CN114072063B - 超声三维成像方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种超声三维成像方法和装置，该方法通过控制超声探头向目标组织发射至少一组体发散波；接收从目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号；对至少三组超声回波信号进行信号处理，得到与至少三个不同的发射角度或者至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量；对至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到目标组织的三维向量速度。本申请采用预设排列组合的阵元向目标组织发射体发散波，体发散波的扫描区域大，得到的图像覆盖范围大，帧率也较高，且采用体发散波也可以同时完成不同的线或面的扫描，避免在测量三维血流速度时产生误差，从而得到满足临床需求的三维图像。

Description

超声三维成像方法和装置
技术领域
本申请涉及超声成像技术领域，更具体的说是涉及一种超声三维成像方法和装置。
背景技术
传统的超声血流成像基于的是二维平面内的信息。在成像的过程中，只能测量二维平面内超声向量血流的方向和速度大小，而超声向量血流的流出和流入成像平面的血流速度无法获取。
传统的超声三维成像，采用聚焦波发射的方式对二维平面内的信息进行扫描。在具体实现中，需要采用逐线或逐面的方式对二维平面内的信息扫描。但是，采用该扫描方式扫描的区域小，所得到的图像帧率较低，且在不同的时间针对不同的线或面进行扫描，使得扫描不同步，会对三维血流速度的测量产生一定误差。从而导致最终得到的超声三维图像难以满足临床需求。
发明内容
本申请提供了一种超声三维成像方法和装置，用以解决传统超声三维成像难以满足临床需求的问题。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本发明实施例第一方面提供了一种超声三维成像方法，该方法包括：
控制超声探头向目标组织发射至少一组体发散波，该超声探头由至少五个阵元排列组成，该至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上；每组体发散波至少发射两次，且对应同一个虚拟焦点或者虚拟焦线；不同组的体发散波对应不同的虚拟焦点或者虚拟焦线；
接收从该目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号，该至少三组超声回波信号沿至少三个不同的发射角度或者至少三个不同的接收角度获得，且该至少三个不同的发射角度或者该至少三个不同的接收角度不在同一平面内；其中，该至少三个不同的发射角度与至少三组不同的虚拟焦点或者虚拟焦线的体发散波对应；
对该至少三组超声回波信号进行信号处理，得到与该至少三个不同的发射角度或者该至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量；
对该至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到该目标组织的三维向量速度。
本发明实施例第二方面提供了一种超声三维成像方法，该方法包括：
控制超声探头向目标组织发射至少一组体超声波，该超声探头由至少五个阵元排列组成，该至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上，每组体超声波至少发射两次；
沿至少三个不同的接收角度接收从该目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号，该至少三个不同的接收角度不在同一平面内，该至少三组超声回波信号分别与该至少三个不同的接收角度对应；
对该至少三组超声回波信号进行信号处理，得到与该至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量；
对该至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到该目标组织的三维向量速度。
本发明实施例第三方面提供了一种超声三维成像方法，该方法包括：
控制超声探头向目标组织发射至少一组体发散波，该超声探头包括至少五个阵元，该至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上，其中，每组体发散波至少发射两次；
接收从该目标组织返回的超声回波，获得至少一组超声回波信号；
对该至少一组超声回波信号进行波束合成，得到至少一组三维超声图像信号；
对该至少一组三维超声图像信号进行信号处理，得到至少一帧三维血流图像。
本发明实施例第四方面提供了一种超声三维成像装置，该超声三维成像装置包括：
由至少五个阵元排列组成的超声探头，该至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上；
该超声探头，用于向目标组织发射体发射波；
控制器，用于控制该超声探头向目标组织发射至少一组体发散波，每组体发散波至少发射两次，且对应同一个虚拟焦点或者虚拟焦线；不同组的体发散波对应不同的虚拟焦点或者虚拟焦线；
处理器，用于接收从该目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号，该至少三组超声回波信号沿至少三个不同的发射角度或者至少三个不同的接收角度获得，且该至少三个不同的发射角度或者该三个不同的接收角度不在同一平面内；其中，该至少三个不同的发射角度与至少三组不同的虚拟焦点或者虚拟焦线的体发散波对应；
