优化超声波流速彩色成像的方法和设备技术

一种在利用多普勒速度频移数据给运动着的流体或组织成像时减轻混叠的方法和设备。为了消除速度方式下轻度混叠的影响，采用对称（或无方向性的）速度／彩色映射，把具有同一幅值的正和负的速度数据映射到同一彩色和同一显示亮度上。若调整脉冲重复频率使得只有微小的混叠存在，则通过在帧平均之前或在其过程中去掉速度数据的符号就能实现数据的最优帧平均。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及用于医学诊断的人体解剖学的超声波成像。更具体地说，涉及一些通过检测从移动的体液或组织反射的超声波回波的多普勒频移来实现人体中移动的液体或组织的三维成像的方法和设备。传统的超声波扫描器建立组织的二维B-方式图象，其象素亮度是以回波强度为依据确定的。在彩色流动成像中，可以使血液的流动或组织的运动成像。利用多普勒效应测量心脏和血管中的血流已广为人知。来自组织和血液的反向散射的超声波的频移可以用来测量反射体的速度。血流向着换能器流动时，反向散射频率的变化或漂移增大，而血流朝离开换能器的方向流动时，反向散射频率的变化或漂移减小。可以利用不同的颜色表示速度和方向来显示多普勒频移。彩色流速方式同时显示数百个相邻的采样体积，对所有采样体积进行颜色编码以便描述每一个采样体积的速度。彩色流速图象可以叠加在B方式图象上。本专利技术被结合到一种超声波成像系统中，该系统包括四个主要的子系统波束形成器2(见附图说明图1)、处理器子系统4、扫描转换器/显示控制器6和主控制器8。系统控制集中在主控制器8上，它通过操作者接口(未示出)接收操作者的输入，而它本身控制各个子系统。主控制器还产生系统定时和控制信号，通过系统控制总线10和扫描控制总线(未示出)分配这些信号。主数据通道开始于从换能器到波束形成器的数字化射频输入。波束形成器输出两个求和的数字基带接收束。基带数据输入到B方式处理器4A和彩色流速处理器4B，其中按照采集的方式进行处理，并作为处理后的声矢量(波束)数据输出给扫描转换器/显示器控制器6。扫描转换器/显示器控制器6接收处理后的声数据并以光栅扫描格式把所述图象的视频图象信号输出给彩色监视器12。扫描转换器/显示器控制器6与主控制器8合作，还将显示用的多个图象、显示注释、图形复盖和电影循环的重播以及记录的时间线数据格式化。B方式处理器4A把来自波束形成器的基带数据转变成信号包络线的对数压缩样式。B函数把随时间变化的信号包络线振幅成像为每一个象素8位输出的灰度。基带信号的包络线是基带数据表示的矢量的振幅。从血管、心腔等内部反射的声波频率发生与血液细胞的速度成正比的漂移向换能器运动的发生正的频移，而离开换能器而运动的发生负的频移。彩色流速(CF)处理器4B用来提供成像平面上的血液运动的实时二维图象。血液速度是通过测量在特定距离门从一次发射到另一次发射的相移来计算的。不是测量图象中一个距离门的多普勒频谱，而从多个矢量位置和沿着每一个矢量的多个距离门计算平均血流速度，并由此信息形成二维图象。彩色流速处理器的结构和操作在美国专利No.5,524,629上已作公开，其内容附此作参考。彩色流速处理器产生速度(8位)、离散(紊流度)(4位)和功率(8位)信号。操作者选择是速度和离散还是功率作为向扫描转换器的输出。输出信号输入到色度控制查询表，后者驻留在视频处理器22中。该查询表的每一个地址都储存24位。对于准备产生的图象中的每一个象素，8位控制红的亮度、8位控制绿的亮度和8位控制蓝的亮度。这些位组合预先选择得当流速在方向和大小发生变化时，每一个位置上的象素的颜色变化。例如，流向换能器的流速用红指示，而离开换能器的流速用蓝指示。流速越快，颜色越明亮。扫描转换器/显示器控制器6的声线存储器14A和14B分别接收来自处理器4A和4B的经过处理的数字数据，并完成彩色流速和B方式数据从极坐标(R-θ)扇形格式或笛卡儿坐标线性阵列到储存在X-Y显示存储器18中的适当标度的笛卡儿坐标显示象素数据的坐标变换。在B方式下，亮度数据储存在X-Y显示存储器18中，每一个地址储存3个8-位象素。作为另一方案，在彩色流速方式下，数据用以下方法储存亮度数据(8位)、速度或功率数据(8位)和离散(紊流)数据(4位)。