CN1253763A - 超声波成象装置 - Google Patents

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片冈宏章
铃木阳一
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Abstract

为了记录表示一个回声源移动速度的脉动强度的图象,根据超声波回声中的多普勒频移检测所说回声源的移动速度V,并在一个脉动检测装置132中通过计算测定所说移动速度V的脉动强度P,所说计算使用在一个当前时段的移动速度V的值Vn和在一个过去时段的移动速度V的值Vo。

Description

超声波成象装置
本发明涉及一种超声波成象方法和装置，更具体地说，本发明涉及利用超声波回声中多普勒频移效应记录表示受检者内回声源移动速度脉动强度的图象的一种超声波成象方法和装置。
在超声波成象中，利用超声波回声中的多普勒频移效应捕获血液流动图象。血液流动图象显示为表示血液流动速率两维分布的一个CFM(彩色流动映象)图象，或者显示为表示血液流动位置的一个功率多普勒图象。根据一个ROI(检测区域)的血液流动图象，可以作出例如关于肿瘤的诊断。在根据血液流动图象作出有关肿瘤的诊断或类似诊断时，诊断的关键因素是所检测的血液流动是否为动脉或静脉血液流动。
但是，CFM图象和功率多普勒图象存在一个问题，由于它们不能检测到血液流动的脉动特性，所以难以确定血液流动是否是动脉的或静脉的。因此，为了研究脉动特性，必须利用例如点多普勒方法重新采样检测点的多普勒信号以观察其频谱或者听其多普勒声音。
所以，本发明的一个目的是提供用于记录表示一个回声源移动速度脉动强度的图象的一种超声波成象方法和装置。
(1)根据本发明的第一方面，提供一种超声波成象方法，该方法包括以下步骤：用超声波反复扫描一个成象区域，并接收回声；根据所接收回声中的多普勒频移检测一个回声源的移动速度，和通过利用一个当前时间段的移动速度值和一个过去时间段的移动速度值进行的计算检测所说移动速度的脉动强度；以及产生表示所检测脉动强度的一个图象。
在本发明的上述第一方面中，可取的是，利用所说当前时间段的移动速度值与所说过去时间段的移动速度值之间的差值进行计算，由此确定合适的脉动强度。
此外，在本发明的上述第一方面中，可取的是，利用所说当前时间段的移动速度值与过去时间段的移动速度值的平均值进行计算，由此确定合适的脉动强度。
(2)根据本发明的第二方面，提供一种超声波成象方法，该方法包括以下步骤：用超声波反复扫描一个成象区域，并接收回声；根据所接收回声中的多普勒频移检测一个回声源的移动速度，和通过利用一个当前时间段的移动速度值和从一个过去时间段到所说当前时间段的移动速度值的平均值进行的计算检测所说移动速度的脉动强度；以及产生表示所检测脉动强度的一个图象。
在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，确定所说移动速度的变化，并利用所确定的变化值进行所说计算，由此正确地测定脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，输出在心脏跳动周期中一个特定时段的计算结果，由此正确地测定脉动强度。
另外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，检测一个成象受检者的心电图(ECG)信号，根据所说ECG信号确定所说特定时段，由此正确地测定脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，确定在一个心脏跳动周期中移动速度的平均速度值，确定在所说当前时段的移动速度值与在所说过去时段的移动速度值之间的差值，并通过使用所说平均速度值和所说差值进行的计算测定移动速度的脉动强度，由此正确地测定脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，确定在一个心脏跳动周期中移动速度的平均速度值，确定在所说当前时段的移动速度值与在所说过去时段的移动速度值之间的差值，确定在心脏跳动周期内所说差值的平均值，并通过使用所说平均速度值和所说平均差值进行的计算测定移动速度的脉动强度，由此正确地测定脉动强度。
此外，在本发明的上述第一和第二方面中，可取的是，测定移动速度的变化，确定在心脏跳动周期内所测定变化的平均变化值，并使用所说变化平均值进行计算，由此正确地测定脉动强度。
此外，在本发明的上述第一和第二方面中，可取的是，确定在心脏跳动周期内移动速度的最大值，确定在所说当前时段的移动速度值与在所说过去时段的移动速度值之间的差值，并通过使用所说最大速度值和所说差值的计算测定所说移动速度的脉动强度，由此正确地测定脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，确定在心脏跳动周期内移动速度的最大值，确定在所说当前时段的移动速度值与在所说过去时段的移动速度值之间的差值，确定在心脏跳动周期内所说差值的最大值，并通过使用所说最大速度值和最大差值的计算测定所说移动速度的脉动强度，由此，测定适合的脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，确定所说移动速度的变化，确定在心脏跳动周期内的所说变化的最大值，并使用所说最大变化值进行计算，由此正确地测定脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，测定成象受检者的ECG信号，并根据所说ECG信号确定所说脉动周期，由此正确地测定脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，根据多普勒频移的周期变化确定所说脉动周期，由此正确地测定脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，根据脉动强度的周期变化确定所说脉动周期，由此正确地测定脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