CN111803126A - 执行诊断超声成像的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

执行诊断超声成像的方法和系统和方法，可以采集对象区域的超声信息。该超声信息可以基于被朝着对象区域发射的一个或多个指数扫描超声啁啾脉冲和该对象区域对该一个或多个指数扫描超声啁啾脉冲的背向散射。可以从超声信息中分离出对该一个或多个指数扫描超声啁啾脉冲中的每一个的一个或多个相应的谐波响应和相应的基波响应。此外，可以基于对该一个或多个指数扫描超声啁啾脉冲中的每一个的一个或多个相应的谐波响应和相应的基波响应中的一个或两者，来识别对象区域的一个或多个非线性性质。

Description

执行诊断超声成像的方法和系统
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年4月11日提交的、发明人为格伦.W.马克劳林(GlenW.McLaughlin)等人的名称为“B/A系数的超声组织表征”的美国临时专利申请第62/832,388号的优先权，该申请的全部内容在此通过引用并入本文。
技术领域
本文涉及诊断超声成像，特别是涉及通过指数扫描的超声啁啾(chirp)脉冲来识别组织的非线性性质。
背景技术
超声成像被广泛用于在各种不同应用中检查各种材料和物体。超声成像提供了一种快速的和容易的工具，可以以无创方式分析材料和物体。因此，超声成像在医学实践中作为疾病诊断、治疗和预防工具特别普遍。具体地，由于其相对非侵入性的性质、低成本和快速响应时间，超声成像在整个医疗行业中广泛用于诊断和预防疾病。而且，由于超声成像基于非电离辐射，因此它不会带来与其他诊断成像工具(例如X射线成像或其他使用电离辐射的成像系统)相同的风险。
在过去的几十年中，利用超声表征组织特性，尤其是体内组织特性一直是长期的研究领域。特别地，已经进行了很多努力以有效地收集和解释超声测量以表征组织的整体组织特性和局部组织特性。然而，出于多种原因，提取有意义且一致的超声测量并解释这些超声测量以识别组织特性一直是具有挑战性的工作。
发明内容
根据各种实施例，一种执行诊断超声成像的方法包括采集对象区域的超声信息。该超声信息可以基于被朝向该对象区域发射的一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲以及该对象区域对该一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的背向散射。该方法还可以包括从该超声信息中对该一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲中的每一个分离一个或多个相应的谐波响应和相应的基波响应。此外，该方法可以包括基于对该一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲中的每个的一个或多个相应的谐波响应和相应的基波响应中的一个或两者来识别该对象区域的一个或多个非线性性质。
在一些实施例中，一种执行诊断超声成像的系统包括超声换能器和主处理控制台。该超声换能器可以采集对象区域的超声信息。该超声信息可以基于被朝向该对象区域发射的一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲以及该对象区域对该一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲向的背向散射。主处理控制台可以从该超声信息中对该一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲中的每一个分离一个或多个相应的谐波响应和相应的基波响应。主处理控制台还可以基于对该一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲中的每个的一个或多个相应的谐波响应和相应的基波响应中的一个或两者来识别该对象区域的一个或多个非线性性质。
在各种实施例中，一种执行诊断超声成像的系统包括一个或多个处理器和计算机可读介质。该计算机可读介质提供该一个或多个处理器可访问的指令，以使该一个或多个处理器采集对象区域的超声信息。该超声信息可以基于被朝向该对象区域发射的一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲以及该对象区域对该一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲向的背向散射。该指令还可以使该一个或多个处理器从该超声信息中对该一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲中的每一个分离一个或多个相应的谐波响应和相应的基波响应。此外，该指令可以使该一个或多个处理器基于对该一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲中的每个的一个或多个相应的谐波响应和相应的基波响应中的一个或两者来识别该对象区域的一个或多个非线性性质。
附图说明
图1示出了一种超声系统的示例。
图2是对于线性和非线性对象区域，作为时间的函数，对指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的基波和谐波响应的强度的曲线图。
图3中3A是通过高斯超声发射廓线(profile)产生的对象区域的正相位图像，3B是通过高斯超声发射廓线(profile)产生的对象区域的负相位图像，3C是3A和3B所示的图像的和图像，3D是3A和3B所示的图像的差图像。
