用于组织和血流成像的合成聚焦的超声诊断成像系统技术方案

描述了一种合成聚焦超声系统，其中激励单个换能器元件以使超声穿透图像场，并且通过阵列的多个元件接收产生的回声。存储回声信号，并且使用完整的回声组在图像场上产生用于不同速度矢量的运动图。使用各个运动图产生大量不同的超声图像模式，其中包括灰度图像、彩色血流图像、和血流频谱显示。（*该技术在2023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】
本专利技术涉及超声诊断成像系统，具体来说涉及使组织、血流、和血流谱成像的合成聚焦的超声诊断成像系统。
技术介绍
今天的常规超声系统通过利用超声束扫描人体的一个区域产生图像，所说的超声束是通过换能器阵列按照电的方式形成的。加到阵列元件的信号的时序确定了超声束发送的方向以及超声束的焦点深度。发送多个相邻的超声束以便在空间上充分地采样目标区。按照已知的方式处理沿超声束方向的回声，从而形成通过超声束扫描得到的平面或体积图像，并且描述在所说的平面或体积内组织或血流的特征。当发送超声束时，可以设置由换能器元件定时而确定的束轮廓，以便在所选的焦点周围并在期望的深度产生最佳的聚焦。所发送的超声束可以只有一个这样的焦点；一旦发出超声束，就不可改变或扩大聚焦特性。临床医师通常将焦点设置在可找到感兴趣的解剖位置的深度。如果临床医师希望最佳的焦点在两个或多个深度或者在深度的一个范围，就必须使用多区焦点，借此可朝相同方向发送两个或多个超声束，每个超声束聚焦在不同的深度。在每个方向上由多个超声束扫描整个图像平面或体积，并且将超声束组的最佳聚焦部分拼接在一起，从而可以产生能够展示在多个深度的最佳聚焦的一个合成图像。然而，每个聚焦不同的超声束组延长了获得图像信息所需的时间，这使帧显示速率下降。例如，从一个焦点区前进到两个焦点区，将使帧速率大致减半。在接收期间，在整个成像深度上可动态地获得最佳焦点。这是因为，当在整个深度范围内接收到回声的时候，通过连续调节接收束成形器中的延迟，可按照电子学方法动态地调节接收焦点。由于发送焦点是用声学的方法而不是用电子学的方法实现的，所以发送的超声束仅限于单个焦点或区域。克服这种发送焦点限制的一种技术称之为合成聚焦。例如，在美国专利4604697中描述了这种合成聚焦。在合成聚焦系统中，依次驱动每个换能器元件或换能器元件的子组。来自每个元件或元件组的发送不是按照声学方法被聚焦，而是覆盖整个图像区。通过所有的元件同时接收来自每次发送的回声，并且进行存储。然后，在具有不同的有效延迟的不同组合中，组合这些回声，借此形成在所有点上有效聚焦的图像区内的这些点上的相干回声。这种技术产生的图像数据有效地按最佳的方式聚焦在发送和接收这两个区上，从而提供在整个景深聚焦最佳的图像。在这样的处理方法中，没有必要首先在清晰的A线上进行束成形，当然这样作也是可以的。相反，可以直接在图像像素上重构回声数据。虽然美国专利4604697公开的合成聚焦技术仅限于使静止的组织成像，然而，还期望将这种技术扩展到血流成像。美国专利5349960就表示出合成聚焦体系结构向多谱勒效应的扩充。在这个专利中，使用一个合成聚焦获取子系统产生一个复数信号的实数部分和虚数部分。不使用整个合成聚焦数据组。相反，接收只发生在发送元件上。因此期望有一个合成聚焦的体系结构，它利用不止一个接收元件，并且产生用于所有超声模式包括B模式、彩色血流、和血流谱的数据，而不需要专用于一种特定操作模式的硬件或软件。
技术实现思路
按照本专利技术的原理，操作一维或两维的换能器阵列，以便通过激励所说换能器阵列的元件之一或者元件的一个子组并且响应一个发送事件在所有的阵列元件上接收回声信号，而获得合成聚焦超声信号。将接收的信号数字化并将其存储在一个存储器内。向存储的信号的组合施加多组延迟，以产生用于多个不同速度的运动图(motion map)。使用一个或多个运动图来产生B模式、彩色血流、谱、和通过常规的超声系统不可能产生的其它超声图像模式。在整个图像平面或体积中，两维或三维的图像都在最佳的聚焦状态，并且能以高的帧显示速率产生这些图像。可以利用各个换能器元件的排列顺序来提高帧显示速率。