对该至少三组超声回波信号进行信号处理，得到至少三个不同的发射角度或者该至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量；对该至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到该目标组织的三维向量速度。
本发明实施例第五方面提供了一种超声三维成像装置，该超声三维成像装置包括：
由至少五个阵元排列组成的超声探头，该至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上；
该超声探头，用于向目标组织发射体超声波；
控制器，用于控制该超声探头向目标组织发射至少一组体超声波，每组体超声波至少发射两次；
处理器，用于沿至少三个不同的接收角度接收从该目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号，该至少三个不同的接收角度不在同一平面内，该至少三组超声回波信号分别与该至少三个不同的接收角度对应；对该至少三组超声回波信号进行信号处理，得到与该至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量；对该至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到该目标组织的三维向量速度。
本发明实施例第六方面提供了一种超声三维成像装置，该超声三维成像装置包括：
由至少五个阵元排列组成的超声探头，该至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上；
该超声探头，用于向目标组织发射体发射波；
控制器，用于控制该超声探头向目标组织发射至少一组体发散波，每组体发散波至少发射两次；
处理器，用于接收从该目标组织返回的超声回波，获得至少一组超声回波信号；对该至少一组超声回波信号进行波束合成，得到至少一组三维超声图像信号；对该至少一组三维超声图像信号进行信号处理，得到至少一帧三维血流图像。
综上，本申请提供了一种超声三维成像方法和装置。通过控制超声探头向目标组织发射至少一组体发散波，超声探头由至少五个阵元排列组成，至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上，每组体超声波至少发射两次；接收从目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号，至少三组超声回波信号沿至少三个不同的发射角度或者至少三个不同的接收角度获得，且该至少三个不同的发射角度或者该至少三个不同的接收角度不在同一平面内；对至少三组超声回波信号进行信号处理，得到与至少三个不同的发射角度或者至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量；对至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到该目标组织的三维向量速度。本申请采用预设排列组合的阵元向目标组织发射体发散波，体发散波的扫描区域大，得到的图像覆盖范围大，帧率也较高，且采用体发散波也可以同时完成不同的线或面的扫描，避免在测量三维血流速度时产生误差，从而得到满足临床需求的三维图像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的超声三维成像设备的结构框图示意图；
图2为本发明实施例提供的一种超声三维成像方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的由五个阵元排列组成的超声探头的结构框图示意图；
图4为本发明实施例提供的由六个阵元排列组成的超声探头的结构框图示意图；
图5为本发明实施例提供的沿三个不同的发射角度交替向该目标组织发射四组体发散波的示意图；
图6为本发明实施例提供的每个角度连续发射向该目标组织发射两次体发散波的示意图；
图7为本发明实施例提供的三个不同接收角度下的信号接收阵元位置；
图8为本发明实施例提供的三个不同接收角度具体不在同一平面内的示意图；
图9为本发明实施例提供的不同空间位置上的目标点所对应的不同的发射方向的示意图；
图10为本发明实施例提供的三维向量速度与二维向量速度/>二维向量速度之间的关系示意图；
图11为本发明实施例提供一种合成三维向量速度的示意图；
图12为本发明实施例提供的另一种超声三维成像方法的流程示意图；
图13为本发明实施例提供的另一种超声三维成像方法的流程示意图；
图14为本发明实施例提供的一种波束合成的示意图；
图15为本发明实施例提供的一种超声三维成像装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
由背景技术可知，传统的超声三维成像，采用聚焦波发射的方式逐线或逐面对二维平面内的信息进行扫描，扫描区域小，所得到的图像帧率较低，且在不同的时间针对不同的线或面进行扫描，使得扫描不同步，会对三维血流速度的测量产生一定误差，最终导致得到的超声三维图像难以满足临床需求。
因此，本发明实施例提供了一种超声三维成像方法和装置。通过预设排列组合的阵元向目标组织发射体发散波，基于该体发散波的特性可以避免在测量三维血流时产生不必要的误差，从而得到满足临床需求的超声三维图像。
图1为本发明实施例中的超声三维成像设备的结构框图示意图。该超声三维成像设备10可以包括探头100、发射电路101、发射/接收选择开关102、接收电路103、波束合成电路104、处理器105和显示器106。
发射电路101可以激励探头100向目标组织发射超声波；接收电路103可以通过探头100接收从目标组织返回的超声回波，从而获得超声回波信号/数据；该超声回波信号/数据经过波束合成电路104进行波束合成处理后，送入处理器105。处理器105对该超声回波信号/数据进行处理，以获得目标组织的超声图像。处理器105获得的超声图像可以存储于存储器107中。这些超声图像可以在显示器106上显示。
