CN1267058C - 超声诊断设备 - Google Patents

Abstract

通过超声探头使用超声波对物体的内部进行研究。原始图象数据是在所获取的信号的基础上产生的。对原始图象图象数据进行图象处理。经图象处理后的图象数据被显示。在图象处理中，在每个象素点，将原始图象数据与预定的阈值相比较。如果高于阈值，则在该象素点选择原始图象数据。如果低于阈值，则选择一帧或几帧前的经图象处理后的图象数据。为每个象素点所选出的图象数据作为最近的经图象处理后的图象数据被显示。

Description

超声诊断设备

技术领域

本发明涉及一个用于将超声波发射至待测物体，接收从物体返回的回声，并在回声信号的基础上形成一个超声图象的超声诊断设备。

背景技术

近年来，用于展示物体的横截面的组织结构的B型超声诊断仪和用于以彩色展示物体横截面的血流状态的不同于彩色多普勒型的超声诊断仪已在超声诊断领域得到了发展。组织多普勒成象仪仅提取较低的多普勒频率，仅对例如心肌的缓慢运动成象。同时彩色动态超声诊断仪通过提取心内边缘并在不同的时钟相位用不同的颜色来覆盖这些边缘来提供一种易获取的组织运动。

这种3维模式的图象使得可从由物体的多切片获得的多个图象中重建3-D图象。

其中，3D型的超声诊断仪具有很高的临床价值，并且近来已受到了关注。3D型的超声诊断仪涉及大量数据，并且存在电路规模增加，本升高以及实时性能的轻微地损失等问题。

最近一些超声诊断仪实现了高达50帧/秒的帧频(高时间分辨率)。另一方面，人眼的动态能力局限于10到15帧每秒。由于这个原因，对于上面所提到的高时间分辨率所提供的信息而言，观察者只不过获得了一部分冗余信息。

发明内容

因此本发明的目标是提供一种可以产生目前这一技术领域中还没有的新颖的图象的超声诊断设备。

根据本发明，利用超声探头用超声波对物体的内部进行扫描。原始的图象数据是在所获得的信号的基础上形成的，并且被进行图象处理。进行过这种图象处理的图象数据被显示出来。在图象处理中，将原始图象数据中的每一个象素点逐个与一个设定的阈值相比较，并且对每个象素当原始数据高于阈值时，原始图象数据将被选中。当原始图象数据低于阈值时，那些一帧或几帧前的经图象处理过的图象数据将逐象素点被选出。逐象素点选出的图象数据作为最近进行过图象处理的图象数据被显示。这样当该原始图象数据低于阈值时，那些一帧或几帧前的进行过图象处理的图象数据被选中，于是，当一个物体移动时，在物体的运动的轨迹上将显示出一个残留的图象。因此，观察者可以观察到心肌的运动，例如，准确地或者说有可能观察到与物体的表面图象类似的图象。

本发明的其它目标和优点将在下面的说明中陈述，同时部分可从描述申明显地看出来，或者可通过本发明的实践来了解。本发明的目标和优点可通过本申请所要求的设备和系统来实现和得到。

本发明提供了一种超声诊断装置包括：一个超声探头，被设置以输入原始图象；一个发射/接收电路单元，被设置为通过超声探头对待检测物体的内部进行扫描，并且在所获取的信号的基础上产生原始图象数据；图象处理单元，用来对原始图象数据进行图象处理；和显示单元，被设置为显示经图象处理后的图象数据，其中图象处理单元包括：比较器，设置成在每个象素点，将原始图象数据与一个预定的阈值相比较，比较器，设置成在每个象素点，将原始图象数据与至少一帧前的经图象处理过的图象数据相比较，和选择器，设置成在每个象素点，当原始图象数据高于阈值并高于至少一帧前的经图象处理过的图象数据时，选择原始图象数据；否则，选择至少一帧前的经图象处理过的图象数据，其特征在于该图象处理单元进一步包括一个乘法器被设置为用于将所选的原始图象数据乘以一个乘法器因子α，α≥1，而将所选的经图象处理后的图象数据乘以一个乘法器因子β，β＜1，或者一个加法器，被设置为用来将一个加数a，a≥0，加到所选的原始图象数据上，而将一个加数b，b＜0，加到所选的经图象处理后的图象数据上。

