利用面向像素处理的超声成像系统技术方案

本发明专利技术提供了一种面向像素处理的超声成像系统，在该系统中产生声学信号，在多个接收元素处接收来自于声学信号的回波，从而得到随后被存储的回波信号，将给定像素映射至存储的信号的区域内，将存储的回波信号的映射区域组织到用于给定像素的阵列内，然后处理阵列，以产生用于给定像素的信号响应，从而得到用于给定像素的声学信息。本系统可在用于商业PC主板的插件卡上完全实现。可执行本系统和方法以用于面向像素或面向体素的图像处理和显示，从而消除中间数据计算并使软件处理方法能够被广泛应用。其优点包括改进的信号动态范围的采集，用于高帧速率的2D、3D以及多普勒血流成像的灵活的采集模式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声成像结构，更具体地，涉及利用面向像素处理技术捕获和处理超声数据并由超声数据产生图像的系统和方法。
技术介绍
超声成像已经发展成为用于诊断多种疾病状态和情况的有效工具。由于图像质量和区分各类组织的性能的提高，近年来超声设备的市场稳步增长。遗憾的是，超声系统的许多应用的设备成本对于重要应用而言仍过高。应用范围例如乳腺癌检测、前列腺成像、肌肉与骨骼成像以及介入放射学。在上述及其他范围内，超声成像的诊断功效依赖于对于各种组织类型的区分和鉴别的良好的空间和对比度分辨率。这些性能只基于具有更强的处理能力的更为昂贵的超声系统。超声成像通常需要大范围的信号和图像处理方法，特别是对于采用128个或更多变换器(transducer)元素的阵列系统，每个元素均具有独特的信号处理要求。近十年来见证了这样的转变，即除了市场最低等级的系统以外，几乎所有系统中的数字信号处理的精确性和灵活性均得到了改进。从长远观点来看，通过利用高度集成的数字电路，此转变具有降低系统成本的潜力。遗憾的是，超声系统的低产量导致了这些独特电路的基本费用和固定成本，因此数字信号处理的转变并没有明显地降低系统成本。尽管超声系统已经逐渐采用数字处理技术，但是超声系统的结构相对于其模拟相应部分并没有明显改变。市场上几乎当前所有的系统均采用模块“流通式”结构，如图1A、图1B所示，信号和数据从一个模块流动到下一个模块。这是处理相当复杂的超声图像形成和处理的固有方法，其允许不同的开发团队针对个别模块略微独立地工作。图1A示出了三种典型地由超声系统完成的信息处理，即，用于普通二维(2D)成像的回波图像处理、用于血液流速测量的多普勒处理以及用于血流实时成像的彩色流动图像处理。流通式结构的一个主要缺点在于，每个模块必须等待来自之前模块的输入数据才能进行自身的处理。然后，模块必须将其结果传递到下一个模块。即便在图1A所示的方块内也具有许多被连续执行的单独处理步骤。因为系统处理速度由链中最慢的处理功能决定，所以所有的处理块都必须以最小的反应时间高速运行，以使得当移动扫描头时，不会在观察显示器上出现的图像时产生延迟。所述流通式结构的另一个缺点在于其造成了资源的低效使用。大多数超声测验主要只用2D回波成像完成，只是偶尔利用多普勒血液流速测量或彩色流动成像。这意味着需要实现这些功能的复杂而昂贵的硬件处理模块在大部分时间内处于闲置状态，这是因为它们不能应用于其他任务。
技术实现思路
本专利技术公开的实施方案涉及超声成像方法和系统，其以在商业CPU上执行的软件方式进行所有的信号处理和图像形成。在本方法中所需的适当的定制硬件用于声学脉冲和数据采集的传输以及从变换器接收到的信号的信号调节。为了实现此目标，需要根本改变超声系统的处理结构，以减少成像所需的处理步骤的数量并消除系统等待时间。还需要最大限度地利用CPU的处理资源，以达到所期望的处理能力。作为重要的益处，新式的结构使系统动态范围有所改进，这使得在低成本的扫描头设计中利用新的变换器材料成为可能。此外，也有可能采用新的采集模式，这可提供重要的新诊断信息。