图4中4A是对中心在10mm深度处的窄带高斯发射廓线(profile)的基波和谐波响应的强度图，4B是对中心在20mm深度处的窄带高斯发射廓线(profile)的基波和谐波响应的强度图，4C是对中心在30mm深度处的窄带高斯发射廓线(profile)的基波和谐波响应的强度图，4D是对中心在40mm深度处的窄带高斯发射廓线(profile)的基波和谐波响应的强度图，4E是对中心在50mm深度处的窄带高斯发射廓线(profile)的基波和谐波响应的强度图，4F是对中心在60mm深度处的窄带高斯发射廓线(profile)的基波和谐波响应的强度图。
图5中5A是通过指数扫描超声啁啾(chirp)信号产生的对象区域的正相位图像，5B是通过指数扫描超声啁啾(chirp)信号产生的对象区域的负相位图像，5C是5A和5B所示的图像的和图像，5D是5A和5B所示的图像的差图像。
图6中6A是对中心在10mm深度处的指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的基波和谐波响应的强度图，6B是对中心在20mm深度处的指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的基波和谐波响应的强度图，6C是对中心在30mm深度处的指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的基波和谐波响应的强度图，6D是对中心在40mm深度处的指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的基波和谐波响应的强度图，6E是对中心在50mm深度处的指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的基波和谐波响应的强度图，6F是对中心在60mm深度处的指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的基波和谐波响应的强度图。
图7中7A是图6的6A中的中心在10mm深度处的基波和谐波响应的和与差的曲线图，7B是图6的6B中的中心在20mm深度处的基波和谐波响应的和与差的曲线图，7C是图6的6C中的中心在30mm深度处的基波和谐波响应的和与差的曲线图，7D是图6的6D中的中心在40mm深度处的基波和谐波响应的和与差的曲线图，7E是图6的6E中的中心在50mm深度处的基波和谐波响应的和与差的曲线图，7F是图6的6F中的中心在60mm深度处的基波和谐波响应的和与差的曲线图。
图8是一种通过指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲来识别对象区域的非线性性质的示例方法的流程图。
图9是一种通过指数扫描超声啁啾(chirp)信号来估计对象区域的B/A参数的示例方法的流程图。
具体实施方式
在过去的几十年中，利用超声表征组织特性，尤其是体内组织特性一直是长期的研究领域。特别地，已经进行了很多努力以有效地收集和解释超声测量以表征组织的整体组织特性和局部组织特性。然而，出于多种原因，提取有意义且一致的超声测量并解释这些超声测量以识别组织特性一直是具有挑战性的工作。首先，基本的超声测量往往依赖于操作者，这使得难以一致而准确地从不同操作者所采集的测量结果中识别组织特征。另外，超声测量对噪声敏感，这使得从测量中准确识别组织特征很困难。此外，超声可能难以穿透大深度的感兴趣区域，从而难以采集准确识别感兴趣区域的组织特征的所用的测量值。另外，不同超声系统实施方案之间的相关性也是挑战，从而导致与根据由不同系统实施方案采集的测量结果来表征组织相关联的一致性和准确性问题。
关于体内组织特性，组织的运动在采集有意义的超声测量结果并从该测量结果准确识别组织特征方面产生问题。结果，用于识别组织特征(例如，非线性组织特征)的测量通常是通过切除的组织来获得的。但是，手术切除患者组织的过程使组织表征的整个过程复杂化，并给患者带来了许多风险。
下文中描述了用于解决这些问题/缺陷的系统、方法和计算机可读介质。具体地，本技术涉及通过被朝向对象区域发射的一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲来识别对象区域的非线性性质的系统、方法和计算机可读介质。更具体地，本技术涉及基于针对该一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲中的每一个的一个或多个相应的谐波响应和相应的基波响应中的一个或两者来识别对象区域的非线性性质的系统、方法和计算机可读介质。
现在参考附图，其中贯穿本文，相似的部件由相似的附图标记表示。可以与本文公开的实施例一起使用的一些基础设施已经可用，比如通用计算机、计算机编程工具和技术、数字存储介质和通信网络。计算装置可以包括处理器，比如微处理器、微控制器、逻辑电路等等。处理器可以包括专用处理装置，比如ASIC、PAL、PLA、PLD、FPGA或其他定制或可编程的装置。计算装置还可以包括计算机可读存储装置，比如非易失性存储器、静态RAM、动态RAM、ROM、CD-ROM、磁盘、磁带、磁、光、闪存或其他非暂时性计算机可读存储介质。
一些实施例的各个方面可以使用硬件、软件、固件或其组合来实现。如本文所使用的，软件模块或组件可以包括位于计算机可读存储介质之内或之上的任何类型的计算机指令或计算机可执行代码。软件模块可以例如包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑块，其可以被组织为例程、程序、对象、组件、数据结构等，其执行一个或多个任务或实现特定的抽象数据类型。
