RU2631049C2 - Device for multipath reception of ultrasonic signals - Google Patents
Device for multipath reception of ultrasonic signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2631049C2 RU2631049C2 RU2014148118A RU2014148118A RU2631049C2 RU 2631049 C2 RU2631049 C2 RU 2631049C2 RU 2014148118 A RU2014148118 A RU 2014148118A RU 2014148118 A RU2014148118 A RU 2014148118A RU 2631049 C2 RU2631049 C2 RU 2631049C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- adder
- receiving
- lines
- delay
- line
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
Landscapes
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицинского приборостроения, в частности к устройствам для ультразвуковой эхолокации внутренних органов, и может быть использовано в системах медицинской диагностики.The invention relates to the field of medical instrumentation, in particular to devices for ultrasonic echolocation of internal organs, and can be used in medical diagnostic systems.
Из существующего уровня техники известно ультразвуковое диаграммо-формирующее устройство (ДФУ) для многолучевого приема ультразвуковых сигналов, выполняющего одновременное формирование L лучей, в состав которого входят N приемных каналов сигналов, на которые поступают эхо-сигналы с N элементов датчика, каждый приемный канал сигналов электрически соединен через индивидуальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с первичной оперативной памятью типа FIFO (First Input First Output), выход которого соединен с фильтром-интерполятором, выход которого соединен с L модулями оперативной памяти типа FIFO, где L - количество одновременно формируемых приемных лучей, выход каждого модуля оперативной памяти типа FIFO подключен к первому входу сумматора каналов, на второй вход которого поступает сигнал с соседнего канала (см., напр., United States Patent 6,695,783, опубл. 24.02.2004). Устройство многолучевого приема обеспечивает необходимую частоту кадров ультразвукового изображения для больших глубин зондирования за счет одновременного формирования нескольких приемных лучей после каждого излучения. Повышение частоты кадров ультразвукового изображения особенно актуально при исследовании движущихся тканей структур сердца на большой глубине локации.From the current level of technology, it is known an ultrasonic chart-forming device (DFU) for multipath reception of ultrasonic signals, performing the simultaneous formation of L rays, which includes N receiving signal channels, which receive echo signals from N sensor elements, each receiving signal channel is electrically connected via an individual analog-to-digital converter (ADC) with primary random access memory type FIFO (First Input First Output), the output of which is connected to a filter-interpolator, the output of which It is connected to L FIFO type memory modules, where L is the number of receiving beams simultaneously formed, the output of each FIFO type memory module is connected to the first input of the channel adder, the second input of which receives a signal from a neighboring channel (see, for example, United States Patent 6,695,783, published February 24, 2004). The multipath device provides the necessary frame rate of the ultrasound image for large probing depths due to the simultaneous formation of several receiving rays after each radiation. Increasing the frame rate of ultrasound images is especially important when examining moving tissues of heart structures at a great depth of location.
Недостатком данного технического решения является наличие артефактов в формируемом ультразвуковом изображении из-за геометрических искажений, возникающих вследствие несовпадения зондирующего луча с приемными лучами.The disadvantage of this technical solution is the presence of artifacts in the generated ultrasound image due to geometric distortions arising from the mismatch of the probe beam with the receiving rays.
Пространственное смещение относительно друг друга зондирующего луча, формируемого при излучении ультразвука в ткани, и приемных лучей приводит к изгибу и перекосу профиля суммарных лучей на излучение-прием (Tore Gruner Bjastad High frame rate ultrasound using parallel beamforming, Thesis for degree of Philosophy Doctor, Trondheim, 2009). При этом изгиб луча проявляется в том, что суммарный луч на излучение-прием не является прямой линией, а повторяет частично форму зондирующего луча. Перекос луча проявляется в несимметричности профиля луча и разном уровне боковых лепестков, находящихся на одинаковом расстоянии от главного лепестка диаграммы напраленности излучения-прием.The spatial displacement of the probe beam generated by ultrasound in the tissue and the receiving rays relative to each other leads to the bending and bias of the total beam profile to the receiving radiation (Tore Gruner Bjastad High frame rate ultrasound using parallel beamforming, Thesis for degree of Philosophy Doctor, Trondheim , 2009). In this case, the bending of the beam is manifested in the fact that the total beam for radiation-reception is not a straight line, but partially repeats the shape of the probe beam. The skew of the beam is manifested in the asymmetry of the beam profile and the different level of the side lobes located at the same distance from the main lobe of the radiation-reception pattern.
