CN103917167A - 超声波诊断装置以及超声波图像生成方法 - Google Patents

超声波诊断装置以及超声波图像生成方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种超声波诊断装置，所述超声波诊断装置提高了帧频(或容积比)，抗移动，且能够以高帧频或高容积比构造超声波图像。所述超声波诊断装置包括：多个换能器，其布置在超声波探头上，所述多个传感器同时振动并发射超声波束在被检体上；以及超声波图像生成单元，其生成第一超声波数据作为所述多个换能器同时振动并发射第一超声波束在被检体上的结果，并生成第二超声波数据作为所述多个换能器同时振动并发射第二超声波束在被检体上的结果，以及基于第一超声波数据和第二超声波数据来生成声像。

Description

超声波诊断装置以及超声波图像生成方法
技术领域
本发明涉及一种超声波诊断装置，且更具体地，涉及一种构造四维超声波图像的超声波诊断装置。
背景技术
传统的超声波诊断装置利用超声波探头来传送超声波至被检体内部，接收与被检体的生命组织结构一致的超声波的反射回波信号，以及提供被检体的横截面的断层单色(黑白)图像。
此外，传统的超声波诊断装置机械往复移动超声波探头以比较在不同时间所获得的相同截面的两幅图像帧，并计算生命组织的位移，其后，为组织的弹性成像信息(例如，硬度信息和应变信息)提供弹性成像图像(elastographic image)。此外，传统的超声波诊断装置交替扫描断层图像和弹性成像图像，并叠加断层图像和弹性成像图像以待显示(例如，参见专利文件1)。
而且，为了提供三维弹性成像图像，传统的超声波诊断装置选择在将相同压力施加给被检体的组织的状态下生成的多个弹性成像图像，然后合成这些所选择的弹性成像图像以创建三维弹性成像图像，或仅利用具有较大相关系数值的图像帧以创建三维弹性成像图像(例如，参见专利文件2)。
此外，传统的超声波诊断装置实时显示三维图像(立体图像)以生成4D超声波图像。
参考文献列表
专利文件
PTL1：公开号为2004-141505的日本专利
PTL2：公开号为2008-259555的日本专利
发明内容
然而，传统的超声波诊断装置易受移动的影响(例如，摄像机抖动或与压力有关的身体活动)。特别地，因为当超声波探头机械往复移动时，用来获得超声波图像的位置会移位，或取决于超声波探头往复移动所需要的周期使得两幅图像帧之间的时间差增加，传统的超声波诊断装置在利用4D系统(根据需要，更新三维图像，并实时显示更新后的图像的图像生成系统)来构造运动补偿4D超声波图像时遇到困难。此外，因为传统的超声波诊断装置通过沿布置方向顺序地振动为超声波探头布置的多个换能器，为获得断层图像或弹性成像图像所需要的时间段延长，且在以高帧频或高容积比创建4D超声波图像时遇到困难。
因此，本发明的一个目的是提供一种能够以高帧频或高容积比构造超声波图像(例如，4D超声波图像)的超声波诊断装置。
解决问题的方案
根据本发明的超声波诊断装置包括：
多个换能器，其布置在超声波探头中，以致同时振动以向被检体投射超声波束；以及
超声波图像生成单元，其用于经由通过同时振动多个换能器而向被检体投射第一超声波束来生成第一超声波数据，并经由通过同时振动多个换能器而向被检体投射第二超声波束来生成第二超声波数据，以及用于基于第一超声波数据和第二超声波数据来生成弹性成像图像。
根据该布置，因为同时振动多个换能器以向被检体投射超声波束，要给被检体的横截面生成超声波数据，需要超声波束的发射的单一性能，因此，帧频(或容积比)增加，则能够以高帧频或高容积比构造弹性成像图像。
本公开的有益效果
根据本发明，提供了一种能够提高帧频(或容积比)的超声波诊断装置，因为同时振动多个换能器以向被检体投射超声波束，因此，能够通过超声波束的发射的单一性能来生成用于被检体的横截面的超声波数据。
附图说明
图1是示出了根据本发明的一个实施例的超声波诊断装置的示意图；
图2是示出了传送和接收平面波的示意图；
图3是示出了通过超声波探头的往复移动生成体数据(超声波数据)的示意图；
图4是示出了多个换能器顺序振动情况下的示意图和多个换能器同时振动情况下的示意图；
图5是多个换能器顺序振动情况下向前移动和向后移动的比较示意图和多个换能器同时振动情况下向前移动和向后移动的比较示意图；
图6是用于说明对体数据进行相关计算的时间间隔的示意图；
图7是用于说明多个换能器以帧数据采集顺序而进行顺序传送和同时传送的示意图；
图8是用于说明交替采集断层图像(单色图像)、弹性成像图像(弹性成像)，以及多普勒图像的示意图；
图9是用于说明基于在三维空间(X、Y、Z)中沿各个方向的位移来生成弹性成像图像情况的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图描述关于本发明的实施例的超声波诊断装置。
图1中示出了本发明的实施例的超声波诊断装置100。如图1所示，超声波诊断装置100包括：
