CN116509444B - 一种超声波成像设备和超声波成像系统 - Google Patents

一种超声波成像设备和超声波成像系统 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种超声波成像设备和超声波成像系统，超声波成像设备包括模数处理单元、缓冲存储单元、成像处理单元GPU和图像处理模块；模数处理单元包括第一接口、多个混频电路、多个滤波电路、多个模数转换电路和第二接口；第一接口用于并行接收由探头的多个传感器感测返回的超声波所形成的多个模拟射频信号；第二接口用于输出多组数字IQ数据；缓冲存储单元用于接收并缓冲存储多组数字IQ数据；成像处理单元GPU用于至少部分并行地对多组数字IQ数据进行成像处理，以分别形成一幅图像的多个图像行中多个图像线的多个像素点的多个原始图像数据；图像处理模块用于基于多个原始图像数据形成超声波成像的图像数据。

Description

一种超声波成像设备和超声波成像系统
技术领域
本公开涉及超声波成像技术领域，具体的，涉及一种超声波成像设备和一种超声波成像系统。
背景技术
超声波成像设备是医学影像诊断中常用的设备，这种设备向人体发射超声波并接收回波信号，通过人体组织器官声学性质上的差异得到人体内部的组织信息，从而进行疾病诊断。超声波成像因为具有成本低、无辐射、无创伤的优点，并且具有很好的便携性和实时性，所以在医疗临床诊断中被广泛应用。
超高速超声成像系统，发射可以覆盖整个成像区域的平面波，通过一次发射和接收获取整个成像区域的数据。与传统的聚焦超声成像相比，平面波超声成像减少了超声波的发射次数，极大程度上提高了成像的帧率。
但是，由于超高速超声成像系统的快速数据采集，导致后端数据处理复杂度高，数据量大，进而使得超声成像速度较慢。
因此，在现有技术中需要提出一种超声波成像方案以解决现有技术中的至少一个技术问题。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种超声波成像的新技术方案。
根据本公开的第一方面，提供了一种超声波成像设备，包括模数处理单元、缓冲存储单元、成像处理单元GPU和图像处理模块；所述模数处理单元包括第一接口、多个混频电路、多个滤波电路、多个模数转换电路和第二接口；
所述第一接口，用于并行接收由探头的多个传感器感测返回的超声波所形成的多个模拟射频信号；
所述多个混频电路，分别用于对多个模拟射频信号中的每个模拟射频信号进行混频处理，以得到多个第一模拟信号，其中，第一期望频段低于射频信号的频段；
所述多个滤波电路，分别用于对多个第一模拟信号中的每个第一模拟信号进行滤波处理，以得到多个第二模拟信号；
所述多个模数转换电路，分别用于对多个第二模拟信号进行模数转换处理，以得到多组数字IQ数据，其中，每组IQ数据包括I数据组和Q数据组，每个I数据组包括多个I数据，每个Q数据组包括多个Q数据；
所述第二接口，用于输出所述多组数字IQ数据；
所述缓冲存储单元，用于接收所述多组数字IQ数据并缓冲存储所述多组数字IQ数据；
所述成像处理单元GPU，用于从缓冲存储单元接收所述多组数字IQ数据，并至少部分并行地对所述多组数字IQ数据进行成像处理以分别形成一幅图像的多个图像行中多个图像线的多个像素点的多个原始图像数据；
所述图像处理模块，用于接收所述多个原始图像数据并基于所述多个原始图像数据形成超声波成像的图像数据。
可选的，所述多个传感器的数量等于所述探头的传感器的总数量。
可选的，所述多个图像线的数量小于所述多个传感器的数量。
可选的，所述多组模拟射频信号是所述多个传感器在一次发射/接收事件中分别获取的模拟射频信号。
