CN102342850A - 超声波图像生成设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超声波图像生成设备。在穿刺针附近生成具有良好图像质量的超声波图像，而无须降低整个超声波图像的图像质量。获得通过发送聚焦在成像目标位置上的第一超声波接收到的第一回波信号和通过发送具有在相同位置处定位的焦点位置的深度的第二超声波接收到的第二回波信号，根据各个超声波的焦点位置确定第一回波信号和第二回波信号的加权值，并执行加权相加以生成校正图像。

Description

超声波图像生成设备

技术领域

本发明涉及一种超声波图像生成设备，并且具体地涉及一种用于将穿刺装置与人体组织一起显示在监视屏上的超声波图像生成设备。

背景技术

在医学领域，超声波图像生成设备广泛地用于进行诊断和检查。超声波图像生成设备与超声波探针一起使用。超声波探针将超声波发射到对象，因此当，超声波图像生成设备根据超声波被对象被反射时产生的回波信号生成对象的超声波断层分析图像(以下称为超声波图像)。

超声波探针包括由多个阵列式压电装置构成的压电装置阵列；超声波探针将超声波从压电装置阵列发射到对象并从对象接收回波信号。超声波图像生成设备根据由超声波探针接收到的回波信号生成对象的超声波图像并将生成的图像显示在监视器上。

为了以高分辨率观察具体的成像目标，超声波图像生成设备使用电子聚焦将焦点位置与成像目标位置对准。

电子聚焦装置以瞬时差异致动多个压电装置，使得从压电装置发射的超声波在焦点位置处同相地相互对准，并同样地执行延迟加法，使得通过压电装置从焦点位置接收到的回波信号瞬时同相。在焦点位置附近可以获得高分辨率的断层分析图像信息。

采用超声波图像生成设备，通过将穿刺针插入到期望位置中以获得样品而进行穿刺术，用于权威性诊断。JP2008-188178A描述了一种设备，其中在执行穿刺术中，用于执行穿刺术的穿刺引导路线显示在监视器上以允许在压电装置的阵列方向上改变电子聚焦的焦点位置，从而获得焦点深度方向上的目标位置处的高分辨率断层分析图像信息。

发明内容

然而，JP 2008-188178A中所示的设备仅可以获得清晰位置处的良好图像质量，而不能不能获得模糊位置处的良好图像质量。具体地，在医生在插入穿刺针的同时检查超声波图像的情况下，必须将注意力放在穿刺针上，以便可以清楚地观察穿刺针，但是除非其它模糊位置也可以清楚可见，否则周边组织的能见度降低，并且穿刺效率也被降低。

已经考虑到上述问题而实现本发明，并且本发明的目的是提供一种超声波图像生成设备，其能够防止整个超声波图像中的图像质量的劣化，并且即使在诸如穿刺针的成像目标附近也能生成具有良好图像质量的超声波图像的。

为了获得上述目的，本发明的超声波图像生成设备包括：探针控制装置，用于使探针发送和接收超声波；焦点控制装置，用于控制用于发送声线中的每一个的由探针发送和接收到的超声波的焦点；探针控制装置，所述探针控制装置使探针发送具有由焦点控制装置定位在成像目标位置处的焦点的第一超声波和具有由焦点控制装置定位在相同位置处的焦点的第二超声波；加权相加装置，用于执行在发送第一超声波时接收到的第一回波信号和在发送第二超声波时接收到的第二回波信号的加权相加以获得合成回波信号；和图像生成装置，用于根据由加权相加装置获得的合成回波信号生成超声波图像。

进一步地，加权相加装置根据用于第一超声波中的发送声线中的每一个的焦点的深度和用于第二超声波中的发送声线中的每一个的焦点深度为第一回波信号和第二回波信号中的接收声线中的每一个确定在加权相加中使用的加权值。

进一步地，加权相加装置根据第一回波信号和第二回波信号中的接收声线的深度的增加改变在加权相加中使用的加权值以进行加权相加。

本发明能够使增强诸如穿刺针的成像目标，防止整个超声波图像中的图像质量的劣化，并且即使在除了成像目标之外的区域中也能生成具有良好图像质量的超声波图像。

附图说明

图1是显示根据实施例1的超声波图像生成设备的结构的功能框图；

图2是显示根据实施例1的探针和接收射束形成器的详细结构的示意性视图；

图3是显示在根据实施例1的超声波图像生成设备中进行的图像处理的概要的示意性视图；

图4是根据实施例1的超声波图像生成设备的操作流程图；

图5是用于确定用于获取第一回波信号的超声波的焦点位置的流程图；

图6A-6G是显示第一回波信号和第二回波信号的加权相加相加的概要的示意性视图；

图7A-7D是显示第一回波信号和第二回波信号的加权的图表；

图8A是显示其中穿刺针以接近直角的角度插入的示例的视图；

图8B是显示其中将获得第一回波信号的范围的视图；

图9A是显示其中穿刺针以接近直角的角度插入的示例的视图；

图9B是其中焦点放置在穿刺针和穿刺针的延长线上的视图；

图9C是其中部分地改变将获得第一回波信号的焦点位置的视图；以及

图10是显示在根据实施例1的超声波图像生成设备中执行的图像处理的另一个示例的视图。

具体实施方式

以下根据附图说明本发明的实施例。

实施例1

图1是显示根据本发明的实施例1的超声波图像生成设备的功能框图

附图中所示的图像生成设备100包括用户输入单元102、CPU 104、穿刺针信息存储单元106、电子聚焦控制器108、发送射束形成器110、接收射束形成器112、发送器/接收器114、图像存储单元116、相加比值计算器118、加权相加处理器120、和图像显示控制器122。图像存储单元116包括第一回波信号存储单元124和第二回波信号存储单元126。

