调节图像增益的方法和系统与流程

本发明涉及医疗诊断的超声成像领域，尤其是涉及在从第一成像状态向第二成像状态过渡过程中调节图像增益的方法和系统。。

背景技术：

增益和时间增益补偿(tgc)是使用者用于优化医学超声扫描仪的超声图像(尤其是b型图像)外观的两项最重要的控制手段。

增益控制调整放大所接收的超声信号的全局量，并因此例如控制b型图像的整体亮度，而时间增益补偿控制提供与深度有关的放大以补偿反向散射超声信号所经受的渐增的衰减，所述反向散射超声信号是通过越来越大的深度所接收的。

在这方面，时间增益补偿可被视为确定深度与放大曲线的方法，例如，通过指定在一些离散深度处的所需的放大，而增益则可被视为整体上向上(增加的放大)或向下(减少的减小)移动整个时间增益补偿曲线的手段。

除时间增益补偿外，成像系统还可以提供侧向增益补偿(lgc)，例如，能够通过按照平行于换能器表面的方向应用不同数量的放大从而补偿成像区域中的侧向衰减。医疗诊断超声成像因此可以提供各种基于位置的图像增益补偿，所述图像增益补偿根据成像区域的位置定义放大曲线。

由于图像增益以及基于位置的图像增益补偿控制在超声成像情况下的重要性，已经进行了很多尝试，试图自动优化这些控制，从而为使用者节省在超声检查过程中连续优化这些控制所需的精力和时间。这些工作的结果是，很多现代扫描仪目前都具有自动化增益/tgc优化特性，需要时，可由使用者激活，或者扫描仪可以在背景中运行并定期调整tgc曲线和总增益。

关于增益/tgc优化所采用的算法的综述，例如，参见1992年《医学与生物学超声》第205-212页，由sdpye等人编写的《超声成像的自适应时间增益补偿》。美国专利6102859、6120446、6743174以及美国专利申请2003/0236459al也描述了这种增益/tgc优化方法的实例。

这些自动化增益/tgc优化特性显示出对全手动设置的改进，同时对于使用者而言仍然很普遍地将自动增益/tgc特性用作优化设置的第一近似值，然后用于手动完善增益和tgc设置，以得到用户优化的增益和tgc。通常每分钟进行数次增益和tgc的手动调整，以便跟随使用者移动换能器而研究不同的感兴趣的结构时产生的图像内容的变化，或者跟随以局部或整体的方式影响图像亮度的成像参数的变化。

在典型的超声检查中成像状态之间的过渡也极其普遍，例如从基本成像切换到b型谐波成像，或者从单纯b型成像切换到复合成像模式(b型加彩色多普勒、b型加弹性成像等)。在成像状态之间过渡的过程中，几乎需要一直调整增益和tgc设置，以便得到针对新成像状态的特定条件而言的最佳图像质量。

可惜的是，恰好在过渡之前所应用的增益和tgc设置无法“按照原来的样子”执行到新成像状态，在所述新成像状态中，许多直接影响局部和全局亮度的参数可能都改变了。因此，使用者经常需要在过渡之后立即重新优化b型增益和tgc，这大量增加了检查者的时间和精力，因为这种过渡在典型的超声检查中非常常见。