可选的，所述图像处理模块包括中央处理器和图形处理模块。
可选的，基于所述多个原始图像数据成像所能达到的最大成像帧频大于等于3000帧/s。
可选的，所述成像处理单元GPU还利用剪切波弹性成像实时产生组织的硬度评估信息。
可选的，硬度评估信息包括组织硬度图，以及所述成像处理单元GPU还将实时灰阶B模式图像与所述组织硬度图相结合。
可选的，所述成像处理单元GPU实时产生粘性介质的分散性评估信息，并将分散性评估信息与硬度评估信息结合，以产生能够同时显示硬度和粘度的图像。
可选的，所述成像处理单元GPU基于IQ数据实时计算超灵敏多普勒数据，并将超灵敏多普勒数据与灰阶B模式图像结合，以形成多普勒信号时间分辨率提高后发出的多个定量光谱显示图像。
可选的，所述成像处理单元GPU基于IQ数据产生多普勒数据，并对多普勒数据进行奇异值分解滤波，以区分静止的散射体和移动的血流。
可选的，所述成像处理单元GPU还基于IQ数据实时进行平面波复合成像。
根据本公开的第二方面，提供了一种超声波成像系统，包括：
探头，包括激发装置和多个传感器，其中，激发装置用于在组织内激发剪切波并发射超声波，以及每个传感器用于感测返回的超声波以形成对应的模拟射频信号；
根据本公开第一方面所述的超声波成像设备，用于形成超声波成像的图像数据；以及
显示装置，用于显示基于所述图像数据的图像。
通过本实施例的超声波成像系统，由模数处理单元将探头的多个传感器所获取的多个模拟射频信号处理为多组数字IQ数据，再由GPU至少部分并行地对多组数字IQ数据进行成像处理，得到多个图像线的多个原始图像数据，再由图像处理模块基于多个原始图像数据形成超声波成像的图像数据，这样，可以结合超快速的超声波采集，实现与组织表现相关的关键参数的实时计算，在采集模拟射频信号后，可以实现合成超声波成像的实时波束合成，提高超声波成像的速度。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且连同其说明一起用于解释本公开的原理。
图1示出了本公开一个实施例的超声波成像设备的框图；
图2示出了本公开一个实施例的SWE图谱和B模式图像的获取顺序示意图；
图3示出了本公开一个实施例的相干波前和剪切波的传播示意图；
图4示出了本公开一个实施例的剪切波推线移动过程的示意图；
图5示出了本公开一个实施例的剪切波频率和组织产生振动的频率带宽之间的关系曲线；
图6示出了本公开一个实施例的超声波成像系统的框图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
<超声波成像设备>
本实施例提供了一种超声波成像设备，如图1所示，该超声波成像设备1000可以包括模数处理单元1100、缓冲存储单元1200、成像处理单元GPU1300和图像处理模块1400。其中，模数处理单元1100可以包括第一接口1110、多个混频电路1120(包括混频电路1120-1、1120-2、……1120-n，其中，n为大于1的整数)、多个滤波电路1130(包括滤波电路1130-1、1130-2、……1130-n，其中，n为大于1的整数)、多个模数转换电路1140(包括模数转换电路1140-1、1140-2、……1140-n，其中，n为大于1的整数)和第二接口1150。
第一接口1110，用于并行接收由探头的多个传感器感测返回的超声波所形成的多个模拟射频信号。
多个混频电路1120，分别用于对多个模拟射频信号中的每个模拟射频信号进行混频处理，以得到第一期望频道的多个第一模拟信号；其中，第一期望频段低于神品信号的频段。
