用于液流成像的编码激振方法和设备技术

在实施液流成像时使用了编码激振及壁滤波技术。向一个特定的发送聚焦位置多次地发送宽带脉冲串（中心位于基波频率处）编码序列，每个编码序列构成一次发射。所采集到的每次发射的接收信号被输送到一个有限的脉冲响应滤波器进行压缩及带通滤波，其目的为例如分离出一种中心位于基波频率的压缩脉冲。然后将该经过压缩及分离的信号通过一个壁滤波器进行跨越各次发射的高通滤波。经过壁滤波的信号使用来使血流及造影剂成像。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利申请为1999.4.23提出申请的美国专利申请序列No.09/299,034的后续部分；而该专利申请又是1998.4.23提出申请的美国专利申请序列No.09/065,212的后续部分；而该专利申请又是1998.3.31提出申请，今已放弃的美国专利申请序列09/052,789的后续部分。上述各项美国专利申请都引入于此以作参考。本专利技术一般地涉及超声成像系统，具体地说涉及到用于血液流动及造影剂成像的方法和设备。常用的超声扫描器产生组织的二维B型图象。在这种图象中，像素的亮度建立在回波强度的基础上。在一种所谓“彩色流(colorflow)”模式中，可以对流动的血液或运动的组织成像。常用的液流超声成像方法是使用多普勒原理或时域互相关方法来估算液流的平均流速并以彩色的形式叠加显示在B型图象上。利用多普勒效应来测量心脏及血管中的血液流动这是众所周知的。可以使用背散射超声波的频率偏移来测量组织或血液中的背散射体的速度。当血液朝换能器的方向流动时背散射频率向增加的方向偏移或改变；而当血液朝离开换能器的方向流动时背散射频率向减少的方向偏移或改变。可以对多普勒偏移进行处理来估算平均流速并以不同的色彩来描述显示该平均流速的速率及流动方向。这种彩色流动速度模式同时显示几百个邻近的采样体积，每个采样体积都以编码的色彩来描述其速度。常用的液流超声成像或是将平均多普勒功率(“功率多普勒成像”)或是将平均流速(“彩色流速成像”)以一种色彩叠加地显示在B型图象上。为了增进多普勒灵敏度，所发送的脉冲串的带宽一般都较B型的脉冲串更为窄。为了减少信号的动态范围，用一个高通壁滤波器来拒斥来自运动缓慢的组织或血管壁的回波，该壁滤波器是运作在由16次发送所组成的信息包的基础上的。每个信息包所包含的壁滤波器输出采样数目等于(N-W+1)，这里N为信息包尺寸，W为壁滤波器长度。随后，按照每个壁滤波器的正交输出信号的平方值算出瞬时多普勒功率并且按照所有正交输出信号的平均值得出平均多普勒功率。也可以是，根据多普勒原理(相的改变)或两次发射之间的时间延迟，由壁滤波器的正交输出信号算出平均速度。可以用Kasai自相关算法或时域互相关算法来估算平均流动速度。虽然常用的彩色液流成像方法的流动灵敏度非常好，但是由于它的动态范围有限(部分地取决于压缩曲线)，清晰度有限(由于是窄带脉冲串)，帧速有限(由于信息包的尺寸大)，以及仅仅具有流动的轴向灵敏度(由于依赖于多普勒效应)，因此对实际存在的液流的查看能力有限。此外，常用的彩色液流成像方法还受到诸如混淆、色彩模糊和渗色等赝象的损害。已经有人提出对B型成像中的成像运动反射体使用数字相减方法(见Ishihara等人的“Path Lines in Blood Flow Usiing High-SpeedDigital Subtraction Echography”，Proc.1992 IEEE Ultrason.Symp.，pp.1277-1280，及Ishihara等人的“High-Speed DigitalSubtraction EchographyPrinciple and Preliminary Applicationto Arteriosclerosis，Arrhythmia and Blood FlowVisualization”，Proc.1990 IEEE U1trason.Symp.，pp.1473-1476)。这些方法使用帧对帧相减法，这本质上是一种截止频率非常低的双抽头壁滤波器。它的低截止频率是由于邻近两帧之间的时间延迟较长，这就不适当地抑制了来自缓慢运动的组织或血管壁的信号。常用的超声图象是由基波和谐波信号分量合成的，其中的谐波分量是在一种诸如组织等非线性介质或一种含有造影剂的血液流中生成的。某些情况下，可以用抑制基波信号分量并增强谐波信号分量的方法来改善超声图象的质量。已经研制出用于医用超声的造影剂以帮助对传统上难以成像的脉管解剖学构造进行诊断。