图1还显示了与超声波图像生成设备100一起使用的探针128、穿刺适配器130、和监视器132。探针128包括具有多个压电装置(参见图2)的压电装置阵列并发送和接收超声波。穿刺适配器130连接到探针128，并用作用于以给定角度将穿刺针插入到对象中的导向装置。具体地，穿刺针在它沿着设置在穿刺适配器中的孔移动时在给定方向上移动。穿刺适配器130可与探针128分离，并且可用穿刺针的直径取决于穿刺适配器130的类型。穿刺针插入到对象中的角度(以下称为插入角度)或穿刺针插入到对象中的位置(以下称为插入位置)也取决于穿刺适配器130的类型。当插入角度和插入位置被确定时，可确定穿刺针插入对象中所沿的路径(以下称为插入路径)。因此，可用穿刺针的直径、其插入角度、插入位置及插入路径可以通过更换穿刺适配器130来改变。穿刺适配器130包括存储单元，可以由穿刺适配器使用的穿刺针的直径以及插入角度信息预先存储在所述存储单元中。穿刺适配器130在连接到探针128时将穿刺针的直径、插入角度、或插入位置输出给探针128。

用户输入单元102被设置成接收来自用户的输入并接收穿刺针的信息的输入(例如，穿刺针的直径和插入角度)，并将所述信息输出给CPU104(S101)。用户输入单元102例如为输入开关或键盘。

除其它功能之外，CPU 104还控制超声波图像生成设备100中的操作并写入到存储单元中。在接收从用户输入单元102输出的穿刺针的信息时(S101)，CPU 104将穿刺针的信息存储在穿刺针存储单元106中。进一步地，CPU 104将经由探针128从穿刺适配器130输出的穿刺针的信息存储在穿刺针存储单元106中。穿刺针的信息具体地包括穿刺针的直径、插入角度、插入位置或插入路径。

超声波图像生成设备100使用穿刺针信息以根据通过将超声波聚焦在穿刺针和穿刺针的延长线上获得的回波信号和通过将超声波聚焦在相同位置上获得的回波信号产生合成回波信号。相同位置(uniform position)这里表示没有分散在整个区域上的位置。其实例包括焦点位置与固定深度对准的情况，焦点位置在图像中从左至右逐渐降低的情况，以及焦点位置的深度局部减小的情况。在下文中，通过聚焦在成像目标上获得的回波信号称为第一回波信号(目标增强图像数据)，而通过聚焦在相同位置上的获得的回波信号称为第二回波信号。通过由诸如内插法的处理将第一回波信号转换成图像信号所生成的AB模式图像称为第一图像(目标增强图像)；通过将第二回波信号转换成图像信号所生成的B模式图像称为第二图像。作为代表性的实例，该实施例的说明通过说明以下情况来实现，其中：在穿刺针作为第一图像中的成像目标的情况下，超声波的焦点位置被放置在穿刺针和穿刺针的延长线上，并且在第二图像中以固定深度对准超声波的焦点位置。在该实施例中，第一图像和第二图像的图像尺寸是相同的。

CPU 104基于存储在穿刺针存储单元106中的信息根据穿刺针的插入路径来确定焦点位置并将表示焦点位置的信号输出给电子聚焦控制器108。CPU 104还将预定相同的焦点位置输出给电子聚焦控制器108。对于关于乳房的50mm的视野深度，例如，焦点位置固定地设定到20mm的深度。视野深度表示从对象的表面开始的深度和获得回波信号的深度。

电子聚焦控制器108控制电子聚焦。电子聚焦控制器108根据由CPU104确定的焦点位置计算探针128中的各个压电装置的致动时序，并将致动时序输出给发送射束形成器110。进一步地，电子聚焦控制器108根据生成回波信号的深度将回波信号延迟相加的延迟量输出给接收射束形成器112。

发送射束形成器110操作设置在发送器/接收器114中的脉冲发生器以形成由探针128中的电子聚焦控制器108指定的发送射束。具体地，发送射束形成器110根据从电子聚焦控制器108输出的各个压电装置的致动时序将用于操作设置在发送器/接收器114中的脉冲发生器的指示输出给发送器/接收器114。

发送器/接收器114通过探针128执行信号发送和接收。发送器/接收器114包括用于产生用于致动探针128中的压电装置的高压电信号的脉冲发生器、放大器、低通滤波器、和A/D转换器。发送器/接收器114根据从发送射束形成器110输出的指令操作脉冲发生器并将用于致动压电装置的电信号(以下简称压电装置致动信号)输出给探针128。进一步地，发送器/接收器114放大从探针128输出的信号，通过低通滤波器删除射频分量，在A/D转换之后，将信号输出给射束形成器112。

探针128将超声波发送给对象和从该对象接收超声波，并且与对象接触，对象例如可以为病人。探针128包括具有多个压电装置的压电装置阵列和模拟多路复用器，并通过所述多个压电装置发送和接收超声波。探针128根据从发送器/接收器114输出的电信号在将被依次致动的压电装置之间进行切换以执行电子扫描。探针128通过压电装置接收表示由对象反射的超声波的回波信号，将该信号转换成电信号，并将该电信号输出给发送器/接收器114。

接收射束形成器112根据从聚焦控制器108输出的延迟量和生成回波信号的位置延迟从发送器/接收器114输出的回波信号，以便使所述回波信号的相位对准并使这些回波信号相加以生成接收声线(sound ray)(在下文中，相位对准的相加的回波信号称为接收声线)。接收射束形成器112将其接收声线已经生成的第一回波信号存储在回波信号存储单元124中，并将其接收声线已经生成的第二回波信号存储在第二回波信号存储单元126中

相加比值计算器118计算第一回波信号与第二回波信号的相加比值(addition ratio)。相加比值计算器118根据从CPU 104输出的焦点位置计算相加第一回波信号和第二回波信号所采用的相加比值，并将该计算出的比值输出给加权相加处理器120。因此，通过以所需的比值使第一回波信号和第二回波信号相加来获得合成图像。