超声波探头102，其被利用来接触被检体101；传送单元105，其以预定时间间隔经由超声波探头102重复地传送超声波至被检体101；接收单元106，其接收从被检体101反射的反射回波信号；传送/接收控制单元107，其控制传送单元105和接收单元106；数据存储单元111，其暂时存储由接收单元106所接收的反射回波；相位校正/累加单元108，其进行相位校正和相位累加以便于形成从数据存储单元111所接收到的单一波束；RF保存/选择单元109，其存储由相位校正/累加单元108所生成的RF信号帧数据(超声波数据)；超声波图像生成单元150，其基于存储在RF保存/选择单元109中的RF信号帧数据来生成超声波图像；以及显示单元120，其显示由超声波图像生成单元150所生成的超声波图像。超声波诊断装置100还包括：控制单元103，其控制各个部件；以及操作单元104，其被利用为控制单元103提供各种输入。操作单元104包括键盘和跟踪球。
多个换能器122(振动器)布置在超声波探头102中。超声波探头102具有通过多个换能器122传送超声波至被检体101，并从被检体101接收超声波的功能。为超声波探头102设置矩形或扇形换能器122。超声波探头102沿与布置有多个换能器122的X方向垂直的方向(沿短轴线)机械地往复移动。因为通过机械地移动超声波探头102来机械地往复移动多个换能器122，对超声波进行三维传送和接收。
布置在超声波探头102中的多个换能器122同时振动以向被检体101投射超声波束。这些多个换能器122还可以沿布置方向X顺序地振动以向被检体101投射超声波束。
传送单元105生成传送脉冲，使用传送脉冲来驱动超声波探头102的多个换能器122以生成超声波。传送单元105具有为所传送的超声波的会聚点设定预定深度的功能，以及具有促使生成平面波的功能。接收单元106利用预定增益来放大由超声波探头102所接收的反射回波信号，并生成RF信号(即，所接收到的信号)。超声波传送/接收控制单元107控制传送单元105和接收单元106。
相位校正/累加单元108控制由接收单元106所放大的RF信号的相位，相对于一个会聚点或多个会聚点形成超声波束，并生成RF帧数据(对应于RAW数据)。
超声波图像生成单元150还包括二维断层图像配置单元113、断层体数据生成单元114、三维断层图像配置单元115、二维弹性成像图像配置单元116、弹性成像体数据生成单元117、三维弹性成像图像配置单元118以及合成处理单元119。
二维断层图像配置单元113基于存储在RF保存/选择单元109中的RF信号帧数据来生成二维断层图像(超声波图像)。断层体数据生成单元114利用通过二维断层图像配置单元113所获得的二维断层图像，根据二维断层图像采集位置进行三维坐标变换，并生成断层体数据(超声波数据)。三维断层图像配置单元115基于断层体数据的亮度和不透明度进行体绘制，并创建三维断层图像(超声波图像)。
二维弹性成像图像配置单元116基于存储在RF保存/选择单元109中的多组RF信号帧数据构造二维弹性成像图像(超声波图像)。弹性成像体数据生成单元117利用通过二维弹性成像图像配置单元116所获得的二维弹性成像图像，并根据二维弹性成像图像采集位置进行三维坐标变换，且生成弹性成像体数据(超声波数据)。三维弹性成像图像配置单元118基于弹性成像体数据的弹性值和不透明度进行体绘制，并创建三维弹性成像图像(超声波图像)。
合成处理单元119将二维断层图像与二维弹性成像图像合成，或将三维断层图像与三维弹性成像图像合成。显示单元120显示，例如，通过合成处理单元119所获得的合成图像，或二维断层图像(超声波图像)。
紧接着，将描述由超声波图像生成单元150所进行的具体操作。基于对控制单元103的设定条件，二维断层图像配置单元113接收由RF保存/选择单元109所输出的RF帧数据，进行信号处理，例如，增益校正、对数压缩、边缘增强以及滤波，然后构造二维断层图像。超声波探头102能够在进行超声波的传送/接收的同时检测传送/接收方向(θ,φ)，然后根据对应于二维断层图像的采集位置的传送/接收方向(θ,φ)，断层体数据生成单元114基于多个二维断层图像进行三维坐标变换，并生成断层体数据。
三维断层图像配置单元115利用断层体数据来形成三维断层图像。三维断层图像配置单元115基于等式(1)至(3)进行体绘制。
Cout(i)＝Cout(i–1)+(1–Aout(i–1)).A(i).C(i).S(i)    (1)
Aout(i)＝Aout(i–1)+(1–Aout(i–1)).A(i)    (2)
A(i)＝Opacity[C(i)]....    (3)
这里，C(i)是在从所创建的二维投射平面上的预定点观察三维断层图像的情况下沿着视线所定位的第i个体素的亮度值。Cout(i)是待输出的像素值。例如，当沿着视线布置N个体素的亮度值时，通过将I＝0到(N-1)相加所获得的亮度值Cout(N-1)是待输出的最终像素值。Cout(i-1)表示直到第(i-1)个体素的总值。