多个滤波电路1130，分别用于对多个第一模拟信号中的每个第一模拟信号进行滤波处理，以得到多个第二模拟信号。
多个模数转换电路1140，分别用于对多个第二模拟信号进行模数转换后吃力，以得到多组数字IQ数据。其中，每组数字IQ数据包括I数据组和Q数据组，每个I数据组包括多个I数据，每个Q数据组包括多个Q数据。
第二接口1150，用于输出多组数字IQ数据。
缓冲存储单元1200，用于接收多组数字IQ数据并缓冲存储多组数字IQ数据。
成像处理单元GPU1300，用于从缓冲存储单元1200接收多组数字IQ数据，并至少部分地对多组数字IQ数据进行成像处理以分别形成一副图像的多个图像行中多个图像线的多个像素点的多个原始图像数据。
图像处理模块1400，用于接收多个原始图像数据，并基于多个原始图像数据形成超声波成像的图像数据。
在本实施例中，第一接口1110可以是与探头连接，探头包括激发装置和多个传感器，激发装置用于在组织内激发剪切波并发射超声波，多个传感器用于感测返回的超声波以形成对应的模拟射频信号。其中，返回的超声波为人体组织中的反射粒子所反射或散射的超声波。
传感器可以是将返回的机械功率的超声波，转换为电功率的模拟射频信号，以便于进行处理。
进一步地，探头中可以包括多个传感器，本实施例中获取模拟射频信号、并将模拟射频信号通过第一接口传输至混频电路中的传感器，可以是探头所包含的部分或全部传感器。
在本公开的一个实施例中，探头中可以包括N个传感器，对应的，模数处理单元1100中可以包括N个混频电路1120、N个滤波电路1130和N个模数转换电路1140。探头中的传感器、混频电路1120、滤波电路1130和模数转换电路1140之间可以是一一对应的，在模数处理单元1100中，每个滤波电路1130和对应的混频电路1120、模数转换电路1140连接，而每个混频电路1120可以是处理对应的传感器所获取的模拟射频信号。
对于任一个混频电路1120，可以是对对应的传感器所获取的模拟射频信号进行混频处理，得到第一期望频段的第一模拟信号。
在一个例子中，对模拟射频信号进行混频处理，以得到第一期望频段的多个第一模拟信号，可以是将模拟射频信号乘以2πft，得到混频后的模拟信号；再根据第一期望频段对混频后的模拟信号进行滤波处理，得到第一模拟信号。其中，f为超声波的频率，t为超声波的传输时间。
具体的，可以是将模拟射频信号分别乘以sin(2)和cos(2)，得到模拟的I信号和模拟的Q信号，再根据第一期望频段对模拟的I信号和模拟的Q信号分别进行滤波处理，得到第一模拟信号。
也就是说，第一模拟信号可以包括第一期望频段的模拟的I信号和第一期望频段的模拟的Q信号。
本实施例中，第一期望频段可以是预先根据应用场景或具体需求所设定好的。例如，第一期望频段的频率可以是均小于等于超声波的频率。
滤波电路1130可以是对对应的混频电路1120所得到的第一模拟信号进行滤波处理，得到第二模拟信号。
本实施例中，对第一模拟信号进行滤波处理，可以去除第一模拟信号中高频谐波成分。
具体的，可以是对第一期望频段的模拟的I信号和第一期望频段的模拟的Q信号分别进行滤波处理，得到的第二模拟信号包括滤波后的第一期望频段的模拟的I信号、和滤波后的第一期望频段的模拟的Q信号。
模数转换电路1140可以是对对应的滤波电路1130所得到的第二模拟信号进行模数转换处理，得到一组数字IQ信号。
进一步地，模数转换电路1140可以是对滤波后的第一期望频段的模拟的I信号、和滤波后的第一期望频段的模拟的Q信号分别进行模数转换处理，得到一个I数据组和一个Q数据组。
第二接口1150可以是并行输出多组数字IQ数据。