在一些实施例中，特定软件模块可以包括存储在计算机可读存储介质的不同位置中的不同指令，这些指令一起实现模块的所描述的功能。实际上，模块可以包括单个指令或多个指令，并且可以分布在多个不同的代码段上、不同的程序之间以及跨越多个计算机可读存储介质。一些实施例可以在分布式计算环境中实践，其中任务由通过通信网络链接的远程处理装置执行。
通过参考附图将最好地理解本文的实施例。如本文的附图中总体上描述和示出的，所公开的实施例的组件可以以多种不同的配置来布置和设计。此外，与一个实施例相关联的特征、结构和操作可以适用于或者组合于另一实施例中所描述的特征、结构或操作。在其他情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以避免使本公开的各方面不清楚。
因此，本文的系统和方法的实施例的以下详细描述并非旨在限制所要求保护的本文的范围，而仅是可能的实施例的代表。另外，方法的步骤不必然一定以任何特定顺序执行，甚至不必顺序地执行，也不必仅将步骤执行一次。
图1是比如超声成像装置100的医学成像装置的一个示例性实施例的示意框图。本领域技术人员将认识到，本文公开的原理可以应用于多种医学成像装置，包括但不限于X射线成像装置、计算机断层摄影(CT)成像装置、磁共振成像(MRI)装置和正电子发射断层摄影(PET)成像装置。这样，每个装置的组件可以与图1所示的不同。
在一个实施例中，超声成像装置100可以包括阵列聚焦单元，在此称为波束合成器102，通过该阵列聚焦单元可以在逐条扫描线的基础上执行图像形成。该装置可以由由微处理器等实现的主控制器104控制，该主控制器104通过操作者界面接受操作者输入，进而控制装置100的各个子系统。
对于每条扫描线，发射器106产生射频(RF)激励电压脉冲波形，并以适当的时序将其施加在发射孔径上(在一个实施例中，由活跃阵元的子阵列定义)以产生沿着该扫描线的聚焦声束。
由一个或多个接收孔径或接收器108接收的RF回波被放大、滤波，然后被馈送到波束合成器102中，波束合成器102可以执行动态接收聚焦，即，重新排列沿各条扫描线从相同位置产生的RF信号。集体地，发射器106和接收器108可以是换能器110的组件。在超声成像领域中，各种类型的换能器110是已知的，比如线性探头、弯曲探头和相控阵探头。
图像处理器112可执行特定于各种活动成像模式的处理任务，包括2D扫描变换，该变换将图像数据从声线网格变换为X-Y像素图像进行显示。对于其他模式，比如频谱多普勒模式，图像处理器112可以执行壁滤波，随后通常使用滑动FFT窗对多普勒频移信号样本进行频谱分析。图像处理器112还可产生与前向和反向流体信号相对应的立体音频信号输出。与主控制器104合作，图像处理器112还可以格式化来自两个或更多个活动成像模式的图像，包括显示注释、图形叠加以及电影和记录的时间轴数据的重放。
电影存储器114提供常驻数字图像存储以使能单幅图像或多幅图像循环查看，并且用作将图像传输到数字档案装置(比如硬盘驱动器或光学存储设备)的缓冲器。在一些系统中，数据处理路径末端的视频图像可以被存储到电影存储器。在最新技术的系统中，幅度检测后的波束合成了的数据也可以被存储在电影存储器114中。对于频谱多普勒模式，用户选择的采样门的壁滤波后的基带多普勒I/Q数据可以被存储在电影存储器114中。随后，比如计算机监视器的显示器116可以显示由图像处理器112创建的超声图像和/或使用存储在电影存储器114中的数据创建的图像。
波束合成器102、主控制器104、图像处理器112、电影存储器114和显示器116可以被包括为超声成像装置100的主处理控制台118的一部分，其可以包括比所图示的更多或更少的组件或子系统。超声换能器110可以被并入到与主处理控制台118分离的设备中，比如并入被有线或无线地连接到主处理控制台118的单独设备中。这允许在对患者执行特定超声过程时更容易操纵超声换能器110。此外，换能器110可以是阵列换能器，其包括用于发射和接收超声波的发射和接收阵元的阵列。
本领域技术人员将认识到，市场上可以买到各种各样的超声成像装置，并且对于彻底理解本文公开的原理而言，与如何产生图像有关的其他细节不是必需的。具体地，本文所述的系统、方法和计算机可读介质可以通过市场上可获得的各种超声成像装置中的可应用的超声成像装置来应用。
指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲可以被用来特征化对象区域的非线性。具体地，指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲可以被用来识别组织的非线性性质。更具体地，指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲可以被用来识别体内组织的非线性性质。表征体内的组织是有利的，因为其降低了与通过手术去除组织以最终表征该组织相关的复杂性。此外，表征体内的组织是有利的，因为其消除了与去除组织的手术过程相关的患者风险。
对象区域的非线性性质可以包括能够被通过超声识别的对象区域的适用的非线性性质。具体地，对象区域的非线性性质可以包括能够被通过超声识别的组织的适用的声学非线性性质。例如，对象区域的非线性性质可以包括组织的声学非线性参数B/A的值。
指数扫描啁啾(chirp)脉冲可以被表示为下文所示的方程1和2。
方程1
Figure BDA0002443140260000061
方程2θ(f)＝A(flog(f)-f)-(Alogf1-Tstart)f
在方程1中，
Figure BDA0002443140260000062
在方程2中，
Figure BDA0002443140260000063