加权相加处理器120根据从相加比值计算器118输出的相加比值执行存储在第一回波信号存储单元124中的第一回波信号和存储在第二回波信号存储单元126中的第二回波信号的加权相加并将该结果输出给图像显示控制器122。

图像显示控制器122根据回波信号(接收声线)生成图像信号，所述图像信号为关于对象中的组织的断层分析图像信息。图像显示控制器122包括STC(灵敏度时间控制装置)和DSC(数字扫描转换器)。对于由加权相加处理器120生成的合成回波信号，STC根据超声波的反射位置的深度校正由于距离产生的衰减。DSC将由STC校正的图像数据转换成与普通电视信号扫描方法(光栅转换)一致的类型并执行诸如对比度处理之类的所需的图像处理以生成图像信号。监视器132根据由图像显示控制器122生成的图像信号显示超声波图像。

图2是显示探针128和接收射束形成器112的详细结构的示意性视图。探针128包括模拟多路复用器134和压电装置阵列138。在附图中省略了穿刺适配器130和从穿刺适配器130输出的信号。

压电装置阵列138包括线性布置的多个压电装置(在图2中仅示出了多个压电装置中的六个138a-138f)。压电装置(例如，138a-138f)连接到模拟多路复用器134的相对应的输出端子(例如，136a-134f)。

模拟多路复用器134是模拟电子开关，并包括用于使信号与发送器/接收器114交换的五通道输入/输出端子(图2中的134a-134e)和与压电装置阵列138中的各个压电装置一对一连接的用于交换信号的多个输入/输出端子。以下将对示出为输入输出端子136a-136f的六个输入/输出端子进行描述。模拟多路复用器134通过在连接到发送器/接收器114的五通道输出/输出端子134a-134e与连接到压电装置阵列138的输入/输出端子136a-136f之间的连接之间进行切换而选择将被致动的压电装置。例如，将输入/输出端子134a连接到输入/输出端子136a能够使压电装置138a被致动。在该实施例中，通过经由模拟多路复用器134连接的五个压电装置发送和接收超声波。

在从发送射束形成器110接收指令时(S201)，发送器/接收器114将压电装置指令信号输出给模拟多路复用器134(S203)。虽然发送器/接收器114实际上输出与模拟多路复用器134的五通道输入/输出端子相对应的五种信号时，但为了清楚起见，附图仅示出了一个箭头。

模拟多路复用器134使用从发送器/接收器114输出的压电装置指令信号(S203)以使连接到发送器/接收器114的五通道输入/输出端子134a-134e和连接到压电装置阵列138的输入/输出端子136a-134f相连接。以示例的方式，附图分别示出了输入/输出端子134a和136a、134b和136b、......134e和136e之间的连接。如将看到的那样，具有与输入/输出端子134a、输入/输出端子136a、和压电装置138相同字母字符的元件形成一行并被连接。

发送器/接收器114根据从发送射束形成器110输出的指令输出来自内部脉冲发生器的压电装置致动信号(S203)，所述压电装置致动信号对于每一个压电装置都具有不同致动时序。压电装置138a-138e以由压电装置致动信号表示的时序发射超声波并发送具有与预定位置重合的焦点的超声波。即，从压电装置138a-138e输出的超声波在由CPU 104指定的焦点位置140处彼此同相并聚焦。因此，超声波图像生成设备100从探针128发射聚焦在期望位置上的超声波。图2中的箭头142表示由压电装置138a-138e发送的超声波的灵敏度分布的中心线，并且该中心线被称作发送声线。

压电装置138a-138e接收当发射的超声波被对象反射时生成的回波信号并将该回波信号转换成电信号，并且将来自模拟多路复用器134的这些信号发送到发送器/接收器114。发送器/接收器114放大回波信号，使回波信号通过低通滤波器，并且在A/D转换之后，将回波信号输出给接收射束形成器112中的延迟电路144。

距离箭头142位于不同距离处的压电装置138a-138e以不同的时序接收箭头142上的各个点处生成的回波信号。延迟电路144延迟回波信号，使得从压电装置138a-138e输出的回波信号暂时彼此同相。在该实例中，因为压电装置138c被定位成最靠近箭头142，因此，由压电装置138c输出的回波信号被延迟得最多，而由压电装置138b和138d输出的回波信号也被延迟，使得由压电装置138a和138e输出的回波信号和由其它压电装置输出的回波信号暂时彼此同相。

加法电路146使被放置成彼此同相的回波信号相加并生成接收声线，并且将该声线输出给图像存储单元116。因此，接收射束形成器112延迟并使由压电装置接收到的回波信号相加以生成接收声线。接收声线通过内插法和其它处理被转换成图像信号以生成超声波图像。

模拟多路复用器134在内部端子之间进行切换以在阵列方向上选择将被相继使用的压电装置，以实现电子扫描。更具体地，在接收到从发送声线142发送的超声波的回波信号时，模拟多路复用器134将输入/输出端子134a连接到输入/输出端子136b，将输入/输出端子134b连接到输入/输出端子136c......，将输入/输出端子134e连接到输入/输出端子136f，使得接下来将被使用的压电装置为138b至138f。压电装置138b-138f以一定时序发射超声波，使得所述超声波在由CPU 104指定的焦点位置处彼此暂时同相。该电子扫描在压电装置阵列方向上将发送声线的位置移动给定距离。超声波图像生成设备100使探针128影响电子扫描以获得多个回波信号，并将该回波信号转换成图像信号以生成二维图像。