缓冲存储单元1200例如可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)。
成像处理单元GPU1300为GPU(Graphics Processing Unit)，是一种专门做图像和图形相关运算工作的微处理器。成像处理单元GPU1300至少部分地对多组数字IQ数据进行成像处理，即成像处理单元GPU1300在同一时间可以对至少两组数字IQ数据进行成像处理。其中，成像处理至少可以包括波束成形处理。
成像处理单元GPU1300对多组数字IQ数据进行成像处理后，即可以得到一幅图像的多个图像行中多个图像线的多个像素点的多个原始图像数据。
具体的，探头中可以是包括N个传感器，那么，一幅图像可以包括N个图像线，每个图像线中可以包括至少一个图像列。此外，一幅图像还可以包括多个图像行，对于任一个图像行，在任一个图像列上包括一个像素点。那么，对于任一个图像行，在一个图像线中可以包括至少一个像素点。
进一步地，在一个图像线中包括m个图像列的情况下，对于任一个图像行，在一个图像线中可以包括m个像素点。其中，m为正整数。
再进一步地，对于本实施例得到任一个原始图像数据，对应于一个图像行和一个图像线的m个像素点。
本实施例中，图像处理模块1400可以是根据多个原始图像数据进行可视化处理，形成超声波成像的图像数据，以使显示装置显示基于超声波成像的图像数据的图像。
进一步地，基于超声波成像的图像数据的图像可以是SWE(剪切波弹性成像)图像和/或灰阶B模式图像。
通过本实施例的超声波成像系统，由模数处理单元将探头的多个传感器所获取的多个模拟射频信号处理为多组数字IQ数据，再由GPU至少部分并行地对多组数字IQ数据进行成像处理，得到多个图像线的多个原始图像数据，再由图像处理模块基于多个原始图像数据形成超声波成像的图像数据，这样，可以结合超快速的超声波采集，实现与组织表现相关的关键参数的实时计算，在采集模拟射频信号后，可以实现合成超声波成像的实时波束合成，提高超声波成像的速度。
在本公开的一个实施例中，多个传感器的数量等于探头的传感器的总数量。
也就是说，本实施例中获取模拟射频信号、并将模拟射频信号通过第一接口传输至混频电路中的多个传感器，可以是探头所包含的全部传感器。
这样，可以最大限度的提高第一接口接收到的模拟射频信号的数量，进而可以最大限度的提高模数处理单元输出的多组数字IQ数据的数量，提升超声波成像的分辨率。
在本公开的一个实施例中，多个图像线的数量小于多个传感器的数量。
具体的，可以是成像处理单元GPU对模数处理单元输出的多组数字IQ数据进行成像处理时，可以抛弃部分质量不好的IQ数据，不对其进行成像处理。那么，将无法得到抛弃的IQ数据对应的图像线的原始图像数据。
通过本实施例，一方面可以提高超声波成像质量，另一方面，也避免质量不高的IQ数据的处理，减少GPU的算力占用。
在本公开的一个实施例中，多组模拟射频信号是多个传感器在一次发射/接收事件中分别获取的模拟射频信号。
对于传统的超声波成像系统，在一次发射/接收事件中，激发装置每在组织内激发一个剪切波，超声波成像系统会同时通过一个发射接收通道发射超声波并接收回波，根据回波产生一个图像线的图像数据。其中，一个发射接收通道对应探头的一个传感器、一个混频电路、一个滤波电路和一个模数转换电路。
进一步地，为了得到完整的图像，在超声波成像系统包括N个发射接收通道的情况下，需要发生N次发射/接收事件。N次发射/接收事件会通过不同的接收通道发射超声波并接收回波，并根据回波产生一个图像线的图像数据，在N次发射/接收事件发生后，即可以得到N个图像线的图像数据，再根据N个图像线的图像数据形成图像。