技术实现要素：

本发明特别是为了提供一种方法以及一种系统，用于在从第一成像状态向第二成像状态过渡的过程中调整图像增益补偿，所述方法和系统不具有上述局限性。

为此目的，本发明的第一个主题是一种在医疗诊断成像系统中的从第一成像状态向第二成像状态过渡过程中调整图像增益补偿的方法，该方法包括以下步骤：

根据在具有第一图像增益补偿的第一成像状态下采集的至少一个图像，确定至少一个第一图像功率值；

根据在具有初始第二图像增益补偿的第二成像状态下采集的至少一个图像，确定至少一个第二图像功率值；

根据所述第一图像功率值和所述第二图像功率值，确定至少一个图像功率变化值；以及，

根据所述初始第二图像增益补偿和所述图像功率变化值，确定至少一个调整后的第二图像增益补偿。

通过这些特征，在从第一成像状态向第二成像状态过渡之前和之后可能得到相似的局部图像和/或全局图像亮度模式。

在某些实施例中，还可以利用以下的一项或多项特征：

-该方法可包括以下步骤：

接收用于执行从第一成像状态向第二成像状态过渡的请求，

储存在具有第一图像增益补偿的第一成像状态下采集的至少一个图像，

从第一成像状态切换到第二成像状态，

确定初始第二图像增益补偿，

储存在具有初始第二图像增益补偿的第二成像状态下采集的至少一个图像，

根据在第一成像状态下采集的所述图像，确定第一图像功率值，

根据在第二成像状态下采集的所述图像，确定第二图像功率值，

根据所述第一图像功率值和所述第二图像功率值，确定图像功率变化值，以及

根据所述初始第二图像增益补偿以及所述图像功率变化值，确定调整后的第二图像增益补偿；

-图像增益补偿是图像的全域增益；

-图像增益补偿是基于位置的图像增益补偿，尤其是时间增益补偿或侧向增益补偿；

-确定多个第一图像功率值，其与在第一成像状态下采集的所述至少一个图像中的位置相关，

确定多个第二图像功率值，其与在具有初始第二图像增益补偿的第二成像状态下所采集的所述至少一个图像中的位置相关，

根据所述多个第一图像功率值和所述多个第二图像功率值确定多个图像功率变化值，以及，

根据所述初始第二图像增益补偿和所述图像功率变化值确定调整后的第二图像增益补偿；

-所述图像包括超声采集的波束成形的信号值，所述波束成形的信号值是从医疗诊断成像系统的信号处理链的中端处理部分模块或后端处理部分模块的输出端得到的；

-医疗诊断成像系统的信号处理链的至少一个随后模块具有第一成像状态和第二成像状态下的信号功率，图像功率变化值用于该效果的补偿；

-所述图像包括在医疗诊断成像系统的信号处理链的包络检测模块的输出端得到的超声采集的波束成形的包络值，

所述图像功率值包括所述包络值的平均功率值，以及，

用第一图像功率值除以第二图像功率值，确定图像功率变化值；

-根据第一压缩阈值和第二压缩阈值确定图像功率变化值，所述压缩阈值分别由医疗诊断成像系统的信号处理链的日志压缩模块使用，分别处于第一成像状态和第二成像状态；

-在储存所采集的至少一个图像的步骤中，储存n个图像，n是转向角的数量的倍数，所述转向角用于形成空间复合帧；

-该方法进一步包括展示图像的步骤，所述图像是在第二成像状态下采集的，具有调整后的第二图像增益补偿；

-第一成像状态与第二成像状态不同；

-第一成像状态与第二成像状态的不同之处在于下列特征中的至少一项特征：传输电压的幅值、传输电压的持续时间、声功率、聚焦区域的数量、聚焦区域的位置、动态范围、压缩曲线特征、传输超声脉冲的中心频率、传输超声脉冲的带宽、应用到所接收的超声信号的滤波器、基本或谐波成像模式、转向角的数量、转向角的范围、空间复合、空间复合选项、传输孔径、接收孔径、线密度、单纯b型成像或复合成像、时间与空间分辨率的优化设置、穿透与空间分辨率优化设置；

-第一成像状态和第二成像状态是b型成像状态和/或包括b型成像状态的复合成像状态。

本发明的另一个主题是一种医疗诊断成像系统，包括：

在第一成像状态下采集具有第一个图像增益补偿的至少一个图像以及在第二成像状态下采集具有初始第二图像增益补偿的至少一个图像的装置；

根据在第一成像状态下所采集的所述图像，确定第一图像功率值的装置；

根据在第二成像状态下所采集的所述图像，确定第二图像功率值的装置；

根据所述第一图像功率值和所述第二图像功率值，确定图像功率变化值的装置；以及

根据所述初始第二图像增益补偿和所述图像功率变化值，确定调整后的第二图像增益补偿的装置。

附图说明

本发明的其它特征和优点通过以下作为非限制性实例列出的多个实施例以及附图的说明而显而易见。

在附图中：

图1阐释了根据本发明一个实施例的典型医疗诊断成像系统1，以及

图2是根据本发明一个实施例的从第一成像状态向第二成像状态过渡过程中调整图像增益补偿的方法的流程图。

在各图中，相同标号指代相同的或相似的元件。

具体实施方式

图1阐释了根据本发明一个实施例的典型医疗诊断成像系统1。

成像系统1能够对介质的区域2进行超声成像，以获得最终图像，可将所述最终图像展示给操作员，该图像储存在存储器中并且/或者传送到远程服务器或处理单元。

成像系统1以各种成像模式采集图像，比如a模式、b模式、cw多普勒、pw多普勒、彩色多普勒、能量多普勒、m模式、谐波成像、横波成像、弹性/应变成像，该清单并非限制性清单。成像系统1可能以复合成像模式采集图像，所述复合成像模式将上述多种成像模式相结合。