例如在de Jont等人的“Principle andRecent Developments in Ultrasound Contrast Agents”，Ultrasound，Vol.29，pp.324-280(1991)中讨论了造影剂的应用。造影剂通常是注射进入血液流中的微泡，其直径在1-10微米范围内。由于微泡的背散射信号大大地大于血液细胞，它便可用作为血液流动成像中的标记物。一种更进一步的分离出造影剂回波的方法是利用造影剂回波的谐波或次谐波分量，该谐波或次谐波分量大大地大于不含造影剂的周围组织的谐波分量(见例如，Newhouse等人的“SecondHarmonic Doppler Ultrasound Blood Perfusion Measurement”，Proc.1992 IEEE Ultrason.Symp.，pp.1175-1177；及Burns等人的“Harmonic Power Mode Doppler Using Microbubble ContrastAgentsAn Improved Method for Small Vessel Flow Imaging”，Proc.1994 IEEE Ultrason.Symp.，pp.1547-1550)。谐波或次谐波信号造影成像的实施基本上都是通过如下途径发送一个频率为/0(后文有说明乃“基波频率”的符号，下同，译注。)的窄带信号，并以中心频率为2/0(第二谐波)或/0/2(次谐波)的波带来接收，随后继之以常用的彩色液流成像程序。该途径具有常用彩色液流系统的全部的局限性，亦即低的清晰度、低的帧速以及仅仅在轴向具有流动灵敏度。医用诊断用超声成像还要求有最佳的信噪比(SNR)。多余的SNR可以在给定的成像频率下用来增加穿透深度，或通过提高超声成像的频率用来改善清晰度。在雷达领域里，当发送信号的峰值功率不能再增加但其平均功率还可以增加时，编码激振便是一个有名的用来提高信噪比的技术。在医用超声成像领域里，驱动换能器的信号峰值振幅常常受到系统结构局限性的制约。在这种情况下，便可以用诸如线性调频压缩脉冲串等较长的信号来递送更高的平均功率，并用一个与之相匹配的滤波器来修正回波以恢复其时间清晰度。但对一个相控阵超声系统来说，线性调频脉冲串压缩技术由于其电子设备的复杂性因而实施起来很昂贵，所以二进制代码，或其它可以简易地进行数字描述的数字系列，如+1、-1或0等其它代码则要更现实可行得多。二进制代码则由于在给定的峰值振幅及脉冲持续时间下包含有最大的能量，因而还是优选的代码。因此，一种通过直接使运动中的反射体成像来使现实存在的液流成为可视的方法是符合需求的。这种方法要求成像系统具有高的信噪比和/或动力范围、高的清晰度、高的帧速、对静止或缓慢运动的组织和血管壁产生的杂乱回波的拒斥能力以及各个方向上的流动灵敏度。一种用于血液流动成像的方法及设备。该方法及设备具有高的清晰度、高的帧速、高的信噪比和/或动态范围以及各个方向上的流动灵敏度。该方法及设备所获得的临床效益包括使复杂的血液动力学现象、狭窄内的遗腔及血栓的运动成为清晰可见。由于使用了宽带脉冲串因而达到了高的清晰度。由于使用了小的信息包尺寸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个成像系统，该成像系统包括：一个换能器阵列，该换能器阵列具有多个换能元件，该换能元件是用来响应电激励而发送出中心位于基波频率的波动能量以及将返回的波动能量变换成电信号；一个与所述换能器阵列相耦合的发送器，该发送器设计成为在第一及第 二发送事件时激励许多所述换能元件来发送聚焦了的波动能量，该波动能量是以一种发送代码进行了编码的；一个接收器，该接收器设计成为根据所述第一及第二发送事件后相应发生的所述许多换能元件产生的电信号来形成相应的第一及第二接收信号；一个壁滤波 器，该滤波器设计成为具有第一及第二套滤波系数以相应地对所述第一及第二接收信号的第一及第二基波信号分量进行压缩及带通滤波并且有选择地允许一定频率的信号通过，该频率与运动速度大于预定门限的波动能反射体相对应，该壁滤波器由于至少是部分地受到经过压缩及带通滤波的第一及第二基波信号分量和有选择地通过的频率的驱动而形成一个液流信号；以及一个分系统，该系统用来显示一种图象，该图象中的至少是部分地为所述液流信号的函数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：RY赤奥，DJ穆兹拉，AL哈尔，CA欧文，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]