f1是指数扫描啁啾(chirp)脉冲的起始频率，f2是指数扫描啁啾(chirp)脉冲的终止频率。T是指数扫描啁啾(chirp)脉冲的脉冲持续时间，Tstart是脉冲起始时间。
指数扫描啁啾(chirp)信号具有以下特征：对啁啾(chirp)信号的基波响应和谐波响应之间的群延迟是N次谐波的函数。更具体地，对啁啾(chirp)信号的基波响应和谐波响应之间的群延迟不是谐波响应的频率(例如，与谐波响应相对应的啁啾(chirp)信号的瞬时频率)的函数。因此，对指数扫描啁啾(chirp)信号的基波和N次谐波响应求和以形成各自的被在相应的谐波响应与相应的基波响应之间的相应群延迟(其否则被称为相应的谐波响应和基波响应之间的时间延迟)上的差异所抵消的脉冲响应。
指数扫描啁啾(chirp)信号的这些响应特性进一步由以下方程说明。方程3是指数扫描啁啾(chirp)信号的瞬时频率。
方程3
Figure BDA0002443140260000071
方程4是指数扫描啁啾(chirp)信号的基波响应τgroupDelay(f)的产生时间。
方程4
Figure BDA0002443140260000072
如下文所示，基波响应τgroupDelay(f),的产生时间(如方程5所示)可以被表示为指数扫描啁啾(chirp)脉冲的起始频率f1和终止频率f2的函数。
方程5
Figure BDA0002443140260000073
此外，指数扫描啁啾(chirp)信号的N次谐波
Figure BDA0002443140260000074
的产生时间可以表示为方程6。
方程6
Figure BDA0002443140260000075
因此，可以用方程7表示指数扫描啁啾(chirp)信号的相应N次谐波响应和基波响应之间的时间延迟Δt。
方程7
Figure BDA0002443140260000076
如方程7所示，Δt是N的函数，但不是f的函数，例如与谐波响应相对应的啁啾(chirp)信号的瞬时频率。因此，在整个频率范围内，所有N次谐波都具有相同的群延迟，并且因此将相加以形成“谐波”脉冲响应。具体地，由特定次谐波引起的所有频率可以同时到达，从而产生相对于相应的基波脉冲响应被偏移该时间延迟Δt的谐波脉冲响应。
由于可以将对N次谐波的谐波响应相加以有效地形成单个谐波脉冲响应，因此指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲可以有效地产生两个脉冲响应，即基波响应和相应的N次谐波响应。具体地，响应于与对象区域相互作用的指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲而产生的来自于对象区域的背向散射可以包括基波响应和一个或多个谐波响应(例如对应于每个N次谐波)。如方程7所示，这些响应在时间上被移动时间延迟Δt。这个时间延迟可以是已知的量，例如基于N和指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的起始和终止频率f1和f2。
对指数扫描啁啾(chirp)脉冲的谐波响应和基波响应之间的该时间延迟可以取决于对象区域中的非线性的存在。具体而言，当与指数扫描啁啾(chirp)脉冲相互作用的对象区域包括非线性时，基波响应和谐波响应之间的这个时间延迟可以产生。相反，当对象区域缺乏非线性时，则产生的基波响应和谐波响应可以没有这种时移。继而，响应于对象区域中的非线性而产生的时间延迟可以用作识别对象区域的非线性性质的基础。具体地，基波响应和谐波响应之间的时间延迟可以形成由超声背向散射所产生的两个或更多个图像的叠加的基础。继而，在两个或多个叠加图像之间存在的位移量(其例如至少部分基于基波响应和谐波响应之间的时间延迟)可以被分析以识别对象区域的非线性性质。
图2示出了当对象区域具有非线性时产生的基波和谐波响应之间的时间偏移。具体地，图2是对于线性和非线性对象区域两者，作为时间的函数，对指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的基波和谐波响应的强度的曲线图200。如图2所示，线性对象区域和非线性对象区域在时间0.0uS(202)处都具有基波脉冲响应。此外，如图2所示，非线性对象区域在时间-2.0uS(206)处具有时移谐波响应204。然而，例如由于线性对象区域缺乏非线性，线性对象区域未显示出相应的时移谐波响应。
图3中的3A是通过高斯超声发射廓线(profile)产生的对象区域的正相位图像300，3B是通过高斯超声发射廓线(profile)产生的对象区域的负相位图像302，3C是3A和3B所示的图像的和图像304，3D是3A和3B所示的图像的差图像306。
高斯超声发射廓线(profile)通常用于通过超声形成图像。具体而言，通过高斯超声发射廓线(profile)的相位反转或正向脉冲和负向脉冲通常用来通过谐波模式成像生成两个单独的图像。继而，当将两个图像合并时，基波分量可以被抵消，仅留下谐波分量。图3的3A中所示的对应的正相位图像300被通过正窄带高斯发射廓线(profile)产生，而相应的负相位图像302被通过负窄带高斯发射廓线(profile)产生。
如正和负相位图像300和302所示，成像场中的点偏移了10mm。例如，正相位图像300具有在60mm处的点308，该点308从相邻的点(例如，在50mm处的点)偏移大约10mm。在负相位图像302中可以看到相同的情形，其中，点(例如，在60mm处的点310)与相邻点的偏移大约10mm。此外并且如正和负相位图像300和302中所示，谐波信号没有从基波信号偏移。具体地，相应的谐波信号和基波信号形成单个对应点(例如，点308)，而不是两个单独的点，这将在后面更详细地显示。这表明没有由于典型超声发射廓线(profile)(例如，高斯超声发射廓线(profile))的应用而产生的例如由于时间延迟而导致的分离。