本申请的一个实施例中，前述的超声成像设备10的显示器106可为触摸显示屏、液晶显示屏等，也可以是独立于超声成像设备10之外的液晶显示器、电视机等独立显示设备，也可为手机、平板电脑等电子设备上的显示屏，等等。
实际应用中，处理器105可以为特定用途集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、数字信号处理装置(Digital Signal Processing Device，DSPD)、可编程逻辑装置(ProgrammableLogic Device，PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器中的至少一种，从而使得该处理器105可以执行本申请的各个实施例中的超声三维成像方法的相应步骤。
存储器107可以是易失性存储器(volatile memory)，例如随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)；或者非易失性存储器(non-volatile memory)，例如只读存储器(Read Only Memory，ROM)，快闪存储器(flash memory)，硬盘(Hard Disk Drive，HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)；或者以上种类的存储器的组合，并向处理器提供指令和数据。
具体实现超声三维成像的过程，通过下述本发明实施例详细进行说明。
图2为本发明实施例公开的一种超声三维成像方法的流程示意图。该超声三维成像方法可以基于上述图1公开的超声三维成像设备实现。该超声三维成像方法包括但不限于以下步骤：
S201：控制超声探头向目标组织发射至少一组体发散波。
在S201中，该超声探头由至少五个阵元排列组成，该至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上，且每组体发散波至少发射两次。需要说明的是，每组体发散波具有一个反向的虚拟焦点/虚拟焦线/虚拟聚焦区域，一组体发散波多次发射对应同一个虚拟焦点/虚拟焦线/虚拟聚焦区域；不同组的体发散波可对应不同的虚拟焦点/虚拟焦线/虚拟聚焦区域。以虚拟焦点为例，例如，第一组体发散波可具有第一虚拟焦点，第二组体发散波可具有第二虚拟焦点；该第一组体发散波的第1次发射到第N次发射与该第一虚拟焦点对应；该第二组体发散波的第1次发射到第N次发射与该第二虚拟焦点对应。
可选的，该超声探头包括五个阵元，该五个阵元的排列组成中至少有一个阵元独立成一行或一列。
图3示出了由五个阵元排列组成的超声探头。这五个阵元排列组合为：以一阵元为中心阵元，其他阵元作为外围阵元排列于该中心阵元的外围。超声探头的每个维度上均为发散波。
可选的，该超声探头包括六个阵元，该六个阵元的排列组成中包括至少两行或者两列，其中每行或者每列阵元的个数相同。
图4示出了由六个阵元排列组成的超声探头。这六个阵元的排列组合为：两排两列的排列方式。由六个阵元构成的超声探头的四个维度上，针对相邻维度，一个维度上形成发散波，另一个维度上形成平面波。
需要说明的是，根据组成超声探头的阵元排列不同，体发散波具有反向的虚拟焦点，或者反向的虚拟焦线，或者反向的虚拟聚焦区域。
如图3所示，该由五个阵元排列组成的超声探头所发射的体发散波具有反向的虚拟焦点。
如图4所示，该由六个阵元排列组成的超声探头所发射的体发散波具有反向的虚拟焦线。
在具体实现中，控制由至少五个阵元排列组合构成的超声探头发射体发散波。
可选的，可以控制该超声探头沿至少三个不同的发射角度向该目标组织发射至少三组体发散波。
在具体实现中，可以控制该超声探头沿至少三个不同的发射角度交替向该目标组织发射至少三组体发散波。如图5所示出的沿三个不同的发射角度交替向该目标组织发射四组体发散波的示意图。
也可以控制该超声探头沿至少三个不同的发射角度，采用同一角度连续发射两次或两次以上之后，再由另一角度连续发射两次或两次以上的方式向该目标组织发射至少三组体发散波。如图6所示出的每个角度连续发射向该目标组织发射两次体发散波的示意图。
在具体实现中，也可以为超声探头的阵元设置不同的发射时延，控制该超声探头中的阵元依据各自对应的发送时间，分别向目标组织发射发散波，以形成至少一组体发散波。
可选的，如图3示出的由五个阵元排列组成的超声探头，设置位于中间的阵元的发射时间早于周边四个阵元的发射时间。
可选的，如图4示出的由六个阵元排列组成的超声探头，按行依次为不同行的阵元设置发射时间。
S202：接收从该目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号。
在S202中，该至少三组超声回波信号沿至少三个不同的发射角度或者至少三个不同的接收角度获得，且该至少三个不同的发射角度或者该至少三个不同的接收角度不在同一平面内；其中，该至少三个不同的发射角度与至少三组不同虚拟焦点的体发散波对应。例如，具有第一虚拟焦点的第一组体发散波与第一发射角度对应，具有第二虚拟焦点的第二组体发散波与第二发射角度对应。
一个实施方式中，获得至少三组超声回波信号的方式可以是通过控制该超声探头沿至少三个不同的发射角度向该目标组织(该目标组织可以是点、线或者面，不做限定)发射至少三组体发散波，然后接收该目标组织返回的该至少三组体发散波的至少三组超声回波，从而获得与该至少三个不同的发射角度对应的至少三组超声回波信号。关于不同的发射角度与不同组的体发散波的对应关系，参考上述描述，此处不再赘述。
另一个实施方式中，获得至少三组超声回波信号的方式可以是通过控制该超声探头沿至少三个不同的接收角度接收从该目标组织返回的该至少一组体发散波的超声回波，从而获得与该至少三个不同的接收角度对应的至少三组超声回波信号。例如，通过第一接收角度接收的超声回波，可得到与该第一接收角度对应的第一组超声回波信号；通过第二接收角度接收的超声回波，可得到与该第二接收角度对应的第二组超声回波信号。