此外，A(i)表示对于存在于视线上的第i个亮度值的不透明度(Opacity)，且如等式(3)所示，A(i)被设置为取值范围从0至1.0的断层不透明度表。当基于亮度值来检验断层不透明度表中的不透明度时，要确定对于待输出的二维投射平面(三维断层图像)的贡献率。
S(i)是对于通过利用亮度C(i)和基于周边像素值所获得的梯度来计算的阴影的权重分量，并表示阴影增强效果；例如，在光源与以体素为中心的平面的法线对齐的情况下，因为光线反射最强烈，所以设置为1.0，而在光源垂直于法线的情况下，设置为0.0。
对于Cout(i)和Aout(i)，0用作初始值。如等式(2)所示，每次通过一个体素就增加Aout(i)，且收敛于1.0。因此，如等式(1)所示，在直到第i个体素的不透明度的Aout(i-1)的总值已经达到大约1.0的情况下，不再为输出图像并入第i个及之后体素的亮度值C(i)。
二维弹性成像图像配置单元116通过利用存储在RF保存/选择单元109中的多组RF信号帧数据(超声波数据)来测量位移。然后，二维弹性成像图像配置单元116基于所获得的位移来计算弹性值，并形成二维弹性成像图像。也就是，通过同时振动超声波探头102的多个换能器122，将第一超声波束射向被检体101，则生成第一超声波数据，而通过同时振动换能器122将第二超声波束射向被检体101，则生成第二超声波数据，然后二维弹性成像图像配置单元116比较第一超声波数据与第二超声波数据，基于被检体101的位移计算弹性值，并生成弹性成像图像(超声波图像)。弹性值包括至少一种类型的弹性成像信息，例如，应变、弹性、位移、粘度、刚度或应变率。
弹性成像体数据生成单元117根据对应于二维弹性成像图像的采集位置的传送/接收方向(θ,φ)对多个二维弹性成像图像进行三维变换，并生成弹性成像体数据(超声波数据)。三维弹性成像图像配置单元118利用弹性值对弹性成像体数据(超声波数据)进行体绘制，并形成三维弹性成像图像(超声波图像)。
现在将对同时振动多个换能器122以生成作为平面波的超声波束的情况给予说明。图2是示出了平面波传送和接收的示意图。图2(a)是示出了平面波的传送的示意图。当由超声波探头102的各个换能器122生成，例如，具有几乎相同强度的声波时，可以获得平行于超声波探头102的表面的平面波。因为通过同时振动多个换能器122将平面波(超声波束)射向被检体101，通过平面波(超声波束)的发射的单一性能来生成被检体101的横截面的RF帧数据(超声波数据)，且因此，与沿布置方向X顺序地振动多个换能器以将超声波束射向被检体101的超声波诊断装置相比较，提高了帧频(或容积比)，获得了大约1000至10000[fps]的帧频。
图2(b)是示出了平面波接收的示意图。如图2(b)所示，因为各个换能器122在空置时间段内接收反射信号，所以获得在成像区域中各个暂时位置(temporal position)处从被检体101的组织反射的反射信号。在成像区域中的反射信号的数据存储在数据存储单元111中。如图2(c)所示，因为对于已经接收的反射信号数据进行相位校正，多条束线可以形成在成像区域内。假设在预定位置处产生的声音将在球面上传播，以这样的方式进行信号接收和相位调整，使得相位校正/累加单元108校正时间延迟，由于声音的传播信号到达各个换能器是带有时间延迟的。
如上所述，为超声波探头102布置多个换能器122，且多个换能器122同时振动以将超声波束射向被检体101。超声波图像生成单元150基于当移动超声波探头102时所获得的超声波数据生成三维超声波图像(三维断层图像、三维弹性成像图像等)。
紧接着，将对通过利用被机械驱动的超声波探头102(例如，4D探头)进行的超声波图像(例如，4D弹性成像图像)的采集给予说明。图3是示出了通过超声波探头102的往复移动而进行的体数据(超声波数据)的生成的示意图。如图3(a)所示，首先，通过超声波探头102的向前移动M1生成第零个(偶数编号的)偶数编号的体数据(第一超声波数据)。然后，通过超声波探头102的向后移动M2生成第1个(奇数编号的)奇数编号的体数据。此后，通过超声波探头102的向前移动M1生成第2个(偶数编号的)偶数编号的体数据。通过接收超声波探头102的向前移动M1和向后移动M2，生成偶数编号的体数据(第一超声波数据)和奇数编号的体数据(第二超声波数据)。
断层体数据生成单元114利用由二维断层图像配置单元113生成的二维断层图像(超声波图像)的采集位置Ve(0)～Ve(50)～Ve(m)和Vo(0)～Vo(50)～Vo(m)，来进行二维断层图像的三维坐标变换且生成断层体数据(超声波数据)，使得获得偶数编号的体数据(第一超声波数据)和奇数编号的体数据(第二超声波数据)。
图3(b)和(c)是示出了根据超声波探头102的移动通过同时振动多个换能器122进行的超声波束的发射的示意图。如图3(b)和(c)所示，因为超声波探头102沿与布置有多个换能器T(0)至T(n)方向X垂直的方向Z(沿短轴线)机械地往复移动，所以由超声波探头102的向前移动M1和向后移动M2来执行扫描顺序。图3(b)中示出了向前摆动(向前移动)的扫描顺序，而图3(c)中示出了向后摆动(向后移动)的扫描顺序。