对应的谐波信号和基波信号之间的这种分离的缺乏进一步图示在图3的3C和3D所示的和图像304和差图像306中。被施加以产生对应的正相位图像300和负相位图像302的正取向脉冲和负取向脉冲的和图像304表示基波信号。此外，被施加以产生对应的正相位图像300和负相位图像302的正取向脉冲和负取向脉冲的差图像306表示谐波信号。如图所示，在和图像304中，在60mm处的基波信号是单点312。类似地，在差图像306中，谐波信号也是在60mm处的单点314。点312和314都在60mm处，并且没有示出与基波信号和谐波信号之间缺乏时间延迟相对应的深度分离。
图4的4A是对中心在10mm深度处的窄带高斯发射廓线(profile)的基波和谐波响应的强度图，4B是对中心在20mm深度处的窄带高斯发射廓线(profile)的基波和谐波响应的强度图，4C是对中心在30mm深度处的窄带高斯发射廓线(profile)的基波和谐波响应的强度图，4D是对中心在40mm深度处的窄带高斯发射廓线(profile)的基波和谐波响应的强度图，4E是对中心在50mm深度处的窄带高斯发射廓线(profile)的基波和谐波响应的强度图，4F是对中心在60mm深度处的窄带高斯发射廓线(profile)的基波和谐波响应的强度图。
如在图4的4C中可以看到的，来自基波信号412的响应和来自谐波分量414的响应都排布于在大约30mm深度的空间中。相同的基波和谐波信号排布可以在其他强度图图4的4A、4B、4D、4E和4F中看到。这进一步表明，窄带高斯发射廓线(profile)(即超声系统中使用的典型发射)不会在基波分量和谐波分量之间产生距离偏移。
图5的5A是通过指数扫描超声啁啾(chirp)信号产生的对象区域的正相位图像500，5B是通过指数扫描超声啁啾(chirp)信号产生的对象区域的负相位图像502，5C是5A和5B所示的图像的和图像504。图5的5D是图5的5A和图4的4B所示的图像的差图像506。
图5的5A-5D示出了在对指数扫描超声啁啾(chirp)信号的基波响应和谐波响应之间产生的时间延迟。在正相位图像500中，基波信号位于30mm处的点508处。此外，正相位图像500中的谐波响应在30mm之前的点510处，其相对30mm处的基波响应的点508偏移。该偏移与通过施加指数扫描超声啁啾(chirp)信号而产生的基波响应和谐波响应之间的时间延迟相对应。在负相位图像502中也显示了该空间偏移，其中基波响应位于30毫米处的点512处，而谐波响应位于点512处，其相对于512处的基波响应的点512偏移。
在图5的5C和5D所示的和图像504和差图像506中进一步示出了对应的谐波信号和基波信号之间的时间分离。图5的5A和5B所对应的正向指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲和负向指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的和图像504代表基波信号。此外，图5的5A和5B所对应的正向指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲和负向指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的差图像506代表谐波信号。如图5的5C所示，在30mm处的点516处存在基波响应。此外，并且如图5的5D所示，在点518处存在谐波响应。在点518处的谐波响应相对于点516处的基波响应偏移。具体地，点516处的基波响应在30mm处，而点518处的谐波响应被偏移，更接近26mm。这个空间偏移与对指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的基波响应和谐波响应之间的时间偏移相对应。
图6的6A-6F是对象区域对以对象区域的不同深度为中心的指数扫描超声啁啾(chirp)信号的基波和谐波响应的强度图。如图6的6C所示，基波响应(例如，在点600处)没有与谐波响应(例如，在点602处)一起共存在30mm深度处。基波信号和谐波信号的相同非共存关系从关于位于10mm偏移的其他增量处的点的范围的图6的6A、6B、6D、6E和6F的其他强度图中也可以看到。这样，指数扫描超声啁啾(chirp)信号能够在时间/距离上分离谐波响应和基波响应。
图7的7A-7F是在对象区域的不同深度处图6的6A-6F中所示的基波和谐波响应的和与差的曲线图。从在30mm处的目标可以看到，点700处的来自于基波信号的响应位于预期范围内，而谐波信号的响应在点702处，位于更靠近26mm的范围之处。从整个图中的点也可以观察到类似的在时间/范围上的偏移。这清楚地表明，不仅谐波和基波响应被在时间/距离上分离，而且与基波相关的信号响应以及与谐波相关的信号响应也可以被分离，以进行分析，尤其是用于识别对象区域的非线性性质。
图8是一种通过指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲来识别对象区域的非线性性质的示例方法的流程图800。图8中所示的示例方法，以及用于本文中所述的超声成像的其他方法和技术，可以通过适用的超声成像系统(比如图1所示的超声系统100)来执行。例如，本文中所描述的用于超声成像的技术可以使用超声系统100的超声换能器110和主处理控制台118(例如，图像处理器112)中的一个或两个来实现。
