专利名称：经接收扫描线数据内插的高分辨率超声成象的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声诊断成象的分辨率的改进，特别是经接收扫描线数据内插的高分辨率(清晰度)超声成象的开发。
超声诊断成象系统的设计者们不断努力使他们的产品产生出最高诊断质量的实时图象。对于实时图象的希望是通过在高帧率下，即被接收新图象的速率下产生被处理和依次显示在图象监视器上的一系列新图象来满足的。对于高诊断质量的希望是通过产生具有高线(行)密度的图象中展示有高解析结构细节的图象来满足的。对于高帧率和高线密度的要求，无论如何本质上是矛盾的。在一图象中的扫描图象线数越多，扫描一目标所需时间和产生一完整图象就越长，以及帧率就越慢。降低扫描线数会增加帧率，而在图象中降低线密度的代价并从而降低在图象中结构的空间采样。
要克服看来是内在矛盾的办法是通过如美国专利5,390,674(Robinson等)所描述的，在接收线之间内插新扫描线来产生附加图象线数。发射超声波到一物体所需时间和从沿扫描线所接收回波的时间，受物理定律，即物体中声音速度的限制。内插扫描线所需时间不受此限制，而是处理硬件和软件的速度和复杂的功能，这二者考虑的范围是由系统设计者控制。这样，例如，图象的空间采样和线密度可通过如Robinsou等所描述的，在每对接收扫描线中内插新扫描线加倍，该专利不是加倍形成一完整图象所需时间。图象分辨率得到改进，而不是附加扫描线的传输所需求的帧率的一对一的折衷。
有几种满足各等级的用于已推荐的超声图象的扫描线内插法。以下讨论几种方法，昂贵和复杂的多线束形成装置的数据的推荐的扫描内插。多线扫描经常使用相对宽的发射束，这会加重信号噪音比和破坏图象质量。这几种近似法产生的图象数据具有不稳定的处理效果，会在显示图象上引入人为因素。相应地，希望所产生的内插扫描线的超声图象便宜、简单，并包含这种近似的图象质量。
根据本发明的基本原理，是通过在由束形成装置已经产生的两个空间不同的接收线之间进行内插，以便为超声图象提供较高的线密度，从而在从接收线的位置偏移了的线位置处发展成两个内插线。与单独使用接收线相比较，这样的内插使超声图象的线密度加倍(或者在相等的线密度下使帧率加倍)而不会使成本加倍或需多个多线束形成装置。本发明的具体实施例使用正交采样数字的束形成装置，其中通过与正交采样的结合配置有带通滤波。通过对于接收线的连续传输，每线能以紧密的束聚焦加以发射和接收。通过产生具有表现为匹配能谱的系数的内插的扫描线的图象，从而避免了由于使用不稳定的处理线而产生的人为因素。
在附图中
图1a-1c,2a-2c和3a-3c示出原先用于增加扫描线密度的推荐的内插方案；图4a-4c示出本发明的内插技术；图5示出依据本发明的原理构成的超声诊断图象系统；图6是说明图5超声图象系统的软件的操作流程；图7a和7b,8、9和10是顺序图示说明与图6流程相结合的本发明的束形成和扫描线内插技术；图11描述根据本发明原理的多级扫描线内插；和图12示出组合的扫描线内插和扫描转换。
首先参照图1a-1c，上述Robinson等的专利中的扫描线内插技术分若干步描述。图1a的方框示意图示出，多元阵列转换器10耦合到束形成装置12。束形成装置12使转换器阵列沿空间不同的各束方向连续发射超声波束，并响应于每个束的传输，适当延迟和总和由转换器阵列接收的信号。每个接收的扫描线，即响应发射的超声束，沿每束方向接收的回波序列提供给线缓冲器14和2分频电路18。线缓冲器14的输出被耦合到第二个2分频电路16。线缓冲器14延迟该提供的接收线为发射和接收一扫描线需要的时间，其中包括束间等待周期。这样，在线缓冲器14的输出端产生了延迟的扫描线，并在下一接收的扫描线被送到线缓冲器14的输入端和到另一2分频电路18的同一时间处耦合到2分频电路16。来自每个相应束深的两个扫描线信号的值由2分频并送到总和电路20，以便产生从两个序列的扫描线内插的新扫描线。该内插的扫描线和首先接收的扫描线之后被检测，扫描转换和作为图象的显示行进行显示。
