信号，其中，发射所述宽带超声信号包括：将驱动信号施加到换能器以激励换能器，并补偿所述换能器的频率响应以使所述宽带超声信号具有基本上平坦的频谱；在被成像的介质中传输宽带超声信号，其中，所述施加驱动信号使发射的宽带超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用频率合成来减少斑点的超声成像的方法，所述方法包括：/n在N个超声脉冲的第一脉冲的往返时间期间从换能器阵列发射所述N个超声脉冲至被成像的介质中，其中，每个超声脉冲具有不同的中心频率；其中，所述第一脉冲的往返时间是所述第一脉冲从所述换能器阵列传播到所述介质并从所述介质传播到所述换能器阵列的时间，其中，N是大于1的正整数；/n利用所述换能器阵列接收来自所述介质的所述N个超声脉冲的回波；/n由接收到的回波生成多个图像，其中，每个所述图像由与所述N个超声脉冲中的特定脉冲相关联的回波形成；以及/n利用处理电路对所述图像进行频率合成，以生成多个频率合成的超声图像。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170709 US 62/5302411.一种利用频率合成来减少斑点的超声成像的方法，所述方法包括：
在N个超声脉冲的第一脉冲的往返时间期间从换能器阵列发射所述N个超声脉冲至被成像的介质中，其中，每个超声脉冲具有不同的中心频率；其中，所述第一脉冲的往返时间是所述第一脉冲从所述换能器阵列传播到所述介质并从所述介质传播到所述换能器阵列的时间，其中，N是大于1的正整数；
利用所述换能器阵列接收来自所述介质的所述N个超声脉冲的回波；
由接收到的回波生成多个图像，其中，每个所述图像由与所述N个超声脉冲中的特定脉冲相关联的回波形成；以及
利用处理电路对所述图像进行频率合成，以生成多个频率合成的超声图像。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发射利用所述换能器阵列的第一线性换能器阵列执行，并且所述接收利用所述换能器阵列的第二线性阵列执行。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述发射和所述接收至少部分地同时执行。


4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一线性阵列与所述第二线性阵列交织。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述N个超声脉冲沿着线扫描传播。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，发射所述N个超声脉冲包括对所述N个超声脉冲进行线性调频。


7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述生成包括对接收到的回波进行频率滤波并补偿所述N个超声脉冲的时间延迟。


8.根据权利要求1所述的方法，还包括基于来自多个线扫描的频率合成的图像生成B型超声图像，并且可视地显示所述B型超声图像。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述B型超声图像具有至少10赫兹的帧频。


10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述N个超声脉冲包括中心频率增加的3个连续脉冲。


11.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述回波形成的图像和频率合成的超声图像具有至少部分地由所述换能器阵列的特性限定的横向分辨率，并且具有至少部分地由所述N个超声脉冲的脉冲持续时间限定的轴向分辨率，并且其中，从所述换能器阵列发射所述N个超声脉冲包括发射脉冲持续时间短得足以使所述轴向分辨率在横向分辨率的10％以内的N个超声脉冲。


12.一种用于生成斑点减少的频率合成的超声图像的超声系统，所述超声系统包括：
第一相控换能器阵列，所述第一相控换能器阵列被配置为将具有不同的各自中心频率的多个超声脉冲发射到被成像的介质中，其中，所述第一相控换能器阵列包括多个发射元件；
第二相控换能器阵列，所述第二相控换能器阵列被配置为从所述介质接收与所述超声脉冲相关的超声回波，其中，所述第二相控换能器阵列包括多个接收元件，并且其中，所述第一相控换能器阵列的发射元件与所述第二相控换能器阵列的接收元件交织；以及
处理电路，所述处理电路与所述第二相控换能器阵列通信，所述处理电路被配置为基于接收到的回波生成频率合成的图像。


13.根据权利要求12所述的超声系统，其中，所述第一相控换能器阵列被配置为在所述超声脉冲的第一脉冲的往返时间期间发射所述超声脉冲。


14.根据权利要求12所述的超声系统，其中，所述超声系统被配置为执行线扫描。


15.根据权利要求14所述的超声系统，其中，所述超声系统被配置为执行多个线扫描，并且其中，所述处理电路被配置为基于与所述线扫描相关联的频率合成的图像生成B型图像。


16.根据权利要求15所述的超声系统，还包括被配置为视觉上呈现所述B型图像的显示器。


17.根据权利要求12所述的超声系统，其中，所述第一相控换能器阵列的所述发射元件被配置为接收具有可配置的相位延迟的激励信号以提供发射聚焦，并且所述处理电路被配置为实现接收聚焦。


18.一种利用频率合成来减少斑点的超声成像方法，所述方法包括：
向换能器阵列施加驱动信号，以激励所述换能器阵列并补偿所述换能器阵列的频率响应；
在被成像的介质中发射宽带超声信号，其中，所述施加使发射的宽带超声信号具有跨越所述换能器阵列的带宽的平坦的频谱；
接收来自所述介质的宽带超声信号的回波；
利用多个数字滤波器对接收到的回波进行频率滤波以产生多个超声图像；以及
通过合成所述超声图像来生成频率合成的超声图像。


19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
生成多个附加的频率合成的超声图像；
由所述附加的频率合成的超声图像和所述频率合成的超声图像形成B型扫描；以及
输出所述B型扫描的表示。


20.根据权利要求18所述的方法，其中，发射所述宽带超声信号包括：利用相控阵列发射所述宽带超声信号，所述相控阵列将所述宽带超声信号聚焦到被成像的介质内的至少一个体素上。


21.根据权利要求18所述的方法，其中，接收所述回波包括：利用被配置为聚焦...

【专利技术属性】
技术研发人员：李熠磊，S·褚，
申请(专利权)人：利兰斯坦福初级大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US