CN1168262A - 超声波成象方法与超声波诊断设备 - Google Patents

Abstract

用来显示三维超声波图象、使操作者能够知道目标物体离超声波探头的距离，或者用来显示实用的三维超声波图象、同时结构简单而且完成所需操作消耗时间短的超声波诊断设备。该设备包括：超声波束数据存储器；地址控制装置，用来沿着深度方向依次将超声波束数据写入所述超声波束数据存储器或从其中读出；三维操作装置，用来利用由地址控制装置从超声波束数据存储器读出的超声波束数据产生三维超声波束数据；三维超声波束数据存储器；数字扫描转换器；以及CRT。

Description

超声波成象方法与超声波诊断设备

本发明涉及超声波成象方法与超声波诊断设备，更具体地说，本发明涉及用来显示三维超声波目标物体图像，允许操作者掌握超声波探头与成象物体之间距离的超声波成象方法和超声波诊断设备，该超声波诊断设备结构简单，但能在短的操作时间内显示实用的三维超声波图像。

为了提供超声波图象的三维显示，涉及使用超声波探头对目标物体内平面(用帧表现)的扫描。超声波探头沿着基本上与该平面垂直的方向移动，以积累表现多个帧的超声波束数据。

图1是体数据Vol的概念视图。数字扫描转换器(DSC)将每帧的超声波束数据转换成关于每帧的二维正交坐标数据。给定正交坐标数据，体数据保持装置以三维正交坐标数据形式产生体数据Vol。

图2是三维超声波图象数据P(T)的概念视图。地址控制装置和三维操作装置对一组代表在视线方向对于所示Z方向的水平视角T的穿过体数据Vol一个位置的数据完成三维操作，以此产生三维超声波图象数据P(T)。视角指的是代表视线方向的角度。

传统的超声波诊断系统操作时首先准备体数据Vol，亦即三维正交坐标数据。然后，对体数据进行三维操作，以便变成可以显示的三维超声波图象数据P(T)。

传统超声波诊断系统的一个缺点是所显示的三维超声波图象不能反映超声波探头1与目标物体之间的距离。操作这样的系统时，操作者难以确定目标物体离超声波探头1有多远。

另一个缺点是因为需要准备三维正交坐标数据形式的体数据Vol，所以传统系统结构复杂，而且完成所涉及的操作很费时间。

因此，本发明的一个目的是提供一种能够允许操作者掌握目标物体与超声波探头之间距离的显示三维超声波图象的超声波诊断设备。

本发明的第二个目的是提供一种结构简单但能够显示实用的三维超声波图象的超声波诊断设备，而且完成所需的操作只需有限的时间。

为了完成本发明，按其第一个方面，提供一种超声波成象方法，它包括下列步骤：通过沿着基本上与目标物体内的平面垂直的方向移动超声波探头扫描该平面，取得三维数据；以及根据所取得的三维数据产生和显示从要求的视线看去的目标物体的组织或其他细节的三维超声波图象，所显示的图象按照目标物体与超声波探头之间的距离而变形。

按照本发明的第二个方面，提供一种超声波诊断设备，它包括：用来扫描目标物体内部的平面的超声波探头；数据获取装置，用来通过在与该平面基本上垂直的方向移动超声波探头，获取目标物体的三维数据；图象产生-显示装置，用来根据所获取的三维数据产生和显示从要求的视线看去的目标物体的组织或其他细节的三维超声波图象；以及变形控制装置，用来使所显示的图象按照目标物体与超声波探头的距离而变形。

按照本发明的第一个方面的超声波成象方法和按照其第二个方面的超声波诊断设备，其特征均在于，所显示的图象按照目标物体与超声波探头的距离而发生变形。随着距离的变化，三维超声波图象显得略有不同，使它反映变化了的距离。这使操作者能够掌握目标物体与超声波探头的距离。

