CN102670244A - 超声波诊断装置和超声波图像产生方法 - Google Patents

超声波诊断装置和超声波图像产生方法 Download PDF

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Abstract

一种超声波诊断装置和超声波图像产生方法。所述超声波诊断装置包括：关注区域设置单元，用于在B模式图像中设置关注区域；腹壁检测器，用于在所述B模式图像中检测对象的腹壁；控制器，用于控制所述发送电路和所述接收电路，以获得用于测量声速的接收数据，所述发送电路发送由所述换能器阵列发射的超声波束，所述超声波束被转向为垂直进入由所述腹壁检测器检测到的腹壁，在所述关注区域中和所述关注区域附近设置的多个点处分别形成发送焦点；以及声速计算器，用于基于所获得的用于测量声速的接收数据，计算所述关注区域中的局部声速。

Description

超声波诊断装置和超声波图像产生方法
技术领域
本发明涉及超声波诊断装置和超声波图像产生方法，且具体地涉及用于既产生B模式图像也测量声速的超声波诊断装置。
背景技术
常规上，在医疗领域中采用了使用超声波图像的超声波诊断装置。一般而言，该类型的超声波诊断装置包括具有内置换能器阵列的超声波探头和连接到超声波探头的装置本体。超声波探头向对象体内部发送超声波束，接收来自对象的超声回波，以及装置本体对接收信号进行电处理，以产生超声波图像。
近些年来，测量被检查区域中的声速，以实现对对象体内的区域的更准确的诊断。
例如，JP2010-99452A提出了一种超声波诊断装置，其中，在被检查部位周围设置多个格点，且向格点发送超声波束并从格点接收超声波束，以获得接收数据，并基于该接收数据来计算局部声速。
发明内容
JP2010-99452A描述了一种具有超声波探头的设备，超声波探头向对象体内部发送超声波束并从对象体内部接收超声波束，以获得在被检查部位处的局部声速，从而使得能够显示例如在其上叠加了局部声速的B模式图像。此外，产生表示局部声速在给定区域中相应点处分布情况的声速图并将其与B模式图像一起显示有效地支持了对被检查部位的诊断。
然而，由于脂肪等的存在而导致覆盖器官的腹壁附近的点处的声速与其它点处的声速不同，存在以下问题：由于从超声波探头发射的超声波束通过腹壁，超声波束可以根据相对于腹壁的入射角度发生折射，从而可能使得准确的测量变得不可实现。
本发明的目的是消除与现有技术相关联的这种问题，并提供一种能够通过减少由腹壁引起的超声波束的折射效果来准确测量声速的超声波诊断装置和超声波图像产生方法。
根据本发明的一种超声波诊断装置，包括：
换能器阵列；
发送电路，用于从所述换能器阵列向对象发送超声波束；
接收电路，用于处理从换能器阵列输出的接收信号，以产生接收数据，所述换能器阵列已接收到来自所述对象的超声回波；
图像产生器，用于基于由所述接收电路获得的接收数据，产生B模式图像；
关注区域设置单元，用于在由所述图像产生器产生的B模式图像中设置关注区域；
腹壁检测器，用于在所述图像产生器产生的B模式图像中检测所述对象的腹壁；
控制器，用于控制所述发送电路和所述接收电路，以获得用于测量声速的接收数据，所述发送电路发送由所述换能器阵列发射的超声波束，所述超声波束被转向为垂直进入由所述腹壁检测器检测到的腹壁，在所述关注区域中和所述关注区域附近设置的多个点处分别形成发送焦点；以及
声速计算器，用于基于所获得的用于测量声速的接收数据，计算所述关注区域中的局部声速。
根据本发明的一种超声波图像产生方法，包括以下步骤：
从换能器阵列向对象发送超声波束；
基于从换能器阵列输出的接收信号，产生接收数据，所述换能器阵列已接收到来自所述对象的超声回波；
基于所获得的接收数据，产生B模式图像；
在所产生的B模式图像中设置关注区域；
在所述B模式图像中检测所述对象的腹壁；
在所述关注区域中和所述关注区域附近，设置多个点；