超声波图像生成设备100通过对于第一图像中的每一个发送声线在穿刺针和该穿刺针的延长线上聚焦以及通过在第二图像中在预定相同位置上聚焦来发送和接收超声波。

图3是显示在根据本实施例的超声波图像生成设备100中执行的图像处理的概要的示意性视图。图3具体地显示了流程，其中发送射束150用来获得第二回波信号158(为回波信号)，发送射束154用来获得第一回波信号160，从而第二回波信号158和第一回波信号160被加到一起以获得合成回波信号162。在图3中，发送射束150和发送射束154被示出为使得从探针128发送的超声波的发送声线沿探针128的扫描方向布置，并且为了便于了解，上侧和下侧被加在一起(同样应用于显示以下发送声线和接收声线的附图)。

发送射束150包括发送声线150a-150f；发送射束154包括发送声线154a-154f。黑点152a-152f和黑点156a-156f表示相应的发送声线150a-150f以及发送声线154a-154f上的焦点位置。例如，发送声线150a上的焦点位于焦点位置152a处；发送声线150b上的焦点位于焦点位置152b处。在发送射束150中，焦点152a-152f位于相同的深度处。在发送射束154中，焦点156a-156f位于穿刺针和穿刺针的延长线上。发送射束150的上侧表示探针128与诸如病人的对象接触的位置，而发送射束150的下侧表示视野深度的最大值(最大视野深度)。最大视野深度是用于获取超声波图像的最大深度。最大视野深度由获得回波信号的深度来确定，并且可以由用户来确定。

超声波图像生成设备100使用具有与固定深度对准的焦点位置的发送射束150获得第二回波信号158，并使用具有放置在穿刺针和穿刺针的延长线上的焦点位置的发送射束154获得第一回波信号160。第二回波信号158包括接收声线158a-158f；第一回波信号160包括接收声线160a-160f。接收声线158a-158f以及发送声线150a-150f彼此相对应，使得在接收声线158a上放置聚焦的深度为焦点152a的深度。换句话说，在与焦点152a相对应的深度位置处获得接收声线158a中的最好图像质量。接收声线160a-160f与发送声线154a-154f之间的关系与发送声线158a-158f与接收声线150a-150f之间的关系相同。

如此获得的第二回波信号158形成其中焦点以固定深度放置在整体图像上的图像，而不是形成其中具体成像目标被增强的图像。另一方面，聚焦在穿刺针和穿刺针的延长线上的第一回波信号160在穿刺针和穿刺针的延长线上形成具有良好图像质量的图像。

超声波图像生成设备100对接收声线中的每一个执行第二回波信号158(接收声线158a-158f)和第一回波信号160(接收声线160a-160f)的加权相加以获得合成回波信号162(接收声线162a-162f)。更具体地，超声波图像生成设备100执行接收声线158a和接收声线160a的加权相加以获得接收声线162a，以及执行接收声线158b和接收声线160b的加权相加以获得接收声线162b。同样地，执行其它接收声线的加权相加以生成合成回波信号162。如此，以适当的加权值将第二回波信号158和第一回波信号160加在一起以生成期望的合成回波信号。为了清楚起见，已经给出六个发送声线和接收声线中的每一个的说明。

现在参照图4中所示的流程图，将说明超声波图像生成设备100的操作和效果的概要。首先，该设备被接通，并且在步骤ST 402中启动用于控制用于每一个扫描位置的焦点位置的焦点位置控制模式。在步骤ST 404中确定用于获取第一回波信号的超声波的焦点位置，并且在步骤ST 406中计算用于加权相加的加权值。在步骤ST 408中在在步骤ST 404中确定的焦点位置处发送和接收超声波到以获取第一回波信号，并且在步骤ST410中在预定固定焦点位置处发送和接收超声波以获取第二回波信号。在步骤ST 412中执行第一回波信号和第二回波信号的加权相加，并且在步骤S414中将获得的合成回波信号转换成图像信号，所述图像信号被显示在监视器132上。以不同的时序获得第二回波信号和第一回波信号。

现在参照图5中所示的流程图，将详细说明在步骤ST 404中用于确定用于获得第一回波信号的超声波的焦点位置的操作。

超声波图像生成设备100根据存储在穿刺针信息存储器单元106中的穿刺针的直径、插入角度、插入位置、或插入路径产生用于聚焦在穿刺针上的表格，并将该表格存储在穿刺针信息存储器单元106中(用于聚焦在穿刺针上的表格以下被称为控制线表格(control line table))。超声波图像生成设备100根据存储在穿刺针信息存储器单元106中的控制线表格确定用于获取第一回波信号的超声波的焦点位置。因此，超声波图像生成设备100在穿刺针和穿刺针的延长线上聚焦。

在步骤ST 402中为每一个扫描位置开启焦点位置控制模式，因此在步骤ST 500中读取控制线表格。在步骤ST 502中，询问用户关于读取的控制线表格是否将被校正。当读取的控制线表格将不被校正时，过程进行到步骤ST 504中，其中控制线表格形成为用于获取第一回波信号的超声波的焦点位置，然后进行到步骤ST 406。

当在步骤ST 502中校正控制线表格时，在步骤ST 506中提取穿刺针特征，并且在步骤ST 508中执行控制线表格和穿刺针的拟合。在步骤ST510中，控制线表格被校正为用于获取第一回波信号的超声波的焦点位置，进而进行到步骤ST 406。在步骤ST 406中，计算用于加权相加的加权值。超声波图像生成设备100通过在由校正控制线表格表示的位置上聚焦来获得第一回波信号。即使当穿刺针离开由穿刺适配器确定的插入路径时，控制线表格的这种校正使得能够获得聚焦在穿刺针上的第一回波信号。由于适配器本身的作用，由除其它原因之外的组织的阻力引起的穿刺针的偏转，穿刺针与插入路径偏离。在步骤ST 506中执行的穿刺针特征的提取可以通过获得不同图像之间的帧差以指定穿刺针位置而实现。