按照本发明的第三个方面，提供一种超声波诊断设备，它包括：超声波探头，用来扫描目标物体内部的平面；数据获取装置，用来通过在与该平面基本上垂直的方向上移动超声波探头，获取目标物体的三维数据；图象产生-显示装置，用来根据所获取的三维数据产生和显示从要求的视线看去的目标物体的组织或其他细节的三维超声波图象；超声波束数据存储器，用来存储多个帧的超声波束数据；地址控制装置，用来沿着深度方向依次将超声波束数据写入超声波束数据存储器或从其中读出；三维操作电路，用来利用由地址控制装置从超声波束数据存储器读出的超声波束数据产生三维数据；三维超声波束数据存储器或线路存储器，用来存储所产生的三维超声波束数据；数字扫描转换器，用来将存储在三维超声波束数据存储器或线路存储器内的三维超声波束数据转换成屏幕格式。

与传统的系统不同，按照本发明第三个方面的超声波诊断设备是通过对超声波束数据完成三维操作而产生三维超声波束数据的。也就是说，本发明的设备并不产生体数据Vol来对其进行三维操作。如图1所示，体数据Vol一般由XYZ空间内的大约500×500×50个数据项组成，而超声波束数据由地址空间(超声波束数)、回声时间(深度)和Z坐标中的约100×500×50个数据项组成。于是数据量减少了，使之有可能用结构简单的设备在短的操作时间内产生实用的三维超声波图象。

三维超声波束数据是通过对超声波束数据完成三维操作而产生的。三维超声波束数据转换成可以显示的格式。这提供了适当的反映目标物体离超声波探头的距离的显示变形，使操作者能够知道该距离。

在本发明的第一最佳结构中，提供按照本发明第三个方面的超声波诊断设备，其中实际上同一个存储器用作超声波束数据存储器、三维超声波束数据存储器和线路存储器中的任何一个。

在其第一最佳结构中，该超声波诊断设备结构简单，因为它利用实际上同一个存储器作为超声波束数据存储器、三维超声波束数据存储器和线路存储器。

在本发明的第二最佳结构中，提供一种按照第三个方面或其第一最佳结构的超声波诊断设备，其中地址控制装置同时从超声波束数据存储器读出超声波束数据和从三维超声波束数据存储器或线路存储器读出三维超声波束数据，而且其中的三维操作电路根据同时读出的超声波束数据和三维超声波束数据产生三维超声波束数据。

在其第二最佳结构中，超声波诊断设备依次产生几组超声波束数据和三维超声波束数据。这个特点使处理速度得以提高。

在本发明的第三最佳结构中，提供一种按照其第二个方面的超声波诊断设备，它还包括临时存储三维操作电路所产生的三维超声波束数据用的线路存储器；以及地址控制装置，用来在下一个时序将三维超声波束数据从线路存储器转移到三维超声波束数据存储器。

在其第三最佳结构中，超声波诊断设备利用线路存储器来进行所谓快速缓存的回写操作。这个特点也使处理速度得以提高。

在本发明的第四最佳结构中，提供一种按照其第三个方面至其第三最佳结构中的任何一个的超声波诊断设备，它还包括B方式和CFM(彩色流映象)方式的数据传输总线，该总线用来进行超声波束数据和三维超声波束数据传输中的至少一部分。

在其第四最佳结构中，超声波诊断设备由于采用所述总线而使结构得以简化。

在本发明的第五最佳结构中，提供一种按照其第二至第四最佳结构中的任何一个的超声波诊断设备，其中三维操作电路是或者由随机存储器(RAM)或者由只读存储器(ROM)构成的查询表(LUT)、存储与从三维超声波束数据存储器或从线路存储器输入的三维超声波束数据对应的查询表信息，以及与三维超声波束数据无关的查询表(LUT)信息，并且其中地址控制装置选择所用的LUT信息的类型。

在其第五最佳结构中，所述超声波诊断设备由于采用查询表而使处理速度得以提高。因为与三维超声波束数据无关的查询表信息存储在查询表中，所以查询表可以用在初始的、不存在有效的三维超声波束数据三维操作中。这简化了该设备的控制程序。

在本发明的第六最佳结构中，提供一种按照第三个方面至其第五最佳结构中的任何一个的超声波诊断设备，其中地址控制装置在根据超声波束数据产生三维超声波束数据的过程中，按下式计算准备从三维超声波束数据存储器或线路存储器读出的三维超声波束数据的超声波束地址：

