专利名称：高帧频三维超声成像仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及产生三维图像的超声设备。
背景技术：
超声成像设备通过产生超声信号并使超声信号从目标返回以产生图像来进行操作。目标可以是胎儿或内部器官如心脏或肾脏。图1是表示用于产生超声图像的通用系统100的示意图。例如需要心脏的超声图像的一个病人10，在他的胸部附近或者靠着胸部放置一个探头20。探头20产生超声信号，并从接收的超声信号中产生大量的数据。这个数据发送到成像仪50，成像仪50然后在显示器90上产生超声图像。可以保存这个图像以便随后进行评估和/或可将这个图像发送到外部存储设备。
常规的超声系统的缺点是，难以产生有足够大尺寸的三维图像以便一次性地观察整个心脏或者有足够高的帧频以使图像不抖动。
已经提出了几个解决方案，例如提高超声设备的处理功率、减小扫描的总面积以使处理复杂性下降并提高扫描速率、从帧到帧的图像平滑、和只显示两维图像。
然而，所有的这些解决方案都遭遇到如下的困难产生处理功率的尺寸极大或者诊断效率下降，因为实际成像的面积很小。
例如通过使用内插法产生3个向上采样的图像，其中使用了来自两个检测的图像的图像数据，就可以在超声成像过程的各个阶段实现帧频的提高。上采样图像可以具有高的帧频，但又不会增加所收集的扫描信息的数量。本发明包括至少一个可产生向上采样图像的三维超声设备、用于为三维超声图像向上采样图像的方法、和用于向上采样三维超声图像信息的系统。
发明内容
在本发明的一个典型的实施例中，在再现(render)一个三维体积以后，在一个三维超声诊断设备中发生线性内插/向上采样。于是，这个典型实施例提供一种设备，它包括加到成像设备中的一个线性内插器，所说的成像设备还包括波束形成器、检测器、三维扫描转换器、和再现引擎(render engine)。
本发明还提供在三维超声诊断设备中提高视在的(apparent)帧频的方法，所说方法包括接收波束、在平面内组织波束、检测三维扫描坐标系的目标、转换三维扫描坐标系的目标为三维体积、内插以增加三维体积的数量、再现三维体积以显示和输出显示信息。
在各个其它的实施例中，在这个过程的各个阶段都可以进行内插以增加三维体积的数量，这些阶段例如有获取坐标空间期间、在体素到体素的检测之前、在上面但后期检测时(above but post detection)(非相干的)、在扫描转换(通常在笛卡尔坐标中)之后体素到体素、在已经再现了所说的体积或者已经从整个体积中提取出层析成像切片(tomographic slice)之后从像素到像素。
于是，各个典型实施例将在三维xyz域内向上采样体积数目，使得观察人员能够感受到帧频的增加。向上采样在三维环境中是有益的，因为它的计算简单并且因为相干的内插对于大量的情况很容易失效，这是因为来自所获得的体积的指定的体素的相位很可能与下一个体积的体素内的对应体积不相关。
于是，本发明的典型实施例包括一个三维超声成像设备，它具有一个内插器，用于使用内插法从三维超声图像信息产生向上采样的超声图像信息；和一个存储器，用于存储三维超声图像信息和向上采样的超声图像信息中的至少一个信息。超声成像设备还可以包括一个探头，用于发送超声波、收集反射的超声波、并产生超声信息；和一个处理器，用于转换超声信息为三维超声图像信息。超声成像设备还可以具有一个显示器，用于显示向上采样的图像信息。
在几个实施例中的超声成像设备具有以下的内插之一2-3个图像的内插、2-4个图像的内插、3-4个图像的内插、3-5个图像的内插。这种超声成像设备可能对三维信息、两维平面、和三维体积起作用。这种超声成像设备还可以产生向上采样的超声图像信息，所说的向上采样的超声图像信息具有以下信息中的至少一个较大数目的帧、较大数目的三维帧、较大数目的两维平面、较大数目的三维体积、和较大数目的超声信息。
从下面结合附图对优选实施例进行描述，本发明的优点将变得显而易见和容易理解，这些附图是图1表示一个通用的超声系统；图2是按照本发明的一个典型的超声设备；图3是表示按照本发明产生高帧频的三维超声图像的方法的一个流程图；图4是表示按照本发明产生高帧频的三维超声图像的方法的另一个流程图；图5是在产生三维超声图像中的各个阶段处理的数据的一个典型实施例；图6是在产生三维超声图像中的各个阶段处理的数据的另一个典型实施例；图7是在产生三维超声图像中的各个阶段处理的数据的第三个典型实施例；图8是用于向上采样超声图像数据的方法的一个典型实施例；图9是用于向上采样超声图像数据的方法的另一个典型实施例。