S203：对该至少三组超声回波信号进行信号处理，得到与该至少三个不同的发射角度或者该至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量。该信号处理可以是基于多普勒算法(如自相关算法)计算该至少三组超声回波信号对应的至少三个不同方向的速度分量。
在S203中，可选的，可以采用斑点跟踪法计算与该至少三个不同的发射角度对应的至少三个不同方向的速度分量。
可选的，针对采用至少三个不同发射角度的体发散波，可以根据不同的虚拟焦点得到基于至少三个不同的发射角度的至少三个不同方向上的速度分量。例如，第一组体发散波具有第一虚拟焦点，沿第一发射角度向目标组织发射该第一组体发散波，通过接收目标组织返回的超声回波，可获得第一组超声回波信号，对该第一组超声回波信号进行信号处理，可获得与该第一发射角度对应的第一方向上的速度分量(该第一方向上的速度分量可以理解为是目标实际速度的第一方向上的速度分量)。类似地，沿第二发射角度发射第二组体发散波，可获得与该第二发射角度对应的第二方向上的速度分量，此处仅作说明，不对角度个数和速度分量的个数加以限制。
或者，采用斑点跟踪法计算与该至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量。
可选的，也可以采用多普勒原理计算与该至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量。
S204：对该至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到该目标组织的三维向量速度。该目标组织可包括血液(如红细胞等)、血管、肌肉或者脂肪等。
在S204中，为了计算三维空间的三维向量速度，需要至少三个不同的接收角度，且这三个不同的接收角度不在同一个平面内。
图7示出了三个不同接收角度下的信号接收阵元位置。
图8示出了三个不同接收角度具体不在同一平面内的示意图。如图8所示，接收方向1、接收方向2和接收方向3为三个不同接收角度，三个不同接收角度分别对应信号的接收孔径1、接收孔径2和接收孔径3，每个接收孔径可包含多个接收阵元。其中，如图9所示，目标组织的不同空间位置上的目标点可以对应不同的发射方向。例如，如图9所示的目标点P1和目标点P2，其相对于一组体发散波对应的虚拟焦点具有不同的发射方向。
在本发明实施例中，结合图7至图9，以三个不同的接收角度为例，举例说明对三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到该目标组织的三维向量速度的过程。
首先，利用公式(1)，计算接收方向1与接收方向2组成的平面M上的二维向量速度
其中，Am如公式(2)所示，αm为平面M上的发射角度，βm为平面M上的接收角度1，β2为平面M上的接收角度2。
如图8所示，由于接收方向1和发射方向重合，因此αm＝βm。
需要说明的是，αm、βm和β2均为二维平面M上的角度，是由三维空间中的发射方向(接收方向1)和接收方向2换算得到的。
u12如公式(3)所示，v1和v2是根据多普勒原理分别计算出的速度分量，v1对应接收孔径1中的回波信号，v2对应接收孔径2中的回波信号。
vmz和vmx是平面M上互相垂直的两个速度分量。
然后，根据公式(4)计算接收方向1和接收方向3组成的平面N上的二维向量速度
其中，An如公式(5)所示，αn为平面N上的发射角度，βn为平面N上的接收角度1，β3为平面N上的接收角度3。
如图8所示，由于接收方向1和发射方向重合，因此αn＝βn。
需要说明的是，αn、βn和β3均为二维平面N上的角度，是由三维空间中的发射方向(接收方向1)和接收方向3换算得到的。
u13如公式(6)所示，v1和v3是根据多普勒原理分别计算出的速度分量，v1对应接收孔径1中的回波信号，v3对应接收孔径3中的回波信号。
vnz和vnx是平面N上互相垂直的两个速度分量。
最后，根据两个平面上的二维向量速度和/>计算得到三维向量速度/>
其中，图10示出三维向量速度与二维向量速度/>二维向量速度/>之间的关系。其中，P为目标组织的目标点。
在S204中，如图11所示，可选的，若本发明实施例采用不同发射角度的体发散波，可以直接合成根据不同的虚拟焦点或虚拟焦线得到的每个发射角度上的速度分量，从而得到合成后的三维向量速度。
可选的，也可以结合发射和接收采用不同的角度得到的速度分量，合成三维向量速度。
本发明实施例公开的超声三维成像方法，通过控制超声探头向目标组织发射至少一组体发散波，超声探头由至少五个阵元排列组成，至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上，每组体发散波至少发射两次；接收从目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号，至少三组超声回波信号沿至少三个不同的发射角度或者至少三个不同的接收角度获得，且该至少三个不同的发射角度或者该至少三个不同的接收角度不在同一平面内；对至少三组超声回波信号进行信号处理，得到与至少三个不同的发射角度或者至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量；对至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到该目标组织的三维向量速度。本发明实施例采用预设排列组合的阵元向目标组织发射体发散波，体发散波的扫描区域大，得到的图像覆盖范围大，帧率也较高，且采用体发散波也可以同时完成不同的线或面的扫描，避免在测量三维血流速度时产生误差，从而得到满足临床需求的三维图像。
基于上述本发明实施例公开的一种超声三维成像方法，如图12所示，本发明实施例还公开了另一种超声三维成像方法。