Кроме ухудшения качества полутонового изображения, геометрические искажения, имеющие место при многолучевом приеме, приводят к смещению оценки доплеровской скорости кровотка (см., напр., United States Patent 8,475,380, опубл. 02.07.2013).In addition to the deterioration of the quality of the grayscale image, geometric distortions that occur during multipath reception lead to a bias in the assessment of the Doppler blood flow velocity (see, for example, United States Patent 8,475,380, published July 2, 2013).
Также из уровня техники известен метод синтезированных зондирующих лучей (Synthetic Transmit Beams - STB) (см. Tor. Hergum, Tore. Bjastad, Kjell. Kristoffersen, "Parallerl Beamfroming Using Synthetic Transmit Beams", IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, vol. 54, no. 2, pp. 271-279, 2007), который позволяет существенно уменьшить уровень артефактов, возникающих при многолучевом приеме, а также известно устройство, которое может реализовать этот метод (см., напр., United States Patent 8,137,172, опубл. 20.03.2012), содержащее формирователи приемных лучей, умножители линии задержки и сумматор.Also known in the art is the Synthetic Transmit Beams (STB) method (see Tor. Hergum, Tore. Bjastad, Kjell. Kristoffersen, "Parallerl Beamfroming Using Synthetic Transmit Beams", IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. Freq. Control. , vol. 54, no. 2, pp. 271-279, 2007), which can significantly reduce the level of artifacts arising from multipath reception, and it is also known a device that can implement this method (see, for example, United States Patent 8,137,172, published on March 20, 2012), comprising receiving beam shapers, delay line multipliers, and an adder.
Устройство, реализующее метод синтезированных зондирующих лучей, выполняет многолучевой прием с перекрытием лучей от последовательных зондирований таким образом, что половина лучей нового зондирования имеют такие же направления, как и лучи предыдущего зондирования. Для уменьшения уровня артефактов в процессе многолучевого приема производится взвешенное когерентное суммирование RF (Radio Frequency) сигналов приемных линий одного направления от последовательных зондирований. На фиг. 1 представлен алгоритм работы метода STB в случае одновременного приема 4-х линий с использованием следующих обозначений:A device that implements the method of synthesized sounding rays performs multi-beam reception with overlapping rays from successive soundings in such a way that half of the rays of the new sounding have the same directions as the rays of the previous sounding. To reduce the level of artifacts in the process of multipath reception, a weighted coherent summation of RF (Radio Frequency) signals of the receiving lines of the same direction from sequential soundings is performed. In FIG. Figure 1 shows the algorithm of the STB method in the case of simultaneous reception of 4 lines using the following notation:
Ti - излучающий луч i-го зондирования, i=1, 2, …, N, N - число зондирований, используемых для формирования одного кадра изображения;T i is the emitting beam of the i-th sounding, i = 1, 2, ..., N, N is the number of soundings used to form one image frame;
Ri,j - j-й приемный луч i-го зондирования, j=1, 2, 3, 4;R i, j is the j-th receiving beam of the i-th sounding, j = 1, 2, 3, 4;
Lk - линия формируемого изображения, k=1, 2, …, 2N-2.L k is the line of the formed image, k = 1, 2, ..., 2N-2.