具体实施例方式
现在详细参照本发明的典型实施例，这些典型实施例都表示在附图中，其中整个附图中的相同的标号指的是相同元件。
本发明产生一种新的、帧频高得多的超声设备，这种设备可以在图1的通用系统示意图中看到。在图1中，病人10正在使用超声系统100获取他的心脏的超声图像。超声系统100包括探头20、成像仪50、和显示器90。
探头20发射超声波，超声波以不同的方式从病人的心脏弹回并返回到探头20。超声波根据目标的密度以不同的方式反射回来。探头20与成像仪50连接。成像仪50对于从探头20发送的来自病人10心脏的超声波数据进行转换。成像仪发送数据给显示器90，显示器90可以显示病人心脏的超声图像。
超声波对于许多不同的应用都是有用的，例如成像心脏、胎儿、以及人的解剖组织的其它部分。此外，这种系统还可以用于包含对于超声波有不同响应的任何其它的材料的成像，如金属、焊点、或者任何其它现在公知的材料或者新近设计的材料。
图2是本发明的一个超声成像设备的典型方块图。这个超声成像设备具有探头120、用户输入设备130、成像仪150、和显示器190。探头120可以包括波束发射器122和波束接收器124。波束发射器122可以是现在公知的设备或者是新近设计的设备，该设备用于根据要检查的设备以不同的反射速率发射所说的波。波束接收器124可以是能接收所发射的波的现在公知的设备或者新近设计的设备。探头120可以解释(translate)以反射波形式的接收信息，并且将它转换成可传送的形式以便传输到成像仪150。
用户输入设备130可以是键盘、鼠标器、光输入器、或者允许用户输入和控制探头、成像仪、或者显示器的任何其它设备。成像仪150可以包含输入端152、波束形成器154、检测器156、三维扫描转换器158、再现引擎160、输出端162、内插器164、处理器166、控制器168、和存储器170。成像仪150通过接收与波束接收器124在输入端152接收的超声波的反射对应的信号来进行操作。控制器168可引导这个信息到存储器170、内插器164、或者波束形成器154。
三维超声设备的另外的典型实施例可以包括附加的模块或者将几个模块组合成一个模块。例如，波束形成器154、检测器156、三维扫描转换器158、再现引擎160可以是存储在存储器170中的程序，用于设置一个可编程处理器162，以便执行波束形成器154、检测器156、三维扫描转换器158、再现引擎160的功能。下面，针对相关的三维超声成像设备在功能上说明波束形成器154、检测器156、三维扫描转换器158、再现引擎160中的每一个。
相关的三维超声成像设备使用标准的处理步骤。第一个标准处理步骤是将接收的原始数据组织成两维的平面，这称之为波束形成。然后，对于这些两维平面进行分析，以检测三维扫描坐标，这称之为检测。然后，将这些三维扫描坐标聚在一起以形成三维体积，这称之为三维扫描转换，然后可以再现这个三维体积以便在显示终端上输出。
由此，可以使用波束形成器154以便把所说的波束形成为信息的三维坐标。然后，使用检测器156来检测这些平面内的目标。随后再使用三维扫描转换器158把由检测器156检测到的目标转换成三维目标。而后再使用再现引擎160来再现由三维扫描转换器158产生的三维目标使之成为显示数据。然后将显示数据输出到输出端162，并且传递到显示结果的显示器190。
三维扫描坐标可以是以探头为中心的坐标系，其中的数据相对于探头的位置进行三维的存储。三维可以是从主体目标到探头面的中心的径向距离“r”(有时以cm为单位)、距探头中心的左边或右边的方位角或横向角(以度为单位)“θ”、从探头中心向上或向下的仰角(以度为单位)“φ”。三维扫描转换可以是把存储在三维扫描坐标中的图像信息转换成另一个三维数据集，例如是由X、Y、Z坐标组成的笛卡儿坐标系。
如以上所述，波束形成器154、检测器156、三维扫描转换器158、再现引擎160可以是与应用有关的集成电路，或者是在处理器166上实施的程序。控制器168可以控制从输入端152到输出端162的信息流动，并且控制在它们之间的各个步骤。存储器170可以是RAM、ROM、硬盘、或者用于临时地或者永久性地存储数据的任何其它现在公知的装置或者新近设计的装置。
内插器164可以是一个直线式内插器，用于从原始数据形成许多不同类型的平均图像之一。例如，数据的第一帧可以输入到存储器170中，数据的第二帧也可以输入到存储器170中。然后，可以使用内插器164来产生数据的第三帧，数据的第三帧就是保存在存储器170中的数据的头两帧的平均帧。在产生三维图像的标准化过程中的几个阶段中的任何一个阶段都可进行内插。