该超声三维成像方法包括但不限于以下步骤：
S120：控制超声探头向目标组织发射至少一组体超声波。
在S120中，该超声波包括聚焦波、发散波和平面波中的至少一种。
该超声探头由至少五个阵元排列组成，该至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上，且每组体超声波至少发射两次。
可选的，该超声探头包括五个阵元，该五个阵元的排列组成中至少有一个阵元独立成一行或一列。具体示例可参阅图3。
可选的，该超声探头包括六个阵元，该六个阵元的排列组成中包括至少两行或者两列，其中每行或者每列阵元的个数相同。具体示例可参阅图4。
在具体实现中，控制由至少五个阵元排列组合构成的超声探头发射体超声波。
可选的，可以控制该超声探头沿至少三个不同的发射角度向该目标组织发射至少三组体超声波。
在具体实现中，可以控制该超声探头沿至少三个不同的发射角度交替向该目标组织发射至少三组体超声波。具体示例可参阅图5。
也可以控制该超声探头沿至少三个不同的发射角度，采用同一角度连续发射两次或两次以上之后，再由另一角度连续发射两次或两次以上的方式向该目标组织发射至少三组体超声波。具体示例可参阅图6。
在具体实现中，也可以为超声探头的阵元设置不同的发射时延，控制该超声探头中的阵元依据各自对应的发送时间，分别向目标组织发射超声波，以形成至少一组体超声波。
可选的，基于图3示出的由五个阵元排列组成的超声探头，可设置位于中间的阵元的发射时间早于周边四个阵元的发射时间。
可选的，基于图4示出的由六个阵元排列组成的超声探头，可设置按行依次为不同行的阵元设置发射时间。
S121：沿至少三个不同的接收角度接收从该目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号。
在S121中，该至少三个不同的接收角度不在同一平面内，该至少三组超声回波信号分别与该至少三个不同的接收角度对应。
S122：对该至少三组超声回波信号进行信号处理，得到与该至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量。
在S122中，可选的，可以采用斑点跟踪法计算与该至少三个不同的发射角度对应的至少三个不同方向的速度分量。
可选的，针对采用至少三个不同角度发射体发散波，可以根据不同的虚拟焦点得到至少三个不同的发射角度中，每个发射角度上的速度分量。
或者，采用斑点跟踪法计算与该至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量。
可选的，也可以采用多普勒原理计算与该至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量。
S123：对该至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到该目标组织的三维向量速度。
在S123中，为了计算三维空间的三维向量速度，需要至少三个不同的接收角度，且这三个不同的接收角度不在同一个平面内。具体示例可参见上述本发明实施例结合图7至图9，以三个不同的接收角度为例，对三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到该目标组织的三维向量速度的过程。这里不再进行赘述。
本发明实施例公开的超声三维成像方法，通过控制超声探头向目标组织发射至少一组体超声波，超声探头由至少五个阵元排列组成，至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上，每组体超声波至少发射两次；沿至少三个不同的接收角度接收从该目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号；对该至少三组超声回波信号进行信号处理，得到与该至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量；对该至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到该目标组织的三维向量速度。本发明实施例采用预设排列组合的阵元向目标组织发射体超声波，基于该体超声波可以得到满足临床需求的三维向量速度。
基于上述本发明实施例公开的一种超声三维成像方法，如图13所示，本发明实施例还公开了另一种超声三维成像方法。
该超声三维成像方法包括但不限于以下步骤：
S130：控制超声探头向目标组织发射至少一组体发散波。
在S130中，该超声探头包括至少五个阵元，该至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上，其中，每组体发散波至少发射两次。
S131：接收从该目标组织返回的超声回波，获得至少一组超声回波信号。
上述S130和S131的具体实现过程可参见图2示出的S201和S202。这里不再进行赘述。
S132：对该至少一组超声回波信号进行波束合成，得到至少一组三维超声图像信号。
在S132中，可选的，可以采用逐点波束合成的方式对该至少一组超声回波信号进行波束合成。
在具体实现中，首先，针对每一组超声回波信号，计算该超声回波信号对应的飞跃时间TOF。然后，对得到的所有飞跃时间TOF对应的信号求和，得到一组三维超声图像信号。
如图14所示，虚拟焦点为发散波的反向虚拟焦点，P为目标组织的目标点。在对任一目标点做波束合成时，可计算其中的一个阵元接收信号对应的飞跃时间(Time OfFlight，TOF)。TOF具体为超声波针对某一个目标点的发射接收的飞跃时间，即发射的传播时间与反射后接收的传播时间的和，如公式(7)所示。
其中，Si表示第i个阵元的接收回波信号。Si(TOFi)表示第i个阵元接收回波信号中对应TOFi的信号。TOFi则表示第i个阵元的TOF，具体如公式(8)所示。BP为三维空间中对目标点P做波束合成后的结果。N表示做波束合成的阵元数量。