N+F^*D^*tan{T}+Toffset

式中，F代表超声波束数据的帧数，N代表超声波束地址，D代表帧至帧的距离，T代表水平视角，Toffset代表水平偏移量。

在其第六最佳结构中，当提供每一个水平视角T时，超声波诊断设备很容易计算与此时有效的超声波束数据配对的三维超声波束数据的超声波束地址。

在本发明的第七最佳结构中，提供一种按照其第三个方面至其第六最佳结构中的任何一个的超声波诊断设备，其中地址控制装置在根据超声波束数据产生三维超声波束数据的过程中，用下式计算准备从三维超声波束数据存储器或线路存储器读出的三维超声波束数据的深度地址：

M+F^*D^*tan{U}+Uoffset

式中，F代表超声波束数据的帧数，M代表深度地址，D代表帧至帧的距离，U代表垂直视角，Uoffset代表垂直偏移量。

在其第七最佳结构中，当提供每一个垂直视角U时，超声波诊断设备很容易计算与此时有效的超声波束数据配对的三维超声波束数据的深度地址。

在本发明的第八最佳结构中，提供一种按照其第二个方面至其第七最佳结构中的任何一个的超声波诊断设备，其中超声波束数据是以下各量中的一个或者它们的组合，这些量是：B方式下或彩色流映射方式下获得的流速、从功率或者从二次谐波获得的流速、以及功率。

在其第八最佳结构中，超声波诊断设备显示三维超声波图象，该图象代表以下各量中的一个或者它们的组合，这些量是：B方式下或彩色流映射方式下获得的流速、从功率或者从二次谐波获得的流速、以及功率。

对于按照本发明第三方面或第一最佳结构的超声波诊断设备，数据传输不必沿深度方向按顺序进行。

另一方面，对于按照其第二至第七最佳结构中任何一个的超声波诊断设备，数据传输最好应沿深度方向按顺序进行。在这种情况下，数据将与深度方向的时钟脉冲同步传输，使得地址控制装置只须传输超声波束地址一种数据，或者传输超声波束地址和深度起始地址的组合。

根据以下对附图中举例说明的本发明的最佳实施例的描述，将明白本发明的其他目的和优点。

图1是体数据的概念视图；

图2是对体数据进行三维操作及所得三维超声波图象数据的概念视图；

图3是按本发明第一实施例实施的超声波诊断设备方框图；

图4是表示如何为三维显示而进行扫描的示意图；

图5是在空间定位的多个帧的概念视图；

图6是当某些超声波束在空间定位时有效的超声波束数据的概念视图；

图7是超声波束数据存储器的示意的概念视图；

图8是表示准备进行三维操作的超声波束数据与三维超声波束数据及地址的对应关系的示意图；

图9是代表单独一个帧的三维超声波束数据的示意图；

图10是通过将一帧三维超声波束数据进行格式转换而获得的三维超声波图象数据的示意图。

图11是按本发明第二实施例实施的超声波诊断设备的方框图；

图12是按本发明第三实施例实施的超声波诊断设备的方框图。

第一实施例

图3勾画了按本发明第一实施例实施的超声波诊断设备。在图3中，超声波诊断设备100包括超声波探头1和超声波束形成器2。超声波探头1将超声波脉冲发射到目标物体，并接收从目标物体反射回来的超声波回波。超声波束形成器2改变超声波束的方向，以便扫描目标物体内的平面，并产生每一个波束方向上的超声波束的信号。此外，在超声波诊断设备100中，B方式处理装置3根据超声波束信号的强度产生B方式超声波束数据；CFM方式处理装置4根据超声波束信号中的多普勒分量产生CFM方式超声波束数据；超声波束数据存储器(电影存储器)5储存超声波束数据(亦即，B方式超声波束数据和CFM方式超声波束数据)；地址控制装置6沿深度方向顺序地将超声波束数据写入超声波束数据存储器5并从其中读出；三维操作装置7利用地址控制装置5从超声波束数据存储器5读出的超声波束数据产生三维超声波束数据；三维超声波束数据存储器8储存这样产生的三维超声波束数据；以及DSC(数字扫描转换器)9将超声波束数据或三维超声波束数据转换成可以显示的格式。超声波诊断设备100还具有图象显示用的CRT(阴极射线管显示器)。