本发明还提供了一种图象处理装置包括：一个单元，设置成用于输入原始图象数据；图象处理单元，设置成对原始图象数据进行处理；以及显示单元，设置成显示处理后的图象数据，其特征在于该图象处理单元包括：比较器，设置成在每个象素点，将原始图象数据和一个预定的阈值相比较；比较器，设置成在每个象素点，将原始图象数据和至少一帧前的经图象处理过的图象数据相比较；以及选择器，设置成在每个象素点，当原始图象数据高于阈值并高于至少一帧前的经图象处理过的图象数据时，选择原始图象数据；而在其它情况下，在每个象素点选择至少一帧前的经图象处理过的图象数据，以及一个乘法器，设置成将所选的原始图象数据乘以一个乘法器因子α，α≥1，而将所选的经图象处理后的图象数据乘以一个乘法器因子β，β＜1，或一个加法器，设置成将一个加数a，a≥0，加到所选的原始图象数据上，而将一个加数b，b＜0，加到所选的经图象处理后的图象数据上。

附图包括在说明中并且构成了说明的一部分，它给出了本发明当前的优选的实施例，同时它与以上所给出的概括性的说明和下面所给出的优选的实施例一起对本发明的原理进行了解释。

附图说明

图1所示的是根据本发明的一个优选的实施例的超声诊断设备的功能方框图；

图2所示的是数字扫描转换器的功能方框图；

图3所示的是图2中一个处理单元的功能方框图；

图4所示的是图2中另一个处理单元的功能方框图；

图5是一个用于解释图3中比较器，与电路和选择器工作的示图；

图6是一个展示了一个经过残留图象处理的心脏的横截面图象的示图。

图7A是一个展示了一个浸在水中的玩具(鳄鱼)的经过残留图象处理的图象(1点钟时间相位)的示图。

图7B是一个展示了一个浸在水中的玩具(鳄鱼)的经过残留图象处理的图象(2点钟时间相位)的示图；

图7C是一个展示了一个浸在水中的玩具(鳄鱼)的经过残留图象处理的图象的示图；

图8是一个展示代表彩色的经残留图象处理的图象的色彩条的示图。

具体实施方式

参考附图，下面将给出根据本发明的一个优选的实施例的一个超声诊断设备的说明。超声探头1有一个振荡元件阵列。该振荡元件由一个在两个表面上都形成有一个电极的压电元件构成。阵列形式可以形成为允许进行线扫描，平面扫描，凸面扫描等。在这里，假设是平面扫描。

发射/接收电路单元(T/R)2由一个发射部分，一个接收部分和一个图象生成器部分组成。发射单元由一个时钟，一个速率脉冲发生器、延迟电路和脉冲发生器组成。该速率脉冲发生器将一个时钟信号进行分频以获得一个速率脉冲，比如说5KHZ。该速率脉冲根据通道进行分配。多个延迟电路的每一个都根据通道来延迟速率脉冲。这种延迟的结果是一个超声波的集聚和偏转。多个脉冲发生器的每一个都由相应的速率脉冲所触发，并且作用于相应的振荡元件。通过这种方式，振荡元件进行机械振荡并且将超声脉冲发射到物体。

超声波在物体中的声阻抗边界被反射，反射波使探头的压电元件机械地振荡，这样在振荡元件的电极间产生了一个电势差。电势差被作为一个电信号。在接收部分，这些电信号被放大、延迟(相位匹配)并相加，这样回波将在一个受控的方向被增强。

在回声信号的基础上，一个图象生成器部分产生了一个B型图象(组织切片图象)，和代表物体中回流和组织的空间运动的多普勒图象的数据。这里假设为B型图象。

B型数据由一个数字扫描转换器(DSC)3进行图象处理，并且由数字扫描转换器(DSC)3输出。合成的B型图象数据在显示器4上显示。进行这种图象处理是为了人工地赋于B型图象残留图象的效果，下面将给出更详尽的说明。

这里，直接从发射/接收电路单元2输出的原始图象数据，也就是没有经过图象处理的数据，由“I”来表示；同时经过图象处理的图象数据由“I”来表示。图象数据的帧序号加到“I”和“I′”。当前的帧序号由“n”代表。符号“I′n”的意思是对应于第n个原始图象数据的“经图象处理后”的图象数据；“In-1”表示对应于一帧前的图象数据的第n-1个原始图象数据；“I′n-1”表示对应于第n-1个原始图象的“经图象处理后”的图象数据。