为此目的，成像系统1包括换能器阵列3、控制并且/或者包括信号处理链5的控制单元4以及各个输入/输出界面6，比如显示器6a、键盘6b、存储器/网络界面6c等。

例如，换能器阵列3是线性阵列，通常包括沿着x轴并列的几十个换能器(例如100至300个)，如在普通回声探测器中已知的那样(阵列3因此适于对区域2进行二维(2d)成像，但是，阵列3也可以是适于对区域2进行3d成像的二维阵列)。

换能器3彼此独立地受控于控制单元4和/或信号处理链5的波束成形模块5a，以便在介质中发射超声波并采集超声信号，所述超声信号包括由超声波产生的回声，所述超声波与区域2中的散射相互作用。

然后由放大器单元7放大超声信号，以便在被信号处理链5处理之前得到放大信号。

例如放大器单元7可包括可变受控放大器和低通滤波器。

放大器单元7能够把全域增益应用到超声信号。放大器单元7还能够应用基于位置的图像增益补偿，例如可为时间增益补偿或侧向增益补偿。

为此目的，放大器单元7受控于控制单元4和/或信号处理链5，以便能够针对采集所述超声信号的时间把各种增益补偿应用到超声信号。

放大器单元7还可以包括位于信号处理链5中的数字模块，所述信号处理链5能够应用全域增益和/或基于位置的图像增益补偿。在某些实施例中，放大器单元7只包括数字模块。

因为采集超声信号的时间直接与反射区域2中的所述超声信号的散射体的位置有关，放大器单元7因此能够应用基于位置的图像增益补偿。

信号处理链5可包括根据具体成像状态处理放大信号的各种模块5a、5b、5c、5i、5j，从而得到区域2的最终图像。

“成像状态”的含义是处理步骤的顺序和选择，所述处理步骤的结果是显示、储存最终图像，并且/或者将其传送至远程单元，但是参数和设置也与这些处理步骤相关。成像状态因此包括所选成像模式(b模式、多普勒等)以及采集和处理超声信号所用的各个参数，比如应用到换能器的传输电压的振幅和持续时间、声功率、聚焦区域的数量、聚焦区域的位置、动态范围、压缩曲线特征、传输超声脉冲的中心频率、传输超声脉冲的带宽、应用到所接收的超声信号的滤波器、基本成像模式或谐波成像模式、转向角的数量、转向角的范围、空间复合、空间复合选项、传输孔径、接收孔径、线密度、单纯b模式成像或复合成像、时间与空间分辨率优化设置、穿透率与空间分辨率优化设置。当然，该清单并非限制性清单。

在当前说明中，对成像状态的上述特征中的一项特征发生的任何变化都可被视为引起所述特征变化之前的第一成像状态与所述特征变化之后的第二成像状态之间的过渡。

例如，第一成像状态与第二成像状态之间的过渡的实例是改变应用到换能器的传输电压的振幅和/或持续时间、从分辨率到穿透率的优化、从基本成像切换到谐波成像，反之亦然、或者从单纯b模式到b型加彩色多普勒，该清单并非限制性清单。

在成像状态之间如此过渡的过程中，几乎必须始终调整图像增益和基于位置的图像增益补偿，以便得到针对新成像状态的特定条件的最佳图像质量。

现在参考图2，根据本发明，一种在从第一成像状态向第二成像状态过渡过程中调整图像增益补偿的方法可以包括以下步骤。

请求100执行从第一成像状态向第二成像状态过渡之后，该方法因此包括储存在第一成像状态下采集的具有第一个图像增益补偿的至少一个图像的步骤200。

可以在操作员发送命令(例如，更改成像设置)之后生成进行过渡的请求，或者作为成像系统1进行自动处理的结果，自动地生成所述请求。

在本发明的某些实施例中，系统1在过渡之前在存储器中储存在第一成像状态下采集的图像数据的倒数n_1帧。n_1可以是由操作员选定的预定义数字，将其自动调整或设计为帧的最佳数量，或者可以在所述采集过程中对其进行动态设置。例如，在第一成像状态和第二成像状态之中的一个成像状态包括复合成像的情况下的本发明的一个实施例中，可将n_1选为转向角的数量，所述转向角用于在过渡之前和之后构成空间复合帧。