图4示意地表示如何为三维显示而进行扫描。超声波探头1用来扫描目标物体K内的平面。在扫描过程中，超声波探头1沿着基本上与这些平面垂直的方向Zs移动。这样就可以积累帧F0至Ff上的超声波束数据。

图5在概念上举例说明在空间定位的帧F0至Ff。参考字符F代表帧号，而D代表相邻两帧的距离。扫描平面是各个XY平面，与每一个平面垂直的方向是沿着Z轴的。

图6在概念上表示当某些超声波束在空间定位时有效的超声波束数据。超声波束数据d0至dn代表大量的沿着径向排列的超声波束(N＝0至N＝n)，以形成扇形扫描平面。

图7示意地表示超声波束数据存储器5的概念。关于每一帧的超声波数据dN存储在用超声波束号码N表示的地址上。在同时为正常的显示和三维显示积累超声波束数据的过程中(见图4)，B方式处理装置3和CFM方式处理装置4输出的超声波束数据都传输到超声波束数据存储器5储存起来，或传输到DSC9。DSC9将超声波束数据转换成可以显示的格式。转换后的数据作为超声波图象显示在CRT10上。

当获得三维显示时，操作者停止超声波探头1的扫描，以冻结当前显示的图象，并命令形成三维超声波图象。给出命令之后，该设备便开始按照操作者指定的参数或预定的参数形成三维超声波图象。举例来说，这些参数包括超声波束数据帧数目(f)、三维操作方法、开始视角、视角范围或结束视角，以及三维超声波图象数目。

在操作中，地址控制装置6首先向超声波束数据存储器5提供第一帧(F＝0)超声波束数据d的地址。这使超声波束数据存储器5输出第一帧(F＝0)超声波束数据d。这样输出的数据d保持在三维操作装置7中。

然后，地址控制装置6向超声波束数据存储器5提供第二帧(F＝1)超声波束数据的地址。接着，超声波束数据存储器5输出关于第二帧(F＝1)的超声波束数据。三维操作装置7在所保持的第一帧超声波束数据d与新输入的第二帧超声波束数据之间进行三维操作，以产生三维超声波束数据q。这样产生的三维超声波束数据q保持在三维操作装置7中。

接着，地址控制装置6向超声波束数据存储器5提供关于第三帧(F＝2)的超声波束数据d的地址。这使超声波束数据存储器5输出关于第三帧(F＝2)的超声波束数据d。三维操作装置7在保持在三维超声波束数据q与新输入的第三帧超声波束数据d之间进行三维操作，以产生(亦即，更新)三维超声波束数据。经过这样更新的三维超声波束数据保持在三维操作装置7中。

用类似的方法，一个接一个地输入下一帧的超声波束数据d，并进行处理，以产生(亦即，更新)三维超声波束数据q。所有各帧的超声波束数据都经过处理时，所得到的三维超声波束数据q从三维操作装置5传输到三维超声波束数据存储器8。

在一个实例中，如图8所示，可以在关于帧F的具有束编号N的超声波束数据dN与具有用下式定义的束地址(亦即，束编号)的三维超声波束数据之间进行三维操作：

N+F^*D^*tan{T}+Toffset

式中：D代表帧到帧的距离，T代表水平视角，而Toffset代表水平偏移量(在图8中为0)。

在一个类似的实例中，可以在关于帧F的具有深度地址M的超声波束数据dN与具有用下式定义的深度地址的三维超声波束数据之间进行三维操作：

M+F^*D^*tan{U}+Uoffset

式中：D代表帧到帧的距离，U代表垂直视角，而Uoffset代表垂直偏移量。

如图9举例表示的，在给定的角度T处产生一帧的三维超声波束数据Q(T)之后，用不同的视角依次重复该产生过程，以建立几帧到许多帧的三维超声波束数据Q。这样获得的三维超声波束数据Q储存在三维超声波束数据存储器8中。

