CN102551793A

CN102551793A - 超声高帧率组织多普勒成像方法及装置

Info

Publication number: CN102551793A
Application number: CN2010106145839A
Authority: CN
Inventors: 李雷
Original assignee: Shenzhen Mindray Bio Medical Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Mindray Bio Medical Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了一种超声高帧率组织多普勒成像方法及装置，其方法为：在TDI取样区域外，将B扫描脉冲拆分为多个子帧进行发射；在TDI取样区域内，只进行TDI模式扫描，且对应每一个B扫描的子帧，发射一帧TDI扫描脉冲；然后接收回波信号，对TDI取样区域内的回波信号分为两路，一路进行B信号处理得到B型图像数据，另一路进行TDI信号处理得到TDI图像数据；对TDI取样区域外，将各子帧对应的B型图像数据进行帧插值处理得到与TDI图像帧率一致的B型图像，然后将TDI取样区域外的B型图像与TDI取样区域内的B型图像拼接得到完整的B型图像。采用本发明可使系统在最少发射脉冲下，获得更高的帧率，从而提高TDI成像质量。

Description

超声高帧率组织多普勒成像方法及装置

技术领域

本发明涉及超声成像领域，尤其涉及的是一种超声高帧率组织多普勒成像方法及装置。

背景技术

医用超声成像诊断设备利用超声波在人体中的传播，得到人体组织和器官结构的超声波特征信息。当前的超声诊断系统通常采用多阵元探头。在这种系统中，高压脉冲波加载在探头各阵元上，激励阵元产生高频超声波进而形成发射波束进入人体。探头各阵元接收人体组织结构散射或反射的回波，形成接收波束。超声诊断系统提取超声回波中的信息，形成各种成像模式显示。

彩色多普勒血流成像模式(简称Color模式)通过动目标显示方式计算出血流中的血细胞的动态信息，根据血细胞的移动方向、速度、分散情况，调配红、蓝、绿三基色，变化其亮度，叠加在二维扫描图像(简称B型图像)上，显示人体内血流信息。相应的，组织多普勒图像(简称TDI)是通过计算心肌运动的动态信息，显示出心脏的速度和方向信息，提供诊断依据。

在医用超声系统中，帧率也就是时间分辨力起着至关重要的作用。一个二维图像的帧率通常由一个扫描周期内系统脉冲发射次数所决定，当系统扫描密度低时，帧率自然会有所提高，但横向分辨力会受到影响。在Color或TDI模式下，系统对同一条发射线一般要进行多次发射以获取多普勒信息，相应的帧率会有所下降。

在TDI模式下，需要对心肌的运动进行应变，应变率等进行分析，或者进行彩色曲线解剖M等成像，要求系统帧率必须达到一定程度才可以获得有意义的图像信息用于诊断，因此常规的扫描方式的帧率是不能够满足该模式的工作要求。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声高帧率组织多普勒成像方法及装置，旨在解决现有的扫描方式在多普勒成像时不能满足帧率的要求的问题。

本发明的技术方案如下：一种超声高帧率组织多普勒成像方法，其包括以下步骤：

S1：定义脉冲扫描方式，在TDI取样区域外，将B扫描脉冲拆分为多个子帧进行发射；在TDI取样区域内，只进行TDI模式扫描，且对应每一个B模式扫描的子帧，发射一帧TDI扫描脉冲。

S2：获取脉冲回波信号，并对回波信号进行波束合成。

S3：波束合成后，对TDI取样区域内的回波信号分为两路，一路进行第一正交解调，另一路进行第二正交解调；对TDI取样区域外的信号进行第一正交解调。

S4：对进行第一正交解调后的信号进行B信号处理得到B型图像数据，对进行第二正交解调后的信号进行TDI信号处理得到TDI图像数据。

S5：对TDI取样区域外，各子帧对应的B型图像数据进行帧插值处理得到与TDI图像帧率一致的B型图像，然后TDI取样区域外的B型图像与TDI取样区域内的B型图像拼接得到完整的B型图像。