Перед суммированием приемных лучей соседних зондирований производится взвешивание приемных лучей каждого зондирования с использованием значений: 0.25, 0.75, 0.75, 0.25.Before summing the receiving rays of adjacent soundings, the weighing of the receiving rays of each sounding is performed using the values: 0.25, 0.75, 0.75, 0.25.
Компенсация возникающих при многолучевом приеме геометричеких искажений методом синтезированных зондирующих лучей проиллюстрирована на фиг. 2. Как видно из фиг. 2, наибольшие геометрические искажения имеют место в области фокуса на излучение, и устранение этих искажений сводится к суммированию приемных линий с из соседних зондирований одного пространственного направления, умноженных на весовые коэффициенты [W1, W2].The compensation of geometric distortions resulting from multipath reception by the method of synthesized probe beams is illustrated in FIG. 2. As can be seen from FIG. 2, the greatest geometric distortions occur in the area of the focus on radiation, and the elimination of these distortions is reduced to the summation of the receiving lines from neighboring soundings of the same spatial direction, multiplied by the weighting coefficients [W 1 , W 2 ].
Хотя и после каждого зондирования одновременно формируется четыре приемные линии, но из-за перекрытия приемных лучей соседних зондирований формируются только две линии изображения. Соответственно, по сравнению со стандартным однолучевым приемом частота кадров изображения повышается не в четыре раза, а только в два раза.Although after each sounding four reception lines are simultaneously formed, but due to the overlapping of the receiving rays of adjacent soundings, only two image lines are formed. Accordingly, in comparison with the standard single-beam reception, the frame rate of the image does not increase four times, but only twice.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является увеличение частоты кадров формируемого изображения с компенсацией геометрических искажений в режиме многолучевого приема.The task to which the claimed technical solution is directed is to increase the frame rate of the generated image with the compensation of geometric distortions in the multipath mode.
Данная задача решается за счет того, что после формирования на i-м зондировании четырех приемных лучей Ri,j, j=1, 2, 3, 4 с помощью формирователей лучей 3, 4, 5, 6 приемные лучи Ri,1 и Ri,2 умножаются с помощью умножителей 7 и 8 соответственно на значения весовых коэффициентов W2 и W1, и поступают соответственно на сумматор 13 и сумматор 14. На вторые входы сумматора 13 и сумматора 14 подаются умноженные соответственно на коэффициенты W2 и W1 данные приемных лучей Ri-1,3 и Ri-1,4, сформированные на предыдущем i-1-м зондировании. В результате на выходах сумматора 13 и сумматора 14 формируются первые две линии изображений L3i-4 и L3i-3.This problem is solved due to the fact that after the formation of the i-th probe four receiving rays R i, j , j = 1, 2, 3, 4 using
Данные третьего приемного луча Ri,3 и четвертого приемного луча Ri,4 с выходов умножителя 9 и умножителя 10 поступают соответственно на линию задержки 11 и линию задержки 12, осуществляющие задержку сигнала на такт зондирования, и будут использованы при формировании линий изображений по результатам i+1-го зондирования. Линии задержки 11, 12 представляют собой стандартную оперативную память типа FIFO.The data of the third receiving beam R i, 3 and the fourth receiving beam R i, 4 from the outputs of the
Третья линия изображений образуется путем сложения с помощью сумматора 15 второго луча и третьего приемных лучей Ri,2, Ri,3, поступающих соответственно с выхода формирователя приемных линий 4 и с выхода формирователя приемных линий 5.The third line of images is formed by adding, using the
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение высокой частоты кадров при формировании изображения движущихся структур сердца с компенсацией геометрических искажений.The technical result provided by the given set of features is to ensure a high frame rate when forming an image of moving structures of the heart with compensation for geometric distortions.