如图10所示，DSC9一次一帧地从三维超声波束数据存储器8读出三维超声波束数据Q。取出的数据转换成可以显示的格式，以提供三维超声波图象数据P(T)。显示时，图象以动画的方式出现。

如上所述，按照本发明第一个实施例实施的超声波诊断设备对超声波束数据d进行三维操作，产生三维超声波束数据q。与传统的系统不同，本实施例不建立用来进行三维操作的体数据Vol。因为要处理的数据量减小了，所以，在结构方面简化了的该超声波诊断设备，可以在短的操作时间内显示实用的三维超声波图象。

三维超声波图象数据P(T)是通过将三维超声波束数据Q转换成可以显示的格式而建立的。如图10所示，显示是经过变形的，使之反映目标物体在深度方向上的距离，亦即离开超声波探头1的距离(以这样的方式产生变形，使得距离越大，视角就越大)。这使操作者在注视显示时，能够掌握目标到超声波探头1的距离。

第二实施例

图11是按本发明第二实施例实施的超声波诊断设备200的方框图。在操作中，超声波诊断设备200从超声波束数据存储器5读出超声波束数据，以便输入到三维操作装置21中，而同时从三维超声波束数据存储器8读出三维超声波束数据，与读出的超声波束数据一起进行三维操作，也输入到三维操作装置21中。三维操作装置21是一个建立在RAM或ROM中的查询表(LUT)。

在超声波束数据存储器5中积累了超声波束数据之后，便可以发出三维显示命令。这使第二实施例，如同第一实施例，产生关于一个超声波束的三维超声波束数据q。重复该产生过程，以便就各个视角提供三维超声波束数据Q。三维超声波束数据Q是针对多个不同视角中的每一个产生的。这样取得的三维超声波束数据Q，在显示时，将会以动画的方式出现。

对于第一轮三维超声波束数据q的产生过程，地址控制装置6向三维操作装置21提供与来自三维超声波束数据存储器8的三维超声波束数据q无关的LUT信息的地址。地址控制装置6向超声波束数据存储器5提供进行三维操作的超声波束数据d的地址。三维操作装置21的输出，在总线变得空闲时传输到三维超声波束数据存储器8之前，临时保持在线路存储器22中。从第二轮及随后几轮数据产生过程开始，地址控制装置6向三维操作装置21提供对应于来自三维超声波束数据存储器8的三维超声波束数据q的查询表信息的地址。向超声波束数据存储器5提供准备进行三维操作的超声波束数据d的地址，而向三维超声波束数据存储器8提供三维超声波束数据q的地址。三维操作装置21的输出在总线变得空闲时传输到三维超声波束数据存储器8之前临时保持在线路存储器22中。全部操作都已结束之后，即进行三维显示。

如上所述，如本发明第二实施例那样实施的超声波诊断设备200通过对超声波束数据d进行三维操作而产生三维超声波束数据q。因为要处理的数据量减小了，所以，在结构方面简化了的该超声波诊断设备能够在短的操作时间里显示实用的三维超声波图象。利用经过适当变形以反映目标物体离开超声波探头1的距离的显示，使操作者在注视显示时就能够知道所述距离。另外，本发明的设备通过简单地传输必要的数据，即可继续进行三维操作。

第三实施例

图12是按照本发明第三实施例实施的超声波诊断设备300的方框图。该超声波诊断设备300有一个装在三维操作装置21内的局部线路存储器32。利用局部线路存储器32，三维操作装置21即以比以前更高的速度进行三维操作。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以构造出许许多多各种各样的本发明的实施例。应该明白，除了像后附的权利要求书中所定义的之外，本发明并不限于本说明书所描述的特定的实施例。

Claims (11)