产生显示线的方法是通过图1b的图象线描述的。图象的一线，线L1，被包括在首先接收的扫描线R1中。接着接收的扫描线R2，形成了第三图象线L3。依次扫描线R1和R2如由(R1+R2)/2的表达式所示的那样，由2分频并总和，以产生显示为中间图象线L2的内插线。在接收下一扫描线R3之后，该扫描线和先前的扫描线R2被用作为插入显示为图象线L4的(R2+R3)/2格式的一线。可以看出，该技术产生的用于显示的图象线几乎是接收扫描线数的两倍，而插入的束数比接收的扫描线数少。
由于在一时间只有一束被发射和接收，该发射束如图1C发射束模式所指明的，能沿着接收扫描线的空间位置被紧密聚焦。该接收的扫描线被聚焦成相同的单个空间线特性。由于接收扫描线的焦点特性是发射和接收束模式的两者的函数，因此，由于在发射和接收这个期间使用同样的紧密单个束聚焦，该合成束也被紧密聚焦。
图2a-2c描述第二个内插技术，即由美国专利申请号08/286,510所提出的(Wright等)。该专利申请是说图2中的Robinson等的内插技术。该专利申请的图1A所示的Wright等的具体实施例，是在每个发射束的每一侧上的发射束间隔空间的一半处同时接收多扫描线(多线接收)，然后在从连续接收的扫描线的线间隔一半处插入一扫描线。从每次接收所接收的多扫描线还被用于在发射束的位置处插入一扫描线。如由Robinson等所说的，然后进一步计算中间内插线。
图2a和2b描述Wright等的发射，接收，和内插方案。如图2b所示，发射束T1,T2和T3在图象线位置L1,L3和L5处被依次发射。由在图2a中的束形成装置A和束形成装置B代表的多线束形成装置被用于在发射束的位置的每侧的一个上接收两个扫描线。例如，在位置L2处由束形成装置A接收的扫描线R2A和在位置L4处，由束形成装置B接收的扫描线R2B的接收结果的发射束T2。
图象线Ln被即刻在此和发射束位置之间插入。在发射束T2的位置处，在从该发射束的任何一侧响应接收的两个多线产生出图象线L3。这样图象线L3等于在图2a中由2分频电路16和18产生的(R2A+R2B)/2，随后通过总和电路22。从连续传输的接收扫描线中产生发射束位置之间的图象线。例如，图象线L2等于(R1B+R2A)/2，其中R1B是在响应于发射束T1的L1和L3之间被接收的，和22A是在响应于发射线束T2的L1和L3之间被接收的。在图2a中，利用线缓冲器14延迟“B”扫描线一个线间隔来产生的，然后，在总和电路20中使该延迟的扫描线与下一未延迟的“A”扫描线相加。图象线Ln总是以横跨该图象场的方式产生。
Wright等的具体实施例，然后继续使用相邻线去插入一如Robinson等所说的中间插入线的附加组中(未示出)。那就是，最终的图象线组包括了从和显示在先前产生线(L1,L2,L3，等)之间的组导出的中间线组(L1.5,L2.5,L3.5等)，Wright等的最佳技术是使用四端FIR滤波器，以插入这些中间线。这样，在线位置L2.5处的插入线是从围绕线L1,L2,L3和L4中被插入的。
该Wright等的技术，当提供出与发射扫描线相比较的两倍的初始组的接收扫描线时，不仅是多线束形成装置的耗费，而且极大地增加了束形成装置的复杂性和成本。如图2c所示，发射束Tn必须被展宽到足以穿透在发射线位置任何一侧的发射线间隔的一半的两个接收扫描线位置RnA和RnB。不考虑发射束的宽度，第一组内插线，线L1,L2,L3，等，由共同发射束和内插接收束(线L1,L3，等)所形成的那些，以及共同接收束和内插发射束(线L2,L4，等)形成的那些交替组成，除非发射和接收束具有等同特性(不是使用固定发射聚焦和动态接收聚焦的情况)，或者，内插滤波器是完美的(不是有限长度滤波器)，然后，内插的人为内容不同于替换线。Wright等尝试通过连续使用具有(1/4,1/2,1/4)端加权的3端方位角滤波器来补偿该问题。而该平滑的滤波器会削弱内插入为因素，造成由通过在方位角方向中的低通滤波而弄污图象的代价。