，使用在所说过去时段的输出信号进行计算，由此正确地测定脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，根据所说脉动强度的瞬间值产生一个图象，由此正确地显示脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，根据所说脉动强度的时间平均值产生一个图象，由此正确地显示脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，根据所说脉动强度的峰值保持值产生一个图象，由此正确地显示所说脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，根据所接收的回声产生一个B-模式图象，所说B-模式图象和表示脉动强度的图象是重叠的，由此正确地显示脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，产生表示移动速度的一个图象，所说速度图象和表示脉动强度的图象是重叠的，由此正确地显示脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，产生表示多普勒频移信号功率的一个功率多普勒图象，所说功率多普勒图象和所说表示脉动强度的图象是重叠的，由此正确地显示脉动强度。
此外，在本发明的上述第一或第二方面中，可取的是，以三维图象形式显示所说图象，由此正确地显示脉动强度。
(3)根据本发明的第三方面，提供一种超声波成象装置，该装置包括：超声波发射/接收装置，其利用超声波反复扫描一个成象区域并接收一个回声；速度测定装置，其用于根据所接收回声的多普勒频移测定一个回声源的移动速度；脉动检测装置，其用于通过使用在一个当前时段的移动速度值和在一个过去时段的移动速度值进行的计算测定所说移动速度的脉动强度；和图象产生装置，其用于产生表示所测定脉动强度的一个图象。
(4)根据本发明的第四方面，提供如在(3)中所述的超声波成象装置，其中：所说脉动检测装置使用在所说当前时段的移动速度值与在所说过去时段的移动速度值之间的差值进行计算。
(5)根据本发明的第五方面，提供如在(3)或(4)中所述的超声波成象装置，其中：所说脉动检测装置使用在所说当前时段的移动速度值和在所说过去时段的移动速度值的平均值进行计算。
(6)根据本发明的第六方面，提供一种超声波成象装置，该装置包括：超声波发射/接收装置，其用于以超声波反复扫描一个成象区域并接收回声；速度检测装置，其用于根据所检测回声中的多普勒频移测定一个回声源的移动速度；脉动检测装置，其用于通过使用在一个当前时段的移动速度值和从一个过去时段到所说当前时段的移动速度平均值进行的计算检测所说移动速度的脉动强度；和图象产生装置，其用于产生表示所测定脉动强度的图象。
(7)根据本发明的第七方面，提供如(3)至(6)中任意一节中所述的超声波成象装置，该装置包括用于检测所说移动速度变化的变化检测装置，其中：所说脉动检测装置使用由所说变化检测装置检测的变化进行计算。
(8)根据本发明的第八方面，提供如(3)至(7)中任意一节中所述的超声波成象装置，其中：所说脉动检测装置在心脏脉动周期中的一个特定时段输出计算结果。
(9)根据本发明的第九方面，提供如(8)所述的超声波成象装置，该装置包括：用于检测一个成象受检者的ECG信号的心电图(ECG)信号检测装置，其中：所说脉动检测装置根据所检测的ECG信号确定所说特定时段。
(10)根据本发明的第十方面，提供一种超声波成象装置，该装置包括：超声波发射/接收装置，用于以超声波反复地扫描一个成象区域，并接收回声；速度检测装置，其用于根据在所接收回声中的多普勒频移测定一个回声源的移动速度；速度平均装置，其用于确定在一个心脏跳动周期内的移动速度平均值；差值产生装置，其用于确定在一个当前时段的移动速度值与在一个过去时段的移动速度值之间的差值；脉动检测装置，其用于通过使用所说平均速度值和所说差值的计算测定所说移动速度的脉动强度；和图象产生装置，其用于产生表示所检测脉动强度的图象。
(11)根据本发明的第十一方面，提供一种超声波成象装置，该装置包括：超声波发射/接收装置，其用于以超声波反复扫描一个成象区域和接收回声；速度检测装置，其用于根据所接收回声中多普勒频移测定一个回声源的移动速度；速度平均装置，其用于确定在一个心脏跳动周期内移动速度的平均速度值；差值产生装置，其用于确定在一个当前时段的移动速度值与一个过去时段的移动速度值之间的差值；差值平均装置，其用于确定在一个心脏跳动周期内所说差值的平均值；脉动检测装置，其用于通过使用所说平均速度值和所说平均差值进行的计算测定脉动强度；和图象产生装置，其用于产生表示所检测脉动强度的一个图象。
(12)根据本发明的第十二方面，提供如(10)或(11)所述的超声波成象装置，该装置包括：变化检测装置，其用于检测所说移动速度的变化；和变化平均装置，其用于确定在一个心脏跳动周期内速度变化的平均值，其中：所说脉动检测装置使用所说平均变化值进行计算。
(13)根据本发明的第十三方面，提供如(10)至(12)中任意一节所述的超声波成象装置，其中：所说脉动检测装置使用在所说当前时段的移动速度值进行计算。
(14)根据本发明的第十四方面，提供如(11)至(13)中任意一节所述的超声波成象装置，其中：所说脉动检测装置使用在所说当前时段的差值进行计算。
(15)根据本发明的第十五方面，提供如(12)至(14)中任意一节所述的超声波成象装置，其中：所说脉动检测装置使用在所说当前时段的变化值进行计算。
(16)根据本发明的第十六方面，提供一种超声波成象装置，该装置包括：超声波发射/接收装置，其用于以超声波反复扫描一个成象区域，并接收回声；速度检测装置，其用于根据所接收回声中多普勒频移测定一个回声源的移动速度；最大速度检测装置，其用于确定在一个心脏跳动周期内移动速度的最大值；差值产生装置，其用于确定在一个当前时段的移动速度值和在一个过去时段的移动速度值之间的差值；脉动检测装置，其用于通过使用所说最大速度值和所说差值进行的计算检测所说移动速度的脉动强度；和图象产生装置，其用于产生表示所测定脉动强度的一个图象。