其中，dT为发射传播距离，该发射传播距离为目标点P与虚拟焦点连线上，目标点P到探头阵元的距离。dR为接收传播距离。c为声速。
S133：对该至少一组三维超声图像信号进行信号处理，得到至少一帧三维血流图像。该信号处理可以是对该三维超声图像信号进行壁滤波处理。
可选的，在得到至少一组三维超声图像信号之后，还可以对该至少一组三维超声图像信号进行斑点跟踪，得到该目标组织的三维向量速度。
可选的，在得到至少一组三维超声图像信号之后，还可以对该至少一组三维超声图像信号进行信号处理，得到至少一帧三维灰度图。
本发明实施例公开的超声三维成像方法，通过控制超声探头向目标组织发射至少一组体发散波，该超声探头包括至少五个阵元，该至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上，其中，每组体发散波至少发射两次；接收从该目标组织返回的超声回波，获得至少一组超声回波信号；对该至少一组超声回波信号进行波束合成，得到至少一组三维超声图像信号；对该至少一组三维超声图像信号进行信号处理，得到至少一帧三维血流图像。本发明实施例采用预设排列组合的阵元向目标组织发射体发散波，体发散波的扫描区域大，得到的图像覆盖范围大，帧率也较高，且采用体发散波也可以同时完成不同的线或面的扫描，最终得到满足临床需求的三维血流图像。
基于上述本发明实施例公开的超声三维成像方法，本发明实施例还对应公开了用于执行上述超声三维成像方法的超声三维成像装置。
图15示出了示出了本发明实施例公开的一种超声三维成像装置的结构示意图。该超声三维成像装置150包括：
由至少五个阵元排列组成的超声探头151，该至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上。
可选的，该超声探头151包括五个阵元，该五个阵元的排列组成中至少有一个阵元独立成一行或者一列。
可选的，该超声探头151包括六个阵元，该六个阵元的排列组成中包括至少两行或者两列，其中每行或者每列阵元的个数相同。
该超声探头151，用于向目标组织发射体发射波。
可选的，该超声探头，具体用于控制该超声探头中的阵元依据各自对应的发送时间，分别向目标组织发射发散波，以形成至少一组体发散波。
控制器152，用于控制该超声探头151向目标组织发射至少一组体发散波，每组体发散波至少发射两次。
可选的，该控制器152，具体用于控制该超声探头沿至少三个发射角度向该目标组织发射至少三组体发散波。
处理器153，用于接收从该目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号，该至少三组超声回波信号沿至少三个不同的发射角度或者至少三个不同的接收角度获得，且该至少三个不同的发射角度或者该三个不同的接收角度不在同一平面内；对该至少三组超声回波信号进行信号处理，得到至少三个不同的发射角度或者该至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量；对该至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到该目标组织的三维向量速度。
可选的，该接收从该目标组织返回的超声回波的处理器，具体用于沿至少三个不同的接收角度接收从该目标组织返回的超声回波。
本发明实施例还公开的另一种超声三维成像装置的结构示意图。该超声三维成像装置包括：
由至少五个阵元排列组成的超声探头，该至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上；
该超声探头，用于向目标组织发射体超声波。
控制器，用于控制该超声探头向目标组织发射至少一组体超声波，每组体超声波至少发射两次。
处理器，用于沿至少三个不同的接收角度接收从该目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号，该至少三个不同的接收角度不在同一平面内，该至少三组超声回波信号分别与该至少三个不同的接收角度对应；对该至少三组超声回波信号进行信号处理，得到与该至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量；对该至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到该目标组织的三维向量速度。
在本发明实施例中，超声探头的具体结构和功能与图14中示出的超声探头的结构一致，可具体参见上述记载，这里不再进行赘述。不同之处仅在于，本发明实施例中的超声探头发射的是超声波。
同样的，处理器的具体具体结构和功能与图14中示出的处理器的结构一致，功能近似，可具体参见上述记载，这里不再进行赘述。
同样的，控制器的具体具体结构和功能与图14中示出的控制器的结构一致，功能近似，可具体参见上述记载，这里不再进行赘述。
本发明实施例还公开的另一种超声三维成像装置的结构示意图。该超声三维成像装置包括：
由至少五个阵元排列组成的超声探头，该至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上。
该超声探头，用于向目标组织发射体发射波。
控制器，用于控制该超声探头向目标组织发射至少一组体发散波，每组体发散波至少发射两次。
处理器，用于接收从该目标组织返回的超声回波，获得至少一组超声回波信号；对该至少一组超声回波信号进行波束合成，得到至少一组三维超声图像信号；对该至少一组三维超声图像信号进行信号处理，得到至少一帧三维血流图像。
可选的，该处理器，还用于在得到至少一组三维超声图像信号之后，对该至少一组三维超声图像信号进行斑点跟踪，得到该目标组织的三维向量速度。
可选的，该处理器，还用于在得到至少一组三维超声图像信号之后，对该至少一组三维超声图像信号进行信号处理，得到至少一帧三维灰度图。