在图3a-3c中描述的和在美国专利5,318,033(Savord)的图21所示的是通过Wright等的改进技术。Savord认识到，不必强制该图象线位置对准发射线位置，这如Wright等所做的。不作这种限制，Savord从发射线位置产生了该发射线间隔的1/4的多线偏移，从而带来使该接收束较靠近于发射束的中心。但像Wright等，Savord还需要多束形成装置，以用于多线接收，及其内插方案。
图3b描述了图3a所示的Savord处理方案的效果。在发射束位置的任一侧上1/4线间隔处接收的扫描线R2A和R2B是沿线T2的发射束的结果。通过图3a的束形成装置A和B产生接收的扫描线R2A和R2B。3个依次RnA扫描线被用于由线缓冲器14a和14b，加权电路a1、a2，和a3，和总和电路20a构成的三端FIR滤波器中，以便在RnA扫描线位置处产生内插线。相类似，由线缓冲器15a和15b，加权电路a1、a2，和a3，和总和电路20b组成的FIR滤波器被用于内插连续RnB接收的扫描线，以便在RnB扫描线位置处产生内插线。在图3b中看到，在发射束T1,T2,T3等处没有产生线。如图3c所示，Savord发射夹需要穿透接收扫描线RnA和RnB的位置，该位置是从该发射束Tn的位置被偏移仅仅该发射束间隔的1/4。类似于Wright等，接收线密度是发射束密度的两倍，这就是多束形成装置和方位角滤波的代价。Savord能做的如Wright等那样，不能通过第二次内插中间线再次二倍线密度，虽然这进一步骤会明显地通过Savord加以利用，如果希望这样做的话。
图4a-4c描述的是本发明内插技术的实施例，如先前图中那样有相同标注。类似Robinso等，图4a的实施例只需要单个束形成装置，避免了Wright等和Savord的附加成本和多线束形成装置的代价。如由发射箭头T1,T2，和T3和接收箭头R1,R2，和R3所示，每个接收扫描线在它的发射束的相同位置处被接收。由在图4c中紧密聚焦束模式25描述的，从中看到，发射和接收的束能利用高度聚焦和对成一线的束模式。
连续接收的扫描线然后用于在接收扫描线位置中间的分别的位置处产生两个内插图象线。在图4a中通过内插器30完成这些。线缓冲器14延迟每个接收的扫描线一个线周期。延迟的线和当前接收线由加权系数a1和a2加权，和加权的扫描线信号然后通过总和电路32,34组合。然后检测内插信号，通过扫描转换器配置成希望的图象格式，并加以显示。
图4b描述的是，当内插两线时，这种内插技术的结果，可以理解，该技术能在每对接收扫描线之间插入多于两个的图象线。两个发射束T1和T2导致两个接收扫描线R1和R2的接收。从在最近接收扫描线位置的1/4线偏移处产生图象线L1和L2。该图象线L1和L2被分离开发射和接收线间隔的一半。为产生这两线，加权系数a1被设置在3/4加权和加权系数a2被设置在1/4加权。图象线L1在总和电路34的输出产生并等于(3/4R1+1/4R2)，这样，根据该接收扫描线到该内插图象线的位置的靠近程度，将接收扫描线的基值加权到该内插图象线。以类似方法，总和电路32产生等于(1/4R1+3/4R2)的内插图象线L2。这可看出，在发射或接收的扫描线位置处不产生图象线，以及该内插技术不用求助于多线束形成装置，或不需要展窄的发射束模式就能使线密度加倍。该内插图象线以超声图象形式依次被检测、处理、和显示。
该最佳实施例，其中线密度是通过使用1/4和3/4内插加权来加倍的，这就防止了先有技术中线对线内插入为因素变化的发生。这是由于用于产生内插线的两组内插系数的匹配的能谱。频谱匹配的结果是因为第一内插线是从系数(3/4,1/4)，第二线是从(1/4,3/4)被计算的，和因此，当系数的顺序被颠倒时，任何组的滤波系数的能谱都不改变。