在步骤802，采集对象区域的超声信息。该超声信息可以包括被朝着该对象区域发射的一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的超声信息。例如，超声信息可以包括被朝着对象区域发射的一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的发射廓线(profile)。此外，超声信息可包括响应于被朝着对象区域发射的一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲由该对象区域产生的基波响应和谐波响应的背向散射信息。
当指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲产生时移的谐波和基波响应时，背向散射信息可以包括与时移的谐波和基波响应有关的信息。例如，超声信息可以包括由于对象区域中的非线性而导致的相对于彼此时移的谐波和基波响应。继而，可以分析该谐波和基波响应，比如基于该时移进行分析，以识别对象区域的非线性性质。
超声信息可以包括基于基波和谐波信号的对象区域的多个超声图像，或者用于生成该多个超声图像的其他数据。可以基于一个或多个空间偏移将对象区域的该多个超声图像相对于彼此叠加。例如，对象区域中的特征可以被在多个超声图像中移动该空间偏移的量。一个或多个空间偏移可以对应于基波信号和谐波信号。具体地，该一个或多个空间偏移可以对应于谐波和基波信号之间的一个或多个时间延迟。进而，如稍后将更详细地讨论的，叠加的超声图像中的空间偏移可以用作从超声信息中识别对象区域的非线性性质的基础。
在步骤804中，可以针对该一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲中的每一个，从超声信息中分离一个或多个相应的谐波响应和相应的基波响应。相应的谐波响应和基波响应可以被在超声信息中彼此分离，以识别对象区域的一个或多个非线性性质。具体地，相应的谐波响应和基波响应可以被彼此分离以识别谐波响应和基波响应之间的时间偏移。更具体地，相应的谐波响应和基波响应可以被彼此分离以识别由该谐波响应和基波响应所生成的一个或多个超声图像之间的空间偏移。
进而，在步骤806，可以基于针对该一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲中的每一个的相应的谐波响应和基波响应中的一个或两者来识别对象区域的一个或多个非线性性质。具体地，并且如稍后将更详细地讨论的，可以基于与所施加的指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲中的每一个的谐波响应和基波响应相对应的时间偏移和/或空间偏移来识别对象区域的非线性性质。
基波响应和谐波响应可以被从超声信息中滤出，以便分离谐波响应和基波响应。具体地，基波响应和谐波响应可以被从超声信息中分别滤出，以分离该基波响应和谐波响应。例如，可以基于时间从超声信息中滤出基波响应和谐波响应，例如以基于基波响应和谐波响应之间的一个或多个时间延迟来分离该基波响应和谐波响应。
此外，可以通过从超声信息中消除基波响应来分离基波响应和谐波响应。具体地，可以处理超声信息以消除基波响应，从而有效地隔离超声信息中的谐波响应。继而，可以基于剩余的谐波响应并且潜在地与基波响应结合来识别对象区域的非线性性质。可以通过适用的信号处理技术从超声信息中消除基波响应。例如，可以应用脉冲反转以从超声信息中消除基波响应。
基波响应和谐波响应可以被从超声信息中彼此相关，以产生相关的谐波和基波响应信息。进而，可以根据相关的谐波和基波响应信息中识别出对象区域的非线性性质。谐波响应和基波响应可以被基于在谐波响应和基波响应之间产生的时间偏移而彼此相关。如前文所述，当对象区域包括非线性性质时，可以通过将一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲施加到对象区域来产生该时间偏移。基于该一个或多个指数扫描超声啁啾(chirp)脉冲的特性，例如脉冲的起始和停止频率，可以获知这个时间偏移。因此，可以基于获知的时间偏移来识别对象区域的非线性性质。
在基于基波和谐波响应识别对象区域的非线性性质时，可以根据相关的谐波和基波响应信息来识别对象区域中的一个或多个相应的空间偏移。进而，可以根据对象区域中的该空间偏移中识别对象区域的非线性性质。该空间偏移可以与基波响应和谐波响应之间的时间延迟相对应。此外，该空间偏移可以被表示为在处理包括基波响应和谐波响应的超声信息的结果中的空间偏移。具体地，空间偏移可以对应于在基于基波和谐波响应产生的多个超声图像中的空间偏移，例如特征的空间偏移。
此外，在基于基波和谐波响应识别对象区域的非线性性质时，基波和谐波响应可以被平均以生成平均谐波和基波响应信息。进而，可以基于该平均谐波和基波响应信息来识别对象区域的非线性性质。可以通过将适用的平均技术应用于包括谐波和基波响应的超声信息上来对基波和谐波响应进行平均。例如，可以将相干数据平均应用于超声信息以生成平均谐波和基波响应信息。
基于对每个指数扫描超声啁啾(chirp)信号基波和谐波响应中的一个或两者而识别的非线性性质可以被识别为对象区域的整体非线性性质估计的一部分。例如，所识别的非线性性质的估计可以被在整个对象区域上平均，以识别针对整个对象区域的特定非线性性质的整体非线性性质估计。此外，可以针对对象区域的不同子区域而在子区域的基础上识别非线性性质。例如，可以为对象区域的不同部分识别或估计出非线性性质的值。如下文所述，可以生成对象区域的非线性性质图。可以基于针对对象区域在子区域的基础上识别的非线性性质来生成对象区域的非线性性质图。例如，可以生成显示出对象区域的不同子区域上的非线性性质的不同值的图。