发送并接收超声波束，以获得用于测量声速的接收数据，发送由所述换能器阵列发射的超声波束，所述超声波束被转向为垂直进入所述腹壁，在所述点处形成发送焦点；以及
基于所获得的用于测量声速的接收数据，计算所述关注区域中的局部声速。
附图说明
图1是示出了根据本发明的实施例1的超声波诊断装置的配置的框图。
图2A和2B示意性地示出了实施例1的声速计算的原理。
图3示出了在实施例1中向关注区域发送的超声波束。
图4示出了在实施例1中设置的格点。
图5示出了根据实施例1的变型向关注区域发送的超声波束。
图6示出了在实施例2中向多个关注区域发送的超声波束。
图7示出了在实施例2中如何通过插值来计算关注区域中的局部声速。
具体实施方式
下面将基于附图来描述本发明的实施例。
实施例1
图1示出了根据本发明的实施例1的超声波诊断装置的配置。超声波诊断装置包括连接到发送电路2和接收电路3的换能器阵列1。接收电路3顺序连接到信号处理器4、DSC(数字扫描转换器)5、图像处理器6、显示控制器7和监视器8。图像处理器6连接到图像存储器9和腹壁检测器10。接收电路3还连接到接收数据存储器11和声速计算器12。
信号处理器4、DSC 5、显示控制器7、腹壁检测器10、接收数据存储器11以及声速计算器12连接到控制器13。控制器13还连接到操作单元14和存储单元15。
换能器阵列1包括以一维或二维方式排列的多个超声波换能器。这些超声波换能器均根据从发送电路2供应的致动信号来发送超声波，且接收来自对象的超声回波，以输出接收信号。每个超声波换能器包括振动器，该振动器由压电体和在压电体的两端上分别提供的电极构成。压电体由例如以下各项构成：以PZT(锆钛酸铅)为代表的压电陶瓷、以PVDF(聚偏二氟乙烯)为代表的聚合压电器件、或以PMN-PT(铌镁酸铅钛酸铅固溶，lead magnesium niobate lead titanatesolid solution)为代表的压电单晶。
当向每个振动器的电极供应脉冲电压或连续波电压时，压电体膨胀并收缩以引起振动器产生脉冲或连续超声波。将这些超声波合并以形成超声波束。当接收到传播的超声波时，每个振动器膨胀并收缩以产生电信号，然后将电信号作为超声波的接收信号加以输出。
发送电路2包括例如多个脉冲器，并基于根据由发送控制器13发送的指令信号所选择的发送延迟模式来调整致动信号的延迟量，使得从换能器阵列1的多个超声波换能器发送的超声波形成超声波束，并向超声波换能器供应已调整过延迟的致动信号。
接收电路3对从换能器阵列1的相应超声波换能器发送的接收信号进行放大和A/D转换。
信号处理器4通过根据基于接收延迟模式所设置的声速或声速分布，向接收电路3产生的接收信号提供相应延迟，然后求和，来执行接收定焦处理，以产生对超声回波进行良好定焦的声线信号，所述接收延迟模式是根据来自控制器13的控制信号选择的；并且当根据距离对衰减进行了校正时(所述距离取决于超声波的反射深度)，执行包络检测处理，以产生B模式图像信号，所述B模式图像信号是对象体内的组织的断层成像图像信息。
DSC 5将信号处理器4产生的B模式图像信号转换为与普通电视信号扫描模式兼容的图像信号(光栅转换)。
图像处理器6在向显示控制器7输出B模式图像信号或将B模式图像信号存储在图像存储器9之前，对从DSC 5输入的B模式图像信号执行所需的包括渐变处理在内的各种处理。
信号处理器4、DSC 5、图像处理器6以及图像存储器9构成了图像产生器16。
显示控制器7根据已经过图像处理器6的图像处理的B模式图像信号，使监视器8显示超声波诊断图像。
监视器8包括显示设备(比如，LCD)，并例如在显示控制器7的控制下显示超声波诊断图像。
腹壁检测器10根据由图像处理器6进行过图像处理的B模式图像信号，在B模式图像中检测对象的腹壁P，并检测腹壁P的形状。
接收数据存储器11逐通道顺序地存储从接收电路3输出的接收数据。接收数据存储器11将从控制器13输入的与帧速率相关的信息与上述接收数据进行关联存储。这种信息包括例如：反射超声波的位置的深度、扫描线的密度以及表示视野范围的参数。