一种超声高帧率组织多普勒成像装置，其包括：用于在TDI取样区域外，将B扫描脉冲拆分为多个子帧进行发射；在TDI取样区域内，只进行TDI模式扫描，且对应每一个B模式扫描的子帧，发射一帧TDI扫描脉冲的脉冲发射波形控制模块；用于发射和接收回波信号的脉冲发射/接收模块；用于将超声回波转换为电信号的超声换能器；用于波束合成提供回波信号信噪比的波束合成模块；用于对TDI取样区域内的回波信号进行解调得到B信号的第一正交解调模块；用于对TDI取样区域内的回波信号进行解调得到TDI信号的第二正交解调模块；用于对B信号进行处理的B信号处理模块；用于TDI信号进行处理的TDI信号处理模块；用于将B型图像数据进行插值获得与TDI图像帧率一致B型图像的帧插值模块和用于同时显示B型图像和TDI图像的显示模块，其中，所述脉冲发射波形控制模块、脉冲发射/接收模块和超声换能器依次连接；所述脉冲发射/接收模块连接波束合成模块，所述波束合成模块分别连接第一正交解调模块和第二正交解调模块；所述第一正交解调模块、B信号处理模块、帧插值模块和显示模块依次连接；所述第二正交解调模块、TDI信号处理模块和显示模块依次连接。

本发明的有益效果：本发明提出对TDI取样区域内的获得数据分成两组处理，同时获取TDI和B型图像信息；对TDI取样区域外的图像，拆分成多个子帧，对应每一个子帧的发射，完成一帧Color或TDI图像的发射，然后对TDI取样区域外B型图像进行插值得相应的B型图像，与区域内对应的B图像拼接获得对应于当前帧TDI模式的完整二维数据。使得系统能够在最少发射脉冲下，获得更高的帧率，从而提高TDI成像质量。

附图说明

图1为本发明提供的高帧率组织多普勒成像装置框图。

图2为本发明提供的高帧率组织多普勒成像方法流程图。

图3为普通的组织多普勒模式成像的脉冲扫描方式示意图。

图4为一种改进的组织多普勒模式成像的脉冲扫描方式示意图。

图5为一种带交叉扫描得到组织多普勒图像的脉冲扫描方式示意图。

图6为本发明实施例一提供的一种高帧率组织多普勒成像的脉冲扫描方式示意图。

图7为本发明实施例二提供的一种高帧率组织多普勒成像的脉冲扫描方式示意图。

图8为本发明提供的一种基于滑动窗技术高帧率组织多普勒成像的脉冲扫描方式示意图。

图9为组织多普勒图像与B型图像同时显示的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

参见图1，本发明提供的超声高帧率组织多普勒成像的装置包括脉冲发射波形控制模块、脉冲发射/接收模块、超声换能器、波束合成模块、第一正交解调模块、第二正交解调模块、B信号处理模块、TDI信号处理模块、帧插值模块和显示模块。所述脉冲发射波形控制模块、脉冲发射/接收模块和超声换能器依次连接；所述脉冲发射/接收模块连接波束合成模块，所述波束合成模块分别连接第一正交解调模块和第二正交解调模块；所述第一正交解调模块、B信号处理模块、帧插值模块和显示模块依次连接；所述第二正交解调模块、TDI信号处理模块和显示模块依次连接。

所述脉冲发射波形控制模块用于在TDI取样区域外，将B扫描脉冲拆分为多个子帧进行发射；在TDI取样区域内，只进行TDI模式扫描，且对应每一个B模式扫描的子帧，发射一帧TDI扫描脉冲。所述脉冲发射/接收模块用于发射和接收回波信号。所述超声换能器用于将超声回波转换为电信号。所述波束合成模块用于波束合成提供回波信号信噪比。所述第一正交解调模块用于对TDI取样区域内的回波信号进行解调得到B信号。所述第二正交解调模块用于对TDI取样区域内的回波信号进行解调得到TDI信号。所述B信号处理模块用于对B信号进行处理。所述TDI信号处理模块用于TDI信号进行处理。所述帧插值模块用于将B型图像数据进行插值获得与TDI图像帧率一致B型图像和。所述显示模块用于同时显示B型图像和TDI图像。