通过基于商业计算机主板的设计，本专利技术公开的基于软件的超声系统结构对来自于计算机行业的大容量、低成本处理技术起到杠杆作用。尽管当前某些超声系统将计算机主板并入其设计中，但是计算机仅用于用户界面和某些系统控制，并且不参与任何实时处理任务。在本专利技术公开的结构中，计算机主板代替了几乎全部现有的硬件，而不是作为现有硬件的补充。基于软件方式的本系统，在用途广泛的平台上以尽可能低的系统成本提供了灵活的、高性能的成像系统。本方法无需定制的集成电路，从而降低了系统复杂性并减少了进入市场的时间。此外，因为计算机行业实现了 CPU处理能力的进一步提升，所以它们可容易地被本系统采用，从而提高成像性能或提供新的操作模式和信息提取模式。基于软件的超声结构的成功实现表明了超声系统在性价比方面的市场突破。推测起来，这能够显著地提高超声在对成本较敏感的应用中的使用范围，这些对于诊断功效要求较高的图像分辨率和组织区分度。另外，较低的系统成本和处理的灵活性应该会打开此前超声并未扮演重要角色的新的专业应用领域。根据本专利技术的一个实施方案，提供了一种超声处理方法，其包括:产生声学信号；在多个接收元素处接收所述声学信号的至少一个回波，并由所述回波得到回波信号；存储来自于每个所述多个接收元素的每个回波信号；将给定像素映射至所存储的回波信号的区域内；将所存储的回波信号的映射区域组织到用于所述给定像素的阵列内；处理所述阵列，以产生用于所述给定像素的信号响应；以及利用所述信号响应得到用于所述给定像素的声学信息。根据上述实施方案的另一个方面，提供初始步骤，其包括产生一组给定像素，所述给定像素被选为呈现出产生所述声学信号的变换器的视场内的区域，其中所述阵列组中的均匀给定像素相对于所述多个接收元素具有已知的空间关系。优选地，该方法还包括由用于所述阵列中的给定像素的所述声学信息产生图像。根据上述实施方案 的另一个方面，可将声学信息用于一下的一个或多个用于，但并不仅限于此，包括:测量并显示空间数据，测量并显示时间数据，测量并显示血流数据，以及测量并显示对由声学信号或声学传输波引起的感应机械位移进行响应的组织位移。根据上述实施方案的另一个方面，本方法包括产生多个声学信号，接收来自于所述多个声学信号的回波，以及对多重产生和接收循环上的所述接收到的回波进行组合以增强由所述回波得到的声学信息。根据上述实施方案的另一个方面，对所存储的回波信号进行组合及平均。此外，所述信号响应包括所存储的回波信号的平均。根据上述实施方案的另一个方面，所述方法包括对所述阵列的多重处理结果进行组合以得到增强的声学信息。根据上述实施方案的另一个方面，所述增强的声学信息包括提高最终图像的对比度分辨率的空间复合。此外，所述组合的信号代表了与移动组织或移动血液细胞相关联的多普勒信息。根据上述实施方案的另一个方面，回波信号的接收、得到以及存储以高于处理所述阵列的速率进行。根据本专利技术的另一个实施方案,提供了一种超声处理方法,其包括:产生声学信号;在多个接收元素处接收所述声学信号的至少一个回波，并由所述回波得到回波信号；存储来自于每个所述多个接收元素的每个回波信号；将给定体素映射至所存储的回波信号的区域内；将所存储的回波信号的映射区域组织到用于所述给定体素的阵列内；处理所述阵列，以产生用于所述给定体素的信号响应；以及利用所述信号响应得到用于所述给定体素的三维声学信息。根据上述实施方案的另一个方面，上述第一实施方案的所有所述特征都适用于本专利技术的第二实施方案。