可选的，对该至少一组超声回波信号进行波束合成，得到至少一组三维超声图像信号的处理器，用于针对每一组超声回波信号，计算该超声回波信号对应的飞跃时间TOF，对得到的所有飞跃时间TOF对应的信号求和，得到一组三维超声图像信号。
在本发明实施例中，超声探头的具体结构和功能与图15中示出的超声探头的结构一致，可具体参见上述记载，这里不再进行赘述。
同样的，控制器的具体具体结构和功能与图14中示出的控制器的结构一致，功能近似，可具体参见上述记载，这里不再进行赘述。
综上所述，本发明实施例提供了一种超声三维成像方法和装置。通过预设排列组合的阵元向目标组织发射体发散波，基于该体发散波的特性可以避免在测量三维血流时产生不必要的误差，从而得到满足临床需求的超声三维图像。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (19)

1.一种超声三维成像方法，其特征在于，所述方法包括：
控制超声探头沿至少三个不同的发射角度向目标组织发射至少三组体发散波，所述超声探头由至少五个阵元排列组成，所述至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上，并且，根据组成超声探头的阵元排列不同，所述体发散波具有反向的虚拟焦点，或者反向的虚拟焦线，或者反向的虚拟聚焦区域；每组体发散波至少发射两次，且对应同一个虚拟焦点或者虚拟焦线；不同组的体发散波对应不同的虚拟焦点或者虚拟焦线；
沿至少三个不同的接收角度接收从所述目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号，所述至少三组超声回波信号沿至少三个不同的发射角度或者至少三个不同的接收角度获得，且所述至少三个不同的发射角度或者所述至少三个不同的接收角度不在同一平面内；其中，所述至少三个不同的发射角度与至少三组不同的虚拟焦点或者虚拟焦线的体发散波对应；
对所述至少三组超声回波信号进行信号处理，得到与所述至少三个不同的发射角度或者所述至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量；
对所述至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到所述目标组织的三维向量速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声探头包括五个阵元，所述五个阵元的排列组成中至少有一个阵元独立成一行或者一列，控制超声探头向目标组织发射至少一组体发散波，包括：
控制所述超声探头中的阵元依据各自对应的发送时间，分别向目标组织发射发散波，以形成至少一组体发散波。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声探头包括六个阵元，所述六个阵元的排列组成中包括至少两行或者两列，其中每行或者每列阵元的个数相同，控制超声探头向目标组织发射至少一组体发散波，包括：
控制所述超声探头中的阵元依据各自对应的发送时间，分别向目标组织发射平面波和发散波，以形成至少一组体发散波。
4.一种超声三维成像方法，其特征在于，所述方法包括：
控制超声探头沿至少三个不同的发射角度向目标组织发射至少三组体超声波，所述超声探头由至少五个阵元排列组成，所述至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上，每组体超声波至少发射两次，所述超声波包括聚焦波、发散波和平面波中的至少一种；若所述超声波包括发散波，则根据组成超声探头的阵元排列不同，体发散波具有反向的虚拟焦点，或者反向的虚拟焦线，或者反向的虚拟聚焦区域；
沿至少三个不同的接收角度接收从所述目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号，所述至少三个不同的接收角度不在同一平面内，所述至少三组超声回波信号分别与所述至少三个不同的接收角度对应；
对所述至少三组超声回波信号进行信号处理，得到与所述至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量；
对所述至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到所述目标组织的三维向量速度。
5.一种超声三维成像方法，其特征在于，所述方法包括：
控制超声探头沿至少三个不同的发射角度向目标组织发射至少三组体发散波，所述超声探头包括至少五个阵元，所述至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上，其中，每组体发散波至少发射两次，并且，根据组成超声探头的阵元排列不同，所述体发散波具有反向的虚拟焦点，或者反向的虚拟焦线，或者反向的虚拟聚焦区域；
沿至少三个不同的接收角度接收从所述目标组织返回的超声回波，获得至少一组超声回波信号；
对所述至少一组超声回波信号进行波束合成，得到至少一组三维超声图像信号；
对所述至少一组三维超声图像信号进行信号处理，得到至少一帧三维血流图像。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述得到至少一组三维超声图像信号之后，还包括：
对所述至少一组三维超声图像信号进行斑点跟踪，得到所述目标组织的三维向量速度。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述得到至少一组三维超声图像信号之后，还包括：
对所述至少一组三维超声图像信号进行信号处理，得到至少一帧三维灰度图。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，其特征在于，对所述至少一组超声回波信号进行波束合成，得到至少一组三维超声图像信号，包括：