(17)根据本发明的第十七方面，提供一种超声波成象装置，该装置包括：超声波发射/接收装置，其用于以超声波反复扫描一个成象区域，并接收回声；速度检测装置，其用于根据所接收回声中多普勒频移测定一个回声源的移动速度；最大速度检测装置，其用于确定在一个心脏跳动周期内移动速度的最大值；差值产生装置，其用于确定在一个当前时段的移动速度值和在一个过去时段的移动速度值之间的差值；最大差值检测装置，其用于确定在一个心脏跳动周期内所说差值的最大值；脉动检测装置，其用于通过使用所说最大速度值和所说最大差值进行的计算检测所说移动速度的脉动强度；和图象产生装置，其用于产生表示所测定脉动强度的一个图象。
(18)根据本发明的第十八方面，提供如(16)或(17)所述的超声波成象装置，该装置包括：变化检测装置，其用于检测所说移动速度的变化；和最大变化检测装置，其用于确定在一个心脏跳动周期内速度变化的最大值，其中：所说脉动检测装置使用所说最大变化进行计算。
(19)根据本发明的第十九方面，提供如(16)至(18)中任意一节所述的超声波成象装置，其中：所说脉动检测装置使用在所说当前时段的移动速度值进行计算。
(20)根据本发明的第二十方面，提供如(17)至(19)中任意一节所述的超声波成象装置，其中：所说脉动检测装置使用在所说当前时段的差值进行计算。
(21)根据本发明的第二十一方面，提供如(18)至(20)中任意一节所述的超声波成象装置，其中：所说脉动检测装置使用在所说当前时段的变化值进行计算。
(22)根据本发明的第二十二方面，提供如(10)至(21)中任意一节所述的超声波成象装置，该装置包括：用于检测一个成象受检者的ECG信号的一个心电图(ECG)信号检测装置，其中：所说脉动检测装置根据所说ECG信号确定所说脉动周期。
(23)根据本发明的第二十三方面，提供如(10)至(21)中任意一节所述的超声波成象装置，其中：所说脉动检测装置根据所说多普勒频移的周期变化确定所说脉动周期。
(24)根据本发明的第二十四方面，提供如(10)至(21)中任意一节所述的超声波成象装置，其中：所说脉动检测装置根据其本身所测定的脉动强度的周期变化确定所说脉动周期。
(25)根据本发明的第二十五方面，提供如(3)至(24)中任意一节所述的超声波成象装置，其中：所说脉动检测装置使用其本身在所说过去时段输出的信号进行计算。
(26)根据本发明的第二十六方面，提供如(3)至(25)中任意一节所述的超声波成象装置，其中：所说图象产生装置根据所说脉动强度的瞬间值产生一个图象。
(27)根据本发明的第二十七方面，提供如(3)至(25)中任意一节所述的超声波成象装置，其中：所说图象产生装置根据所说脉动强度的时间平均值产生一个图象。
(28)根据本发明的第二十八方面，提供如(3)至(25)中任意一节所述的超声波成象装置，其中：所说图象产生装置根据所说脉动强度的峰值保持值产生一个图象。
(29)根据本发明的第二十九方面，提供如(3)至(28)中任意一节所述的超声波成象装置，它包括：用于以三维图象形式显示表示所说脉动强度的图象的显示装置。
(30)根据本发明的第三十方面，提供如(3)至(28)中任意一节所述的超声波成象装置，它包括：用于根据所接收的回声产生B-模式图象的B-模式图象产生装置；和用于将所说B-模式图象和表示所说脉动强度的图象重叠的显示装置。
(31)根据本发明的第三十一方面，提供如(3)至(28)中任意一节所述的超声波成象装置，它包括：用于产生表示所说移动速度的图象的速度图象产生装置；和用于将所说速度图象与表示所说脉动强度的图象重叠的显示装置。
(32)根据本发明的第三十二方面，提供如(3)至(28)中任意一节所述的超声波成象装置，它包括：用于产生表示多普勒频移信号功率的功率多普勒图象的产生装置功率多普勒图象产生装置；和用于将所说功率多普勒图象和表示所说脉动强度的图象重叠的显示装置。
(33)根据本发明的第三十三方面，提供如(30)至(32)中任意一节所述的超声波成象装置，其中：所说显示装置以三维图象形式显示所说图象。(工作方式)
根据本发明，通过使用由在超声波回声中的多普勒频移确定的、在一个当前时段的移动速度值和在一个过去时段的移动速度值进行的计算测定一个回声源的移动速度的脉动强度，并产生表示所说脉动强度的一个图象。
所以，本发明可以实现用于记录表示一个回声源的移动速度的脉动强度的图象的一种超声波成象方法和装置。
通过以下参照附图对于本发明优选实施例的的介绍，可以清楚地了解本发明的其它目的和优点。
图1为根据本发明的一个实施例构成的一种装置的方框示意图。
图2为图1所示装置中的收发器部分的方框示意图。
图3为利用图1所示装置进行声传输线扫描的示意图。
图4为利用图1所示装置进行声传输线扫描的示意图。
图5为利用图1所示装置进行声传输线扫描的示意图。
图6为图1所示装置中B-模式处理部分的方框示意图。
图7为图1所示装置中多普勒处理部分的局部方框示意图。
图8为图1所示装置中多普勒处理部分的局部方框示意图。
图9为表示动脉血液流动速率和静脉血液流动速率随时间变化的示意图。
图10表示图9所示装置的工作模式。
图11为表示因子m特性的一个示例的曲线图。
图12为图1所示装置中多普勒处理部分的局部方框示意图。
图13为图1所示装置中多普勒处理部分的局部方框示意图。
图14表示图13所示装置的工作模式。
图15表示图13所示装置的工作模式。
图16为图1所示装置中图象处理部分的方框示意图。
现在参照附图详细地介绍本发明的各个实施例。图1是作为本发明的一个实施例的一种超声波成象装置的方框示意图。该装置的构造代表根据本发明构成的装置的一个实施例，而该装置的工作模式代表本发明方法的一个实施例。
如图1所示，这种装置具有一个超声波探头2。所说超声波探头2具有由多个超声波换能器组成的一个换能器阵列(未示出)。每个超声波换能器都由一种压电材料例如PZT(锆钛酸铅)陶瓷制成。操作者以将所说探头2抵靠在受检者4上的方式来使用所说超声波探头2。
所说超声波探头2与一个收发器部分6相连。所说收发器部分6向所说超声波探头2传输一个驱动信号以发射超声波。所说收发器部分6还接收由所说超声波探头2拾取的回声信号。