现在，将参照图6A-6G描述在步骤ST 406中进行的用于加权相加的相加比值的计算。通过执行第一回波信号164和第二回波信号166的加权相加获得的合成回波信号170的接收声线L由公式L＝(1-p)×a+p×b表示。在该公式中，a是第一回波信号164的接收声线，b是第二回波信号166的接收声线，而p是第二回波信号的加权值。

用于确定相加比值的基本思想是，其上聚焦第二回波信号的位置被给出为1的加权值，而其中聚焦第一回波信号的位置被给出为0的加权值。换句话说，对于其上聚焦第二回波信号的位置，第二回波信号为合成回波信号；对于其上聚焦第一回波信号的位置，第一回波信号为合成回波信号。这种控制确保清晰位置(position in focus)的图像具有良好的图像质量，这是因为其用于合成图像。

以示例的方式，将说明第一回波信号164和第二回波信号166的加权相加的情况，其中所述第一回波信号和第二回波信号中的每一个都由四个接收声线组成并具有相同的最大视野深度。当计算图6G中所示的合成回波信号170的最左侧接收声线170a时，例如，执行图6E中所示的第一回波信号164的最左侧接收声线164a的加权相加和图6F中所示的第二回波信号166的最左侧接收声线166a。具体地，接收声线164a和接收声线166a被增加有由图6A中的曲线168a所示的加权值。在接收声线170a中，例如，如图6A中所示，接收声线164a的数据为在从深度0到焦点163a的深度的区域(第一区域)中的接收声线170a的数据，这是因为加权值168a为在该第一区域中的0，而接收声线166a的数据为在深度大于焦点165a的焦点的区域(第三区域)中的接收声线170a的数据，这是因为加权值168a在该三区域中为1。

如图6A中所示，在深度为在从焦点163a的深度到焦点165a的深度的范围中的区域(第二区域)中，加权值168a从0平滑改变到1，并且接收声线164a和接收声线166a被增加有与表示L的上述公式一致的加权值，相加的结果为接收声线170a的数据。换句话说，在从焦点163a的深度到焦点165a的深度的区域中，第二回波信号166的加权值随着深度的增加而增加。这是因为第二回波信号的图像质量随着深度从第一回波信号的焦点163a的深度开始接近第二回波信号的焦点165a的深度而提高。换句话说，第一回波信号164与第二回波信号166之间的图像质量的差被并入到加权值中，使得图像数据的加权值随着图像数据靠近焦点位置并因此具有较好的图像质量而增加。根据深度改变加权相加中的加权值能够使得在从焦点163a的深度到焦点165a的深度的区域中的接收声线170a上的数据平滑连接。即，合成图像具有良好的图像质量，这是因为对于每一个视野深度来说，以在产生合成回波信号170的加权相加中给具有较好图像质量的回波信号以增加的加权值的方式考虑第一回波信号164与第二回波信号166之间的图像质量的差异。

同样地，为了计算接收声线170b，第一回波信号164的接收声线164b和第二回波信号166的接收声线166b被增加有图6B中所示的加权值168b。具体地，如图6b中所示，在接收声线170b中，接收声线166b的数据为在从深度0的位置到焦点165b的深度的区域(第一区域)中的接收声线170b的数据，这是因为加权值168b在该第一区域中为1，而接收声线164b的数据为深度大于焦点163b的深度的区域(第三区域)中的接收声线170b的数据，这是因为加权值168b在该第三区域中为0。在其中深度在从焦点165b的深度到焦点163b的深度的范围内的区域(第二区域)中，加权值168b以平滑曲线从1变化到0，并且接收声线164b和接收声线166b被增加有与表示L的上述公式一致的所述加权值。相加的结果为接收声线170b的数据。换句话说，在从焦点165b的深度到焦点163b的深度的区域中，当第二回波信号164的加权值随着深度增加而增加。这是因为第一回波信号164的图像质量随着深度接近第一回波信号164的焦点163b的深度而提高。同样地，与在接收声线170b的情况中一样，通过执行接收声线164c和166c与图6c中所示的加权值168c的加权相加和接收声线164d和166d与图6D中所示的加权值168d的加权相加来分别获得接收声线170c和接收声线170d的数据。当加权值如此变化时执行的加权相加使得能够生成在穿刺针和穿刺针的延长线上聚焦的图像，同时保持整体图像的质量，这是成像目标。在第三区域中，因为仅使用具有更近焦点位置的图像，因此可以获得良好的图像质量。

虽然为了便于说明，图6A-6G示出了四个接收声线的情况，但是实际设备使用多于四个的接收声线。在使用多于四个的接收声线的情况下，平滑连接第一回波信号和第二回波信号的焦点位置的加权曲线的数量必须等于接收声线的数量。当具有位于相同深度处的焦点的第一回波信号和第二回波信号的接收声线相加时，例如，对于每一个图像，可以以0.5的加权值执行相加，或者可以仅使用接收声线中的一个。

图7A-7D示出了用于第一回波信号164和第二回波信号166的加权相加的其它曲线的实例。图7A-7D中所示的曲线与图6A-6D的相同之处分别在于，在比较浅焦点位置更浅的区域(第一区域)中，具有较浅焦点位置的图像数据的加权值为1，并且加权值在第一回波信号164的焦点位置与第二回波信号166的焦点位置之间(第二区域)平滑地变化，但是，图7A-7D中所示的曲线与图6A-6D的不同之处在于比第二区域深的区域(第三区域)中的加权值的变化。具体地，在图6A-6G所示的情况中，进行加权使得在比较深焦点位置深的区域中，第二回波信号和第一回波信号中的一个的加权值为1，图7A-7D所述的曲线中的加权不是回波信号中的一个的加权值为1，而是根据深度以一定加权值执行加权相加。