预扫描坐标系可以随在各个典型实施例中使用的各种典型探头类型的功能而改变。极坐标系/球面坐标系最适合于“扇形”实施例，“扇形”实施例有助于使用风挡刮水器扇式扫描来扫描身体。“全向树(Omni-tee)”式探头是使用圆柱坐标系的探头的一个典型实施例。另外的实施例可以使用平行四边形坐标系扫描身体。
本发明的另一个典型实施例可以使用的波束形成器是按照螺旋格式扫描的，在这里，所说的束不可能沿传统的平面格式对齐。本发明的可利用性与获取和分析超声波束的方法无关。在各个典型实施例中都可使用转换来促进“向下流动的”体积的再现。然而，在另外的典型实施例中，也可能从原始的未经转换的数据集直接再现。
一种可能的典型实施例可以取3维极坐标中的任意两维来进行两维的扫描转换，对于第三维的每一个值都可产生信息的一个两维平面。由此产生的两维平面的堆栈可以三维转换成三维笛卡儿坐标系。
图3是应用本发明的一个典型过程的流程图。这个过程在开始步骤200开始，并且连续接收波束210。在接收束210中，这个过程将经过反射的超声频率束接收为原始数据。然后，本方法继续，将波束组织成平面220。
将波束组织成平面220的地方就是将原始数据组织成二维平面的地方。然后，这个过程继续到检测三维扫描坐标230。在检测三维扫描坐标230当中，分析数据平面以检测可能存在于数据内的任何三维扫描坐标。然后过程继续，将三维扫描坐标转换成三维体积240。在将三维扫描坐标转换成三维体积240当中，所说的过程组织一系列三维扫描坐标并将它们转换成三维体积。然后这个过程继续进行内插以增加三维体积的数量250。
在进行内插以增加三维体积的数量250当中，内插器可以经过在时间维上数据的各个迭代来进行三维体积的直线内插。于是产生比原来在时间域内检测到的三维体积数目还要多的三维体积。于是，可以显示提高的帧频。然后，这个方法继续到再现三维体积以便显示260。
在再现三维体积以便显示260当中，再现出三维体积以便在显示板上进行显示。然后这个方法继续输出显示信息270。在输出显示信息270中，向显示设备输出再现的三维体积。这个方法然后继续到重复的确定280。在重复的确定280当中，如果这个方法继续进行，则该方法跳回到接收波束210。如果这个方法要结束，则方法继续到结束290。
图4是应用本发明的另一个典型过程的流程图。这个过程在开始300开始，并行继续到接收波束310。在接收波束310当中，所说的过程将反射的超声频率束接收为原始数据。这个方法继续到将波束组织成平面320。
将波束组织成平面320的地方就是将原始数据组织成二维平面的地方。然后，过程继续到检测三维扫描坐标330。在检测三维扫描坐标330当中，分析数据的平面以检测在数据中可能存在的任何三维扫描坐标。然后，过程继续到进行内插以增加体积的数目340。
在进行内插以增加体积的数目340当中，内插器可以进行经过在时间维上数据的各个迭代来两维体积的直线内插。这样，就产生了比在时间域中原始检测的两维体积数目更多的两维体积。于是，可以显示提高的帧频。然后，这个过程继续到将三维扫描坐标转换成三维体积350。在将三维扫描坐标转换成三维体积350当中，所说的过程组织一系列三维扫描坐标并将它们转换成三维体积。然后，过程继续到再现三维体积以便显示360。
在再现三维体积以便显示360当中，再现三维体积以便在显示板上显示。然后，该方法继续到输出显示信息370。在输出显示信息370中，向显示设备输出再现的三维体积。然后，该方法继续到重复的确定380。在重复的确定380中，如果这个方法继续进行，则该方法跳回到接收波束310。如果这个方法要结束，则方法继续到结束390。
图5是表示产生三维超声图像的过程中的数据的方块图。这个过程开始于从返回到超声接收器的原始超声波获取图像A410、图像B430、图像C450。可以在一个存储器中保存原始数据图像A410、图像B430、图像C450，可以在随后的时间周期检索这些图像。
接下去，可以检测两维图像，如图像412、图像432、图像452。这些图像代表所说的目标在某个角度、位置、和时间周期上的二维切片。然后，可以将这些二维图像转换成三维图像，以给出三维图像块A414、三维图像块B434和三维图像块C454。