图2为所说收发器部分6的方框示意图。如图所示，所说收发器部分6包括一个发射时序产生单元602。所说发射时序产生单元602周期地产生一个发射时序信号，并将所说信号传输到一个发射波束成形器604中。
所说发射波束成形器604用于执行发射波束的成形处理，和产生波束成形信号，以根据所说发射时间信号成形沿预定方向的超声波束。所说波束成形信号包括多个驱动信号，其中每个信号具有相应于所说方向的一个时间差。所说发射波束成形器604将所说发射波束成形信号输入到一个发射/接收(T/R)转换单元606中。
所说T/R转换单元606将所说波束成形信号输入到所说超声波换能器阵列。所说超声波换能器阵列中构成发射孔径的多个超声波换能器分别产生具有相应于所说驱动信号时间差的相位差的超声波。通过合成所说多束超声波的波阵面，产生沿预定方向的声传输线传播的超声波束。
所说T/R转换单元606与一个接收波束成形器610相连。所说T/R转换单元606将在所说超声波换能器阵列中的接收孔径所拾取的多个回声信号传送到所说接收波束成形器610中。所说接收波束成形器610用于对所接收的相应于所说发射声传输线的声波进行波束成形处理，和使所接收的多个回声具有时间差以调整它们的相位，然后将所说回声叠加以产生沿预定方向的声传输线传播的一个回声接收信号。
响应由所说发射时间产生单元602产生的发射时间信号按照预定的时间间隔反复发射超声波。所说发射波束成形器604和所说接收波束成形器610在反复发射和接收过程中将声传输线的方向同步地改变规定量。于是，所说受检者4内部被所说声传输线顺序扫描。如此构成的所说收发器部分6执行如图3示例性表示的扫描过程。就是说，从一个发射点200沿Z方向延伸的声传输线202沿θ方向扫描一个扇形两维区域206，以执行所谓的扇形面扫描。
如果利用所说超声波换能器阵列的一部分构成所说发射和接收孔径，则可以通过沿所说阵列顺序地移动所说孔径来执行如图4示例性表示的扫描。就是说，通过沿X方向平移从一个发射点200沿Z方向延伸的声传输线202而沿着一条直线形轨迹204扫描一个矩形两维区域206，以执行所谓的直线形扫描。
应当认识到，如果所说超声波换能器阵列是一种所谓的凸面阵列，即所说阵列沿朝向超声波发射方向凸起的一个弧形形成，则通过沿θ方向执行类似于所说直线形扫描的一种声传输线扫描，并沿着一条类似弧形的轨迹204移动声传输线202的发射点200可以扫描一个局部扇形的两维区域206，以执行所谓的凸面扫描，如图5中示例性表示的。
所说收发器部分6与一个B-模式处理部分10和一个多普勒处理部分12相连。从所说收发器部分6输出的各个声传输线的回声接收信号输入到所说B-模式处理部分10和所说多普勒处理部分12中。所说多普勒处理部分12与一个ECG(心电图)信号检测器部分8相连，并从中接收所说受检者4的ECG信号。
所说B-模式处理部分10用于产生B-模式图象数据。所说B-模式处理部分10包括一个对数放大器单元102和一个包络线检测单元104，如图6所示。所说B-模式处理部分10在所说对数放大器单元102中将所说回声接收信号对数放大，在所说包络线检测部分104检测包络线，以获得表示在一条声传输线上的各个反射点处的回声的强度值的信号，即一个A型显示器信号，并产生所说B-模式图象数据，其中所说A-显示器信号的瞬间幅值相当于一个亮度值。
所说多普勒处理部分12用于产生多普勒图象数据。所说多普勒图象数据包括速度数据、变化数据、功率数据和脉动强度数据，在下文中对它们进行介绍。如图7所示，所说多普勒处理部分12包括一个积分检波器单元120、一个MTI(移动目标指示)滤波器122、一个自相关计算单元124、一个平均流动速率计算单元126、一个变化计算单元128和一个功率计算单元130。
所说多普勒处理部分12在积分检波器单元120中对回声接收信号进行积分检波，和在MTI滤波器122中进行MTI处理以确定所说回声信号中的多普勒频移。所说多普勒处理部分12还在自相关计算单元124中对所说MTI滤波器122的输出信号进行自相关计算，和在所说平均流动速率计算单元126中根据所说自相关计算结果确定平均流动速率V，在所说变化计算单元128中根据自相关计算结果确定流动速率变化T，和在所说功率计算单元130中根据自相关计算结果确定所说多普勒信号的功率PW。
因此，对于每一条声传输线，可以获得表示受检者4体内一个回声源例如血液的多普勒信号的平均流动速率V、其变化T和功率PW的各种数据。这些图象数据指示出声传输线上各点(即在各个象素点)的平均流动速率、变化和功率。在下文中将平均流动速率简单地称为速度。该速度是作为声传输线方向上的一个分量而获得的。此外，区分朝向所说超声波探头2的方向和离开所说超声波探头2的方向。所说回声源不限于血液，而可以是例如注入血管或类似部位中的微球造影剂。虽然以下描述是以血液为例给出的，但是本发明可以以类似方式应用于微球造影剂或类似物质。
所说多普勒处理部分12还包括一个脉动检测单元132和一个存储器134，如图8所示。所说脉动检测单元132是由例如一个DSP(数字信号处理器)和一个MPU(微处理器)构成的。
从所说平均流动速率计算单元126输出的各个象素的数据，即所说速度V，输入到所说脉动检测单元132和所说存储器134中。此外，从所说变化计算单元128中输出的各个象素的变化T、和从所说ECG检测器部分8输出的R-波时序信号R都输入到所说脉动检测单元132中。
所说存储器134保存所说声传输线扫描的一帧图象的输入速度数据V。从所保存的速度数据中，读出前一帧图象中与所说输入速度数据V所在象素相同象素的数据，并输入到所说脉动检测单元132中。因此，所说速度数据V是经由所说存储器134延迟一帧输入到所说脉动检测单元132中的。
所说存储器134不限于保存一帧的速度数据，而是可以保存多于一帧的速度数据，并且以一帧以上的延迟读出。虽然在以下描述中是以延迟一帧为例进行说明的，但是本发明可以同样应用于一帧以上延迟的情况。此外，存储器134不必是一个存储装置，而可以是具有相当于一帧时间或若干帧时间的延迟时间的一个延迟单元。虽然在以下描述中是以使用一个存储器为例进行说明的，但是本发明可以同样应用于使用一个延迟单元的情况。所说的一帧时间为例如1/30秒。