而本实施例的超声波成像系统，包括本实施例的超声波成像设备、探头和显示装置。本实施例的超声波成像系统采用平面波扫查技术，在一次发射/接收事件中，激发装置在组织内激发一个剪切波，同时通过多个发射通道发出波前形状为平面的脉冲超声波，平面波在传播过程中覆盖整个成像区域。在接收过程中，多个传感器通过多个接收通道接收声场中的回波，根据所接收的回波产生一幅图像的多个图像行中多个图像线的多个像素点的多个原始图像数据，基于多个原始图像数据形成超声波成像的图像数据。
进一步地，在一次发射/接收事件中，激发装置在组织内激发一个剪切波，同时通过所有发射通道发出波前形状为平面的脉冲超声波，平面波在传播过程中覆盖整个成像区域。在接收过程中，所有传感器通过所有接收通道接收声场中的回波，根据所有回波产生一幅图像的多个图像行中所有图像线的多个像素点的多个原始图像数据，基于多个原始图像数据形成超声波成像的图像数据。
在本实施例中，本实施例的超声波成像设备，对多个传感器在一次发射/接收事件中获取的模拟射频信号进行超声波成像处理，实现超声波回波信号的超快速采集，可以减少形成一副图像所需的时间，提高超声波成像的速度。
在本公开的一个实施例中，图像处理模块1400包括中央处理器和图形处理模块。
中央处理器(central processing unit，简称CPU)作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。
图形处理模块可以是显卡，具体可以是集成显卡，也可以是独立显卡，在此不做限定。
也就是说，本实施例中的显示处理可以是由CPU和图形处理模块所实现的，而不是由GPU实现的。
在本公开的一个实施例中，基于多个原始图像数据成像所能达到的最大成像帧频大于等于3000帧/s。
进一步地，基于多个原始图像数据成像所能达到的最大成像帧频可以大于等于8000帧/s。
具体的，通过本实施例的超声波成像系统，可以显著提升超声波成像的帧率。
在本公开的一个实施例中，成像处理单元GPU1300还可以利用剪切波弹性成像实时产生组织的硬度评估信息。
剪切波弹性成像(SWE)是一种显示颜色编码定量弹性的实时成像模式。其图谱覆盖在传统的灰阶B模式图像上。SWE图像的感兴趣区域由一个可由用户控制大小和位置的感兴趣区域框分隔。
剪切波是一种弹性波，其在生物软组织中以非常缓慢的速度传播，大约为几米每秒。剪切波的传播速度与评估弹性的参数——杨氏模量直接相关。通过在组织中激发剪切波，可以测量其传播速度，并使用以下公式计算出组织的弹性值：
其中，E是杨氏模量，单位为kPa，cs是剪切波的传播速度，单位是m/s，d是组织密度，单位是kg/m3。
剪切波速度随弹性的增加、介质的变硬而增加。因此，可以是利用剪切波弹性成像实时产生组织的硬度评估信息。
一帧B模式图像和一帧SWE图像使用一个独特的脉冲序列顺序获得。一帧SWE图像通常在30-80ms内得到，而一帧B模式图像通常在10-100ms内得到。每个模式都有各自的帧率。信号的帧率受到声功率和探头温度的限制。SWE模式的通常帧率可达2Hz，而B模式的帧率可达50Hz。
在本实施例中，剪切波弹性成像的步骤包括：由激发装置利用声辐射力在组织中激发剪切波；使用高帧率纵平面波，结合常规的一维多普勒成像技术，获取由于剪切波的传播而引起的时空位移场；应用一个专用的逆过程提取出对于剪切波位移的局部估计，并生成一个以kPa为单位的二维弹性图。
如上所述，实时剪切波弹性成像可以是由两个事件组成：产生剪切波的推线；平面波的发射/接收以对剪切波的传播过程进行超快速成像。