在控制器13的控制下，声速计算器12基于在接收数据存储器11中存储的接收数据，计算被检查的对象体内的组织中的局部声速。
控制器13根据操作者使用操作单元14输入的指令，控制超声波诊断装置中的组件。
为了让操作者执行输入操作而提供的操作单元14构成了关注区域设置单元，且其可以由例如键盘、鼠标、轨迹球和/或触摸板构成。
存储单元15存储例如操作程序，且可以由例如记录介质(比如硬盘、软盘、MO、MT、RAM、CD-ROM、DVD-ROM、SD卡、CF卡、或USB存储器、服务器等等)构成。
尽管信号处理器4、DSC 5、图像处理器6、显示控制器7和声速计算器12均由CPU和用于使CPU执行各种类型处理的操作程序构成，但是它们也可以均由数字电路构成。
操作者可以使用操作单元14来选择以下三种显示模式之一。它们是：用于单独显示B模式图像的模式；用于显示B模式图像，同时在B模式图像上叠加关注区域中的局部声速的模式；以及用于并列显示B模式图像和局部声速的模式。
为了显示B模式图像，首先换能器阵列1的多个超声波换能器根据从发送电路2供应的致动信号来发送超声波，且已接收到来自对象的超声回波的超声波换能器向接收电路3输出接收信号，接收电路3产生接收数据。已接收到接收数据的信号处理器4产生B模式图像信号，DSC 5执行B模式图像信号的光栅转换，且图像处理器6对B模式图像信号执行各种图像处理，从而基于该B模式图像信号，显示控制器7使监视器8显示超声波诊断图像。
可以通过在本申请的申请人提交的JP2010-99452A中所描述的方法来计算局部声速。
该方法根据惠更斯原理获得格点X处的局部声速。如图2A所示，现在假定当向对象内部发送超声波时，接收波Wx从格点X(对象中的反射点)到达换能器阵列1，且假定多个格点A1、A2、...以相等间隔排列在比格点X更浅的位置处，即，更接近换能器阵列1，如图2B所示。则，根据惠更斯原理获得格点X处的局部声速，从而，通过将已从格点X接收到接收信号的格点A1、A2、...所发送的接收波W1、W2、...合并而产生的合成波Wsum与来自格点X的接收波Wx一致。
首先，获得所有格点X、A1、A2、...的最优声速。本文中的最优声速指：随着所设置的声速的改变，在基于所设置的声速对格点执行定焦计算并成像以产生超声波图像之后，允许获得最高图像对比度和锐度(sharpness)的声速。如JP08-317926A中描述的，可以基于例如图像对比度、扫描方向上的空间频率、以及分散(dispersion)来判断最优声速。
接下来，使用格点X的最优声速来计算从格点X发射的虚接收波Wx的波形。
此外，将格点X处的假设局部声速V改变为各种值，以计算来自格点A1、A2、...的接收波W1、W2、...的虚合成波Wsum。此时假定声速在格点X和格点A1、A2、...之间的区域Rxa中是一致的，且等于在格点X处的局部声速V。超声波从格点X传播到格点A1、A2、...的时间分别是XA1/V、XA2/V、...，其中，XA1、XA2、...是格点X和格点A1、A2、...之间的距离。将从格点A1、A2、...发射的反射波与对应于时间XA1/V、XA2/V、...的相应延迟相结合，得到了虚合成波Wsum。
接下来，计算通过将格点X处的假设局部声速V改变为各种值所计算出的多个虚合成波Wsum与来自格点X的虚接收波Wx之间的相应差，以将该差变为最小值的假设局部声速V确定为局部声速。可以通过任意恰当方法来计算虚合成波Wsum和来自格点X的虚接收波Wx之间的差，这些恰当方法包括：使用互相关的方法、通过将接收波Wx与从合成波Wsum获得的延迟相乘而使用相位匹配求和的方法、以及通过将合成波Wsum与从接收信号Wx获得的延迟相乘而使用相位匹配求和的方法。
从而，可以基于接收电路3产生的接收数据来准确地计算对象内的局部声速。可以类似地产生表示局部声速在所设置的关注区域中的分布的声速图。