在显示接收声线164a和接收声线166a的相加比值的图7A中的曲线172a中，加权值在第三区域中从1逐渐减小并在0.5处稳定。更具体地，在焦点165a的深度处，第二回波信号166的接收声线165a的数据为合成回波信号170的接收声线170a的数据，而在第三区域中，第二回波信号166的加权值随着深度增加而减小，直到各个图像数据的加权值在0.5处稳定。因此，在比焦点165a的深度深的区域中，因为斑点噪声的影响减小，因此图像可以被平滑连接。

在显示接收声线164b和接收声线166b的相加比值的图7B的曲线172b中，在第三区域中，加权值随着深度增加而从0平滑地增加并且在不需要达到0.5的情况下饱和。即，在比焦点163b的深度深的深度处，第二回波信号166的加权值逐渐增加，同时第一回波信号164的加权值逐渐减小，但是即使在深度到达最大值的位置处给第一回波信号164的加权值比比第二回波信号166的加权值大的情况下也执行相加。这是由于下述事实，即在比焦点位置163b的深度深的区域，第一图像具有比第二图像好的图像质量，这是因为第一回波信号的焦点位置处于比第二回波信号的焦点位置深的深度。同样地，在图7C所示的图表172c中，第二回波信号166的加权值在焦点163c的深度处变为，并且随着深度从焦点163c的深度增加而逐渐增加。在与最大深度相对应的位置处，第二回波信号166的加权值小于曲线172b中的第二回波信号的加权值。这是由于下述事实，即因为第一回波信号的焦点深度在较深的位置处，因此当向第一回波信号提供更大的加权值时，合成回波信号170的图像质量被改善得更多。同样地，在图7D中所述的曲线172d中，在深度达到最大值的位置处，第二回波信号166的加权值小于曲线172c中的第二回波信号的加权值。如上所述确定各个图像的加权值能够使得进行图像的平滑连接，同时减少斑点噪声，并因此在进行相加之后提高图像质量。

如上所述，根据本发明的超声波图像生成设备100的实施例1，能够获得通过将焦点放置在穿刺针上获得的第一回波信号和通过焦点与固定深度对准获得的第二回波信号，并且根据各个回波信号的焦点位置(即，图像质量)确定用于第一回波信号和第二回波信号相加的加权值。进一步地，因为超声波图像生成设备100使用根据焦点位置确定的加权值执行第一回波信号和第二回波信号的加权相加以获得合成回波信号，因此即使在成像目标周围的区域中超声波图像生成设备100也能够生成具有良好图像质量的超声波图像，同时防止整个超声波图像的质量的降低。

将参照图8A和8B说明其中焦点放置在穿刺针上的情况的另一种处理模式。将考虑如图8A中所示其中穿刺针174以接近垂直方向的角度插入在图像显示区域176中的情况。在这种情况下，因为穿刺针174的延长线如图8B中所示与图像显示区域176的下侧相交叉，如果焦点178放置在穿刺针174上，则以某一点开始，焦点放置在的图像显示区域176的外侧。如果图6A-6G或图7A-7D中所示的加权曲线中的任一个用在这种情况中，执行加权相加，增加聚焦在超过最大视野深度的位置上的数据，导致图像显示区域176中的图像质量降低。因此，在附图中的点180的右侧的、其中穿刺针174的延长线与图像显示区域176的下侧相交叉的区域中，进行控制，使得不发送用于获得第一回波信号的超声波，或者不获取回波信号，以便不执行本身与第一回波信号有关的加权相加。对于其中焦点深度超过图像显示区域176的区域，第一回波信号的加权值可以被设定为0，而第二回波信号的加权值可以被设定到1。这种控制还能够获得聚焦在穿刺针174上的图像，并且能够生成即使在具有位于图像显示区域176外侧的焦点位置的区域中图像质量也不会降低的图像。

在这种情况下，通过由CPU 104根据穿刺针174的插入位置、穿刺针的插入角度和图像显示区域176的尺寸进行的计算确定如图所示的穿刺针174的延长线是否与图像显示区域176的下侧相交叉。

以下参照图9A-9B说明其中焦点放置在穿刺针上的情况中的处理的另一种模式。此外，与图8A一样，在图9A中，将考虑穿刺针184以接近直角的角度插入在图像显示区域182中的情况。此外，在这种情况下，因为穿刺针184和表示位于穿刺针184的延长线的焦点位置的虚线184与图像显示区域182的下侧188相交叉，如果焦点放置在穿刺针184和穿刺针184的延长线上，则焦点位置位于图像显示区域182的外侧，即，在附图中的点188的右侧区域中位于比最大视野深度深的位置处。这里，执行控制使得位于图像显示区域182外侧的区域中的焦点位置由在图像显示区域182内的任何深度190代替。用于替换这种焦点的所述任何深度可以位于与第二回波信号中的焦点相同的深度处，或者可以由用户确定。这种控制确保焦点位置不会位于图像显示区域182的外侧，并且图像质量不会降低。

图10显示当如上所述控制焦点位置时执行的加权相加处理的概要。此外，在这种情况下，对于穿刺针或穿刺针的延长线在图像显示区域外侧的区域来说，执行通过使用具有与固定深度对准的焦点深度的发送射束192获得的第二回波信号194和通过使用具有位于穿刺针或穿刺针的延长线处的焦点深度并具有与固定深度对准的焦点深度的发送射束196获得的第一回波信号198的加权相加，以获得合成回波信号200。用于第二回波信号194和第一回波信号198的加权相加的加权值可以是由图6A-6D或图7A-7D中所示的相同曲线所示的加权值。

虽然已经通过使用穿刺适配器的实例说明了本实施例，但是无须必须使用穿刺适配器。因为穿刺位置由于对象中的个体差异而变化，因此穿刺可以为徒手穿刺(freehand puncture)。在此情况下，用户通过用户输入单元输入穿刺针的直径、插入角度、插入位置、或插入路径。可选地，插入穿刺针以获得帧差，提取穿刺针特征，并且根据提取特征拟合直线和曲线以计算穿刺针的插入角度、插入位置、或插入路径，并生成新的控制线表格。新产生的表格可以被存储以便用于接下来的使用。因此，采用穿刺针在差分图像中的特征作为穿刺针的信息，可以获得穿刺针上的焦点。