依次出现的彩色流或B方式数据的多个帧以先进先出的方式储存在电影存储器24中。电影存储器像一个在背景中运行的环形图象缓冲区，连续捕获的图象数据实时地显示给用户。当用户冻结系统时，用户便具有观看电影存储器中以前捕获的图象数据的能力。在已显示图象上产生的图形重叠用的图形数据是在时间线/图形处理器和显示存储器20中产生和存储的。视频处理器22在图形数据、图象数据和时间线数据之间切换，以便在视频监视器12上以光栅扫描格式产生最后的视频输出。另外，它提供各种灰度及彩色映射以及灰度和彩色图象的结合。传统超声波成像系统连续地在电影存储器24中收集B方式或彩色流速方式图象。电影存储器24为单个图象观看或多个图象循环观看和各种控制功能提供驻留的数字图象储存。单个图象电影重放期间显示的感兴趣的区域就是图象采集期间中所用的区域。电影存储器还在图象通过主控制器8传输到数字文档装置时起缓中区的作用。在传统的诊断超声波成像系统中，速度彩色流方式由于所采样的数据系统和速度估计器的性质而受到固有的限制。具体地说，速度方式有混叠问题，其中超过PRF/2的流速隐蔽在其他速度中，并与它们无法区分。另外，在人体中需要同时成像的流动状态差别很大，诸如肾脏缓慢流动的弱流动和心脏的高速强流动，使得系统设计者无法预先使系统最优化，而需要开发用户优化和/或自适应优化工具。二维超声波图象由于观察者无法使被扫描的组织的二维图象变得可见而往往难以解释。但若超声波探头扫过一个感兴趣的区域，累积多个二维图象以形成三维体积，所述组织不论对受过训练还是未受过训练的人都变得容易观察得多。具体地说，有助于移动流体或组织的三维超声波成像。但是，在速度数据的三维透视图中投影算法对二维帧之间的混叠极其敏感。采用最大象素投影算法时尤为如此，因为一个帧中混叠的数据，其绝对速度往往比没有混叠的相邻帧中的数据高。三维透视图加强了混叠的影响。另外，心脏周期造成的血管中的脉动会建立多重图象，或大血管的意外丢失，后者往往提供不准确的三维透视图。在传统的超声波成像系统中，把壁滤波器和压缩曲线应用于波束形成的彩色流速数据，估计正的和负的速度，采用诸如帧平均和求阈值等后处理，然后利用非对称彩色映射来显示数据、从而通过不同的颜色和/或亮度来表示正、负流动状态。速度数据的混叠表现为跨越混叠边界颜色的急剧转变，它不表示真实的流动状态，而且可能具有外来的信息而使用户分心。另外，在传统的超声波成像系统中，速度数据的帧平均必须考虑数据的符号和幅值以确定流速是否混叠，然后在算法中针对混叠进行调整。跨越混叠边界的帧平均是困难的，而必须处理混叠的算法对非混叠数据具有次最优的性能。本专利技术是一种在利用多普勒速度频移数据给运动的流体或组织成像时减轻混叠的方法和设备。本专利技术在人体血流成像中特别有效。为了消除速度方式中轻度混叠的影响，本专利技术使用带符号的数据，后者带有对称(或非定向的)速度/彩色映射，从而同一幅度的正和负的流动状态映射到同一彩色和同一显示亮度上。这些映射允许通过映射中彩色的突变来检测严重的混叠，使得用户可以调整系统脉冲重复频率(PRF)以便取得最优成像，而同时提供强壮的速度图象。按照本专利技术的另一方面，若这样调整PRF使得只有微小的混叠存在，则通过在帧平均之前或在其过程中去掉速度数据的符号就能实现数据的最优帧平均。对于长余辉帧平均算法尤为如此。在与对称速度/彩色映射配合使用时，这样的帧平均实现最优。应用对称速度/彩色映射和最优化的无符本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对运动着的超声波散射体进行彩色流速成像的系统，其特征在于包括：超声波换能器阵列，用来发射超声波束，并检测由所述超声波散射体所反射的超声波回波；用来采集由所述被检测的超声波回波推算产生的速度数据的装置；彩色映射装置，用来把 所述速度数据中幅值相同的正值和负值映射到相同的彩色和相同的显示亮度上，以此形成彩色流速图象；以及显示装置，用来显示所述彩色流速图象。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DD贝克尔，MS瑟耶波罗霍罗，MJ瓦思布恩，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]