专利名称：一种超声成像增益补偿及图像优化方法及其装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及医学超声成像图像处理方法及其装置和超声成像系统，尤其涉及增益 补偿以优化图像以提高二维图像质量的方法及系统。
背景技术：
超声二维图像(B mode)是利用组织回波特性成像的。超声系统发射具有特定频率 特性的超声信号至需要检查的人体组织。超声波在组织中传播时，会发生反射或背向散射 (backscatter)，形成回波信号。当人体结构发生异常变化例如有结石或囊肿时，即会在组 织中形成异常的反射边界和背向散射值。通常边界反射回波强度较大，散射回波强度相对 较小并且不同散射值对应于不同的组织散射系数，利用超声波在组织中传播的这种特性， 检测回波信号的强度并以灰度形式显示出来，即形成具有诊断意见的二维超声(B)图像。超声信号传播时，除了上述反射与散射特性，同时还有衰减特性，其衰减与组织的 成分及发射信号的中心频率相关，不同人体的个体差异亦会有所差别。为了弥补这种衰减， 超声设备通常会对信号幅度进行增益补偿，以提高图像的质量。目前通常的自动增益优化方法是以软组织显示的灰度适当(例如在0-255显示系 统中，以64灰度显示)作为增益优化的标准，通过将图像分区并检测软组织区，并调节增益 曲线将软组织区域设置到目标灰度，从而实现图像整体和局部增益的优化。这种方法是建 立在准确判断组织区域的基础上的。但是在有些情况下，例如扫描小腿肌肉层、颈动脉、以 及心脏四心腔切面等的时候，要准确判断组织区域是比较困难的。当组织判断存在不准确 时，可能会使图像向更坏的方向优化，例如将边界部分补偿至饱和而对低回声部分补偿不 足。另外，对于不同的应用环境或工作模式，医生关注的对象不同，比如在扫描颈动脉 的模式下可能更关注对比度和噪声抑制，而在扫描甲状腺的模式下则更关注组织的对比分 辨力等等，因此需要针对不同的应用情况采取针对性的增益补偿。
发明内容
本发明的实施例公开了一种超声成像增益补偿及图像优化方法及其装置和超声 成像系统，其包括多种增益补偿模式，各增益补偿模式不限于针对组织信息进行增益补偿， 可以针对不同的应用环境或工作模式，灵活选择增益补偿模式，针对性的对图像进行补偿， 更好的满足使用者的需要，并可减少仅针对组织信息进行优化导致的增益补偿补偿过饱和 或补偿不足的问题。本发明实施例公开的技术方案包括提供一种用于超声成像的增益补偿方法，其特征在于，包括接收模式选择信号；按照模式选择信号从增益补偿模式集合中选择至少一个增益补偿模式为选定的 增益补偿模式，所述增益补偿模式集合包括至少两个不同的增益补偿模式，每个增益补偿模式均可以计算用于对输入的超声图像数据进行增益补偿的增益补偿参数；用所述选定的增益补偿模式计算增益补偿参数；用所述增益补偿参数对输入的超声图像数据进行增益补偿。本发明的实施例中还提供一种用于超声成像的包括上述的增益补偿方法的图像优化方法。针对上述方法，本发明的实施例中还提供一种用于超声成像的增益补偿装置，包 括接收模块，接收模式选择信号；增益补偿模式集合模块，包括至少两个增益补偿子模块，每个增益补偿子模块实 现至少一种增益补偿模式，不同增益补偿子模块实现的增益补偿模式不同，每个增益补偿 模式均可以计算用于对输入的超声图像数据进行增益补偿的增益补偿参数；参数控制模块，按照模式选择信号从所述增益补偿集合模块中选择至少一个增益 补偿模式为选定的增益补偿模式；计算模块，调用所述增益补偿集合模块中实现所述选定的增益补偿模式的增益补 偿子模块，计算增益补偿参数；补偿模块，用所述增益补偿参数对输入的超声图像数据进行增益补偿。本发明实施例中还公开了一种包括前述增益补偿装置的超声成像系统。本发明实施例中的增益补偿及图像优化方法及其装置和超声成像系统包括多种 增益补偿模式，各增益补偿模式不限于针对组织信息进行补偿，而是针对各种图像特征信 息进行补偿，因此，可以针对不同的应用环境或工作模式，根据各自的需要，灵活选择增益 补偿模式，有针对性的对图像进行补偿，这样，可以满足多种应用环境或工作模式下对增益 补偿结果的要求，达到不同的增益补偿效果，并可减少仅针对组织信息进行优化导致的增 益补偿补偿过饱和或补偿不足的问题。
图1是本发明一实施例的超声成像系统的结构框图；图2是本发明一实施例的增益补偿方法的流程图；图3是本发明一实施例的根据选定的增益补偿模式优化图像的流程图；图4是本发明一实施例的图像分块示意图；图5是本发明一实施例的从统计参数计算后到生成增益补偿参数的流程图；图6是本发明另一实施例的根据选定的增益补偿模式优化图像的流程图；图7是本发明一实施例的超声成像系统中增益补偿装置的结构框图；图8是本发明一实施例的超声成像系统中增益补偿子模块的结构框图；图9是本发明实施例C的增益补偿方法流程具体实施例方式图1所示为本发明一个实施例的超声成像系统的框图。如图所示，此实施例的超 声成像系统包括换能器2、发射/接收选择开关3、发射电路4、接收电路5、模/数(A/D)转 换模块6、波束合成模块7、信号处理模块8、图像处理模块9、显示器10、增益补偿装置15。