此外要注意的是，当使用穿刺适配器时，不是必须从穿刺适配器获得诸如穿刺针的插入角度、插入路径、或插入位置的这种信息。例如，在徒手穿刺的情况下，可以通过获得帧差以提取穿刺针特征并且根据该提取特征执行直线和曲线的拟合来生成控制线表格，或者用户可以输入控制线表格。这排除了从穿刺适配器获得穿刺针的信息的必要，因此简化穿刺适配器的结构。

在不从穿刺适配器获得穿刺针的信息的可替换模式中可以仅将穿刺针的ID信息存储在穿刺适配器中，而对于每一种穿刺适配器来说，可以将穿刺针的直径、插入角度、插入位置、或插入路径单独地存储在穿刺针信息存储器单元中。在这种情况下，仅从穿刺适配器读取ID信息就能够指定穿刺针的直径、插入角度、插入位置、和插入路径。在又一个可替换模式中，代替将ID信息存储在穿刺适配器中，用户可以通过用户输入单元输入将要使用的穿刺适配器的类型。

在穿刺适配器用于确定穿刺针的插入角度、插入位置、或插入路径的情况中或在可以通过提取穿刺针特征生成控制线表格的情况下，通过用户输入穿刺针的信息不需要是必须被接受的。

超声波图像生成设备100可以具有允许通过使用穿刺适配器和徒手模式进行穿刺或者仅允许这些模式中的一个的结构。

进一步地，穿刺适配器可以具有包括用于允许选择可逐渐变化的插入角度的插入角度变化机构的结构。在这种情况下，穿刺适配器具有一种结构，其中，例如穿刺适配器在每一次选择另一个插入角度时将现有的插入角度的信息输出给超声波图像生成设备100。即使当穿刺适配器选择另一个插入角度时，这种结构也允许聚焦在以不同于前述插入角度的插入角度插入的穿刺针上。同样地，穿刺适配器可以具有其中可以与穿刺适配器一起使用的穿刺针的直径是可选择的结构。例如，通过提供允许用作用于穿刺针的导向装置的孔的直径的变化的结构，可以获得允许可使用的穿刺针的直径变化的结构。

在例如当已经由穿刺适配器确定插入路径时可能事先已知插入位置和插入路径的情况下，插入路径优选地显示在监视器上。插入路径在监视器上的显示使得用户能够在观察监视器上的插入路径的同时执行穿刺，因此防止穿刺针与插入路径的偏离。

在这些结构中，与超声波图像生成设备100一起使用的探针优选地为可更换的。当与超声波图像生成设备100一起使用的探针为可更换时，用户仅需要购买一个超声波图像生成设备，并且根据需要，可以根据预定用途在探针之间进行切换。

虽然已经通过其中焦点放置在作为第一回波信号中的成像目标的穿刺针上的实例说明了本实施例，但是焦点无须必须放置在穿刺针上，并且可以通过聚焦在用户期望观察的成像目标上获得第一回波信号。血管的后壁为不同于穿刺针的成像目标的实例。当血管的后壁为成像目标时，超声波图像被二元化以提取血管代表物(representative)，以便确定增强目标图像的焦点位置。二元化使血管部分变黑，从而能够定位血管代表点(representative point)。一旦定位血管代表点，则超声波图像生成设备使用诸如身体标记的信息获取成像区域的信息，使血管位置变窄，并且将所述血管位置显示在监视器上。一旦用户从血管代表物中选择目标血管位置，则超声波图像生成设备将用于获得第一回波信号的超声波的焦点放置在用户选择的位置上。因此，即使当血管的后壁为成像目标时，也可以获得聚焦在血管的后壁上的回波信号。

虽然在该实施例中第二回波信号中的焦点位置放置在固定深度处，但是焦点位置无须必须被固定；只要焦点放置在相同的位置上，可以获得合成回波信号。这种情况的实例包括其中焦点位置的深度在图像中从左至右逐渐降低的情况和其中焦点位置的深度局部减小的情况。可以由用户输入用于第二回波信号的相同焦点位置，或者可替换地，设备可以具有事先存储在该设备中的多个相同位置，使得用户可以从中进行选择。此外，在这种情况下，可以根据各个图像中的焦点位置确定用于各个图像的相加的加权值。

虽然已经以其中从五个压电装置发射的超声波信号形成单个声线的实例说明了本实施例，但是本发明不局限于从五个压电装置发射超声波信号形成单个声线的结构，只要声线上的焦点位置是可控制的。例如，从四个压电装置发射的超声波信号可以形成单个声线，或者从七个压电装置发射的超声波信号可以形成单个声线。

虽然本实施例具有允许校正控制线表格的结构，但是控制线表格无须必须是可校正的。控制线表格校正函数可以事先设置在超声波图像生成设备100的系统设置屏幕上，或者诸如功能键的输入单元可以被指定校正功能以能够在任何时候进行开启/中断操作。

虽然在本实施例首先获得第一回波信号，但是可以首先获得第二回波信号。

进一步地，可以多次获得第一回波信号以获得平均第一回波信号并执行平均第一回波信号和第二回波信号的加权相加，或者可以多次获得第二回波信号以获得平均第二回波信号并执行第一回波信号和平均第二回波信号的加权相加。可以多次获得第一回波信号和第二回波信号以执行平均第一回波信号和平均第二回波信号的加权相加。例如，可以通过多焦点处理和帧平均处理获得平均第一回波信号和平均第二回波信号。使用平均回波信号的这种加权相加使得在斑点噪声减少的情况下进行回波信号的加权相加，并能够减少合成回波信号中的噪声。