“图像”和“图像数据帧”的意思是在信号处理链5的模块5i的输出端得到的信号值。模块5i通常可以是信号处理链5中的任何模块。

图像和图像数据尤其是包括波束成形信号值，所述模块5i因此是波束成形模块5a或沿着信号处理链5位于波束成形模块5a之后的模块。“图像”和“图像数据”的含义尤其是在信号处理链5的中端处理部分5b或后端处理部分5c的模块5i的输出端获得的波束成形信号值。特定的“图像”或“图像数据”是“最终图像”，所述最终图像是在处理链5的末端获得的，可由操作员展示，并且储存在存储器中且/或者传送到远程服务器或处理单元。

例如，因此可以从波束成形模块5a与显示器6a之间的信号处理链5的任意之处取“图像”和“图像数据”，例如在包络检测模块、日志压缩模块、扫描转换模块、空间复合模块、后处理模块或颜色映射模块等模块之前或之后。

尤其是，“图像”或“图像数据帧”的含义是用所选成像模式完整扫描感兴趣的区域。完整扫描的含义是一系列超声波发射以及超声信号采集，其足以计算最终图像，将所述最终图像展示给操作员、存储在存储器中并且/或者转移到远程服务器或处理单元。

“图像增益补偿”的意思是图像的全域增益和/或一个或数个基于位置的图像增益补偿，比如时间增益补偿和/或侧向增益补偿。

控制单元4可以从第一成像状态切换到第二成像状态300。如上文所详细描述的，如此切换可能涉及到切换成像模式(a模式、b模式等)和/或改变信号处理链5的一个参数。

控制单元4然后确定400初始第二图像增益补偿，所述初始第二图像增益补偿用于在从第一成像状态切换300到第二成像状态之后立即在第二成像状态下进行的初次采集。

在本发明的一个实施例中，初始第二图像增益补偿可与第一个图像增益补偿相同。作为选择，例如，可以通过自动增益/tgc优化方法自动调整初始第二图像增益补偿。

一旦确定了初始第二图像增益补偿，成像系统1便在第二成像状态下进行采集，并存储500在第二成像状态下采集的具有初始第二图像增益补偿的至少一个图像。

而且，在本发明的某些实施例中，在过渡之后，系统1在存储器中存储第二成像状态下采集的图像数据的前n_2帧。n_2可以是由操作员选定的预定义数字，将其自动调整或设计为最佳数量帧，或者可以在所述采集过程中对其进行动态设置。

根据在第一成像状态和第二成像状态下采集的图像，可以确定调整后的第二图像增益补偿。

首先，根据在第一成像状态下采集的所述图像，确定至少一个第一图像功率值600。

在本发明的一个实施例中，第一图像功率值是代表在第一成像状态下采集的图像的总功率的单一值。在第一成像状态下采集n_1个图像的情况下，可通过n_1个图像取第一图像功率值的平均值。可以同等地计算所有图像数据值，或者更加注重特定帧、转向角、更有可能表示有效信号而不是噪音的值等等。

在本发明的一个实施例中，确定多个第一图像功率值。多个第一图像功率值与在第一成像状态下采集的一个或多个图像的位置相关。

因此，例如，多个第一图像功率值可以是与沿着成像区域的多个深度位置相关的功率值的阵列。

根据在第二成像状态下采集的图像，确定至少一个第二图像功率值700。

因此，可以确定多个第二图像功率值，并且与在第二成像状态下采集的具有初始第二图像增益补偿的一个或多个图像的位置相关。

因此，多个第一图像功率值和多个第二图像功率值可以形成在过渡之前和之后的各个图像数据的各自平均功率与深度曲线。

如果需要，可以对多个第一图像功率值和多个第二图像功率值之中的一个值或者这俩值执行插值步骤。这样，过渡之前和之后的平均功率与深度曲线可具有相同的空间采样。

然后，可以根据所述第一图像功率值和所述第二图像功率值，确定至少一个图像功率的变化值800。

分别确定多个第一图像功率值和第二图像功率值时，可以根据所述多个第一图像功率值和所述多个第二图像功率值相应地确定多个图像功率变化值。

图像功率变化值表示第一成像状态与第二成像状态之间全局和/或局部图像功率的变化。因此，通过比较过渡之前和之后的平均功率与深度曲线，获得图像功率变化值。

所述比较的性质取决于分析图像数据的类型。

仅通过实例的方式，在本发明的一个实施例中，图像可包括在信号处理链5的包络检测模块5d的输出端所获得的波束成形超声采集的包络值。分别在第一成像状态和第二成像状态下采集的图像因此可分别包括在第一成像状态与第二成像状态下获得的波束成形超声采集的包络值。