对象区域可以是体积区域。具体而言，对象区域可以是一定体积的组织，例如体内组织。例如，对象区域可以包括一定体积的脂肪肝组织、肝硬化肝组织、甲状腺癌组织、前列腺癌组织或乳腺癌组织。非线性性质可以是体积区域的体积非线性性质。具体地，体积区域的非线性性质可以是体积区域的整体非线性性质估计。可以通过适用的用于采集体积超声信息的超声系统采集体积区域的超声信息。例如，可以通过并入了一个或多个基于体积的超声换能器的超声系统来采集体积区域的超声信息。
图9是一种通过指数扫描超声啁啾(chirp)信号来估计对象区域的B/A参数的示例方法的流程图900。在步骤902，形成指数扫描超声啁啾(chirp)信号。在步骤904，该信号被朝对象区域发射。在步骤906，来自发射信号的背向散射被接收并被处理成一个或多个图像。然后，在步骤908，期望的谐波信号(通常是二次谐波)被与基波信号相关，以例如基于图像确定对象区域中的空间偏移。在步骤910，基于基波信号与谐波信号之间的相关性来估计对象区域的B/A参数。
本文描述的技术可以被应用在适用的超声成像模式中，比如B模式、对比增强超声(CEUS)、CD模式、2D/3D/4D等。具体地，本文描述的技术不限于B模式，而是还可以应用于在感兴趣区域内改进的时间分辨率具有实质性临床益处的其他模式，比如CEUS。
本发明已经参考包括最佳模式的各种示例性实施例做出说明。然而，本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本发明的范围的情况下对示例性实施例进行改变和修改。例如，取决于特定应用或考虑与系统的操作相关联的任何数量的成本函数，可以以替代方式来实现各种操作步骤以及用于执行这些操作步骤的组件，例如，这些步骤中的一个或多个可以被删除、修改或与其他步骤组合。
尽管已经在各种实施例中示出了本发明的原理，但是可以使用特别适合于特定环境和操作要求的结构、布置、比例、元件、材料和组件的许多修改，而不会背离本发明的原理和范围。这些和其他改变或修改旨在被包括在本发明的范围内。
上文中已经参考各种实施例进行了说明。然而，本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，本文应被认为是说明性的而不是限制性的，并且所有这样的修改旨在被包括在其范围内。同样，上面已经参考各种实施例描述了益处、其他优点和问题的解决方案。但是，益处、优点、问题的解决方案以及可能导致任何益处、优点或解决方案出现或变得更加明显的任何要素都不应被解释为是关键的、必需的或必要的特征或要素。如本文中所使用的，术语“包括”、“包含”及其任何其他变体旨在覆盖非排他性包括，使得包括一系列元素的过程、方法、物品或设备不仅仅包括列出的那些元素，也可以包括未明确列出的或此类过程、方法、系统、物品或设备所固有的其他要素。而且，如本文所使用的，术语“耦合”、“耦接”及其任何其他变体旨在覆盖物理连接、电连接、磁连接、光学连接、通信连接、功能连接和/或任何其他连接。
本领域技术人员将理解，可以在不脱离本发明的基本原理的情况下对上述实施例的细节进行许多改变。因此，本发明的范围应由所附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种执行诊断超声成像的方法，其特征在于，包括：
基于被朝着对象区域发射的一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲和所述对象区域对所述一个或多个指数扫描啁啾（chirp）脉冲的背向散射而采集所述对象区域的超声信息；
对所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个，从所述超声信息中分离一个或多个相应的谐波响应和相应的基波响应；和
基于对所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个的所述一个或多个相应的谐波响应以及所述相应的基波响应中的一个或两者，来识别所述对象区域的一个或多个非线性性质。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对象区域包括体内组织。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对象区域的所述一个或多个非线性性质包括所述对象区域的一个或多个B/A参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：从所述背向散射中分别滤出对所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个的所述相应的基波响应和所述一个或多个相应的谐波响应，作为对所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个从所述超声信息中分离所述一个或多个相应的谐波响应和所述相应的基波响应的一部分。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：从所述背向散射中消除所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个的所述相应的基波响应，以从所述背向散射中识别所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）中的每一个的所述一个或多个相应的谐波响应，作为对所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个从所述超声信息中分离所述一个或多个相应的谐波响应和所述相应的基波响应的一部分。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：施加脉冲反转以从所述背向散射中消除所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个的所述相应的基波响应。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个的所述一个或多个相应的谐波响应与所述相应的基波响应相关，以生成相关的谐波和基波响应信息；和