另外，这些系数在偏移T/4和3T/4的位置处形成内插线，其中T是接收线之间的间隔。一种结果是，所有内插线被稳定如间隔在1/2T间隔处。
最佳过程是在V1和V2线位置处的每对接收线之间插入两个图象线。插入线之间的均匀间隔需要V2=V1+T/2，其中T是接收扫描线之间的间隔。插入到线位置V作为P(V、f)的一组系数的能谱，其中f表示横向间隔频率。关系于插入线位置的移动，该内插滤波器的能谱是不变的，该移位是接收线间隔的总倍数，结果P(V,f)=P(-V,f)。
因此，为保证匹配该对内插滤波器的能谱，必须足以保证P(V2,f)=P(V2-T,f)=P(V1,f)=P(-V1,f)。当V2-T=-V1，或V2+V1=T时，要满足不是特别重要的条件，即V1=V2。这样，对于T/2插入线间隔和匹配能谱，有两个联立公式；V2-V1=T/2和V2+V1=T该联立公式的解是V1=T/4，和V2=3T/4。这样，利用a1和a2的系数(加权值)1/4和3/4会产生匹配系数频谱响应和线间T/2间隔的两条内插线。
更一般的是，在T/4位置偏移处产生线的内插滤波系数的任何组能被反转去产生3T/4位置偏移处的线(也能表示为-T/4)。结果的插入线间隔稳定，以及因为使用相同系数(反转顺序之后)，因此可达到能谱匹配。
由于内插系数的匹配的频谱响应的优点，在T/4和3T/4位置偏移处的插入线会显示出没有内插入为因素的变化。
图5示出超声诊断图象系统的方框图，它适于根据本发明的内插技术产生图象线。图5的超声图象系统，在1996年9月12日归档的美国专利申请系列号08/712,828中更全面地描述了。如其中所述，该系统是基于超声系统的个人计算机，由软件而不是由专门硬件执行大部分功能。母板80包含有中央处理单元(CPU)82，处理或直接处理超声信号。连接到母板的扩展总线86是数字束形成装置90，它控制和接收来自扫描头或转换器10的超声信号。由束形成装置90产生的接收扫描线被存储在r·f存储器中，然后由CPU，数字信号处理器(DSP)卡92，的任一个或由两个进行处理。处理的信号然后由CPU被扫描转换成希望的图象格式，并耦合到在扩展总线上的视频卡94，以产生在显示器50上的图象。超声图象可以借助于在扩展总线上的网络卡96，寄送给与超声系统成网络的其它处理器，存储装置，或工作站。用户通过耦合到母板80的键盘输入的用户接口62来控制该超声系统。超声图象和软件程序能被存储在通过SCSI总线106耦合到母板上的盘驱动器102，以及图象和报告可以在耦到平行总线108的打印机104上进行打印。
数字束形成装置90可以象图7a、7b、8和9中所示的基带数字形成装置那样操作。图6流程描述了束形成装置执行的这些步骤。一种构成的实施例使用如美国专利5,544,655中描述的I、Q采样方案。在该构成的实施例中，扫描头的阵列转换器的每个单元都耦合到数字束形成装置的分别的模/数(A/D)转换器。每个转换器单元的超声信号一般在如图6的步40中所示的转换器频率响应特生的标定转换频率的1/4相位处被采样。例如，如果扫描头具有标定7.5MHZ中心频率，那么每个转换器单元的信号会由在30MHZ采样率操作的A/D转换器采样。来自5MHZ扫描头的信号会在20MHZ采样率下被采样。以上图7a示出7.5MHZ波形100的一个周期，沿波形1/4点处示出采样点I,Q,-I和-Q。图7a的箭头表示用于转换器单元e1的这样波形顺序的采样时间。波形的第一周期的采样时间是Ic1,Qc1,-Ic1和-Qc1。在这个速率下连续采样，如所示，采样第二周期在时间Ic2,Qc2,-Ic2和-Qc2，如此等等。
图7b表示用于比单元e1的扫描线更远距离的转换器阵列的单元en的采样时间。由于距扫描线更大距离的特点，来自扫描线的回波开始达到单元en的时间会稍晚于开始达到单元e1的时间。由于此，如相关于图7a的箭头的图7b的箭头偏移位置所示，从单元en的信号采样与从单元e1的信号采样相比被延迟了。如现有技术中熟知的，横跨该阵列的采样开始的线性变化会导致接收束的转向，和横跨该阵列的采样时间的1/4象限变化导致束聚焦。当回波被接收时，采样时间的相位变化会动态地聚焦该接收的束。