虽然在本实施例中执行接收声线的加权相加，但是无须必须执行接收声线的加权相加，而是可以执行允许加权相加的任意数据的加权相加。例如，可以在从接收声线生成超声波图像之后执行加权相加。

虽然在本实施例中用于存储图像的图像存储单元和用于存储穿刺针的穿刺针存储单元在图1中被显示为单独方框，但是无须必须设置这些单独的存储单元，而是图像和穿刺针可以存储在相同的存储单元中。

虽然在本实施例中CPU 104、相加比值计算器118、和加权相加处理器120被设置为单独的方框，但是CPU 104可以适于执行所有计算。

虽然在本实施例中用户输入单元102设置在超声波图像生成设备100中，但是超声波图像生成设备100无须必须设置有用户输入单元102。例如，可以形成其中用户经由外部键盘或类似装置输入输入数据的结构。

虽然在本实施例中用于第一回波信号和第二回波信号的相加的加权值被设置为事先生成的曲线，但是用于可以依照要求改变加权值。优选可以根据用户希望增强用于观察的图像通过例如加权值改变旋钮或监视器的触摸面板在扫描的同时改变加权值。

虽然在本实施例中发送器/接收器114、发送射束形成器110、和接收射束形成器112设置在超声波图像生成设备100中，但是这些单元无须必须设置在超声波图像生成设备100中，而是例如可以设置在探针128中。

虽然已经以其中执行穿刺的实例说明了本发明，但是本发明可以用于不执行穿刺的外科手术或其它应用。

本发明的上述实施例仅说明了本发明的实例，并且没有以任何方式限制本发明的结构。本发明的超声波图像生成设备不受限于上述实施例，并且可以在不背离本发明的精神和保护范围的情况下以各种方式修改或执行本发明的超声波图像生成设备。

本发明的超声波图像生成设备可以用于使用超声波生成对象的断层分析图像。

Claims (11)

1.一种超声波图像生成设备，包括：

探针控制装置，用于使探针发送和接收第一超声波和第二超声波；

焦点控制装置，用于对于发送声线中的每一个控制由所述探针发送和接收的所述第一超声波的焦点和所述第二超声波的焦点；

加权相加装置，用于执行在发送所述第一超声波时接收到的第一回波信号和在发送所述第二超声波时接收到的第二回波信号的加权相加以获得合成回波信号；和

图像生成装置，用于根据由所述加权相加装置获得的所述合成回波信号生成超声波图像，

其中所述焦点控制装置控制所述第一超声波的所述焦点的位置以被定位在成像目标位置处，并且所述焦点控制装置控制所述第二超声波的焦点的位置以被定位在相同的位置处，并且

其中所述探针控制装置使所述探针发送所述第一超声波和所述第二超声波，所述第一超声波和所述第二超声波具有由所述焦点控制装置控制的所述焦点的位置。

2.根据权利要求1所述的超声波图像生成设备，其中，所述加权相加装置根据用于所述第一超声波中的所述发送声线中的每一个的所述焦点的深度和用于所述第二超声波中的所述发送声线中的每一个的所述焦点的深度为所述第一回波信号和所述第二回波信号中的接收声线中的每一个确定将在所述加权相加中使用的加权值。

3.根据权利要求2所述的超声波图像生成设备，其中，所述加权相加装置根据所述第一回波信号和所述第二回波信号中的所述接收声线的深度改变在所述加权相加中使用的所述加权值以进行所述加权相加。

4.根据权利要求3所述的超声波图像生成设备，其中，所述加权相加装置随着所述接收声线的深度在第二区域中增加而平滑地改变在所述加权相加中使用的所述加权值，其中所述第二区域为用于所述第一超声波中的所述发送声线中的每一个的所述焦点与用于所述第二超声波中的所述发送声线中的每一个的所述焦点之间的区域。

5.根据权利要求4所述的超声波图像生成设备，其中：

所述加权相加装置随着接近所述第一超声波的所述焦点的深度而在所述加权相加中增加所述第一回波信号的加权值；以及

所述加权相加装置随着接近所述第二超声波的所述焦点的深度而在所述加权相加中增加所述第二回波信号的加权值。

6.根据权利要求1或2所述的超声波图像生成设备，还包括用于事先存储所述成像目标的信息的目标信息存储器装置，并且

其中所述焦点控制装置根据存储在所述目标信息存储器装置中的成像目标的信息确定用于所述第一超声波中的所述发送声线中的每一个的所述焦点的深度。

7.根据权利要求1或2所述的超声波图像生成设备，还包括用于根据所述超声波图像的差分图像提取所述成像目标的目标提取装置，并且

其中所述焦点控制装置根据由所述目标提取装置提取的所述成像目标的位置确定用于所述第一超声波中的所述发送声线中的每一个的所述焦点的深度。

8.根据权利要求1或2所述的超声波图像生成设备，其中，在其中用于所述第一超声波中的所述发送声线中的每一个的所述焦点的深度大于最大视野深度的区域中，所述加权相加装置不执行所述加权相加。

9.根据权利要求1或2所述的超声波图像生成设备，其中，在其中用于所述第一超声波中的所述发送声线中的每一个的所述焦点的深度大于最大视野深度的区域中，所述加权相加装置使所述第一回波信号的加权值为0。

10.根据权利要求1或2所述的超声波图像生成设备，其中，当由所述焦点控制装置控制的所述第一超声波的所述焦点的深度位于比最大视野深度深的位置处时，所述焦点控制装置将焦点放置在比所述最大视野深度浅的位置处。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的超声波图像生成设备，其中，在第三区域中，所述加权相加装置随着深度的增加而逐渐地减小所述第一回波信号和所述第二回波信号中的具有更深的焦点的那个回波信号的加权值，所述第三区域位于比所述第一超声波的所述焦点和所述第二超声波的所述焦点中的位于更深位置的那个焦点的位置更深的位置处。

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