图2所示的是图1中的数字扫描转换器3的结构。数字扫描转换器3不仅包括了一个主要用于将超声扫描系统的图象数据转换成电视扫描系统的图象数据的帧存储器6，而且还包括了一个用于完成本发明特有的图象处理的图象处理单元5。DSC控制器7的作用是控制DSC3中的一个操作。

图象处理单元5的图象处理功能可由硬件或软件来完成。如果实时处理相对较重要时，最好用硬件来实现。

图3所示的是图象处理单元5的功能方框图。该图象处理是反馈类型的，这样就使经图象处理过的图象数据I′可被反馈至一个图象处理的线路。图象处理单元5包括有二个比较器10和11。

对每一个象素，比较器10将来自于发射/接收电路单元2的原始图象数据In与来自于阈值发生器12的阈值电压(阈值≥0)相比较。当In＞阈值时，比较器10在输出终端设置一个标志“1”；当In＜阈值时，将标志设为“0”。

请注意，由阈值发生器12向比较器10所提供的阈值TH可以通过对控制台17的相应操作来自由地进行改变。

另一方面，来自于发射/接收电路单元2的原始图象数据In被输入比较器11，同时经图象处理后的图象数据I′n-1也被反馈至比较。对每一个象素，比较器11将来自于发射/接收电路单元2的原始图象数据In与经图象处理后的图象数据I′n-1相比较。当In＞I′n-1时，比较器11在输出终端设置一个标志“1”，当时In＜I′n-1，将该标志设为“0”。

当比较器10和11的输出都为“1”时，与电路13在输出终端产生一个“1”；当两个比较器10和11中至少有一个输出为“0”时，与电路13的输出终端将产生一个“0”。

来自于发射/接收电路单元2的原始图象数据In被输入选择器14，同时经图象处理后的图象数据I′n-1也被反馈至选择器14。对每一个象素，根据与电路13的输出状态，从原始图象数据In和经图象处理后的图象数据I′n-1中选出一个。

对每个象素点，乘法器15将由选择器14选出的图象数据In或I′n-1乘上来自乘法器因子发生器16的乘法器因子。当与电路13产生一个输出“1”时，乘法器因子发生器16向乘法器15提供一个乘法器因子(α≥1)；当与电路13产生一个输出“0”时，则向乘法器15提供一个乘法器因子β(β＜1)。对每个象素乘法器15的输出变成“α·In”或“β·I′n-1”。

请注意，由乘法器因子发生器向乘法器15所提供的乘法器因子α、β可通过操作员对控制台17的适当操作分别地自由地进行改变。

通过帧存储器6，乘法器15产生了一个输出，作为与当前帧的原始图象数据In对应的经图象处理后的图象数据In′。显示单元4将经图象处理后的图象数据In′转换成依据灰度等级所确定的亮度级别，并且当给出了浓度对比后，将在显示单元4上显示。或者让经图象处理后的图象数据I′n根据色彩条进行颜色转换，并在给出颜色对比后，在显示单元上显示。

以上所说的过程，可总结为以下几点：

(1)当当前帧的原始图象数据In的象素值高于阈值TH和前一帧的经图象处理后的图象数据I′n-1的象素值时，则将当前帧的原始图象数据In的象素值乘以一个大于或等于1的因子α。

(2)当当前的原始图象数据In的象素值低于阈值TH，或低于前一帧的经图象处理后的图象数据I′n-1的象素值时，则将前一帧的经图象处理后的图象数据I′n-1的象素值乘以一个小于1的因子β。

正如图5中所示，当当前帧的原始图象数据In的象素值高于阈值和前一帧的经图象处理后的图象数据I′n-1的象素值时，当前帧的原始图象数据的象素值将被选中，同时该象素值将被升高；另一种情况下，前一帧的经图象处理后的图象数据的象素值将被选中，并且作为结果的象素值将被降低。

这样一种象素值的升高/降低操作不仅可以通过乘法过程来实现，而且可以通过相加过程来实现。正如图4中所示，乘法器15可由加法器18替代，而且乘法因子发生器16可由加数发生器19代替。当与电路产生的输出为“1”时，加数发生器19向加法器18提供一个加数α(α≥1)；同时当与电路13产生的输出为“0”时，加数发生器向加法器18提供一个加数b(b＜1)。对每个象素点，加法器18产生的输出为“In+a”或“I′n-1+b”。由加数发生器19向加法器18所提供的加数a和b可以通过操作员对控制台17的适当的操作被分别地随意地改变。