Сущность заявленного устройства поясняется чертежами, не охватывающими и, тем более, не ограничивающими объем притязаний по данному решению, а лишь являющимися иллюстрирующими материалами частного случая выполнения устройства. На чертежах изображено:The essence of the claimed device is illustrated by drawings that do not cover and, moreover, do not limit the scope of claims for this decision, but are only illustrative materials of a particular case of the device. The drawings show:
на фиг. 1 - блок-схема алгоритма STB;in FIG. 1 is a block diagram of an STB algorithm;
на фиг 2 - компенсация геометрических искажений методом STB;in Fig.2 - compensation for geometric distortion by the STB method;
на фиг. 3 - блок-схема устройства;in FIG. 3 is a block diagram of a device;
на фиг. 4 - блок-схема модифицированного алгоритма STB;in FIG. 4 is a block diagram of a modified STB algorithm;
Устройство включает формирователь 1 зондирующего луча, датчик 2, формирователи приемных линий 3-6, умножители 7-10, линии задержки 11, 12, сумматоры 13-15.The device includes a
Работает устройство следующим образом. Формирователь 1 зондирующего луча формирует задержанные между собой сигналы возбуждения пьезоэлементов датчика 2 в соответствии с установленным фокусом на излучение. Ультразвуковые эхо-сигналы, отраженные от неоднородностей тканей, преобразуются элементами датчика 2 в электрические сигналы и поступают на формирователи приемных линий 3-6. Формирователи приемных линий 3-6 обеспечивают прием ультразвуковых сигналов на основе динамической перестройки системы задержек сигнала для получения максимального латерального разрешения по всей глубине зондирования. Формирование приемных линий с разными пространственными направлениями реализуется за счет использования различных наборов задержек сигнала в формирователях приемных линий 3-6. При этом формирователи приемных линий 3-6 могут строиться по любой из известных схем (см. напр. патент на полезную модель 142201 от 20.05.2014 г.).The device operates as follows. The
Устройство реализует модифицированный метод STB позволяющий обеспечить более высокую частоту кадров ультразвукового изображения, чем стандартный метод STB, описанный выше (см. фиг. 1). На фиг. 4 представлен алгоритм работы модифицированного метода STB при одновременном приеме 4-х линий. Именно режим одновременного приема 4-х линий наиболее широко используется в ультразвуковых эхокардиографах высокого класса (см. напр. Tore Gruner Bjastad High frame rate ultrasound using parallel beamforming, Thesis for degree of Philosophy Doctor, Trondheim, 2009). В отличие от стандартного метода STB модифицированный метод STB обеспечивает в режиме приема 4-х линий одновременное формирование не двух, а трех линий изображений.The device implements a modified STB method allowing to provide a higher frame rate of the ultrasound image than the standard STB method described above (see Fig. 1). In FIG. 4 shows the algorithm of the modified STB method while receiving 4 lines. It is the mode of simultaneous reception of 4 lines that is most widely used in high-class ultrasound echocardiographs (see, e.g., Tore Gruner Bjastad High frame rate ultrasound using parallel beamforming, Thesis for degree of Philosophy Doctor, Trondheim, 2009). Unlike the standard STB method, the modified STB method provides in the mode of receiving 4 lines the simultaneous formation of not two, but three lines of images.