1.一种超声波成象方法，其特征在于包括下列步骤：

通过沿着基本上与目标物体内的平面垂直的方向移动超声波探头、扫描该平面，从而取得三维数据；以及

根据所述取得的三维数据产生和显示从要求的视线看去的所述目标物体的组织或其他细节的三维超声波图象，所述显示的图象按照目标物体与超声波探头之间的距离而变形。

2.一种超声波诊断设备，其特征在于包括：

扫描目标物体内平面的超声波探头；

数据获取装置，用来通过沿着与所述平面基本上垂直的方向移动所述超声波探头，获取关于所述目标物体的三维数据；

图象产生-显示装置，用来根据所述获取的三维数据产生和显示从要求的视线看去的所述目标物体的组织或其他细节的三维超声波图象；以及

变形控制装置，用来使所显示的图象按照所述目标物体与所述超声波探头的距离而变形。

3.一种超声波诊断设备，其特征在于包括：

超声波探头，用来扫描目标物体内的平面；

数据获取装置，用来通过沿着与所述平面基本上垂直的方向移动所述超声波探头，获取所述目标物体的三维数据；

图象产生-显示装置，用来根据所述获取的三维数据产生和显示从要求的视线看去的所述目标物体的组织或其他细节的三维超声波图象；

超声波束数据存储器，用来存储多个帧的超声波束数据；

地址控制装置，用来沿着深度方向依次将超声波束数据写入所述超声波束数据存储器或从其中读出；

三维操作电路，用来利用由所述地址控制装置从所述超声波束数据存储器读出的所述超声波束数据产生三维数据；

三维超声波束数据存储器或线路存储器，用来存储所述产生的三维超声波束数据；

数字扫描转换器，用来将存储在所述三维超声波束数据存储器或所述线路存储器内的所述三维超声波束数据转换成屏幕格式。

4.权利要求3的超声波诊断设备，其特征在于：实际上同一个存储器用作所述超声波束数据存储器、三维超声波束数据存储器和线路存储器。

5.权利要求3或4的超声波诊断设备，其特征在于：所述地址控制装置同时从所述超声波束数据存储器和所述三维超声波束数据存储器或线路存储器读出所述超声波束数据和三维超声波束数据，而其中的所述三维操作电路根据同时读出的所述超声波束数据和三维超声波束数据产生所述三维超声波束数据。

6.权利要求5的超声波诊断设备，其特征在于还包括：

线路存储器，用来临时存储三维操作电路所产生的三维超声波束数据；以及

地址控制装置，用来在下一个时序将所述三维超声波束数据从所述线路存储器转移到所述三维超声波束数据存储器。

7.权利要求3至6中任何一个的超声波诊断设备，其特征在于还包括：

B方式和CFM(彩色流映象)方式的数据传输总线，所述总线用来至少进行所述超声波束数据和所述三维超声波束数据的所述传输中的一部分。

8.权利要求5至7中任何一个的超声波诊断设备，其特征在于：所述三维操作电路是或者在随机存储器(RAM)或者在只读存储器(ROM)中准备的查询表(LUT)、存储与从所述三维超声波束数据存储器或从所述线路存储器输入的所述三维超声波束数据对应的查询表信息，以及与所述三维超声波束数据的无关的查询表(LUT)信息，并且，所述地址控制装置选择所用的LUT信息的类型。

9.权利要求3至8中任何一个的超声波诊断设备，其特征在于：所述地址控制装置在根据所述超声波束数据产生三维超声波束数据的过程中，利用下式计算准备从所述三维超声波束数据存储器或所述线路存储器读出所述三维超声波束数据的超声波束地址：

N+F^*D^*tan{T}+Toffset

式中，F代表超声波束数据的帧数，N代表超声波束地址，D代表帧至帧的距离，T代表水平视角，Toffset代表水平偏移量

10.权利要求3至9中任何一个的超声波诊断设备，其特征在于：所述地址控制装置在根据所述超声波束数据产生三维超声波束数据的过程中，用下式计算准备从所述三维超声波束数据存储器或所述线路存储器读出的所述三维超声波束数据的深度地址：

M+F^*D^*tan{U}+Uoffset

式中，F代表超声波束数据的帧数，M代表深度地址，D代表帧至帧的距离，U代表垂直视角，Uoffset代表垂直偏移量。

11.权利要求2至10中任何一个的超声波诊断设备，其特征在于：所述超声波束数据是以下各量中的一个或者它们的组合，这些量是：B方式下或彩色流映射方式下获得的流速、从功率或者从二次谐波获得的流速，以及功率。

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