用于超声微钙化检测的波束形成技术的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求享有于2013年3月20日递交的美国临时专利申请No. 61/803634和 于2013年11月21日递交的美国临时专利申请No. 61/907022的优先权。在此通过引用将 这些申请并入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及用于识别微钙化的医学成像，并且更具体地涉及对超声作为成像模态 的使用。
【背景技术】
[0004] 乳房X线照相术用于筛查乳腺癌的成功主要归因于其可靠地对钙化进行成像的 能力，钙化是早期乳腺癌的重要标记。乳腺癌中的60-80 %中存在微钙化，并且微钙化是良 性和恶性病变两者的可靠指示物。微钙化的关键诊断特征是它们的位置、数量、大小、型态、 分布、图样以及对质量的关系。这些特征帮助对恶性肿瘤的风险进行分层，并且通常是癌症 的仅有的标记。相关范例为原位管癌（DCIS)，其占乳腺癌的20%。
[0005] 然而，乳房X线照相术在致密的乳房组织，即乳房的非脂肪部分中显示差的性能。 致密的乳房组织更常见于较年轻的女性，以及特定的地方（例如中国）的女性中。
[0006] 而且，尽管有用于减少剂量的措施，但乳房X光照相术仍使患者暴露于电离辐射。 此外，由于需要压板而存在患者舒适性的问题。
[0007] 非电离并且不需要压板的常规超声的主要限制是其对微钙化的差的灵敏度。对微 钙化的灵敏度在50-80 %以内。
[0008] Mallart公开了通过使用接收聚焦标准针对介质的非均匀性对超声发射波束 的相位畸变校正，所述接收聚焦标准独立于介质的散射横截面和所发射的能量两者。见 R. Mallart和M. Fink 的"Adaptive focusing in scattering media through sound-speed inhomogeneities:The van Cittert Zernike approach and focusing criterion'，（J. Acoust. Soc. Am.，96 卷，6 号，3721-3732 页，1994 年）。
【发明内容】
[0009] 本文中下面提出的设计解决上述问题中的一个或多个。
[0010] 通道数据包含比在超声接收波束形成之后获得的B-模式图像多得多的信息。因 此，基于通道数据的波束形成技术能够提供比图像处理技术更好的针对微钙化检测的灵敏 度和/或特异性。本文中提出的新颖技术增强了微钙化与背景之间的对比度，所述背景即 钙化所处的身体组织，典型地是诸如致密乳房组织的软组织。
[0011] 除了上面指出的在将超声用于早期乳腺癌检测中的优势以外，筛查和随访诊断流 程将由于仅使用一种模态的医学评估而被大大简化。对微钙化的良好灵敏度也将有助于在 超声引导的活检中对肿瘤位置的更早的识别，改进工作流和诊断置信度。
[0012] 根据本文中所提出的，一种具有通道的医学超声采集-数据分析设备被配置用 于：经由在所述通道上接收到的超声来采集通道数据；使用采集到的通道数据来估计所述 数据的一致性并推导通道协方差矩阵的特征值的显性度；并且基于所述估计和推导出的显 性度来对微钙化和背景进行区分。
[0013] 对于这样的设备，一种计算机可读介质，或者备选地，一种瞬态传播信号是本文中 所提出的部分。如下文描述的被体现在计算机可读介质内，或者备选地被体现在瞬态传播 信号内的计算机程序具有能由处理器运行的指令，以用于执行以下动作：使用采集到的通 道数据来估计所述数据的一致性并推导通道协方差矩阵的特征值的显性度；以及基于所述 估计和推导出的显性度来对微钙化和背景进行区分。
[0014] 下面借助于未按比例绘制的附图、公式表和流程图来公开该新颖的超声微钙化识 别技术的细节。
【附图说明】
[0015] 图1是根据本发明的超声微钙化识别设备的示意图；
[0016] 图2是根据本发明的一组示范性数学定义和关系；以及
[0017] 图3A-图3D、图4A-图4C以及图5是根据本发明的示范性超声微钙化识别过程的 流程图。
【具体实施方式】
[0018] 图1通过说明性且非限制性的范例描绘了医学超声采集-数据分析设备，所述设 备可以被表征为超声微钙化识别设备100。