特别地，设置有：多个换能器，其同时振动以向被检体投射超声波束；以及超声波图像生成单元150，其经由通过同时振动多个换能器而向被检体101投射第一超声波束来生成第一超声波数据，并经由通过同时振动多个换能器通过向被检体101投射第二超声波束来生成第二超声波数据，然后利用第一超声波数据和第二超声波数据来生成弹性成像图像。此外，经由通过同时振动为超声波探头102布置的多个换能器而向被检体101投射超声波束来生成第一超声波数据，而经由通过同时振动多个换能器而向被检体101投射超声波束来生成第二超声波数据，然后利用第一超声波数据和第二超声波数据来生成超声波图像。
在这种情况下，因为多个换能器122同时振动以进行超声波束的发射，所以要为被检体101的横截面生成RF信号帧数据(超声波数据)仅需要平面波的发射的单一性能，且因此，与沿布置方向X顺序地振动多个换能器以将超声波束射向被检体101的超声波诊断装置相比较，增加了帧频(或容积比)。当帧频(或容积比)提高时，通过4D系统可以构造运动补偿4D超声波图像(4D弹性成像图像)。
超声波探头102的多个换能器进行往复移动，且超声波图像生成单元150基于在向前移动期间所生成的第一超声波数据，以及在向前移动之后立即进行的向后移动期间所生成的第二超声波数据来生成弹性成像图像。根据该布置，因为基于在向前移动和在向前移动之后立即进行的向后移动期间所获得的超声波数据能够生成弹性成像图像，所以能够减小相关运算的时间间隔，且能够构造运动补偿超声波图像(例如，4D超声波图像)。
提供了多个换能器，其为超声波探头102布置且同时振动以将超声波束射向被检体101，以及超声波图像生成单元150，其基于当移动多个换能器时所获得的超声波数据来生成三维超声波图像。
根据该布置，因为多个换能器同时振动以向被检体101投射超声波束，所以通过超声波束的单一性能来生成被检体101的横截面的超声波数据，且因此，增加了帧频(或容积比)且能够以高帧频，或高容积比构造运动补偿超声波图像(断层图像，弹性成像图像，多普勒图像等)。
此外，由多个换能器生成平面波。根据该布置，当多个换能器同时振动且将超声波束射向被检体101时，能够生成平面波，且通过超声波束的发射的单一性能能够生成被检体101的横截面的超声波数据。
图4是示出了通过顺序地振动多个换能器122来射出超声波束的情况，以及通过同时振动多个换能器122来射出超声波束的情况的示意图。如图4(a)所示，在向前移动M1期间，超声波探头102沿短轴线方向Z移动。随着超声波探头102沿短轴线方向Z移动，沿布置方向X布置的多个换能器T(0)至T(n)顺序地振动。当由换能器传送的脉冲重复频率被表示为PRF(脉冲重复频率)时，PRF(脉冲重复频率)的周期为1/PRF＝PRT(脉冲重复时间)。也就是，为了振动单个换能器以传送脉冲需要“1/PRF”的周期。
因此，为了顺序地振动多个换能器T(0)至T(n)需要“(1/PRF)*(n+1)”的周期且为生成一个横截面(例如，横截面S(0))的RF信号帧数据传送脉冲。此外，对于要获得多个横截面S(0)至S(m)的二维断层图像(超声波图像)Ve(0)～Ve(m)的扫描顺序，需要“(1/PRF)*(n+1)*(m+1)”的周期。参照图4(a)，为获得多个横截面S(0)至S(4)的二维断层图像(超声波图像)Ve(0)至Ve(4)需要“(1/PRF)*(n+1)*5”的周期。
同时，如图4(b)所示，在向后移动M2期间，超声波探头102沿短轴线方向Z移动，且沿布置方向X布置的多个换能器T(0)至T(n)同时振动。在这种情况下，多个换能器T(0)至T(n)同时振动并传送脉冲，则通过平面波(超声波束)的发射的单一性能来生成横截面(例如，横截面S(0))的RF信号帧数据(超声波数据)。因此，为生成单一横截面(例如，横截面S(0))的RF信号帧数据需要“1/PRF”的周期。此外，对于要获得多个横截面S(0)至S(m)的二维断层图像(超声波图像)Ve(0)至Ve(m)的扫描顺序，需要“(1/PRF)*(m+1)”的周期。参照图4(b)，要获得多个横截面S(0)至S(4)的二维断层图像(超声波图像)Ve(0)至Ve(4)需要“(1/PRF)*5”的周期。
如上所述，在多个换能器122同时振动的情况下，与顺序地振动换能器的情况相比较，帧频(或容积比)增加(n+1)倍。
参照图4至图6，现在将对基于超声波数据的相关系数来进行的弹性成像图像的生成情况给予说明。超声波探头102进行向前移动M1和向后移动M2。超声波图像生成单元150基于在超声波探头102的向前移动M1期间生成的第一超声波数据(偶数编号的体数据)，以及在向前移动M1之后立即进行的向后移动M2期间生成的第二超声波数据(奇数编号的体数据)之间的相关系数来生成弹性成像图像。
如图4所示，按扫描顺序，超声波探头102以恒定速度沿摆动方向(短轴线方向Z)移动。因此，在如图4(a)所示的情况下，其中多个换能器122顺序地振动以射出超声波束，将超声波束投射至倾斜于布置有多个换能器122的方向X而定位的横截面S(0)至S(4)。