然后可以进行内插。内插可以是几种类型的内插中的任何一种。内插的第一种典型类型是图像A460本身、图像A的一半与图像B462的一半的组合、然后是图像B464。然后可以再现这些图像，以便最终得到图像A460、图像A的一半再加上图像B462的一半、图像B464、图像B的一半再加上图像C466的一半和图像C468。这样，三维超声设备就可以以极小的附加计算复杂性产生一个高帧频的超声图像。
图6是表示产生三维超声图像的过程中的数据的另一个方块图。这个过程开始于从返回到超声接收器的原始超声波获取图像A500、图像B530、图像C550。可以在一个存储器中保存原始数据图像A510、图像B530、图像C550，可以在随后的时间周期检索这些图像。
接下去，可以检测二维图像，如图像512、图像532、图像552。这些图像代表所说的目标在某个角度、位置、和时间周期上的二维切片。然后进行内插。内插可以是几种类型的内插中的任何一种。内插的第一种典型类型是图像A570本身、图像A的一半与图像B572的一半的组合、然后是图像B574。
然后可以转换这些图像成三维图像，以便最终得到图像A570、图像A的一半再加上图像B572的一半，图像B574、图像B的一半再加上图像C576的一半和图像C578。这样，三维超声设备就可以以极小的附加计算复杂性产生一个高帧频的超声图像。然后，再现这些三维图像以给出三维图像块560、562、564、566、和568。
图7是表示产生三维超声图像的过程中的数据的方块图。这个过程开始于从返回到超声接收器的原始超声波获取图像A610、图像B630、图像C650。可以在一个存储器中保存原始数据图像A610、图像B630、图像C650，可以在随后的时间周期检索这些图像。
然后进行内插。内插可以是几种类型的内插中的任何一种。内插的第一种典型类型是图像A680本身、图像A的一半与图像B682的一半的组合、然后是图像B684。然后可以再现这些图像，以便最终得到图像A680、图像A的一半再加上图像B682的一半、图像B684、图像B的一半再加上图像C686的一半和图像C688。
接下去，可以检测二维图像，如图像680、图像682、图像684、图像686、图像688。这些图像代表所说的目标在某个角度、位置、和时间周期上的二维切片。然后，可以将这些二维图像转换成三维图像，以给出图像A的一个三维图像块670、图像A的一半再加上图像B的一半的三维图像块672、图像B的三维图像块674、图像B的一半再加上图像C的一半的三维图像块676、和图像C的三维图像块678。
然后可以再现这些图像，以便产生图像660、662、664、666、668。这样，三维超声设备就可以以极小的附加计算复杂性产生一个高帧频的超声图像。因此，与在这个过程的早先内插有关的较低的差错率就可以与在处理较大数目的图像过程中涉及的附加复杂性达到平衡。
图8是可以使用的第二种类型的内插的一个典型实施例。在图8中，可以把三维图像710、三维图像B720、三维图像C730内插到3/4图像A再加上1/4图像B的780中、1/4图像A再加上3/4图像B的782中、3/4图像B再加上3/4图像C的784中、1/4图像B再加上3/4图像C的786中。
图9是可以使用的另一种类型的内插的另一个典型实施例。在图9中，可以把三维图像810、三维图像C820内插到7/8图像A再加上1/8图像B的880中、5/8图像A再加上3/8图像B的882中、3/8图像A再加上5/8图像B的884中、1/8图像A再加上7/8图像B的886中。
于是，如可从图8和图9中可以看到的，可以使用各种其它的内插方案，如在本领域中众所周知的。已经表示出来的各个典型实施例包括不同数目的开始和结束帧。各个附加的典型实施例包括或多或少数目的开始帧以及或多或少数目的结束帧。此外，已经显示了典型的内插，在这里，只有两个帧被内插在期望的附加帧中。可以使用附加数目的帧来产生内插信息。
所示的典型实施例还使用了直线内插。各种其它的典型实施例还可以使用各种其它形式的内插，如抛物线的、阶跃的、立方的、FIR(有限脉冲响应)、IIR(无限脉冲响应)、或者内插的其它公式的方法。
本领域的普通技术人员应该认识到，本发明可以应用到任何类型的超声设备。进而，本发明还可以改造当前的超声设备，本发明由于它的附加的实用性可以扩大它的应用范围。
虽然已经表示并且描述了本发明的优选实施例，但本领域的普通技术人员应该认识到，在这个实施例中可以进行变化而不偏离本发明的原理和构思，本发明的范围在权利要求书、附图、和它们的等同物中限定。
权利要求
1.一种三维超声成像设备，包括一个内插器，用于使用内插法从三维超声图像信息中产生向上采样的图像信息；和一个存储器，用于存储三维超声图像信息和向上采样的图像信息中的至少一种信息。