如图6步42中指明的，每个单元需要的信号采样通过分别组合连续的I和Q采样被进行基带滤波。例如，基带滤波可以通过总和在时间Ic1和-Ic1处获得的两个采样来进行，以产生滤波的I采样，和总和在时间Qc1和-Qc1处获得的两个采样，以产生滤波的Q采样。在最佳实施例中，通过总和转换器频率的一个周期的I和Q采样来产生所希望的带宽。在图7a和7b的举例中，在时间Ic1和-Ic1处获得的采样同反相的负采样值总和在一起，以产生滤波的I采样，和在时间Qc1和-Qc1处获得的采样也同反相的负值总和在一起，以产生滤波的Q采样。这些头两个采样周期的滤波的I和Q采样被存储在存储器110中，作为用于转换器单元e1范围r1的I,Q采样。然后继续处理，在先于在先周期二分之一周期的整个下一个采样周期中组合I和Q采样，以形成另一个存储在存储器110中用于单元e1的范围r2定位的滤波的I,Q对。随着储存在最后范围rm的最大深度的滤波的I,Q对，整个扫描线深度的一个周期组中的采样被加以组合。如果希望的话；通过分别组合大于一个采样周期的整个采样间隔的I和Q采样值，可以获得不同的滤波特性。
通过分别组合连续采样周期的连续的I和Q采样，也能滤波其它阵列单元的采样。滤波的I,Q对类似地被存储在相应的从中可获得该采样的范围内。每个单元的滤波的I,Q采样的最后处理是被配置在对应于它们所获得深度的存储器110中。可以理解，所用单元数，和因此在存储器中的I,Q对数，如果作为深度函数的孔径被扩展的话，将会随着深度而增加。
最好，存储器110给每个单元的滤波的I,Q对在存储器的公共行或列中成行的配置。还最好是将I,Q对配置成与由共同深度或范围rn成行的采样成垂直方向。只是需要沿着共同范围的行或列总和这些采样，以形成连贯的接收回波。在图8的举例中，第一列的I,Q采样被总和形成在范围r1的用于束的连贯回波。总和的I1采样和总和的Q1采样被存诸在用于该接收扫描线的第一范围定位r1处，在图9的r·f·存储器中被标识为线R1。该对I1,Q1被存储在r·f·存储器120中的地址R1和r1的相交处。作为存储器110的共同范围的列被总和为接收扫描线的连续范围，总和的I1,Q1对被存储在r·f·存储器120的R1列中适当范围rn定位处。
在第一接收扫描线R1的全深度的I1,Q1采样对已被形成和存储之后，转换器阵列沿相邻束方向发射第二束T2，由每个有源传感器单元为该第二束接收的信号被采样、带通滤波、及并储存在存储器110中。共同范围的采样被再次总和存储在r·f·存储器120的第二列中，即如图6步44所示的用于第二接收扫描线R2的该列。以此方式的传输和接收处理连续进行，用为全深度的每个发射和接收扫描线Rn的连贯的In,Qn采样对加载该r·f·存储器。
如该r·f·存储器120被接收扫描线充满时，该CPU82响应该16接收线组的格式转移该16一组的接收线到DSP卡92中。该DSP卡插入扫描线的新组，检测回波数据，并将检测的扫描数据返回到CPU，以用于扫描转换处理和显示。通过DSP的处理在图6步46中示出。该处理的执行如图4a-4b所示。例如，图9的In,Qn对，通过计算利用I1,Q1采样用于第一插入线L1的范围r1处的第一内插采样和图9的范围r1和I2,Q2采样，可以用于插入两个中间线。利用公式(3/4I1+1/4I2)计算内插Iint值，和利用公式(3/4Q1+1/4Q2)计算内插Qint值。检测的内插回波值可以通过计算(Iint2+Qint2)1/2取I,Q平方的和的平方根来获得。在内插扫描线L1的第一范围Er1处的该检测的回波值被存储在R-θ存储器130中，如图10所示，在列头L1下的第一行中。