图4(a)是用于说明超声波探头102的向前移动M1的示意图。在向前移动M1期间，因为如图4(a)所示多个换能器122顺序地振动，所以超声波束射向沿摆动方向(沿向前移动M1的方向)倾斜的横截面S(0)至S(4)。同时，在超声波探头102向后移动M2的情况下，因为如图5(c)所示在向后移动M2期间多个换能器122顺序地振动，所以超声波束射向沿摆动方向(沿向后移动M2方向)倾斜的横截面S(0)至S(4)。
因此，如图5(a)和(c)所示，因为在向后移动M2期间横截面S相对于布置方向的角度不同于在向前移动M1期间横截面S相对于布置方向的角度，所以超声波图像的采集位置偏离。也就是，对于向前移动M1的超声波图像采集位置与对于向后移动M2的超声波图像采集位置彼此不同。因此，在如图6(a)所示的情况下，其中多个换能器122顺序地振动以射出超声波束，其中不是将在向前移动M1期间生成的偶数编号的体数据V0(第一超声波数据)与在向后移动M2期间生成的奇数编号的体数据V1(第二超声波数据)相比较，而是将在向前移动M1期间生成的多个偶数编号的体数据组V0和V2(RF体数据)相互比较，然后利用所得到的相关系数来生成弹性成像图像V4(弹性成像体图像)。
此外，将在向后移动M2期间生成的多个奇数编号的体数据组V1和V3(RF体数据)相互比较，然后利用相关系数来生成弹性成像图像V5(弹性成像体图像)。
另一方面，在如图5(b)和(d)所示的情况下，其中多个换能器122同时振动以射出超声波束，横截面S相对于布置方向X的角度是恒定的，则超声波图像的采集位置不会偏离，使得对于向前移动M1的超声波图像采集位置与对于向后移动M2的超声波图像采集位置相同。因此，如图6(b)所示，当在向前移动M1期间生成的偶数编号的体数据V0(第一超声波数据)与在向后移动M2期间生成的奇数编号的体数据V1(第二超声波数据)做比较时，基于相关系数生成弹性成像图像V4(弹性成像体图像)。此外，当奇数编号的体数据V1(RF体数据)与偶数编号的体数据V2(RF体数据)做比较时，基于相关系数生成弹性成像图像V5(弹性成像体图像)。此外，当偶数编号的体数据V2(RF体数据)与奇数编号的体数据V3(RF体数据)做比较时，基于相关系数生成弹性成像图像V6(弹性成像体图像)。
如此，超声波图像生成单元150基于在超声波探头102的向前移动M1期间生成的第一超声波数据(偶数编号的体数据)，以及在向前移动M1之后立即进行的向后移动M2期间生成的第二超声波数据(奇数编号的体数据)之间的相关系数来生成弹性成像图像。
超声波探头102的多个换能器可以进行往复移动，且超声波图像生成单元150可以基于在向前移动或向后移动期间生成的第一超声波数据，以及在与该向前移动或向后移动相同的移动期间生成的第二超声波数据来生成弹性成像图像。
例如，超声波图像生成单元150可以利用在向前移动期间生成的第一超声波数据，以及也在向前移动期间生成的第二超声波数据以构造弹性成像图像。此外，超声波图像生成单元150可以利用在向后移动期间生成的第一超声波数据，以及也在向后移动期间生成的第二超声波数据以构造弹性成像图像。第二超声波数据是在向前移动或向后移动期间通过超声波束的发射而在第一超声波数据之后生成的超声波数据。也就是，第一超声波数据和第二超声波数据是彼此相邻的横截面的超声波数据，当第一超声波数据用Ve(n)表示时，第二超声波数据为Ve(n+1)。
在如图6所示的情况下，其中多个换能器122顺序地振动以射出超声波束，经过一组RF体数据来进行相关计算，且因此，延长了计算时间间隔。
另一方面，在多个换能器122同时振动以射出超声波束的情况下，对彼此相邻的RF体数据进行相关计算(correlation calculation)，与顺序地振动多个换能器122的情况相比较，则缩短了计算时间间隔。
因此，当用于相关计算的计算时间间隔缩短时，通过4D系统能够构造运动补偿超声波图像(例如，4D弹性成像图像)。此外，因为当用于相关计算的计算时间间隔短时能够减小组织中的改变量，所以能够减少由于运动(例如，由于压力引起的摄像机抖动或身体动作)造成的横截面偏离。
而且，在如图4所示的情况下，其中多个换能器122同时振动，与顺序地振动换能器的情况相比较，帧频(或容积比)能够增加(n+1)倍。
紧接着，现在将通过参照图7描述为创建体数据(超声波数据)所进行的帧数据采集顺序。在如图7(a)所示的情况下，其中多个换能器T(0)至T(n)按扫描顺序而顺序地振动，要获得用于一个横截面的RF信号帧数据需要“(1/PRF)*(n+1)”的周期。同时，在图7(b)的情况下，其中多个换能器T(0)至T(n)同时振动，要获得用于一个横截面的RF信号帧数据需要“(1/PRF)”的周期。因此，在通过平面波(超声波束)的发射的单一性能而生成用于横截面的RF信号帧数据(超声波数据)的情况下，在短时间段内能够获得帧数据和体数据，因此能够极大地增加帧频和容积比，使得根据需要更新三维图像，并实时显示更新后的图像的图像生成系统能够构造运动补偿4D超声波图像。