所说脉动检测单元132根据利用从所说平均流动速率计算单元126输入的速度数据Vn、从所说存储器134读取的速度数据Vo和所说变化T进行的计算结果检测所说血液流动速率的脉动强度。所说速度数据Vn代表根据本发明在一个当前时间段的移动速度值的一个实施例。所说速度数据Vo代表根据本发明在一个过去时间段的移动速度值的一个实施例。所说脉动检测单元132输出所检测的脉动强度数据P。所说脉动强度数据P代表所说声传输线上每个象素的脉动强度。所说脉动强度的检测是通过以下方式实现的。
图9示意性地表示了血液流动随心脏跳动的速度变化，即血液流动速率的脉动。图9中的曲线(a)代表所说ECG信号，曲线(b)代表动脉血液流动速率，曲线(c)代表静脉血液流动速率。如曲线(b)所示，在ECG信号中R-波出现之后不久从时刻t1到时刻t2的时间内动脉血液流动速率急剧增大，在达到峰值之后从时刻t4到时刻t5快速下降，然后在剩余时间里逐渐降低：接着，重复这个变化周期。至于静脉血液流动速率，其速度的增大从迟于时刻t2的一个时刻t3开始，如曲线(c)所示，但是速度的增量很小。
由于流动速率如此变化，所以所说速度数据Vn按照曲线(b)或(c)的形式变化。同样地，从所说存储器134中读取的速度数据Vo以一帧的延迟时间变化。在下文中将速度数据Vn称为当前速度Vn，而将速度数据Vo称为过去速度Vo。
所说脉动检测单元132使用这些输入数据根据下列公式确定脉动强度P：
P＝k·|Vn-Vo|    (1)其中：
k：常数
就是说，如图10示意性表示的，根据所说当前速度Vn与所说过去速度Vo之间的差值确定脉动强度。差值ΔV越大，脉动强度也越大。
换另一种方式，可以按照下列公式用差值ΔV除以当前速度Vn来确定所说脉动强度P： p = m · | V n - V o | V n - - - ( 2 )
其中：
m：常数
如果使用公式(2)，则可以方便地以归一化形式表示所说脉动强度P。常数m可以是随所说当前速度Vn变化的一个可变因子，如图11示例性表示的，从而可以根据当前速度Vn进行加权。就是说，对于低于预定值Vth的速度，所说因子m的值降低以减小加权。这样能够减小对于静脉血液流动的脉动检测灵敏度，因为静脉血液流动通常具有较低的速度，从而确保检测到动脉血液流动的脉动。可变因子m的特征曲线不限于图11所示，而是可以适当地定义的。
除了根据上述公式中任何一个进行计算以外，所说脉动检测单元132还可以利用所说变化T检测所说脉动强度。由于所说动脉血液流动速率具有比静脉血液流动速率更大的速度变化，所以利用所说变化T可以更加可靠地确定所说脉动强度。就是说，即使例如在公式(1)或公式(2)中的P值较大的情况下，如果所说变化T较小，则P值相应地减小，从而防止产生过大的脉动强度检测结果。
利用动脉血液流动速率的特征也可以实现可靠的脉动强度检测。就是说，如图9中曲线(b)所示，动脉血液流动速率的特征为从时刻t1到t2速度急剧增大，因此可以专门选择这个时段进行上述的脉动强度检测。因为在这个时段动脉血液流动速率具有最大的变化率，而静脉血液流动速率具有平缓的变化，所以能够确保在不与静脉血液流动速率混淆的前提下检测动脉血液流动速率的脉动。还可以使用从t4到t5的时段代替从时刻t1到t2的时段，或者附加在该时段上作为脉动检测时段。应当指出，所说时段是根据R-波时间信号R确定的。或者，可以根据响应脉动周期变化的多普勒信号或者根据由所说脉动检测单元132本身检测的脉动强度中产生的周期变化确定时段。
在将所说脉动强度P归一化时，可以使用所说当前速度Vn和所说过去速度Vo的平均值，代替使用当前速度Vn。这样做的可取之处在于所检测的脉动强度值P能够得到稳定，而免受噪声或类似干扰影响。在这种情况下，所说因子m根据所说平均速度变化。应当指出，当前速度Vn和过去速度Vo的平均值是由所说脉动检测单元132确定的。
此外，所说平均速度可以是一个或多个ECG信号周期的平均值。这样做的可取之处在于使所检测的脉动强度值P进一步稳定。在此情况下，因子m是因平均速度而变化的。应当指出，所说在一个或多个ECG信号周期上的平均值是由所说脉动检测单元132确定的。此外，根据所说R-波时间信号R检测ECG信号的周期。或者，可以根据多普勒频移的周期变化或者根据在由所说脉动检测单元132本身检测的脉动强度中产生的周期变化确定所说周期。
所说归一化可以利用在一个或多个ECG信号周期内的最大速度来实施。这也有助于所检测值P的稳定。在这种情况下，所说因子m是根据所说最大速度变化的。应当指出，所说在一个或多个ECG信号周期内的最大速度是由所说脉动检测单元132确定的。
在上述内容中，相对于所说差值ΔV，可以使用在一个或多个ECG信号周期内的平均值或最大值代替或附加在各个时间点所检测的值上。这也有助于所检测值P的稳定。所说在一个或多个ECG信号周期内的平均值或最大值是由所说脉动检测单元132确定的。
同样，至于所使用的变化T，可以使用在一个或多个ECG信号周期内的平均值或最大值代替或附加在各个时间点所检测的值上。这也有助于所检测值P的稳定。
所说脉动检测单元132可以具有如图12示例性表示的结构以输出一个脉动检测标志信号FLG，并递归性地以一帧的延迟从所说存储器134中读取所说标志信号，从而也依赖于所输入的标志信号FLGO检测所说脉动强度。所说脉动检测标志信号FLG是指示是否检测脉动的一个信号，可以通过以一帧的延迟输入所说标志信号引用前一帧的检测结果。
所说脉动检测标志信号FLG按照下述方式使用：例如，如果对于前一帧获得否定存在脉动的结果，则检测到的当前帧的脉动有可能是由于噪声或类似干扰引起的误差。所以，在这种情况下所检测的当前帧的脉动是无效的。这样能够保持脉动检测的稳定性。
所说脉动检测单元132可以使用以前的多个速度值的平均值代替所说过去速度Vo来确定所说脉动强度。图13表示具有这种结构的一个示例。如图所示，提供了一个平均值计算单元136，用以确定所说当前速度Vn和从所说存储器134读出的直到前一帧的平均速度数据Vm。的平均值Vm，并将所确定的平均值输入到所说脉动检测单元132。所说平均值Vm保存在所说存储器134中，以作为下一帧读出，并输入到所说平均值计算单元136。所以，从所说平均值计算单元136输出的数据是刚好在当前时刻之前检测的声传输线上各个象素速度值的平均值。