如果在物体和超声扫描平面之间的位置关系发生变化的情况下，进行了以上所提及的图象处理，那么因为前一帧的图象信息以一个较弱的亮度等级与当前帧的图象同时显示，将出现一种残留图象效果。以上所提及的情况可能包括的情况有，比如：采用例如实际上固定在物体的体表的探头1对物体的心脏进行扫描的情况；还有移动一个超声扫描面，从而扫过浸在水中的物体的情况。

在图6中的前一种情况中，因为以高亮度显示心肌的当前位置，同时以低亮度显示心肌的先前的位置，所以有可能显示作为残留图象的与前几帧相对应的那些心肌图象。从这种残留图象就有可能容易地理解对应于心肌运动的轨迹。心肌的各个区域的环状运动的方式可从图6的横切面图象中获取。

残留图象的长度，也就是，在前几帧的那些图象中当前图象后多远的图象应被显示，主要取决于乘法器因子β和加数b。当观测所研究的图象时，这个长度是可以随意调整的。

而且，当前帧的心肌图象的增强的亮度由乘法器因子α所决定，同时当观测显示单元上的图象时，操作员可以随意地调整该亮度。当α很大时，α·In相对于灰度级或色彩条而言将处于饱和。就是说原始图象数据超过了阈值，即对应于当前帧的心肌的图象总是处于最强的亮度级或是为纯红色调级。这样做了以后，观察都就有可能容易地观测到当前心肌图的图象。

在后一种情况中超声扫描面被移动，从而扫过浸在水中的物体，有可能产生一个伪三维图象，在这里是一个近似于表面图象的图象。

图7A，7B和7C所示的是当一个浸在水中的玩具鳄鱼采用本发明的图象处理方法成象时的“三点钟’时间相位图象。由于玩具鳄鱼表面和水之间声阻抗非常大，因此来自于玩具鳄鱼表面的回声的强度比不是来自于玩具鳄鱼表面的回声的强度要大得多。这样，原始的图象代表了玩具鳄鱼的轮廓。因为这个轮廓作为一种残留图象效果留下来，所以有可能形成一个近似于表面图象的图象。

在到目前为止所给出的说明中，当每次任何新的原始图象形成时，该图象处理过程都将被重复。该图象处理过程可以间歇地进行，即，一次处理几帧图象。当这样处理时，象频闪观测法一样，同一区域的运动的轨迹可以显示为一个离散的点阵列。这样一种操作可以通过改变与图象处理单元5和帧存储器6相关的DSC控制器7的控制模式来实现。也就是说，图象处理单元5一次接收几帧原始图象数据，同时抛弃(局部断开)其它的原始图象数据。图象处理单元5从所接收的原始图象数据以及几帧前经过图象处理的那些图象数据产生新的图象数据。接下去，经图象处理后的图象数据在一个给定的周期内从帧存储器6中被读出。然而在局部断开的周期中，相同的图象数据被重复读出(冻结操作)。通过这样一种操作，与频闪观测法一样的运动轨迹将显示成一个离散的点的阵列。

在这种离散的点的阵列的基础上，速度处理器8可以大致地得到运动速度和不依赖于角度关系的绝对速度。也就是说，在同一区域中的一个相邻对内的两点之间的距离对应于运动的速度，同时根据接收周期的长度可将其转换成相应的时速或秒速，从而可能容易地算出运动的速度。

根据本发明，有可能观察到运动物体，例如心肌的运动轨迹，同时观察者可从物体的运动轨迹完全理解物体的运动状况。而且，在解决了电路规模的增加，成本的升高和实时性的轻微损失的这些问题的同时，还可以获得与物体的表面图象近似的图象。

不用说，可以不受以上所提到的实施例的限制对本发明进行不同的改变或改动。

进一步的例子，它有可能不仅单单地显示经处理后的图象数据，而且通过数字扫描转换器3，它还可以转换到一个由将当前帧的原始图象数据加到当前帧的经图象处理后的图象数据上所构成的帧。

熟练的技术人员将会作出一些其它的改进和变动。因此，就其主要特点而言，本发明不限定于特定的细节，也不限定于在这里展示并描述的实施例。因此，可以在不脱离由所附的权利要求书和它们的等价物所定义的一般性的发明的概念的精神或范围的条件下，做出不同的改动。

Claims (16)