图9的相同In,Qn采样被相似地加权，以便利用公式Iint=(1/4I1+3/4I2)，和Qint=(1/4Q1+3/4Q2)计算用于在范围r1的第二内插线L2的I,Q值。在范围r1的检测的回波然后利用内插Iint和Qint值以公式(Iint2+Qint2)1/2加以计算。该第二内插线L2的第一范围的检测的回波值Er1被存储在R-θ存储器130中地址头L2下的第二列顶部。
第一和第二接收扫描线R1,R2的为用于增加范围的In,Qn数据被类似用于为L1和L2线增加深度直至最大深度rm插入Iint和Qint值。被检测的回波用于每个范围的两线并存储在如图10所示的R-θ存储器130中。然后，DSP利用接收扫描线R2和R3的In和Qn采样继续插入下一个两线L3和L4的数据值。会看到，在计算线L1和L2中使用的一些积可以被存储和在计算线L3和L4时被使用，即接收线R2的I2和Q2采样的分数加权(fractional Weightings)。这样，这些分数加权被存储以计算L3和L4内插线，这样就使得无需第二次被重复计算。
以该方式利用第一个16接收扫描线R1-R16的数据去计算第30内插，以及如果愿意的话，检测线L1-L30。最后接收扫描线R16的数据在DSP中被存储，并使用从r·f·存储器120传送到DSP的下一组扫描线的第一扫描线R17的数据。这样，扫描线R16和R17的数据被用于计算下一个2内插线L31和L32。以同样方式利用下一个16扫描线R17-R32的数据，如16扫描线的第一组去为R-θ存储器130插入和检测内插线的另一组。当全部图象帧的内插线已被形成时，这些用接收的扫描线数据形成的具有双倍图象线密度的线就可以扫描转换和显示了。
可以理解，如图11所示和通过图6的处理步骤72-76，通过从第一组插入第二级内插线可以使图象线数再次加倍。通过图11顶部的第一行中的箭头T0,T1,T2,T3，和T4定位描述了发射束。相应于这些发射束，通过图5的束形成装置90产生接收扫描线R0,R1,R2,R3，和R4，如由内插线RZ,RA,RB,RC,RD和RE的该行所示，从接收的扫描线数据中产生内插线密度加倍的第一组。第一级内插线的计算如上所述并由图6的步72指明。然后，如图6的步74所示，利用内插的第一级内插线和1/4和3/4加权，计算内插线的随后级。例如，从内插线RA和RB的数据中插入内插线Ra和Rb。从内插线RB和RC的数据产生内插线Rc和Rd，从内插线RC和RD的数据产生内插线Re和Rf。仅利用第二级内插线去形成图象，第一级内插线不用。第二级内插线形成的图象一般可以接受，但它并不能完全摆脱内插入为因素的变化，如用于插入所有线的系数的能谱并不匹配。然而，用于产生第二级内插的相邻线对的内插系数的能谱还是匹配的。例如，用于插入线Ra和Rb的系数的能谱是匹配的，用于插入线Rc和Rd的系数的能谱也是匹配的，等等。
另外，通过具有系数(1/16,3/4,3/16,O),(O,5/8,3/8,O),(O,3/8,5/8,O)，和(O,3/16,3/4,1/16)的四象限滤波器，不用或不需要产生第一组内插线，直接从接收的扫描线数中，就能产生第二级内插线。
最后，还可以用一个处理步骤去插入新的图象线，检测回波数据，和扫描转换该回波线。如已熟知的，扫描转换包含接收回波数据的重新定位，以便显示对应于显示装置的光栅线以X-Y坐标系统配置的作为象素的值。由于光栅线密度经常远大于接收扫描线密度，通过熟知的“孔加注”(“hole filling”)处理，即通过计算或内插象素值注满接收回波之间的空隙来产生大得多的视频线数的密度。
为完成将R-θ坐标到X-Y坐标的坐标转换和注满图象中空隙的普通技术是熟知的四点内插。通过该技术，位于四个接收回波之间的每个显示象素由四个围绕回波的加权值注满，该加权根据四个回波到象素位置的紧密程度。例如，以该方式操作的扫描转换器描述在美国专利4,581,636。