В соответствии с алгоритмом, представленным на фиг. 4, после каждого i-го зондирования (i=1, 2, …) одновременно формируются три линии изображения L3i-4, L3i-3, L3i-2 из четырех приемных лучей Ri,j, j=1, 2, 3, 4, с использованием формул:In accordance with the algorithm of FIG. 4, after each i-th sounding (i = 1, 2, ...) three image lines L 3i-4 , L 3i-3 , L 3i-2 are formed simultaneously from four receiving rays R i, j , j = 1, 2 , 3, 4, using the formulas:
L3i-4=W2⋅Ri-1,3+W1⋅Ri,1)L 3i-4 = W 2 ⋅R i-1,3 + W 1 ⋅R i, 1 )
L3i-3=W1⋅Ri-1,4+W2⋅Ri,2)L 3i-3 = W 1 ⋅R i-1,4 + W 2 ⋅R i, 2 )
L3i-2=0.5⋅(Ri,2+Ri,3)L 3i-2 = 0.5⋅ (R i, 2 + R i, 3 )
После формирования на i-м зондировании четырех приемных лучей Ri,j, j=1, 2, 3, 4 с помощью формирователей лучей 3, 4, 5, 6 приемные лучи Ri,1 и Ri,2 умножаются с помощью умножителей 7 и 8 соответственно на значения весовых коэффициентов W2 и W1 и поступают соответственно на сумматор 13 и сумматор 14. На вторые входы сумматора 13 и сумматора 14 подаются умноженные соответственно на коэффициенты W2 и W1 данные приемных лучей Ri-1,3 и Ri-1,4, сформированные на предыдущем i-1-м зондировании. В результате на выходах сумматора 13 и сумматора 14 формируются первые две линии изображений L3i-4 и L3i-3.After the formation of the four receiving beams R i, j , j = 1, 2, 3, 4 on the ith probe using the
Данные третьего приемного луча Ri,3 и четвертого приемного луча Ri,4 с выходов умножителя 9 и умножителя 10 поступают соответственно на линию задержки 11 и линию задержки 12, осуществляющие задержку сигнала на такт зондирования, и будут использованы при формировании линий изображений по результатам i+1-го зондирования. Линии задержки 11, 12 представляют собой стандартную оперативную память типа FIFO.The data of the third receiving beam R i, 3 and the fourth receiving beam R i, 4 from the outputs of the
Третья линия изображений образуется путем сложения с помощью сумматора 15 второго луча и третьего приемных лучей Ri,2, Ri,3, поступающих соответственно с выхода формирователя приемных линий 4 и с выхода формирователя приемных линий 5.The third line of images is formed by adding, using the
Применение в системах медицинской диагностики устройства многолучевого приема ультразвуковых сигналов позволит создавать ультразвуковые аппараты для визуализации состояния внутренних органов человека, выполняющие диагностические исследования с получением изображений, обладающих высоким диагностическим качеством за счет достигаемого в настоящем техническом решении результата, заключающегося в повышении частоты кадров формируемого изображения при сохранении низкого уровня геометрических искажений.The use of ultrasound signals multipath reception devices in medical diagnostic systems will make it possible to create ultrasound devices for visualizing the state of internal organs of a person, performing diagnostic studies with obtaining images of high diagnostic quality due to the result achieved in this technical solution, which consists in increasing the frame rate of the generated image while maintaining low geometric distortion.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014148118A RU2631049C2 (en) | 2015-04-15 | 2015-04-15 | Device for multipath reception of ultrasonic signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014148118A RU2631049C2 (en) | 2015-04-15 | 2015-04-15 | Device for multipath reception of ultrasonic signals |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014148118A RU2014148118A (en) | 2016-11-10 |
RU2631049C2 true RU2631049C2 (en) | 2017-09-15 |
Family
ID=57267474
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014148118A RU2631049C2 (en) | 2015-04-15 | 2015-04-15 | Device for multipath reception of ultrasonic signals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2631049C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002052297A2 (en) * | 2000-12-22 | 2002-07-04 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Multiline ultrasound beamformers |
RU2221494C2 (en) * | 2002-02-05 | 2004-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им.акад. Н.А. Пилюгина" | Ultrasonic diagnostic apparatus |
US20050148874A1 (en) * | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Brock-Fisher George A. | Ultrasonic imaging aberration correction with microbeamforming |