在这个具体实例中，图像功率值可包括所述包络值的平均功率值，尤其是与图像或成像区域的位置相关的图像的总平均功率值或者局部功率值。

于是，用第一图像功率值除以第二图像功率值，确定图像功率变化值。作为选择，可以用第一图像功率值除以第二图像功率值，确定图像功率变化值，所述第二图像功率值与图像或成像区域中相同或相近的位置相关。

信号处理链5的至少一个随后的模块5j处于第一成像状态和第二成像状态下的信号功率，由于该效果可以对图像功率变化值予以进一步补偿。

例如，在上述实例中，其中，图像包括在信号处理链5的包络检测模块5d的输出端获得的波束成形超声采集的包络值，图像功率变化值可能因包络检测模块5d之后的日志压缩模块5e所起的效果而得到补偿。

更准确地说，日志压缩模块5e可采用处于第一成像状态的第一压缩阈值以及处于第二成像状态的第二压缩阈值计算日志压缩信号。

然后可以根据第一压缩阈值和第二压缩阈值补偿图像功率变化值。

在一个具体实例中，处于b型成像状态的日志压缩和灰度映射模块5e可以以如下的方式计算压缩灰度值：

y＝(20*log10(x)-ct_l)*dr_db/255

在此，x是输入包络值，y是基本介于0至255之间的压缩灰度值，ct_1是第一压缩阈值，dr_db是包络值的动态范围。

在这个具体实例中，可以根据图像功率变化值ipc、第一压缩阈值ct_l和第二压缩阈值ct_2确定补偿图像功率变化值ipc_comp，如下：

ipc_comp＝20*log10(ipc)-ct_l+ct_2

在上述实例中，第一压缩阈值和第二压缩阈值的单位可为db。

最后，可以根据所述初始第二图像增益补偿和所述图像功率变化值或所述多个图像功率变化值确定调整后的第二图像增益补偿900。

在上述实例中，可以通过把初始第二图像增益补偿和图像功率变化值相加，简单地确定调整后的第二图像增益补偿。

在初始第二图像增益补偿是基于位置的图像增益补偿的情况下，可以通过把与图像或成像区域特定位置相关的每个初始第二图像增益补偿值和与相同位置相关的图像功率变化值相加，而对初始第二图像增益补偿与多个图像功率变化值进行求和。

然后，可以在第二成像状态下采集具有调整后的第二图像增益补偿的图像。

然后，可以把在第二成像状态下采集的具有调整后的第二图像增益补偿的最终图像展示给操作员、存储在存储器中并且/或者传送到程服务器或处理单元。

作为选择，通过连续采集具有第二图像增益补偿的图像，可以形成成像状态之间的平稳过渡，所述第二图像增益补偿从初始第二图像增益补偿向调整后的第二图像增益补偿逐渐变化。可以按照一系列小步骤进行如此逐渐变化，以便使亮度间断性最小。因此，通过在初始第二图像增益补偿与调整后的第二图像增益补偿之间插值可以计算一系列第二内插图像增益补偿。

而且，可选的处理步骤可包括确定在第一成像状态和第二成像状态下采集的图像数据的相似性，例如，通过以活动窗口的方式计算第一成像状态和第二成像状态下的图像数据之间的归一化相互相关系数算符。然后根据图像或成像区域中每个位置的相似性结果，计算初始第二图像增益补偿与调整后的第二图像增益补偿的空间变化组合。

在过渡之前/之后图像内容彻底改变的情况下，比如，在过渡过程中快速移动换能器的情况下，或者在由于新状态的穿透力不佳导致后过渡b型图像的某些区域受噪音控制的情况下，这个可选处理步骤是有用的。

因此，可以计算初始第二图像增益补偿、调整后的第二图像增益补偿和所述第二个内插图像增益补偿的空间组合，以便采集图像。

针对那些情况，例如，实际应用的图像增益补偿可局部地从(例如在缺乏相似性的情况下)的初始第二图像增益补偿，变化到(完全相似性的情况下)的调整后的第二图像增益补偿。

仅作为示例列出上文所述的方法的步骤(100-900)的特定顺序，不应将其视为限制性的顺序。

尤其是，在不脱离本发明的情况下，可按照不同顺序执行本方法的数个步骤或者每个步骤。也可以并行(同时)进行数个步骤。上述实施例为本发明的例证。可以在根据所附权利要求的本发明的范围内做出各种变型。尤其是，可以将根据本发明的偏移装置用于拉索以外的结构缆索。