如上所述，对于二维断层图像配置单元113基于存储在RF保存/选择单元109中的RF信号帧数据来创建二维断层图像(超声波图像)的情况，提高了帧频。因此，对于基于由二维断层图像配置单元113生成的二维断层图像、断层体数据生成单元114根据二维图像采集位置进行三维坐标变换，并生成断层体数据(超声波数据)的情况，提高了容积比。此外，对于三维断层图像配置单元115基于断层体数据的亮度值和不透明度来进行体绘制，并生成三维断层图像(超声波图像)的情况，也提高了容积比。
此外，对于二维弹性成像图像配置单元116基于存储在RF保存/选择单元109中的多个RF信号帧数据构造二维弹性成像图像(超声波图像)的情况，也增加了帧频。因此，对于基于由二维弹性成像图像配置单元116提供的二维弹性成像图像、弹性成像体数据生成单元117根据二维弹性成像图像采集位置来进行三维坐标变换，并生成弹性成像体数据(超声波数据)的情况，增加了容积比。而且，对于三维弹性成像图像配置单元118针对弹性成像体数据的弹性值和不透明度来进行体绘制，并生成三维弹性成像图像(超声波图像)的情况，也增加了容积比。
此外，还缩短了由合成单元119为合成二维断层图像与二维弹性成像图像，或合成三维断层图像与三维弹性成像图像所需要的周期。
已经描述了本发明的实施例；然而，本发明并不限于该实施例，且能够在本发明的权利要求的范围内变化或改进。
例如，在如图8所示的情况下，其中在待获得选自断层图像(单色图像)、弹性成像图像(弹性成像)以及多普勒图像(彩色多普勒图像)中的至少一种超声波图像的情况下，多个换能器122可以同时振动以将超声波束射向被检体101，而在待获得未被选择的超声波图像的情况下，多个换能器122可以沿布置方向X顺序地振动，并将超声波束射向被检体101。根据该布置，对于所选择的超声波图像，通过超声波束的发射的单一性能来生成用于被检体横截面的超声波数据，且因此，增加了帧频(或容积比)，则能够以高帧频或高容积比创建运动补偿超声波图像，而通过对超声波束进行聚焦能够构造未被选择的超声波图像。
图8(a)是示出了通过顺序地振动多个换能器T(0)至T(n)交替采集用于断层图像的断层帧数据(RF信号帧数据)和用于弹性成像图像的弹性成像帧数据(RF信号帧数据)的示意图。如图8(a)所示，在顺序地振动多个换能器T(0)至T(n)的情况下，为了获得用于单一横截面的RF信号帧数据(断层帧数据和弹性成像帧数据)需要“(1/PRF)*(n+1)”的周期，在这种情况下，能够构造断层体图像和弹性成像体图像；然而，与将断层体图像或弹性成像图像构造为体图像的情况相比较，需要两倍的时间段，而容积比减小了一半。
图8(b)是示出了通过顺序地振动多个换能器122采集用于断层图像的断层帧数据(RF信号帧数据)，和通过同时振动多个换能器T(0)至T(n)采集用于弹性成像图像的弹性成像帧数据(RF信号帧数据)的示意图。在这种情况下，通过同时振动多个换能器122和通过顺序地振动多个换能器122交替地将超声波束射向被检体101。因为采用该布置能够提高帧频和容积比，所以能够交替地扫描断层图像、弹性成像图像以及多普勒图像，并能够通过彼此叠加来显示，且能够通过4D系统实时同时显示断层信息、弹性成像信息和血液循环信息。应该注意的是，对于每次射出超声波束，可以交替进行通过同时振动射出超声波束和通过顺序振动射出超声波束，或对于每组的多次射出超声波束可以交替进行通过同时振动射出超声波束和通过顺序振动射出超声波束。
如图8(b)所示，要获得用于单一横截面的断层帧数据需要“(1/PRF)*(n+1)”的周期。同时，要获得用于单一横截面的弹性成像帧数据需要“1/PRF”的周期。在这种情况下，与生成断层体图像和弹性成像体图像的情况相比较，缩短了扫描时间段，且增加了容积比。此外，在通过进行聚焦(包括多步聚焦)超声波束获得断层图像(超声波图像)的情况下，通过顺序地振动多个换能器T(0)至T(n)能够获得断层帧数据(RF信号帧数据)。也就是，在为了获得选自断层图像、弹性成像图像和多普勒图像中的至少一种超声波图像而进行超声波束聚焦的情况下，通过顺序地振动多个换能器122能够获得超声波数据(RF信号帧数据)。
此外，在待获得弹性成像图像或多普勒图像的情况下，可以在超声波探头102移动时通过同时振动多个换能器122将超声波束射向被检体101，或在待获得断层图像的情况下，可以在超声波探头102移动时通过沿布置方向X顺序地振动多个换能器122将超声波束射向被检体101。根据该布置，与待构造断层图像、弹性成像图像，以及多普勒图像相比较，缩短了扫描周期并增加了容积比，而在待获得断层图像(超声波图像)的情况下，对超声波束进行聚焦以获得断层帧数据。
图8(c)是示出了通过同时振动多个换能器T(0)至T(n)而为弹性成像图像采集弹性成像帧数据和为多普勒图像采集多普勒数据(超声波数据)的示意图。