所说脉动检测单元132通过利用所说速度数据Vn、所说平均值Vm和所说变化T的计算来确定所说脉动强度。一个计算公式就是上述的公式(1)或(2)，不同之处是用平均值Vm代替了过去速度Vo。通过使用在当前时刻之前所检测的速度的平均值Vm作为确定所说差值的基础，能够实现不易受到噪声或类似干扰影响的稳定的脉动检测。利用这种结构，Vn与Vm之间的差别对于动脉血液流动来说变得十分明显，如图14示例性表示的，从而便于检测脉动强度。即使脉动强度如图15所示相对较弱，也能够确保检测到脉动强度。
应当认识到，在图13所示的情况下，与在图8所示情况一样，对于所说速度、差值和变化都可以使用在一个或多个ECG信号周期内的平均值或最大值。此外，应当认识到，可以将所说脉动检测标志信号FLG从所说存储器134中递归地输入到所说脉动检测单元132中以备使用，如图12所示的示例。
所说B-模式处理部分10和所说多普勒处理部分12与一个图象处理部分14相连。所说图象处理部分14代表根据本发明构成的图象产生装置的一个实施例。所说图象处理部分14根据从所说B-模式处理部分10和所说多普勒处理部分12提供的数据产生B-模式图象、多普勒图象和脉动强度图象。
如图16所示，所说图象处理部分14包括一个声传输线数据存储器142、一个数字扫描转换器144、一个图象存储器146和一个图象处理器148，所有这些部分都由一条总线140相连。
分别从所说B-模式处理部分10和所说多普勒处理部分12输入的各个声传输线的B-模式图象数据和多普勒图象数据分开保存在所说声传输线数据存储器142中。然后在所说声传输线数据存储器142中形成由这些图象数据构成的对应声传输线数据空间。所说数字扫描转换器144通过扫描转换将所说声传输线数据空间中的数据转换为物理空间的数据。由此将所说声传输线数据空间转换为物理数据空间。由所说数字扫描转换器144转换的图象数据保存在图象存储器146中。所说图象处理器148对于所说声传输线数据存储器142中的数据和所说图象存储器146中的数据执行预定数据处理。下文中对于数据处理进行详述。
所说图象处理部分14与一个显示器部分16相连。所说显示器部分16代表根据本发明构成的显示装置的一个实施例。所说显示器部分16接收从所说图象处理部分14输入的图象信号，并根据输入信号显示图象。应当指出，所说显示器部分16由一个图形显示器或能够显示彩色图象的类似显示装置构成。
所说收发器部分6、所说B-模式处理部分10、所说多普勒处理部分12、所说图象处理部分14和所说显示器部分16都与一个控制部分18相连。所说控制部分18向这些部分传送控制信号以控制它们的操作。此外，所说控制部分18从受控部分中接收某些信息信号。
在控制部分18的控制下，可以执行所说B-模式操作和所说多普勒模式操作。所说控制部分18与一个操纵部分20相连。所说操纵部分20由操作者操纵用于向所说控制部分18输入适合的命令和信息。所说操纵部分20由一个操纵面板构成，所说操纵面板包括例如一个键盘和其它操纵装置。
现在介绍本发明装置的工作方式。操作者将所说超声波探头2抵靠在受检者4身体需要检测的部位上，并操作所说操纵部分20以例如B-模式和多普勒模式的组合模式执行成象操作。然后，在控制部分18的控制下以时间共享方式执行所说B-模式成象和多普勒模式成象。例如，按照每一次B-模式扫描配合几次多普勒扫描的比例执行B-模式和多普勒模式组合扫描。
在B模式中，所说收发器部分6通过借助于超声波探头2以声传输线顺序扫描方式扫描受检者4的体内来接收各个回声信号。所说B-模式处理部分10将从所说收发器部分6输入的回声接收信号在所说对数放大器单元102中进行对数放大，在所说包络线检测器单元104检测其包络线，以产生一个A型-显示信号，并根据所说A型-显示信号产生每个声传输线的B-模式图象数据。所说图象处理部分14将从所说B-模式处理部分10输入的各个声传输线的B-模式图象数据保存在所说声传输线数据存储器142中。由此在所说声传输线数据存储器142中构成所说B-模式图象数据的一个声传输线数据空间。
在多普勒模式中，所说收发器部分6通过借助于超声波探头2以声传输线顺序扫描方式扫描受检者4的体内来接收各个回声信号。这时，每条声传输线执行多次超声波发射和回声接收。所说多普勒处理部分12在所说积分检波单元120中对回声接收信号进行积分检波，在所说MTI滤波器122对该信号进行MTI处理，在自相关计算单元124计算自相关系数，以及根据自相关计算结果，在所说平均流动速率计算单元126确定平均流动速率，在所说变化计算单元128确定变化和在所说功率计算单元130计算功率。此外，所说脉动检测单元132如上所述确定所说脉动强度。所确定的这些值分别构成表示例如各个声传输线和各个象素的血液流动等的平均速度、其变化、多普勒信号的功率和血液流动等的脉动强度的图象数据。应当指出，在所说MTI滤波器122进行的MTI处理是利用每条声传输线的多个回声接收信号实现的。
所说图象处理部分14将从所说多普勒处理部分12输入的各个像素和各个声传输线的这些多普勒图象数据保存在所说声传输线数据存储器142中。于是在所说声传输线存储器142中构成多普勒图象数据的对应声传输线数据空间。所说图象处理器148在所说数字扫描转换器144中对所说声传输线数据存储器142中的B-模式图象数据和多普勒图象数据进行扫描转换，并将这些数据写入所说图象存储器146中。
这时，所说多普勒图象数据是作为CFM图象数据单独写入的，这种图象数据将变化与速度、功率多普勒图象数据、和脉动强度图象数据结合在一起。或者，可以将所说多普勒图象数据作为类似CFM的图象数据写入，这种数据将脉动强度与速度相结合。此外，可以将所说多普勒图象数据作为类似功率多普勒的图象数据写入，这种数据将脉动强度与功率多普勒图象数据相结合。