本发明人披露了，不需要计算地完成这样密集的扫描转换，仅需要在显示图象中计算和使用近似于象素值的格栅值。例如，图12示出两个接收的R-θ扫描线θ1和θ2，两个接收的数据点的每一个在图示表示为大圈。在扫描线θ1上的数据点是I1,Q1和I2,Q2，和在扫描线θ2上的数据点是I3,Q3，和I4,Q4。垂直线的顺序依次示为V2,V3,V4,…V7，表示显示象素的X-Y坐标，即在垂直线上表示的小圈。很显然，象素密度超过了接收扫描线和回波数据的密度。通常达到的在所示扫描线之间的所有计算的象素值会被用于每个象素值的计算的扫描线上的四数据点。然而，本发明人确立了充分利用四个数据点去计算通过四个数据点之间的六个用描述的以R-θ间隔的16个检测回波值E1-E16的栅格。利用孔加注的在先技术计算16个检测的回波值，假如16个稳定的分布空隙在接收数据点之间被注满。代替为X-Y视频线序列中每个象素计算不同的值，而是每个象素简单地使用最接近的计算的回波值而不是唯一的分别值。例如，虚线圈152的值最靠近于回波E1，以及回波E1的值被用于该象素的值。相类似，虚线圈154的象素最靠近回波E2，就使用该回波值。同样，虚线圈150的象素最靠近回波E5，并且来作为该回波值，和虚线圈156中的象素最靠近回波E13，并使用该回波值用于它们的象素值。已经确定了，使用栅格的回波值足以为用户产生高分辨率图象，当回波值数和象素近似相等时，就产生最大精度。如果用户接着希望对图象截面进行放大或“变焦距”(“Zoom”)时，进一步可以计算仅用于初始图象的被放大或变焦区域的栅格的回波值。如果在本发明给定实施例中的初始图象是不规则或块状的，可以计算例如32×32的较大栅格回波，并用于最靠近它们的象素值。利用象素值的近似值技术，同为每个分别的显示象素的精确计算相比较，在计算复杂性方面表现出惊人的容易，对于以P.C.为基础的软件集中的超声图象系统有明显的优越性。在一种结构的实施例中，从在数字移位和加操作而不是一般技术要求的乘操作的序列中的扫描数据点来计算栅格的回波值。如图6的步70所示，在本发明的实施例中，能够实现，在一个处理步骤中处理器同时插入较高等级的内插扫描线，检测回波数据，和产生适用于X-Y光栅显示的扫描转换数据值。
权利要求
1.一种从两个接收的超声扫描线中插入两条或更多条超声显示信息线的方法，包括的步骤有a．在第一扫描线位置处接收第一扫描线；b．在第二扫描线位置处接收第二扫描线；c．在所述第一和第二扫描线位置之间的第三和第四线位置处插入超声显示信息的第一和第二线，所述第一和第二线的每一个都包含与所述第一和第二扫描线位置的线间隔成比例的所述第一和第二扫描线的成分；d．检测超声显示信息的所述第一和第二线；e．产生利用超声显示信息的所述第一和第二线的图象。
2.根据权利要求1的方法，其中步骤C包括按所述第一和第二扫描线位置的线间隔成比例的加权所述第一和第二扫描线的采样，并组合所述加权后的采样，以形成所述第一和第二线的采样。
3.根据权利要求2的方法，其中所述加权是3/4和1/4，以及每线被定位在一扫描线和下一扫描线之间的距离的1/4处。
4.一种利用内插线信息产生图象的超声诊断成象系统，包括一超声阵列探头；从所述超声阵列探头接收回波数据并产生第一和第二扫描线，以及响应于第一和第二超声传输的一束形成装置；在所述第一和第二扫描线位置之间的第三和第四线位置处，插入超声显示信息的第一和第二线的内插装置，所述第一和第二线的每一个都包含与所述第一和第二扫描线位置的间隔成比例的所述第一和第二扫描线的成分；检测超声显示信息的所述第一和第二线的检测装置；和用于产生利用超声显示信息的所述第一和第二线的图象的显示器。
5.根据权利要求4的超声诊断成象系统，其中所述第三和第四位置被分别定位在所述第一和第二扫描线之间距离的1/4和3/4处。
6.根据权利要求5的超声诊断成象系统，其中所述内插装置包括，用于加权所述第一和第二扫描线的采样3/4和1/4并总和该加权的采样以形成所述第一线的装置，和用于加权所述第一和第二扫描线的采样1/4和3/4并总和该加权的采样以形成所述第二线的装置。