1.一种超声诊断装置包括：

一个超声探头，被设置以输入原始图象；

一个发射/接收电路单元，被设置为通过超声探头对待检测物体的内部进行扫描，并且在所获取的信号的基础上产生原始图象数据；

图象处理单元，用来对原始图象数据进行图象处理；和

显示单元，被设置为显示经图象处理后的图象数据，其中图象处理单元包括：

比较器，设置成在每个象素点，将原始图象数据与一个预定的阈值相比较，

比较器，设置成在每个象素点，将原始图象数据与至少一帧前的经图象处理过的图象数据相比较，和

选择器，设置成在每个象素点，当原始图象数据高于阈值并高于至少一帧前的经图象处理过的图象数据时，选择原始图象数据；否则，选择至少一帧前的经图象处理过的图象数据，

其特征在于该图象处理单元进一步包括

一个乘法器被设置为用于将所选的原始图象数据乘以一个乘法器因子α，α≥1，而将所选的经图象处理后的图象数据乘以一个乘法器因子β，β＜1，或者

一个加法器，被设置为用来将一个加数a，a≥0，加到所选的原始图象数据上，而将一个加数b，b＜0，加到所选的经图象处理后的图象数据上。

2.一个根据权利要求1的装置，其中该图象处理单元进一步包括一个乘法器因子发生器，用来改变乘法器因子α和β。

3.一个根据权利要求1的装置，其中乘法器因子α被设置成使得所选的原始图象数据以最高的亮度级或以纯色调级显示。

4.一个根据权利要求1的装置，其中加数a被设置成使得所选的原始图象数据以最高的亮度级或以纯色调级显示。

5.一个根据权利要求1的装置，其中该图象处理单元进一步包括一个阈值发生器设置成产生和改变阈值。

6.一个根据权利要求l的装置，进一步包括一个数字扫描转换器设置成将经图象处理后的图象数据合成到原始的图象数据之上。

7.一个根据权利要求1的装置，其中图象处理单元以一次几帧的速率接收原始图象数据，并且对这些作为一个对象接收的原始图象数据进行图象处理。

8.一个根据权利要求1的装置，进一步包括一个速度处理器用来计算区域的运动速率，区域的运动速率的计算是基于以一次几帧的速率所处理的图象数据中所描述的同一区域上的一对点之间的距离，以及图象处理的执行周期这二者之上的。

9.一种图象处理装置包括：

一个单元，设置成用于输入原始图象数据；

图象处理单元，设置成对原始图象数据进行处理；以及

显示单元，设置成显示处理后的图象数据，

其特征在于该图象处理单元包括：

比较器，设置成在每个象素点，将原始图象数据和一个预定的阈值相比较；

比较器，设置成在每个象素点，将原始图象数据和至少一帧前的经图象处理过的图象数据相比较；以及

选择器，设置成在每个象素点，当原始图象数据高于阈值并高于至少一帧前的经图象处理过的图象数据时，选择原始图象数据；而在其它情况下，在每个象素点选择至少一帧前的经图象处理过的图象数据，以及

一个乘法器，设置成将所选的原始图象数据乘以一个乘法器因子α，α≥1，而将所选的经图象处理后的图象数据乘以一个乘法器因子β，β＜1，或

一个加法器，设置成将一个加数a，a≥0，加到所选的原始图象数据上，而将一个加数b，b＜0，加到所选的经图象处理后的图象数据上。

10.一个根据权利要求9的装置，其中该图象处理单元进一步包括一个单元用来改变乘法器因子α和β。

11.一个根据权利要求9的装置，其中乘法器因子α被设置成使得所选的原始图象数据以最高的亮度级或以纯色调级显示。

12.一个根据权利要求9的装置，其中加数a被设置成使得所选的原始图象数据以最高的亮度级或以色调级显示。

13.一个根据权利要求9的装置，其中该图象处理单元进一步包括有一个阈值发生器设置成产生和改变阈值。

14.一个根据权利要求9的装置，进一步包括一个数字扫描转换器设置成将经图象处理后的图象数据合成到原始图象数据上。

15.一个根据权利要求9的装置，其中图象处理单元以一次几帧的速率接收原始图象数据，并且对这些作为一个对象接收的原始图象数据进行图象处理。

16.一个根据权利要求9的装置，进一步包括一个速度处理器设置成计算区域的运动速率，区域的运动速率的计算是基于以一次几帧的速度所处理过的图象数据中所描述的同一区域上的一对点之间的距离，以及图象处理的执行周期这二者之上的。

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