所述第一正交解调模块和第二正交解调模块的区别在于解调时的解调频率是不同的，第一正交解调模块的解调频率设置是与B信号扫描线的频率有关的，第二正交解调模块的解调频率设置是与TDI信号扫描线的频率有关的。

所述B信号处理模块包括依次连接的低通抽取滤波器、检波模块和对数压缩模块。所述TDI信号处理模块包括依次连接的壁滤波器、参数估计模块和帧相关模块。

所述脉冲发射波形控制模块控制发射脉冲的形状、延时以及参与发射的阵元，使发射的超声波聚焦到预定扫描线上的预定焦点位置。然后，超声回波经超声换能器各阵元接收转换成电信号。所述电信号经时间增益波长放大器放大，以补偿不同深度下的超声波衰减；再送往波束合成模块，调整各阵元回波的延时并进行变迹，以提高当前接收扫描线回波信号的信噪比。

经波束合成后的信号分成两路分别被送往第一正交解调模块和第二正交解调模块，B信号通过第一正交解调模块解调后经过低通抽取滤波处理，然后通过检波、对数压缩等B信号处理获得组织黑白图像信息，最后对获取的组织黑白图像信息进行帧插值处理得到一帧B型图像。TDI信号经第二正交解调模块正交解调后，通过壁滤波及参数估计模块以获得当前组织速度、方差和能量，随后经后处理模块对估计出来的信息进行帧相关、平滑等操作以改善图像形态得到清晰的TDI图像。最后通过显示模块将B型图像和TDI图像同时输出显示。

图2是本发明提供的超声高帧率组织多普勒成像方法的流程，其包括以下步骤：S1：定义脉冲扫描方式，在TDI取样区域外，将B扫描脉冲拆分为多个子帧进行发射；在TDI取样区域内，只进行TDI模式扫描，且对应每一个B模式扫描的子帧，发射一帧TDI扫描脉冲。

S2：获取脉冲回波信号，并对回波信号进行波束合成。

参见图3，普通的组织多普勒模式成像的脉冲扫描方式为在系统工作过程中，对B图像按照扫描线B1、B2、……、B6分别进行扫描，对TDI图像分别按照扫描线D1、D2、D3进行扫描。对如上每条扫描线分别处理，经数字扫描变换获得最后显示的二维组织多普勒信息图。

图4给出了一种传统的组织多普勒模式成像扫描方式示意图。系统首先以B1、B2、……、B6方式逐线完成B图像的扫描，然后进行TDI模式的扫描，对于TDI下每条线的扫描要进行多次扫描以估计多普勒信息，因此扫描顺序为D11、D12、D13、D21、D22、D23、D31、D32、D33，其中Dij代表着第i条线的第j次扫描。D11和D12之间的扫描间隔即为TDI模式脉冲重复周期PRI，由用户选择的测速范围Scale、声音速度Ｃ及当前发射频率f₀决定，计算公式为：

Figure 2010106145839100002DEST_PATH_IMAGE001

当用户选择的测速范围较低时，PRI时间较长，会加大系统扫描时间，影响帧率。假定TDI取样窗远端深度为depthC，完成一次发射至少需要的时间为：

当PRI>2*PRI_min时，系统可以采用交叉扫描方式提高扫描帧率，如图5所示。对于B的扫描，没有变化，对于TDI的扫描，其扫描顺序为D11、D21、D31、D12、D22、D32、D13、D23、D33，此时D11和D12的扫描间隔依然为PRI。D11和D21间的扫描时间为PRI/3，此时特别要求PRI/3>PRI_min。