接下来，将描述实施例1的操作。
首先，根据来自发送电路2的致动信号，换能器阵列1的多个超声波换能器发送超声波束，且已接收到来自对象的超声回波的超声波换能器向接收电路3输出接收信号，以产生接收数据，由此显示控制器7基于图像产生器16产生的B模式图像信号，使监视器8显示B模式图像。
现在，操作者操作操作单元14，在监视器8上显示的B模式图像中设置关注区域R，由此腹壁检测器10检测位于换能器阵列1和关注区域R之间的对象的腹壁P的形状。向控制器13发送腹壁P的形状，且如图3所示，控制器13设置针对发送延迟模式的控制信号，从而从换能器阵列向关注区域R发送的超声波束B被转向为：以与腹壁P实质垂直的转向角进入由腹壁检测器10检测到的腹壁P。由于根据这种发送模式从发送电路2向超声波换能器供应致动信号，因此可以将超声波束转向为实质以直角进入腹壁P，而不是以垂直于换能器阵列1的方向发送。此外，控制器13在关注区域R附近设置多个格点，以将关注区域R夹在中间。例如如图4所示，多个格点E可以被设置为与被转向的超声波束B垂直。
接下来，控制器13根据如此设置的控制信号来控制发送电路2和接收电路3，且对从换能器阵列1发射的实质以直角进入腹壁P并在它们相应的格点处形成发送焦点的超声波束B进行顺序接收。如此发送的实质以直角进入腹壁P的超声波束B可以通过腹壁P，而几乎没有受到腹壁P的折射的影响，从而在它们相应的格点处形成发送焦点。
随后，将每次接收到超声波束时接收电路3产生的用于测量声速的接收数据顺序存储在接收数据存储器11中。当在接收数据存储器11中存储了针对在关注区域R附近设置的全部格点E的用于测量声速的接收数据时，基于被具有不同深度的格点E夹在中间的关注区域R内声速一致的假设，声速计算器12使用在接收数据存储器11中存储的用于测量声速的接收数据来计算在关注区域R中的局部声速。
从而，可以通过根据控制信号来调整已发送超声波束的转向角，允许超声波束实质以直角进入对象的腹壁P，使得可以减小由腹壁P产生的超声波束的折射效果，实现准确的声速测量。
还可以通过多次发送超声波束B，同时对从换能器阵列1发送的超声波束B的转向角进行微小改变，使其实质以直角进入腹壁P，来增强声速测量的准确性。
当腹壁检测器10检测到对象的腹壁P的形状时，控制器13获得允许超声波束B实质以直角进入腹壁P的超声波束B的转向角，同时设置用于控制发送超声波束B1、B2和B3的发送延迟模式的控制信号，超声波束B1、B2和B3相对于相同关注区域R具有略微不同的转向角，如图5所示。基于如此设置的控制信号，控制器13控制发送电路2和接收电路3，通过换能器阵列1向和从相同关注区域R发送和接收超声波束B1、B2和B3，以获得多个接收数据。现在，由于腹壁P引起的折射效果很小，因此被允许实质以直角进入腹壁P的超声波束B2产生了波前仅被微小干扰的接收数据，反之未被转向为以直角进入腹壁P的超声波束B1和B3产生了波前受到腹壁P引起的折射效果干扰的接收数据。因此，声速计算器12使用从超声波束B1、B2和B3获得的多个接收数据中具有最小受扰波前的接收数据，作为用于计算声速的接收数据，以计算关注区域R内的局部声速。
从而，使用通过发送和接收各自具有相对于关注区域R略微不同的转向角的多个超声波束所获得的多个接收数据中的受腹壁P引起的超声波束的折射影响最小的接收数据，作为用于测量声速的接收数据，使得能够准确地进行声速测量。
实施例2
在B模式图像中还提供了多个关注区域R，使得声速计算器12计算相应关注区域中的局部声速，以产生包含这些关注区域R在内的区域的声速图。
例如如图6所示，在B模式图像中设置3个关注区域R1、R2和R3的情况下，类似于实施例1，发送和接收超声波束，所述超声波束在三个方向上各自被转向，以允许其以直角进入位于换能器阵列1和相应关注区域R1、R2和R3之间的腹壁P。
基于如此接收的用于测量声速的接收数据，声速计算器12计算在关注区域R1、R2和R3中的相应局部声速。此外，声速计算器12通过使用已计算出的相应局部声速进行插值，计算出关注区域R1、R2和R3之间的位置上的局部声速。