基于所述相关的谐波和基波响应信息，识别所述对象区域的所述一个或多个非线性性质。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个的所述一个或多个相应的谐波响应中的每一个与所述相应的基波响应之间的相应时间偏移，将所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个的所述一个或多个相应的谐波响应与所述相应的基波响应相关。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述一个或多个相应的谐波响应中的每一个与所述相应的基波响应之间的相应的时间偏移是基于所述一个或多个相应的谐波响应中的每一个的相应谐波阶数的已知的时间偏移，并且独立于所述相应谐波阶数中的所述一个或多个相应的谐波响应的一个或多个频率。
10. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述相关的谐波和基波响应信息包括所述对象区域的多个超声图像，所述多个超声图像通过一个或多个相应的空间偏移而相对于彼此重叠，所述方法还包括：
根据所述相关的谐波和基波响应信息确定所述一个或多个相应的空间偏移；和
基于所述一个或多个相应的空间偏移来识别所述对象区域的所述一个或多个非线性性质。
11. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个的所述一个或多个相应的谐波响应和所述相应的基波响应之间应用相干数据平均，以生成平均的谐波和基波响应信息；和
基于所述平均的谐波和基波响应信息，确定所述对象区域的所述一个或多个非线性性质。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对象区域的所述一个或多个非线性性质被作为所述对象区域的整体非线性性质估计的一部分而识别。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：产生在整个所述对象区域上的所述对象区域的所述一个或多个非线性性质的图。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对象区域是体积区域，所述方法还包括：在整个所述体积区域上识别所述一个或多个非线性性质。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述超声信息被通过一个或多个基于体积的超声换能器在所述体积区域上产生。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述对象区域的所述一个或多个非线性性质被作为所述体积区域的整体非线性性质估计的一部分而识别。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述对象区域是体积组织，并且所述一个或多个非线性性质是所述体积组织的特性。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述体积组织包括脂肪肝组织、肝硬化肝组织、甲状腺癌组织、前列腺癌组织和乳腺癌组织中的至少一种。
19.一种执行诊断超声成像的系统，其特征在于，包括：
超声换能器，所述超声换能器被配置为：
基于被朝着对象区域发射的一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲和所述对象区域对所述一个或多个指数扫描啁啾（chirp）脉冲的背向散射而采集所述对象区域的超声信息；
主处理控制台，所述主处理控制台被配置为：
对所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个，从所述超声信息中分离一个或多个相应的谐波响应和相应的基波响应；和
基于对所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个的所述一个或多个相应的谐波响应以及所述相应的基波响应中的一个或两者，来识别所述对象区域的一个或多个非线性性质。
20. 一种执行诊断超声成像的系统，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；和
计算机可读介质，所述计算机可读介质提供所述一个或多个处理器可访问的指令以使所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：
基于被朝着对象区域发射的一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲和所述对象区域对所述一个或多个指数扫描啁啾（chirp）脉冲的背向散射而采集所述对象区域的超声信息；
对所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个，从所述超声信息中分离一个或多个相应的谐波响应和相应的基波响应；和
基于对所述一个或多个指数扫描超声啁啾（chirp）脉冲中的每一个的所述一个或多个相应的谐波响应以及所述相应的基波响应中的一个或两者，来识别所述对象区域的一个或多个非线性性质。
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