图6为本发明中应用的一种高帧率组织多普勒成像示意图。系统采用交叉扫描的方式，其扫描脉冲的发射顺序为B1、D11、D21、D31、D12、D22、D32、D13、D23、D33、B2、D11、D21、D31、D12、D22、D32、D13、D23、D33、D11、D21、D31、D12、D22、D32、D13、D23、D33、B6。系统首先把扫描分为B的扫描和TDI的扫描，二者发射波形一致。对于TDI取样区域内的扫描，每线TDI的扫描Dij的波束合成后的回波数据，一方面经图1所示的第一正交解调模块和B信号处理模块处理获得相应的B数据，一方面经第二正交解调模块和TDI信号处理模块处理获得相应的TDI数据信息；对于TDI取样区域外的扫描，系统分成多个子帧，对应每一帧TDI的扫描，进行一个B的子帧的扫描，B扫描的波束合成回波数据仅需通过第一正交解调和B信号处理模块处理。最后为保证系统B图像帧率与TDI图像帧率一致，B信号处理后需要增加一个帧间插值过程，以确保B图像与TDI图像帧率保持一致。

上述交叉扫描方法在测速范围较高时无法使用，参见图7，本发明还提供一种连续重复扫描的方式，在采用本实施例提供的方法时，系统发射一条B扫描线时，对应发射一帧TDI扫描线，且一帧TDI扫描中的每一条扫描线连续重复发射多次，本实施例中设置为连续发射3次。处理方式与上述过程基本一致。

图8为本发明中提供的一种基于滑动窗技术的高帧率组织多普勒成像扫描方式示意图。当用户选择的测速范围较低时，在发射一帧TDI扫描脉冲中的一组交叉扫描脉冲后的剩余时间内发射一个或多个B扫描的子帧时，可以采用滑动窗技术更大的提高帧率。其方法步骤为：

A1：定义脉冲扫描方式，在TDI取样区域外，将B扫描脉冲拆分为多个子帧进行发射；在TDI取样区域内，只进行TDI模式扫描，且在发射一帧TDI扫描脉冲中的一组交叉扫描脉冲后的剩余时间内发射至少一个B扫描的子帧。

A2：获取脉冲回波信号，并对回波信号进行波束合成。

A3：波束合成后，对TDI取样区域内的回波信号分为两路，一路进行第一正交解调，另一路进行第二正交解调；对TDI取样区域外的信号进行第一正交解调。

A4：对进行第一正交解调后的信号进行B信号处理得到B型图像数据，对进行第二正交解调后的信号进行TDI信号处理得到TDI图像数据。

A5：将连续的多组TDI图像数据合成一帧TDI图像；对TDI取样区域外，各子帧对应的B型图像数据进行帧插值处理得到与TDI图像帧率一致的B型图像，然后与TDI取样区域内的B型图像进行拼接得到一帧完整的B型图像。

其扫描顺序为：B1、D11、D21、D31、B2、D12、D22、D32、D13、D23、D33、B6、B1、D14、D24、D34、……。其中，D11、D21、D31称为一帧TDI扫描脉冲中的一组交叉扫描脉冲，当然，所述一组交叉扫描脉冲并不限于实施例中所描述的三条TDI扫描线，也可以是四条或更多。系统处理时，对TDI成像时，以D1j、D2j、D3j形成一帧图像，D2j、D3j、D4j形成第二帧图像，依次类推，当然，本发明也不限于每三组交叉扫描脉冲形成一帧图像，也可以是四组或更多形成一帧图像。对B图像依然按照TDI取样框内经第一正交解调，TDI取样框外利用子帧插值方法形成与TDI图像帧率一致的图像。此时，帧率可以达到用户选择的测速范围，如用户选择的TDI模式脉冲重复周期PRF为500Hz时，系统的帧率可以达到500帧/秒。采用上述方法输出的超声图像如图12所示，所述B型图像与TDI图像以相同的帧率同时显示在显示设备上。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种超声高帧率组织多普勒成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：定义脉冲扫描方式，在TDI取样区域外，将B扫描脉冲拆分为多个子帧进行发射；在TDI取样区域内，只进行TDI模式扫描，且对应每一个B模式扫描的子帧，发射一帧TDI扫描脉冲；