RU117793U1 (en) * | 2012-03-21 | 2012-07-10 | Закрытое акционерное общество "СПЕКТРОМЕД" | DIAGRAM-FORMING DEVICE FOR MULTI-BEAM RECEPTION OF ULTRASONIC SIGNALS |
RU2487668C1 (en) * | 2012-03-21 | 2013-07-20 | Закрытое акционерное общество "СПЕКТРОМЕД" | Diagram-forming device for multipath reception of ultrasound signals |
-
2015
- 2015-04-15 RU RU2014148118A patent/RU2631049C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002052297A2 (en) * | 2000-12-22 | 2002-07-04 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Multiline ultrasound beamformers |
US6695783B2 (en) * | 2000-12-22 | 2004-02-24 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Multiline ultrasound beamformers |
RU2221494C2 (en) * | 2002-02-05 | 2004-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им.акад. Н.А. Пилюгина" | Ultrasonic diagnostic apparatus |
US20050148874A1 (en) * | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Brock-Fisher George A. | Ultrasonic imaging aberration correction with microbeamforming |
RU117793U1 (en) * | 2012-03-21 | 2012-07-10 | Закрытое акционерное общество "СПЕКТРОМЕД" | DIAGRAM-FORMING DEVICE FOR MULTI-BEAM RECEPTION OF ULTRASONIC SIGNALS |
RU2487668C1 (en) * | 2012-03-21 | 2013-07-20 | Закрытое акционерное общество "СПЕКТРОМЕД" | Diagram-forming device for multipath reception of ultrasound signals |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Qyvind Bakken. Multiple Line Transmission in Medical Ultrasound. UNIVERSITY OF OSLO Department of Informatics. October 29, 2009, p.32-35. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014148118A (en) | 2016-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5355924B2 (en) | Ultrasonic diagnostic equipment | |
US11627942B2 (en) | Color doppler imaging with line artifact reduction | |
US20080125660A1 (en) | Method and device for transmission of wide-beam in an ultrasonic diagnostic system | |
US8905931B2 (en) | Subject information processing apparatus | |
US20050148874A1 (en) | Ultrasonic imaging aberration correction with microbeamforming | |
CN108209971B (en) | Ultrasonic signal processing apparatus and method, and ultrasonic diagnostic apparatus | |
US10705210B2 (en) | Three-dimensional (3-D) imaging with a row-column addressed (RCA) transducer array using synthetic aperture sequential beamforming (SASB) | |
KR102014946B1 (en) | Enhanced ultrasound image formation system and method using qualified regions of overlapping transmit beams | |
JP2006122683A (en) | Aperture shading estimation technique for reducing ultrasonic multi-line image distortion | |
US5976089A (en) | Increasing the frame rate of a phased array imaging system | |
US9955952B2 (en) | Ultrasonic diagnostic device and correction method | |
CN108024798B (en) | Ultrasonic diagnostic apparatus and delay data generating method | |
US10845473B2 (en) | Ultrasound signal processing device, ultrasound signal processing method, and ultrasound diagnostic device | |
US20180055486A1 (en) | Ultrasound signal processing device, ultrasound diagnostic device, and ultrasound signal processing method | |
EP2700976B1 (en) | Ultrasound imaging apparatus and method for ultrasound imaging | |
JP2004261572A (en) | Ultrasonic imaging aberration correction using harmonic and non-harmonic signals | |
JP7387249B2 (en) | Ultrasound diagnostic equipment, medical image processing equipment, and medical image processing programs | |
US20070083109A1 (en) | Adaptive line synthesis for ultrasound | |
US11484292B2 (en) | Ultrasound signal processing device that uses synthetic aperture method and delay and sum method | |
RU2631049C2 (en) | Device for multipath reception of ultrasonic signals | |
EP3384313A1 (en) | An imaging method, an apparatus implementing said method, a computer program and a computer-readable storage medium | |
Wang et al. | High frame rate adaptive imaging using coherence factor weighting and the MVDR method | |
US11413012B2 (en) | Ultrasound signal processing device and ultrasound signal processing method | |
JP2015186494A (en) | Ultrasonic diagnostic equipment | |
RU125451U1 (en) | ADAPTIVE DIAGRAM-FORMING DEVICE FOR RECEIVING ULTRASONIC SIGNALS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180416 |