例如如图7所示，可以通过使用关注区域R1和R2中的局部声速，并考虑关注区域R1和R4之间的距离L1和关注区域R2和R4之间的距离L2，来求平均，以对关注区域R1和R2之间的关注区域R4中的局部声速进行插值。重复插值以产生包含关注区域R1、R2和R3在内的区域的声速图。
由声速计算器12获得的与声速图相关的数据在被发送到显示控制器7之前，被允许经过DSC 5的光栅转换和图像处理器6的各种图像处理。然后，根据操作者从操作单元14输入的显示模式，在监视器8上显示具有声速图叠加于其上的B模式图像，或在监视器8上并列显示B模式图像和声速图。
从而，可以基于降低了腹壁P引起的超声波束的折射效果的接收数据，来产生准确的声速图。此外，可以通过使用通过发送和接收超声波束所获得的在相邻关注区域中的局部声速，对在这些关注区域之间的区域的局部声速进行插值，来产生没有失真的声速图。

Claims (6)

1.一种超声波诊断装置，包括：
换能器阵列；
发送电路，用于从所述换能器阵列向对象发送超声波束；
接收电路，用于处理从所述换能器阵列输出的接收信号，以产生接收数据，所述换能器阵列已接收到来自所述对象的超声回波；
图像产生器，用于基于由所述接收电路获得的接收数据，产生B模式图像；
关注区域设置单元，用于在由所述图像产生器产生的B模式图像中设置关注区域；
腹壁检测器，用于在所述图像产生器产生的B模式图像中检测所述对象的腹壁；
控制器，用于控制所述发送电路和所述接收电路，以获得用于测量声速的接收数据，所述发送电路发送由所述换能器阵列发射的超声波束，所述超声波束被转向为垂直进入由所述腹壁检测器检测到的腹壁，在所述关注区域中和所述关注区域附近设置的多个点处分别形成发送焦点；以及
声速计算器，用于基于所获得的用于测量声速的接收数据，计算所述关注区域中的局部声速。
2.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其中，所述控制器将所述点设置为位于与被转向的超声波束相垂直的线上。
3.根据权利要求1或2所述的超声波诊断装置，
其中，所述控制器控制所述发送电路和所述接收电路，以通过发送和接收相对于所述关注区域具有不同转向角的多个超声波束，来获得用于测量声速的多个接收数据，以及
其中，所述声速计算器通过使用所述用于测量声速的多个接收数据中具有最小受扰波前的接收数据，来计算所述关注区域内的局部声速。
4.根据权利要求1或2所述的超声波诊断装置，
其中，所述关注区域设置单元设置多个关注区域，以及
其中，所述声速计算器基于所获得的用于测量声速的接收数据来计算所述关注区域中的局部声速，并使用计算出的所述关注区域内的局部声速，插值得到所述关注区域之间的区域中的局部声速。
5.根据权利要求3所述的超声波诊断装置，
其中，所述关注区域设置单元设置多个关注区域，以及
其中，所述声速计算器基于所获得的用于测量声速的接收数据来计算所述关注区域中的局部声速，并使用计算出的所述关注区域内的局部声速，插值得到所述关注区域之间的区域中的局部声速。
6.一种超声波图像产生方法，包括以下步骤：
从换能器阵列向对象发送超声波束；
基于从所述换能器阵列输出的接收信号，产生接收数据，所述换能器阵列已接收到来自所述对象的超声回波；
基于所获得的接收数据，产生B模式图像；
在所产生的B模式图像中设置关注区域；
在所述B模式图像中检测所述对象的腹壁；
在所述关注区域中和所述关注区域附近，设置多个点；
发送并接收超声波束，以获得用于测量声速的接收数据，发送由所述换能器阵列发射的超声波束，所述超声波束被转向为垂直进入所述腹壁，在所述点处形成发送焦点；以及
基于所获得的用于测量声速的接收数据，计算所述关注区域中的局部声速。
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