S2：获取脉冲回波信号，并对回波信号进行波束合成；

S3：波束合成后，对TDI取样区域内的回波信号分为两路，一路进行第一正交解调，另一路进行第二正交解调；对TDI取样区域外的信号进行第一正交解调；

S4：对进行第一正交解调后的信号进行B信号处理得到B型图像数据，对进行第二正交解调后的信号进行TDI信号处理得到TDI图像数据；

2.根据权利要求1所述的超声高帧率组织多普勒成像方法，其特征在于，所述TDI扫描脉冲采用交叉扫描的方式发射。

3.根据权利要求1所述的超声高帧率组织多普勒成像方法，其特征在于，所述TDI扫描脉冲的发射方式为：系统发射一条B扫描线，对应发射一帧TDI扫描线，且一帧TDI扫描中的每一条扫描线连续重复发射多次。

4.根据权利要求1所述的超声高帧率组织多普勒成像方法，其特征在于，在拆分B扫描脉冲时，每一条B扫描线作为一个子帧。

5.根据权利要求3所述的超声高帧率组织多普勒成像方法，其特征在于，一帧TDI扫描中的每一条扫描线连续重复发射3次。

6.一种超声高帧率组织多普勒成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1：定义脉冲扫描方式，在TDI取样区域外，将B扫描脉冲拆分为多个子帧进行发射；在TDI取样区域内，只进行TDI模式扫描，且在发射一帧TDI扫描脉冲中的一组交叉扫描脉冲后的剩余时间内发射至少一个B扫描的子帧；

A2：获取脉冲回波信号，并对回波信号进行波束合成；

A3：波束合成后，对TDI取样区域内的回波信号分为两路，一路进行第一正交解调，另一路进行第二正交解调；对TDI取样区域外的信号进行第一正交解调；

A4：对进行第一正交解调后的信号进行B信号处理得到B型图像数据，对进行第二正交解调后的信号进行TDI信号处理得到TDI图像数据；

7.一种超声高帧率组织多普勒成像装置，其特征在于，包括：

用于在TDI取样区域外，将B扫描脉冲拆分为多个子帧进行发射；在TDI取样区域内，只进行TDI模式扫描，且对应每一个B模式扫描的子帧，发射一帧TDI扫描脉冲的脉冲发射波形控制模块；

用于发射和接收回波信号的脉冲发射/接收模块；

用于将超声回波转换为电信号的超声换能器；

用于波束合成提供回波信号信噪比的波束合成模块；

用于对TDI取样区域内的回波信号进行解调得到B信号的第一正交解调模块；

用于对TDI取样区域内的回波信号进行解调得到TDI信号的第二正交解调模块；

用于对B信号进行处理的B信号处理模块；

用于TDI信号进行处理的TDI信号处理模块；

用于将B型图像数据进行插值获得与TDI图像帧率一致B型图像的帧插值模块和用于同时显示B型图像和TDI图像的显示模块；

所述脉冲发射波形控制模块、脉冲发射/接收模块和超声换能器依次连接；所述脉冲发射/接收模块连接波束合成模块，所述波束合成模块分别连接第一正交解调模块和第二正交解调模块；所述第一正交解调模块、B信号处理模块、帧插值模块和显示模块依次连接；所述第二正交解调模块、TDI信号处理模块和显示模块依次连接。

8.根据权利要求7所述的超声高帧率组织多普勒成像装置，其特征在于，所述B信号处理模块包括依次连接的低通抽取滤波器、检波模块和对数压缩模块。

9.根据权利要求7所述的超声高帧率组织多普勒成像装置，其特征在于，所述TDI信号处理模块包括依次连接的壁滤波器、参数估计模块和帧相关模块。

10.根据权利要求7所述的超声高帧率组织多普勒成像装置，其特征在于，在波束合成模块的输入端上设置一时间增益波长放大器，以补偿不同深度下的超声波衰减。