附图说明图1用方块图形式表示现有技术的典型超声系统的主要功能部件； 图2表示在合成聚焦的换能器阵列的场中存在两个静止目标；图3表示在合成聚焦的换能器阵列的场中存在一个静止目标和一个活动目标；图4a-4e表示通过扫描图2的两个静止目标获得的原始数据；图5a-5f表示图4a-4e的原始数据的具有延迟的合成聚焦处理过程，其中的延迟是针对在目标之一的位置处无运动的情况选择的；图6a-6f表示图4a-4e的原始数据的具有延迟的合成聚焦处理过程，其中的延迟是针对在目标之一的位置处有运动的情况选择的；图7a-7f表示通过扫描图3的两个目标获得的原始数据；图8a-8f表示图7a-7e的原始数据的合成聚焦处理过程，其中的延迟是针对在目标之一的位置处无运动的情况选择的；图9a-9f表示图7a-7e的原始数据的合成聚焦处理过程，其中的延迟是针对在目标之一的位置处有运动的情况选择的；图10以方块图形式表示适用于获得如图4-9所示的数据的合成聚焦数据获取系统；图11表示按照本专利技术的原理构成的超声系统；图12表示获得合成聚焦超声数据的直线阵列换能器的操作；图13表示用于操作直线阵列换能器以获得合成聚焦超声数据的第二种技术；和图14表示两维阵列换能器的操作，所说换能器用于获得高的帧显示速率的合成聚焦的超声数据，其中的瞬时人为干预减小了。具体实施例方式可将当前的诊断超声系统描述为具有3种不同的操作模式B模式回声(即，灰度)、频谱多谱勒(即，单选通多谱勒，只在单个样本体积中具有高的频谱分辨率)，和彩色多谱勒(即，多选通多谱勒，其中在多个样本体积中评估单个标量，如平均多谱勒频率或总多谱勒功率，但基本上没有频谱分辨率)。这种划分既反映在系统的体系结构中又反映在系统的功能上。在一般情况下，需要有专用的硬件来实施每一种模式，并且一次只能操作一种模式。在图1中表示出这种标准的超声系统体系结构的一个例子。探头10具有一个阵列的换能器11，换能器11在超声束成形器12的控制下沿着所选的穿过图像场的线路发送超声束。通过超声束成形器12在相干回声信号的线路内形成沿所说线路的回声。回声被加到信号处理器14，信号处理器14具有用于各种操作模式的专用硬件和软件。B模式处理器14a将处理用于灰度显示的回声，多谱勒处理器14b将处理彩色血流或频谱多谱勒显示的回声。单独的处理器经常被用于彩色血流和频谱多谱勒处理。经过处理的回声信息然后要经受图像处理16，并且在图像显示器18上显示最终的图像。所谓的“同时”操作实际上涉及在这些模式中的不同模式之间的快速瞬时多路复用。在常规的系统中，这样的划分是必要的，以使每种模式的性能都是最佳的，同时还可以维持可接受的帧速率。例如，典型的频谱多谱勒处理器运行速度太慢，以致于不能处理用于实时彩色血流显示的所有像素。然而，这样的划分既不是功能上必要的又不是人们所期望的。在理想情况下，超声系统会同时地并且以足以跟踪瞬时变化的帧速率估算在图像内所有点上在所有的速度增量或者“速度增加范围(bin)”内的反散射功率的数量。从这个针对目标场性质的通用解决方案出发，可以导出常规的操作模式。例如，从零速度增量的功率数量获得标准的B模式图像，通过对非零速度增量求积分可以计算出彩色多谱勒图像以估算平均速度或总功率，频谱多谱勒显示将显示在所有的速度增量内的离散数值，如此等等。本专利技术所采用的正是这种方法。图2-9表示合成聚焦的实例，利用合成聚焦获得用于按照本专利技术的原理进行处理的原始回声信息。图2表示出一个换能器阵列11，为了便于说明，所示的阵列11只有5个换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成聚焦超声系统，包括：换能器元件的一个阵列；一个发送器，所说的发送器与用于通过单个元件或元件组进行发送而在全图像场上产生发送事件的换能器耦合；一个接收器，所说的接收器与用于响应一个发送事件而由阵列的元件接收回声 信号的换能器耦合；多个延迟组，用于从回声信号产生多个运动图，所说的运动图由图像场中各点的分立的运动特性组成；一个检测器；一个运动分析器，它响应运动图，选择一个或多个运动图以产生超声图像；和一个显示器，用于显示 超声图像。

【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：BS罗宾森，CR库利，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]