2.权利要求1的超声成像设备，进一步还包括一个探头，用于发送超声波、收集反射的超声波、和产生超声信息，和一个处理器，用于将超声信息转换成三维超声图像信息。
3.权利要求1的超声成像设备，进一步还包括一个显示器，用于显示向上采样的图像信息。
4.权利要求1的超声成像设备，其中所说的内插是以下内插中的至少一个2-3个图像的内插、2-4个图像的内插、3-4个图像的内插、3-5个图像的内插。
5.权利要求1的超声成像设备，其中超声图像信息是二维固体和三维体积中的至少一个。
6.权利要求1的超声成像设备，其中向上采样的超声图像信息具有较大数目的帧、较大数目的三维帧、较大数目的二维体积、较大数目的三维体积、和较大数目的超声信息中的至少一个。
7.权利要求1的超声成像设备，其中所用的内插是直线的、抛物线的、阶跃的、立方的、FIR(有限脉冲响应)的、IIR(无限脉冲响应)的至少一个。
8.一种处理三维超声图像信息的方法，包括使用内插法从三维超声图像信息中产生向上采样的图像信息；和存储三维超声图像信息和向上采样的超声图像信息中的至少一种信息。
9.权利要求8的处理三维超声图像信息的方法，进一步还包括发送超声波、收集反射的超声波、和产生超声信息；和将超声信息转换成三维超声图像信息。
10.权利要求8的处理三维超声图像信息的方法，进一步还包括显示向上采样的图像信息。
11.权利要求8的处理三维超声图像信息的方法，进一步还包括所说的内插是以下内插中的至少一个2-3个图像的内插、2-4个图像的内插、3-4个图像的内插、3-5个图像的内插。
12.权利要求8的处理三维超声图像信息的方法，其中三维超声图像信息是二维固体和三维体积中的至少一个。
13.权利要求8的处理三维超声图像信息的方法，其中向上采样的超声图像信息具有较大数目的帧、较大数目的三维帧、较大数量的二维体积、较大数量的三维体积、和较大数量的超声信息中的至少一个。
14.权利要求8的处理三维超声图像信息的方法，其中所用的内插是直线的、抛物线的、阶跃的、立方的、FIR(有限脉冲响应)的、IIR(无限脉冲响应)的至少一个。
15.一种用于三维超声成像的系统，包括一个内插器，用于使用内插法从三维超声图像信息中产生向上采样的超声图像信息；和一个存储设备，用于存储三维超声图像信息和向上采样的超声图像信息中的至少一种信息。
16.权利要求15的用于三维超声成像的系统，进一步还包括一个探头，用于发送超声波、收集反射的超声波、和产生三维超声信息；一个处理器，用于将超声信息转换为三维超声图像信息。
17.权利要求15的用于三维超声成像的系统，进一步还包括一个显示设备，用于显示向上采样的图像信息。
18.权利要求15的用于三维超声成像的系统，其中所说的内插是以下内插中的至少一个2-3个图像的内插、2-4个图像的内插、3-4个图像的内插、3-5个图像的内插。
19.权利要求15的用于三维超声成像的系统，其中向上采样的超声图像信息具有较大数目的帧、较大数目的三维帧、较大数量的二维体积、较大数量的三维体积、和较大数量的超声信息中的至少一个。
20.权利要求15的用于三维超声成像的系统，其中所用的内插是直线的、抛物线的、阶跃的、立方的、FIR(有限脉冲响应)的、IIR(无限脉冲响应)的至少一个。
全文摘要
一种三维超声成像设备，具有一个内插器，用于使用内插法从三维超声图像信息中产生向上采样的超声图像信息；和一个存储设备，用于存储三维超声图像信息和向上采样的超声图像信息中的至少一种信息。三维超声成像设备还具有一个探头，用于发送超声波、收集反射的超声波、和产生超声信息；和一个处理器，用于将超声信息转换为三维超声图像信息。超声成像设备还具有一个显示器，用于显示向上采样的图像信息。三维超声成像设备可以使用以下内插中的至少一个2－3个图像的内插、2－4个图像的内插、3－4个图像的内插、3－5个图像的内插。三维超声成像设备可以使用二维的实体和三维体积。三维超声成像设备还可以建立向上采样的超声图像信息，所说的向上采样的超声图像信息具有较大数目的帧、较大数量的三维帧、较大数量的二维体积、较大数量的三维体积、和较大数量的超声信息中的至少一个。
文档编号A61B8/14GK1720005SQ200380104976
公开日2006年1月11日 申请日期2003年11月18日 优先权日2002年12月4日
发明者K·蒂伊勒 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司