本实施例的超声波成像设备，可以是依次获得SWE图谱和B模式图像。因此，在获得SWE图谱之后可以是获得几次重复的B模式图像。
如图2所示，相邻两次获得SWE图谱的时差为1/SWE，其中，FRSWE为SWE模式的帧率；相邻两次获得B模式图像的时差为1/B，其中，FRB为B模式的帧率。
平面波的发射/接收以对剪切波的传播过程进行超快速成像，主要包括：以弹性成像的感兴趣区域为中心的探测器子孔径的平面波传输，用一个以感兴趣区域为中心的子光圈接收/记录回波，设置数字有限冲击响应，以获得一个窄带滤波器；所施加的电压与B模式所施加的电压相同。
在利用声辐射力在组织中激发剪切波的过程中，声辐射力向远离传感器的方向推动焦点内的声化介质。为了用成像探头在软组织中诱导几微米的位移，透射脉冲的长度通常为100μs。在SWE模式中，在剪切波的产生过程中，传感器的焦点轴向移动，以在声束的方向上产生一个大的相干波前。所诱导的瞬态位移以剪切波的形式在垂直方向上传播，如图3所示。产生的剪切波频率在千赫兹数量级，并以几米每秒的速度传播。
具体的，如图3所示，相干波前的传播速度可以是2m/s，传播方向可以是垂直于相干波前的方向，如对应的箭头所示。剪切波的传播速度可以是6m/s，传播方向可以是在垂直方向上传播，如对应的箭头所示。图3中的圆圈可以是表示组织中的反射粒子。
进一步地，可以采用平面波捕捉剪切波的传播。平面波例如可以是以1540m/s的速度传播。
通常来说，为了局部测量分辨率为1mm的剪切波的传播速度，需要每秒几千帧的帧率。例如，如果一个剪切波以3m/s的速度传播，则间隔为1mm的2个点之间的传播延迟为0.3ms。因此，为测量这两点，超快速超声成像的帧率应该是3000帧每秒。
在本实施例中，探头所产生的剪切波将平行于探头表面传播，并通过估计位于同一深度的两点之间的剪切波的多普勒信号的时延来测量传播速度。在整个感兴趣区域内，可以获得剪切波速度并转换为组织的弹性值。
由于剪切波推线外的传播只有几毫米，因此，为了测量更大的区域，可以横向移动剪切波推线，并重复产生和处理的过程。并将所有获得的弹性测量的子图组合在一起，形成大的弹性图。
进一步地，可以是对推线进行优化，以使感兴趣区域内生成的剪切波为最佳。典型的脉冲突发长度约为50-200μs，覆盖最多200个传感器。因此，它确实需要很高的瞬时功率。
对于一个大的弹性图，由一条推线和超快成像组成的基本模式在感兴趣区域内的不同横向位置重复，如图4所示，推线可以是由推线1的位置向推线2的位置移动，再向推线3的位置移动。
单个映射的推线数Npl可以定义为：Npl＝(WidthROI)/(推线间距)，其中，WidthROI为感兴趣区域的宽度。
在每束推线后，平面超声波的超快速采集通常进行10ms。本实施例的超声波成像设备中，GPU提供了适当的计算能力来执行这种超快速的平面波成像。
在本公开的一个实施例中，硬度评估信息包括组织硬度图。在此基础上，成像处理单元GPU1300还可以将实时灰阶B模式图像与组织硬度图相结合。
在本实施例中，可以利用超快速超声波成像(平面波发射/接收事件)来将B模式采集与剪切波采集相结合。由于波束合成是在获得IQ数据后完全在GPU中执行的，因此GPU的计算能力是实时执行该功能所需的必要条件。
本实施例利用GPU的计算能力，结合实时灰阶B模式图像与组织硬度图以合成最终图像。
在本公开的一个实施例中，成像处理单元GPU1300还基于IQ数据实时进行平面波复合成像。
在实时复合成像的情况下，从不同的空间方向快速获得一系列重叠的灰阶B模式图像，然后将检测到的灰阶B模式图像平均，组合成复合图像。这个过程会在整个图像场中连续重复。其主要的优点是减少散斑，提高对比分辨率以使界面的定义更清晰。