所说图象处理器148将所说B-模式图象数据、CFM图象数据、功率多普勒图象数据、脉动强度图象数据、类似CFM的图象数据和类似功率多普勒的图象数据写入图象存储器146的不同区域中。所说B-模式图象表示一个声传输线扫描平面中体内组织的层析图象。所说CFM图象为表示在所说声传输线扫描平面中血液流动速率等的两维分布的一个图象。在所说CFM图象中，根据血液流动的方向改变显示色彩。此外，根据速度改变显示色彩的亮度。还可以通过根据变化增加预定颜色的混合比例改变显示色彩的纯度。
所说功率多普勒图象是表示在所说声传输线扫描平面中存在血液流动等的一个图象。在功率多普勒图象中，由于不区分血液流动的方向，所以显示颜色是单色的。但是，显示色彩与CFM图象所使用的色彩不同。显示色彩的亮度是根据信号强度改变的。这种图象主要表示血管或类似器官。
所说脉动强度图象是表示所说声传输线扫描平面中血液流动等的脉动强度的两维分布。这种脉动强度图象是以一种颜色显示的。这种显示颜色与CFM图象和功率多普勒图象所使用的颜色不同。显示色彩的亮度根据脉动强度变化。通过根据脉动强度的瞬间值构成所说脉动强度图象，可以获得实时地表示脉动强度变化的图象。通过根据脉动强度的时间平均值构成脉动强度图象，可以获得表示脉动强度平滑变化的图象。通过根据脉动强度的峰值保持值构成脉动强度图象，可以将所说脉动强度显示为具有柔和观感和极少闪烁的图象。所说峰值保持值可以是随时间衰减的。
当以类似CFM图象或类似功率多普勒图象形式产生所说脉动强度图象时，速度或功率的显示颜色的纯度是根据所说脉动强度变化的。但是，用于混合的颜色是变化的，以便能够清楚地区分速度、功率与变化。
在所说显示器部分16上显示这些图象时，所说B-模式图象与例如CFM图象是重叠的。这使得操作者能够观察到血液流动速率分布图象，同时清楚与体内组织的位置关系。此外，所说B-模式图象和功率多普勒图象是叠加在一起的。这使得操作者能够观看到血管的流动，同时清楚与体内组织的位置关系。
此外，所说B-模式图象和所说脉动强度图象是重叠的。这样使得操作者可以观察到动脉的流动，同时清楚与体内组织的位置关系，从而使操作者能够立即从视觉上确定在ROI图象的血管是否为动脉。特别是当以类似CFM图象或类似多普勒图象形式显示时，能够在一个图象中观察到速度分布和速度脉动强度，或流动的回声源分布和速度脉动强度。
通过沿一个方向，例如垂直于所说声传输线扫描平面的方向移动超声波探头2，可以以三维方式扫描受检者4的体内。在这种情况下，对于通过三维扫描获得的上述类型的三维空间图象数据使用一种MIP(最大强度投影)技术以构成相应的三维图象。然后将这些图象显示在显示器部分16上以实现对于脉动强度等的三维显示。
虽然在以上描述中是以根据脉动强度显示动脉血液流动为例的，但是很容易认识到，利用具有较小脉动强度的流动速度可以显示静脉血液流动。所以，很显然，代替或者除了显示动脉血液流动之外，还能够显示静脉血液流动。
在不脱离本发明的构思和范围的前提下可以实现本发明的许多不同的实施例。应当理解，本发明并不限于在说明书中所述的具体实施例，而是由所附的权利要求限定的。

Claims (31)

1、一种超声波成象装置，它包括：
超声波发射/接收装置，其利用超声波反复扫描一个成象区域并接收一个回声；
速度测定装置，其用于根据所接收回声的多普勒频移测定一个回声源的移动速度；
脉动检测装置，其用于通过使用在一个当前时段的移动速度值和在一个过去时段的移动速度值进行的计算测定所说移动速度的脉动强度；和
图象产生装置，其用于产生表示所测定脉动强度的一个图象。
2、如权利要求1所述的超声波成象装置，其特征在于所说脉动检测装置使用在所说当前时段的移动速度值与在所说过去时段的移动速度值之间的差值进行计算。
3、如权利要求1或2所述的超声波成象装置，其特征在于所说脉动检测装置使用在所说当前时段的移动速度值和在所说过去时段的移动速度值的平均值进行计算。
4、一种超声波成象装置，该装置包括：
超声波发射/接收装置，其用于以超声波反复扫描一个成象区域并接收回声；
速度检测装置，其用于根据所接收回声中的多普勒频移测定一个回声源的移动速度；
脉动检测装置，其用于通过使用在一个当前时段的移动速度值和从一个过去时段到所说当前时段的移动速度平均值进行的计算检测所说移动速度的脉动强度；和
图象产生装置，其用于产生表示所测定脉动强度的图象。
5、如权利要求1至4中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于该装置包括用于检测所说移动速度变化的变化检测装置，所说脉动检测装置使用由所说变化检测装置检测的变化进行计算。
6、如权利要求1至5中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于所说脉动检测装置在心脏脉动周期中的一个特定时段输出计算结果。
7、如权利要求6所述的超声波成象装置，其特征在于该装置包括用于检测一个成象受检者的ECG信号的心电图(ECG)信号检测装置，所说脉动检测装置根据所检测的ECG信号确定所说特定时段。
8、一种超声波成象装置，其特征在于该装置包括：
超声波发射/接收装置，用于以超声波反复地扫描一个成象区域，并接收回声；
速度检测装置，其用于根据在所接收回声中的多普勒频移测定一个回声源的移动速度；
速度平均装置，其用于确定在一个心脏跳动周期内的移动速度平均值；
差值产生装置，其用于确定在一个当前时段的移动速度值与在一个过去时段的移动速度值之间的差值；
脉动检测装置，其用于通过使用所说平均速度值和所说差值的计算测定所说移动速度的脉动强度；和
图象产生装置，其用于产生表示所检测脉动强度的图象。
9、一种超声波成象装置，其特征在于该装置包括：
超声波发射/接收装置，其用于以超声波反复扫描一个成象区域和接收回声；
速度检测装置，其用于根据所接收回声中多普勒频移测定一个回声源的移动速度；
速度平均装置，其用于确定在一个心脏跳动周期内移动速度的平均速度值；
差值产生装置，其用于确定在一个当前时段的移动速度值与一个过去时段的移动速度值之间的差值；
差值平均装置，其用于确定在一个心脏跳动周期内所说差值的平均值；
脉动检测装置，其用于通过使用所说平均速度值和所说平均差值进行的计算测定运动速度的脉动强度；和
图象产生装置，其用于产生表示所检测脉动强度的一个图象。