7.一种超声诊断成象系统包括具有标定频率的超声转换器；在所述标定频率的1/4相位处用于采样由所述转换器接收的超声信号的A/D转换器；用于对通过组合所述超声信号的连续的相关相位采样的所述采样的超声信号进行滤波的带通滤波器；用于处理所述滤波的信号采样的处理器；和用于显示从所述滤波的信号采样所形成的图象的显示器。
8.根据权利要求7的超声诊断成象系统，其中所述A/D转换器包括在所述标定频率的交替的I和Q相位处用于采样所述超声信号的装置，和所述带通滤波器包括用于分别组合I采样和Q采样的装置。
9.根据权利要求8的超声诊断成象系统，其中所述带通滤波器包括用于组合所述标定频率的一个周期的所述超声信号的连续的相关相位采样的装置。
10.根据权利要求8的超声诊断成象系统；其中所述带通滤波器包括用于组合在1/2周期增量中的所述标定频率的连续一个周期间隔的所述超声信号的连续相关相位采样的装置。
11.一种包括有产生大量R-θ坐标图象线的束形成装置和扫描转换器的超声诊断成象系统，包括用于从所述R-θ图象线的所述图象值的相关位置基础上，计算所述R-θ图象线之间的大量图象值的装置；和存储具有正交坐标的显示象素值的象素数据存储器，其中所述显示象素值展示具有靠近所述显示象素的坐标的坐标的象素值的值。
12.从接收的超声扫描线中插入超声显示信息的方法，包括的步骤有a．在大量扫描线位置处接收超声扫描线；b．利用所述接收的扫描线去产生第一组内插扫描线；c．利用所述第一组内插扫描线去产生第二组内插扫描线；和d．从所述排除所述接收的扫描线的第二组内插扫描线和所述第一组内插扫描线去产生一图象。
13.从接收的超声扫描线中插入超声显示信息的方法，包括的步骤有a．在大量扫描线位置处接收超声扫描线；b．利用所述接收扫描线借助于展示有匹配能谱的内插系数去产生大量内插扫描线；和c．从借助于展示有匹配能谱的内插系数所产生的内插扫描线形成一图象。
14.根据权利要求13的方法，其中步骤b进一步包括，在相邻接收的扫描线之间的距离的间隔定位在1/4和3/4处产生内插扫描线。
15.从接收的超声扫描线中插入超声显示信息的方法，包括的步骤有a．在大量扫描线位置处接收超声扫描线；b．对所述接收的扫描线进行相邻一个一个地滤波，以便在所述相邻接收的扫描线之间的距离的1/8,3/8,5/8和7/8的相隔位置处产生四个内插扫描线；和c．从所述内插扫描线中产生一图象。
16.根据权利要求15的方法，其中步骤b包括，利用四相位滤波器对所述接收的扫描线进行相邻一个一个地滤波。
17.根据权利要求16的方法，其中步骤b进一步包括，用滤波器在至少四端处对所述接收的扫描线进行相邻一个一个地滤波。
18.根据权利要求16的方法，其中步骤b进一步包括，利用具有(1/16,3/4,3/16,O),(O,5/8,3/8,O),(O,3/8,5/8,O)，和(O,3/16,3/4,1/16)的系数的滤波器。
19.根据权利要求15的方法，其中步骤b进一步包括，利用具有匹配能谱的内插系数去产生内插扫描线对。
全文摘要
提供一种从图象区域的扫描线中超声地获得用于插入的图象线的方法和装置。该内插线最好形成在通过组合与内插线的距离成比例的相邻扫描线的加权采样的每对接收扫描线之间的距离的1/4和3/4处。该接收的扫描线最好由束形成装置形成,该束形成装置在扫描头中心频率的1/4相位处采样该接收的线和滤波组合相关相位的连续采样的采样。通过计算在每对图象线之间的栅格加权值,并利用最接近超声图象中每个象素的值对图象线进行扫描转换。
文档编号G06T1/00GK1214232SQ9810703
公开日1999年4月21日 申请日期1998年2月13日 优先权日1997年2月13日
发明者R·E·戴勒, B·S·罗宾森, C·R·库莱 申请人:Atl超声波公司, 阿特兰蒂斯诊断国际有限公司