合成平面波成像是通过传输不同角度的平面波，接收散射信号并进行波束合成。
在本公开的一个实施例中，成像处理单元GPU1300还可以实时产生粘性介质的分散性评估信息，并将分散性评估信息与硬度评估信息结合，以产生能够同时显示硬度和粘度的图像。
在假设组织是纯弹性的情况下，剪切波弹性成像可以提供组织的定量弹性图。但软组织有显著的粘性，会导致在剪切波弹性成像模式下由声辐射力产生的剪切波发生扩散和衰减。实际上，由声辐射力产生的剪切波弹性成像具有宽带特征。
如图5所示，纵坐标表示产生振动的频率带宽，横坐标表示频率，f1示出了软组织是非粘性组织的情况下，剪切波的频率和组织产生振动的频率带宽之间的关系曲线；f2示出了组织纤维化的情况下，剪切波的频率和组织产生振动的频率带宽之间的关系曲线；f3示出了软组织具有显著粘性的情况下，剪切波的频率和组织产生振动的频率带宽之间的关系曲线。
在非粘性组织的情况下，剪切波的传播速度与频率无关，通过超声波成像设备测量的速度是群速度，即剪切波的能量所运动的速度。在这种情况下，可以使用胡克模型，来计算剪切波的扩散和衰减。
然而，在组织为均匀介质的情况下，可以使用开尔文-沃伊特模型，来计算剪切波的扩散和衰减。
在衡量肝脏脂肪变性阶段时，测量剪切波扩散度是很重要的，因为肝脏的粘度会随着肝脏中脂肪量的增加而增加。
剪切波扩散成像与剪切波弹性成像的不同仅在于对时空位移场的处理，剪切波扩散成像的数据采集模式与剪切波弹性成像的数据采集模式相同。在组织为粘性介质的情况下，对于一个给定像素点，需要计算相位速度作为一个频率的函数。
对于频率为ω的平面波，相位速度可以定义为：
其中，μ为剪切模量，η为粘度。
通过估计相位速度的局部斜率，可以得到扩散值/>在一个频率范围内。这个扩散值以Pa为单位测量。
在本实施例中，基于GPU的计算能力，可以同时显示剪切波扩散成像的图像与剪切波弹性成像的图像。
在本公开的一个实施例中，成像处理单元GPU1300还可以基于IQ数据实时计算超灵敏多普勒数据，并将超灵敏多普勒数据与灰阶B模式图像结合，以形成多普勒信号时间分辨率提高后发出的多个定量光谱显示图像。
超快/超灵敏多普勒使用的是组织中传输的偏转平面波。平面波会同时激发组织内所有的散射体，从而可以获得与传统多普勒相比更高的灵敏度。它是一种双工模式，其中彩色多普勒数据叠加在灰阶B模式图像上。但与传统的彩色多普勒的彩色帧与B模式帧按顺序采集不同，超灵敏多普勒彩色平面波发射与B模式平面波的发射交织在一起。此外，超灵敏多普勒提高数据提高了多普勒信号的时间分辨率。
在本公开的一个实施例中，成像处理单元GPU1300还可以基于IQ数据产生多普勒数据，并对多普勒数据进行奇异值分解滤波，以区分静止的散射体和移动的血流。
在本实施例中，为了消除多普勒分析固有的杂波以提供更高灵敏度，GPU对基于IQ数据产生多普勒数据进行奇异值分解滤波，得到固定散射体的多普勒数据和流动血液的多普勒数据。
<超声波成像系统>
本实施例还提供了一种超声波成像系统，如图6所示，该超声波成像系统6000可以包括探头6100、前述任一实施例所述的超声波成像设备1000、以及显示装置6200。
探头6100包括激发装置6110和多个传感器6120(包括传感器6120-1、6120-2、……、6120-n，其中，n为大于1的整数)，其中，激发装置6110用于在组织内激发剪切波并发射超声波，以及每个传感器6120用于感测返回的超声波以形成对应的模拟射频信号；
超声波成像设备1000用于形成超声波成像的图像数据。
显示装置6200用于显示基于所述图像数据的图像。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (13)