10、如权利要求8至9所述的超声波成象装置，其特征在于该装置包括用于检测所说移动速度的变化的变化检测装置，和用于确定在一个心脏跳动周期内速度变化的平均值的变化平均装置，其中所说脉动检测装置使用所说平均变化值进行计算。
11、如权利要求8至10中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于所说脉动检测装置使用在所说当前时段的移动速度值进行计算。
12、如权利要求9至11中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于所说脉动检测装置使用在所说当前时段的差值进行计算。
13、如权利要求10至12中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于所说脉动检测装置使用在所说当前时段的变化值进行计算。
14、一种超声波成象装置，其特征在于该装置包括：
超声波发射/接收装置，其用于以超声波反复扫描一个成象区域，并接收回声；
速度检测装置，其用于根据所接收回声中多普勒频移测定一个回声源的移动速度；
最大速度检测装置，其用于确定在一个心脏跳动周期内移动速度的最大值；
差值产生装置，其用于确定在一个当前时段的移动速度值和在一个过去时段的移动速度值之间的差值；
脉动检测装置，其用于通过使用所说最大速度值和所说差值进行的计算检测所说移动速度的脉动强度；和
图象产生装置，其用于产生表示所测定脉动强度的一个图象。
15、一种超声波成象装置，其特征在于该装置包括：
超声波发射/接收装置，其用于以超声波反复扫描一个成象区域，并接收回声；
速度检测装置，其用于根据所接收回声中多普勒频移测定一个回声源的移动速度；
最大速度检测装置，其用于确定在一个心脏跳动周期内移动速度的最大值；
差值产生装置，其用于确定在一个当前时段的移动速度值和在一个过去时段的移动速度值之间的差值；
最大差值检测装置，其用于确定在一个心脏跳动周期内所说差值的最大值；
脉动检测装置，其用于通过使用所说最大速度值和所说最大差值进行的计算检测所说移动速度的脉动强度；和
图象产生装置，其用于产生表示所测定脉动强度的一个图象。
16、如权利要求14或15所述的超声波成象装置，其特征在于该装置包括用于检测所说移动速度变化的变化检测装置，和用于确定在一个心脏跳动周期内速度变化的最大值的最大变化检测装置，所说脉动检测装置使用所说最大变化进行计算。
17、如权利要求14至16中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于所说脉动检测装置使用在所说当前时段的移动速度值进行计算。
18、如权利要求15至17中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于所说脉动检测装置使用在所说当前时段的差值进行计算。
19、如权利要求16至18所述的超声波成象装置，其特征在于所说脉动检测装置使用在所说当前时段的变化值进行计算。
20、如权利要求8至19中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于该装置包括用于检测一个成象受检者的ECG信号的一个心电图(ECG)信号检测装置，所说脉动检测装置根据所说ECG信号确定所说脉动周期。
21、如权利要求8至19中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于所说脉动检测装置根据所说多普勒频移的周期变化确定所说脉动周期。
22、如权利要求8至19中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于所说脉动检测装置根据其本身所测定的脉动强度的周期变化确定所说脉动周期。
23、如权利要求1至22中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于所说脉动检测装置使用其本身在所说过去时段输出的信号进行计算。
24、如权利要求1至23中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于所说图象产生装置根据所说脉动强度的瞬间值产生一个图象。
25、如权利要求1至23中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于所说图象产生装置根据所说脉动强度的时间平均值产生一个图象。
26、如权利要求1至23中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于所说图象产生装置根据所说脉动强度的峰值保持值产生一个图象。
27、如权利要求1至26中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于它包括用于以三维图象形式显示表示所说脉动强度的图象的显示装置。
28、如权利要求1至26中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于它包括用于根据所接收的回声产生B-模式图象的B-模式图象产生装置；和用于将所说B-模式图象和表示所说脉动强度的图象重叠的显示装置。
29、如权利要求1至26中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于它包括用于产生表示所说移动速度的图象的速度图象产生装置；和用于将所说速度图象与表示所说脉动强度的图象重叠的显示装置。
30、如权利要求1至26中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于它包括用于产生表示多普勒频移信号功率的功率多普勒图象的功率多普勒图象产生装置；和用于将所说功率多普勒图象和表示所说脉动强度的图象重叠的显示装置。
31、如权利要求1至28中任意一项所述的超声波成象装置，其特征在于所说显示装置以三维图象形式显示所说图象。
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