对于传统的超声波诊断装置，因为帧频和容积比减小了，所以一直以来很难同时利用3幅或3幅以上的超声波图像在4D系统中显示可以应用于多诊断的观察模式。然而，根据本实施例，可以增加帧频和容积比，且可以通过4D系统显示3幅或3幅以上的超声波图像(例如，断层图像、弹性成像图像，和血液循环图像)。
在如图8(c)所示的情况下，其中通过对超声波束进行聚焦来获得断层图像，通过顺序地振动多个换能器122能够获得断层帧数据(RF帧数据)。此外，在待获得不需要聚焦超声波束的弹性成像图像和血液循环图像(多普勒图像)的情况下，通过同时振动多个换能器122能够生成平面波，且能够获得弹性成像帧数据和血液循环数据。其结果是，通过单一扫描性能能够显示功能信息(弹性成像信息和血液循环信息)，同时保持形态学信息(断层信息)。
因为要获得血液循环图像通常需要8至10组信号群信息，且因为在顺序地振动多个换能器122的情况下减小了帧频和容积比，所以一直以来特别难于利用4D系统来获得血液循环图像。然而，根据本实施例，因为能够增加帧频和容积比，所以即使在通常需要大约8至10组信号群信息的情况下也能够通过4D系统提供对血液循环信息的实时显示，并且例如，能够实时显示肿瘤(弹性成像信息)的刚度的三维分布，且还能够同时显示表明进入肿瘤的血液搏动流或平稳流的血液循环信息，从而由此提供高附加值的超声波诊断装置。
在上述实施例中，第一超声波数据并不限于偶数编号的体数据，且第二超声波数据并不限于奇数编号的体数据。例如，在二维弹性成像图像配置单元116基于存储在RF保存/选择单元109中的多组RF信号帧数据构造二维弹性成像图像(超声波图像)的情况下，在相同的横截面的位置在不同的时间所获得的RF信号帧数据可以被用作第一超声波数据和第二超声波数据。也就是，第一超声波数据和第二超声波数据并不限于体数据，且可以是帧数据。
此外，第一超声波数据和第二超声波数据并不限于在相同横截面位置处获得的超声波数据，且可以是在不同横截面位置处获得的超声波数据。例如，当超声波探头102移动时，多个换能器122可以同时振动以连续多次(例如，三次或三次以上)将超声波束射向被检体101，且超声波图像生成单元150可以对基于多次连续射出的超声波束所生成的超声波数据(包括第一超声波数据和第二超声波数据)进行比较，并可以基于在三维空间(X，Y，Z)中沿各个方向的被检体101的位移生成弹性成像图像。
如上所述，多个换能器同时振动，并连续多次将超声波束射向被检体101。根据该布置，当基于连续多次射出的超声波束所生成的超声波数据彼此相比较时，可以基于在三维空间(X，Y，Z)中沿各个方向的被检体101的位移生成超声波图像。
此外，当多个换能器移动时，多个换能器同时振动以连续多次将超声波束射向被检体101，且超声波图像生成单元150基于已通过连续多次射出的超声波束而生成的超声波数据生成弹性成像图像。根据该布置，当通过连续多次射出的超声波束而生成的超声波数据彼此相互比较时，可以基于在三维空间(X，Y，Z)中沿各个方向的被检体101的位移生成弹性成像图像，且可以缩短对于一帧的扫描周期，使得可以提高相关准确度。
将参照图9对基于在三维空间(X，Y，Z)中沿各个方向的位移生成弹性成像图像的情况给予说明。在上述实施例中，比较两幅超声波图像，且利用由于身体动作或外部压力引起的组织位移以生成弹性成像信息或弹性成像图像。其结果是，可以测量平行于超声波探头102或超声波传送/接收面的横截面的位移。
也就是，可以测量沿换能器122的布置方向X且平行于与布置方向X垂直的方向Y的横截面的位移。另一方面，如图9所示，当多个换能器122同时振动，且重复传送和接收平面波三次时，连续的弹性成像帧数据(例如，弹性成像帧数据1a、1b和1c)作为一组数据而被获得，且其结果是，不仅能够测量沿布置方向X和沿垂直方向Y的位移，还能够测量沿短轴线方向Z的位移。多个换能器122连续三次或三次以上进行超声波束的发射。由于该布置，当通过连续三次射出的超声波束而生成的超声波数据彼此相互比较时，可以基于在三维空间(X，Y，Z)中沿各个方向的被检体的位移生成弹性成像图像。
对于传统的超声波诊断装置，因为帧频和容积比减小，在连续多次获得用于横截面的超声波数据(RF信号帧数据)时遇到困难。然而，根据本实施例，因为能够增加帧频和容积比，通过同时振动多个换能器122，顺序地重复多次(例如，三次或三次以上)将超声波束射向被检体，所以创建了连续的弹性成像帧数据(超声波数据)，使得在三维空间(X、Y、Z)中沿包括短轴线方向Z的各个方向能够进行相关或搜索。其结果是，即使在被检体是无法保持不动的小孩，或动物的情况下，都能够利用4D系统来实时显示弹性成像图像。此外，因为通过平面波的传送/接收缩短了对于一帧的扫描周期，所以能够提高相关准确度。
工业实用性
本发明的超声波诊断装置提供了增加帧频或容积比的效果，且作为能够以高帧频或高容积比构造运动补偿超声波图像(例如，4D超声波图像)的超声波诊断装置是有用的。
附图标记清单
100： 超声波诊断装置
101： 被检体
102： 超声波探头
103： 控制单元
104： 操作单元
105： 传送单元