根据本专利技术的另一个实施方案，提供了一种处理声学回波的方法，其包括:存储从多个接收元素接收的声学回波信号；将给定像素映射至所存储的回波信号的区域内；将所存储的回波信号的映射区域组织到用于所述给定像素的阵列内；对所述阵列进行操作以产生用于所述给定像素的信号响应；以及利用所述信号响应得到用于所述给定像素的声学信肩、O根据本专利技术的另一个实施方案，提供了一种超声处理系统，其包括:模块，其适于产生声学信号，在所述模块中的多个接收元素处接收所述声学信号的至少一个回波，并且由所述回波得到多个回波信号；以及用于处理的装置，其与所述模块相联系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声处理方法，包括：通过超声变换器传输声学脉冲；在所述超声变换器上的多个接收元素的每一个接收元素处接收所述声学脉冲的至少一个回波，并从每个接收元素得到回波信号；将所述回波信号中的每一个回波信号组织及存储到单独的数据组阵列中，所述单独的数据组阵列组织成列并足以产生图像帧或一部分图像帧，其中，每个数据组阵列的每一列表示从相应的变换器元素获得的回波信号；从显示器中的一组像素或体素中将给定的像素或体素映射到一个或多个数据组阵列的所述存储的回波信号的区域中；将所述存储的回波信号的映射区域组织到用于所述给定像素或体素的矩阵内；利用矩阵运算处理所述存储的回波信号的映射区域的矩阵，以产生用于所述给定像素或体素的信号响应；以及利用所述信号响应得到用于所述给定像素或体素的声学信息。

【技术特征摘要】
2005.04.14 US 60/671,4161.一种超声处理方法,包括: 通过超声变换器传输声学脉冲； 在所述超声变换器上的多个接收元素的每一个接收元素处接收所述声学脉冲的至少一个回波，并从每个接收元素得到回波信号； 将所述回波信号中的每一个回波信号组织及存储到单独的数据组阵列中，所述单独的数据组阵列组织成列并足以产生图像帧或一部分图像帧，其中，每个数据组阵列的每一列表示从相应的变换器元素获得的回波信号； 从显示器中的一组像素或体素中将给定的像素或体素映射到一个或多个数据组阵列的所述存储的回波信号的区域中； 将所述存储的回波信号的映射区域组织到用于所述给定像素或体素的矩阵内； 利用矩阵运算处理所述存储的回波信号的映射区域的矩阵，以产生用于所述给定像素或体素的信号响应；以及 利用所述信号响应得到用于所述给定像素或体素的声学信息。2.如权利要求1所述的方法，还包括确定表示所述变换器的视场中产生声学信号的区域的一组像素或体素的初始步骤，其中，所述一组像素或体素中的每个像素或体素相对于所述多个接收元素具有已知的空间关系。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述一组像素或体素构成显示装置上的单个像素列或体素列，所述单个像素列或体素列被配置成产生图像、时间-运动或光谱多普勒信息。4.如权利要求2所述的方法，其中，所述传输步骤包括传输所述声学脉冲以照明整个视场，所述处理步骤包括为每个传输的声学脉冲产生所述变换器的视场的完整图像。5.如权利要求4所述的方法，还包括使用所述信号响应跟踪并显示剪切波的传播以及提供组织力学和弹性性质的信息。6.如权利要求1所述的方法，还包括将传输声学脉冲、接收回波、从所接收的回波获得回波信号、将所述回波信号存储至数据组阵列、以及映射并处理所述回波信号以获得像素或体素信号的多个循环的结果组合以得到增强的声学信息。7.如权利要求6所述的方法，其中，所述传输步骤包括将所述声学脉冲传输至媒介，所述媒介具有低于导致微泡破坏的强度的功率水平，所述处理步骤包括将来自传输声学脉冲、接收回波、获得回波信号、将所述回波信号存储至数据组阵列、以及映射并处理所述回波信号的多个循环的回波信号组合以检测媒介中的微泡对比剂。8.如权利要求7所述的 方法，其中，所述传输步骤包括使用不同的传输频率传输所述声学脉冲，所述处理步骤包括处理所述回波信号的多个循环以提高用于显示的最终图像的对比度分辨率。9.如权利要求7所述的方法，其中，所述传输步骤包括传输以不同角度转向的声学脉冲，所述处理步骤包括处理复杂回波信号的多个循环以提高用于显示的最终图像的空间分辨率和对比度分辨率。10.如权利要求6所述的方法，其中，所接收的回波以比处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳德·埃尔文·戴格尔，
申请(专利权)人：维拉声学公司，
类型：发明
国别省市：