针对每一组超声回波信号，计算所述超声回波信号对应的飞跃时间TOF；
对得到的所有飞跃时间TOF对应的信号求和，得到一组三维超声图像信号。
9.一种超声三维成像装置，其特征在于，所述超声三维成像装置包括：
由至少五个阵元排列组成的超声探头，所述至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上；
所述超声探头，用于向目标组织发射体发射波；
控制器，用于控制超声探头沿至少三个不同的发射角度向目标组织发射至少三组体发散波；每组体发散波至少发射两次，且对应同一个虚拟焦点或者虚拟焦线；不同组的体发散波对应不同的虚拟焦点或者虚拟焦线，并且，根据组成超声探头的阵元排列不同，所述体发散波具有反向的虚拟焦点，或者反向的虚拟焦线，或者反向的虚拟聚焦区域；
处理器，用于沿至少三个不同的接收角度接收从所述目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号，所述至少三组超声回波信号沿至少三个不同的发射角度或者至少三个不同的接收角度获得，且所述至少三个不同的发射角度或者所述三个不同的接收角度不在同一平面内；其中，所述至少三个不同的发射角度与至少三组不同的虚拟焦点或者虚拟焦线的体发散波对应；
对所述至少三组超声回波信号进行信号处理，得到至少三个不同的发射角度或者所述至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量；对所述至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到所述目标组织的三维向量速度。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制器，具体用于控制所述超声探头沿至少三个发射角度向所述目标组织发射至少三组体发散波。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述接收从所述目标组织返回的超声回波的处理器，具体用于沿至少三个不同的接收角度接收从所述目标组织返回的超声回波。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述超声探头，具体用于控制所述超声探头中的阵元依据各自对应的发送时间，分别向目标组织发射发散波，以形成至少一组体发散波。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述超声探头包括五个阵元，所述五个阵元的排列组成中至少有一个阵元独立成一行或者一列。
14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述超声探头包括六个阵元，所述六个阵元的排列组成中包括至少两行或者两列，其中每行或者每列阵元的个数相同。
15.一种超声三维成像装置，其特征在于，所述超声三维成像装置包括：
由至少五个阵元排列组成的超声探头，所述至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上；
所述超声探头，用于向目标组织发射体超声波；
控制器，用于控制超声探头沿至少三个不同的发射角度向目标组织发射至少三组体超声波，每组体超声波至少发射两次，所述超声波包括聚焦波、发散波和平面波中的至少一种；若所述超声波包括发散波，则根据组成超声探头的阵元排列不同，体发散波具有反向的虚拟焦点，或者反向的虚拟焦线，或者反向的虚拟聚焦区域；
处理器，用于沿至少三个不同的接收角度接收从所述目标组织返回的超声回波，获得至少三组超声回波信号，所述至少三个不同的接收角度不在同一平面内，所述至少三组超声回波信号分别与所述至少三个不同的接收角度对应；对所述至少三组超声回波信号进行信号处理，得到与所述至少三个不同的接收角度对应的至少三个不同方向的速度分量；对所述至少三个不同方向的速度分量进行矢量合成，得到所述目标组织的三维向量速度。
16.一种超声三维成像装置，其特征在于，所述超声三维成像装置包括：
由至少五个阵元排列组成的超声探头，所述至少五个阵元的排列组成中至少有三个阵元不在一条直线上；
所述超声探头，用于向目标组织发射体发射波；
控制器，用于控制超声探头沿至少三个不同的发射角度向目标组织发射至少三组体发散波，每组体发散波至少发射两次，并且，根据组成超声探头的阵元排列不同，所述体发散波具有反向的虚拟焦点，或者反向的虚拟焦线，或者反向的虚拟聚焦区域；
处理器，用于沿至少三个不同的接收角度接收从所述目标组织返回的超声回波，获得至少一组超声回波信号；对所述至少一组超声回波信号进行波束合成，得到至少一组三维超声图像信号；对所述至少一组三维超声图像信号进行信号处理，得到至少一帧三维血流图像。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述处理器，还用于在得到至少一组三维超声图像信号之后，对所述至少一组三维超声图像信号进行斑点跟踪，得到所述目标组织的三维向量速度。
18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述处理器，还用于在得到至少一组三维超声图像信号之后，对所述至少一组三维超声图像信号进行信号处理，得到至少一帧三维灰度图。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的装置，其特征在于，对所述至少一组超声回波信号进行波束合成，得到至少一组三维超声图像信号的处理器，用于针对每一组超声回波信号，计算所述超声回波信号对应的飞跃时间TOF，对得到的所有飞跃时间TOF对应的信号求和，得到一组三维超声图像信号。
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