106： 接收单元
107： 超声波传送/接收控制单元
108： 相位校正/累加单元
109： RF保存/选择单元
111： 数据存储单元
113： 二维断层图像配置单元
114： 断层体数据生成单元
115： 三维断层图像配置单元
116： 二维弹性成像图像配置单元
117： 弹性成像体数据生成单元
118： 三维弹性成像图像配置单元
119： 合成处理单元
120： 显示单元
122： 换能器
150： 超声波图像生成单元

Claims (14)

1.一种超声波诊断装置，其特征在于包括：
多个换能器，其布置在超声波探头中，以致同时振动以向被检体投射超声波束；以及
超声波图像生成单元，其用于经由通过同时振动所述多个换能器而向被检体投射第一超声波束来生成第一超声波数据，并经由通过同时振动所述多个换能器而向所述被检体投射第二超声波束来生成第二超声波数据，以及用于基于所述第一超声波数据和所述第二超声波数据来生成弹性成像图像。
2.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于：
所述超声波探头的多个换能器进行向前移动和向后移动；以及
所述超声波图像生成单元基于在所述向前移动期间生成的所述第一超声波数据，以及在所述向前移动之后立即进行的所述向后移动期间生成的所述第二超声波数据，来生成弹性成像图像。
3.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于所述超声波图像生成单元包括超声波图像生成器，其基于所述第一超声波数据和所述第二超声波数据来生成三维超声波图像。
4.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于所述多个换能器促使生成平面波。
5.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于：
在待获得选自断层图像、弹性成像图像以及多普勒图像中的至少一种超声波图像的情况下，同时振动所述多个换能器以向所述被检体投射所述超声波束；以及
在待获得未选择的超声波图像的情况下，沿布置方向顺序地振动所述多个换能器以向所述被检体投射所述超声波束。
6.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于：
在待获得弹性成像图像或多普勒图像的情况下，当所述多个换能器移动时，同时振动所述多个换能器以向所述被检体投射所述超声波束；以及
在待获得断层图像的情况下，当所述多个换能器移动时，沿布置方向顺序地振动所述多个换能器以向所述被检体投射所述超声波束。
7.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于向所述被检体交替地投射通过同时振动所述多个换能器生成的超声波束，和通过沿布置方向顺序地振动所述多个换能器生成的超声波束。
8.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于连续多次向所述被检体投射通过同时振动所述多个换能器生成的超声波束。
9.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于：
当所述多个换能器移动时，同时振动所述多个换能器并连续多次向所述被检体投射所述超声波束；以及
所述超声波图像生成单元通过利用经连续多次发射所述超声波束生成的超声波数据来生成弹性成像图像。
10.根据权利要求9所述的超声波诊断装置，其特征在于所述多个换能器连续三次或三次以上进行所述超声波束的发射。
11.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于：
所述超声波探头的多个换能器进行向前移动和向后移动；以及
所述超声波图像生成单元基于在所述向前移动或向后移动期间生成的所述第一超声波数据和在与所述向前移动或向后移动相同的移动期间生成的所述第二超声波数据来生成弹性成像图像。
12.根据权利要求11所述的超声波诊断装置，其特征在于所述第一超声波数据和所述第二超声波数据是用于彼此相邻的横截面的超声波数据。
13.根据权利要求11所述的超声波诊断装置，其特征在于包括：
多个换能器，其布置在所述超声波探头中，以致同时振动以向被检体投射超声波束；以及
超声波图像生成单元，其用于基于当所述多个换能器移动时所获得的超声波数据来生成三维超声波图像。
14.一种超声波图像生成方法，其特征在于包括以下步骤：
向被检体投射通过同时振动布置在超声波探头中的多个换能器而生成的超声波束；
经由通过同时振动所述多个换能器而向所述被检体投射第一超声波束来生成第一超声波数据；
经由通过同时振动所述多个换能器而向所述被检体投射第二超声波束来生成第二超声波数据；
基于所述第一超声波数据和所述第二超声波数据来生成超声波图像。
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