[0019] 设备100包括超声成像探头102,所述超声成像探头102具有换能器元件106的阵 列104。探头102被示为被压成与乳房组织107声学接触。
[0020] 设备100还包括与元件106连接的通道108。所述通道具有各自的样本延迟元件 110。后者连接到一致加法器112,加法器和接收延迟元件110 -起构成接收波束形成器 114。延迟元件110可以被增强为还提供幅度加权。能够实现用于使发射波束116、118转 向和聚焦的延迟元件，但未示出。多个发射波束116、118可以是平行的，或者可以成不同角 度，即被转向。
[0021] 还被包括在设备100中的是一致性因子（CF)确定模块120、特征值显性度确定模 块122、微钙化识别模块124、信号与图像处理器126、显示器128以及扫描控制器130。控 制器130控制如由图1中的取向相反的扫描方向箭头132、134所指示的扫描以及图1中示 出的设备100的其他部件。
[0022] 用于微钙化检测的波束形成策略是含有基于通道数据的参数，所述参数有利于小 于诸如在该成像深度140处的横向分辨率138的空间分辨率的点目标136。微钙化142在 声学上与这样的目标136类似。
[0023] 微钙化142是在其分辨率单元上的显性散射体，并且引起各向同性的散射。一致 性因子和特征值显性度标准（两者均在下文中被讨论）被用于分别评估微钙化的各向同性 散射和显性度。在背景组织中，没有这样的单个的各向同性散射体的显性度。
[0024] 因此，本文中所提出的两分法的两部分是使用多个发射波束的一致性估计和用来 提取特征值的协方差矩阵分析.
[0025] 更一般地，首先指出，在应用波束形成延迟之后并在一致性加和之前的通道数据， 艮P "延迟后通道数据" 144是由加法器112输出的。如图1所示，这是一般为"a+bi"的形 式的复数数据，即使得基准的实部分量和虚部分量都能够是非零的。通道数据144被路由 到特征值显性度确定模块122。相同的数据144能被路由到CF模块120,以用于在那里加 和，尽管如从图1中的备选路径145可见，备选地或额外地，能够在加法器112中执行加和。 由CF模块120完成的波束形成也能够是在形成场点中独立的，以用于在信号与图像处理器 126中的进一步的图像处理。或者备选地或额外地，加法器112的加和输出能够被提交用于 由信号与图像处理器126处理，其中，例如可以在加法器中对所述加和输出进行幅度加权。 在任何一种事件中，信号与图像处理器126都将经波束形成的数据准备用于显示，执行诸 如频率复合、对数压缩和扫描转换的功能。
[0026] 现在参考两分法的第一部分，一致性估计，设S (m，n，tx，rx)指代复数RF通道数据 (或"延迟数据"）144,即在应用波束形成延迟以及任选的幅度加权之后。这里，m是成像深 度/时间计数器或指数，n是通道指数，tx是发射波束指数，并且rx是接收波束指数。在具 有单一发射波束116的空间点（m，r X)或场点处的一致性因子（CF)或"聚焦标准"为：
是因为I_(m，rx)反映不一致信号的平均强度（在由关于发射的聚焦质量决定的（m，rX)的 环境中），并且当通道数据144完全一致时I_(m，rX)为零。替换项
[0034] 因此，CF(j(m，rx)指示点（m, rx)比其环境亮多少。CF。的范围在0与1之间并 且其在且只在通道144完全一致时达到最大值1。完全一致性意味着S(m，l，rx，rx)= S (m, 2, rx, rx) = . . . = S (m, N, rx, rx)。在强点目标或反射体周围，CF。值是高的。
[0035] 为了对背景组织148中的微钙化142在声学上与之类似的点目标与平面反射体进 行区分，能够将多个发射波束116、118并入CF估计中。CF由此能被重新定义为：
[0037] 与以下的类似，在图2中重复该定义。
[0038] 如上文提及的，空间点（m，rx) 146是相关联的接收波束rx 150和空间深度140或 时间两者的函数。通过加和来对延迟数据144进行估计，由此执行波束形成。CF(m，rx)估 计，或者估计的结果204包括通过加和，在多个发射波束116、118上对CF、平方幅值函数 206和平方波束和（beamsum) 208的空间复合，即波束形成的加和结果。函数206和波束和 208都通过在通道108上的加和来形成的。
[0039] 现在参考两分法的第二部分，设R(m，rx)指代通过在时间或空