1.一种超声波成像设备，包括模数处理单元、缓冲存储单元、成像处理单元GPU和图像处理模块；所述模数处理单元包括第一接口、多个混频电路、多个滤波电路、多个模数转换电路和第二接口；
所述第一接口，用于并行接收由探头的多个传感器感测返回的超声波所形成的多个模拟射频信号；
所述多个混频电路，分别用于对多个模拟射频信号中的每个模拟射频信号进行混频处理，以得到多个第一期望频段的第一模拟信号，其中，第一期望频段低于射频信号的频段；
所述多个滤波电路，分别用于对多个第一模拟信号中的每个第一模拟信号进行滤波处理，以得到多个第二模拟信号；
所述多个模数转换电路，分别用于对多个第二模拟信号进行模数转换处理，以得到多组数字IQ数据，其中，每组数字IQ数据包括I数据组和Q数据组，每个I数据组包括多个I数据，每个Q数据组包括多个Q数据；
所述第二接口，用于输出所述多组数字IQ数据；
所述缓冲存储单元，用于接收所述多组数字IQ数据并缓冲存储所述多组IQ数据；
所述成像处理单元GPU，用于从缓冲存储单元接收所述多组数字IQ数据，并至少部分并行地对所述多组数字IQ数据进行成像处理以分别形成一幅图像的多个图像行中多个图像线的多个像素点的多个原始图像数据；
所述图像处理模块，用于接收所述多个原始图像数据并基于所述多个原始图像数据形成超声波成像的图像数据。
2.根据权利要求1所述的超声波成像设备，其中，所述多个传感器的数量等于所述探头的传感器的总数量。
3.根据权利要求2所述的超声波成像设备，其中，所述多个图像线的数量小于所述多个传感器的数量。
4.根据权利要求1所述的超声波成像设备，其中，所述多组模拟射频信号是所述多个传感器在一次发射/接收事件中分别获取的模拟射频信号。
5.根据权利要求1所述的超声波成像设备，其中，所述图像处理模块包括中央处理器和图形处理模块。
6.根据权利要求1所述的超声波成像设备，其中，基于所述多个原始图像数据成像所能达到的最大成像帧频大于等于3000帧/s。
7.根据权利要求1所述的超声波成像设备，其中，所述成像处理单元GPU还利用剪切波弹性成像实时产生组织的硬度评估信息。
8.根据权利要求7所述的超声波成像设备，其中，硬度评估信息包括组织硬度图，以及所述成像处理单元GPU还将实时灰阶B模式图像与所述组织硬度图相结合。
9.根据权利要求7所述的超声波成像设备，其中，所述成像处理单元GPU实时产生粘性介质的分散性评估信息，并将分散性评估信息与硬度评估信息结合，以产生能够同时显示硬度和粘度的图像。
10.根据权利要求7所述的超声波成像设备，其中，所述成像处理单元GPU基于IQ数据实时计算超灵敏多普勒数据，并将超灵敏多普勒数据与灰阶B模式图像结合，以形成多普勒信号时间分辨率提高后发出的多个定量光谱显示图像。
11.根据权利要求7所述的超声波成像设备，其中，所述成像处理单元GPU基于IQ数据产生多普勒数据，并对多普勒数据进行奇异值分解滤波，以区分静止的散射体和移动的血流。
12.根据权利要求1所述的超声波成像设备，其中，所述成像处理单元GPU还基于IQ数据实时进行平面波复合成像。
13.一种超声波成像系统，包括：
探头，包括激发装置和多个传感器，其中，激发装置用于在组织内激发剪切波并发射超声波，以及每个传感器用于感测返回的超声波以形成对应的模拟射频信号；
根据权利要求1所述的超声波成像设备，用于形成超声波成像的图像数据；以及
显示装置，用于显示基于所述图像数据的图像。
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