发射电路4将具有特定频率信号的电信号通过发射/接收选择开关3，激励到换能器2，换 能器2将电信号转换成超声信号，发射到目标区域1，返回的带有组织信息的超声信号经过 换能器2重新转换为电信号。接收电路5接收这些电信号。同时，由于超声波在组织中的衰 减特性，回波信号随深度(对应于传播返回时间)会逐步衰减，因此接收电路5还完成随深 度变化的增益补偿，以使经过补偿的RF(射频)信号在有效测量范围内信号幅度相当。经 过补偿的RF信号经过A/D转换模块6完成模拟信号到数字信号的转换，波束合成模块7则 通过进行多通道数据的聚焦，实现多通道的波束合成。合成的回波信号经过信号处理模块 8完成检波(或称解调)后，经过图像处理模块9进行对数压缩、动态范围调整、map变换、 坐标转换形成二维超声图像后，即可送到显示器10中显示。增益补偿装置15接收信号处 理模块8解调后的信号，根据接收的信号计算增益补偿参数，对图像数据进行增益补偿。如图7所示，增益补偿装置15包括接收模块11、参数控制模块12、增益补偿模式集合模块16、计算模块13、补偿模块14，接收模块11接收一个模式选择信号，此模式选择信号指出当前的增益补偿处理按照哪种增益补偿模式进行，此模式选择信号根据当前系统状态信息(当前应用环境、工作模式等)确定。此模式选择信号可以是系统根据当前系统状态信息(当前应用环境、工作模式等)生成，也可以是直接根据输入的使用者的手动选择生成，或者二者结合生成。接收模式选择信号后，参数控制模块12从增益补偿模式集合中选择一个或多个增益补偿模式，并将相应的控制参数发送给计算模块13和增益补偿模式集合模块16。增益补偿模式集合模块16包含能够实现前述增益补偿模式集合中的增益补偿模式的多个(至少两个)增益补偿子模块，每个增益补偿子模块可以实现一个或多个增益补偿模式。计算模块13从信号处理模块8获得解调后的信号，并根据参数控制模块12确定的增益补偿模式以及提供的参数，调用增益补偿模式集合模块16中能够实现选定的增益补偿模式的增益补偿子模块，计算增益补偿参数(如增益补偿曲线等)，生成的增益补偿参数输出到补偿模块14，补偿模块14使用此增益补偿参数对输入的图像数据进行增益补 偿在优化图像时，需要优化的因素较多，比如提高图像对比度、抑制噪声、提高图像 的均勻度、提高图像的对比分辨力、突出组织信息、突出边界信息等等。如果在优化图像时， 对所有的图像都用相同的增益补偿方式进行补偿的话，可能并不能达到预期的效果。因为 通常在不同的应用环境或者工作模式下，对增益补偿的要求是不同的，有不同的侧重点。比 如在在扫描成像颈动脉时，医生可能更关注对比度和噪声抑制，因此在优化图像的时候需 要重点提高图像的对比度，突出边界，并抑制噪声；而在扫描成像甲状腺时，医生更关注组 织的对比分辨力，因此在这种情况下，在优化图像时需要重点提高图像的组织的对比分辨 力；等等。如果超声系统对这些成像情况都采用同一种固定的补偿方法，则无法针对特定的 情况，达到此情况下医生或者使用者需要的最优的优化效果。本发明的一个实施例中，将图像的补偿方法分成多个增益补偿模式，形成一增益 补偿模式集合，每个增益补偿模式对应一个或多个侧重的优化目标，比如侧重提高图像的 对比度、或者侧重提高图像的对比分辨力、或者侧重提高图像的均勻度、或者侧重噪声抑 制、或者侧重突出组织信息、或者侧重突出边界信息，等等。如图2所示，本发明的一个实施 例中，包括步骤20、40、60。在进行增益补偿时，在步骤20，接收模式选择信号。不同的应用 环境或者工作模式下，使用者或医生重点关注的优化目标并不相同。例如，如果当前是在执行颈动脉的扫描成像，则当前图像优化的目标可能是提高图像的对比度，突出边界，抑制噪 声；如果当前是在进行甲状腺扫描成像，则当前图像优化的目标可能是提高图像的对比分 辨力；如果当前是在进行肝脏扫描成像，则当前图像扫描成像的目标可能是突出组织和边 界的信息。本领域技术人员熟知，根据不同的应用环境、扫描对象或工作模式等因素，优化 图像时医生关注的侧重点千差万别，在实际应用时可以根据实际情况的需要灵活选择，不 限于前述说明的几种情况。这些根据当前应用环境或工作模式等信息生成的模式选择信号 指出了当前的增益补偿处理按照哪种增益补偿模式进行。 在步骤40中，按照模式选择信号从增益补偿模式集合中选择至少一个增益补偿 模式为选定增益补偿模式。此增益补偿模式集合包括至少两个增益补偿模式，这些增益补 偿模式中包括对应各种优化目标的增益补偿模式，每个增益补偿模式侧重对应其中的一个 或多个优化目标。比如可以包括重点对应为抑制噪声的增益补偿模式、重点为提高对比分 辨力的增益补偿模式、重点为突出边界信息的增益补偿模式、重点为突出组织信息并抑制 噪声的增益补偿模式等等。可以选择其中的一个模式，也可以选择其中的多个模式的组合 来优化图像，或者选择其中至少两个增益补偿模式，等等，可以根据实际情况的需要而定。在步骤60中，按照选定的增益补偿模式计算增益补偿参数。在本发明的实施例中，参数控制模块12接收模式选择信号，并按照模式选择信号 从增益补偿模式集合中选择至少一个增益补偿模式为选定增益补偿模式，然后将选定的增 益补偿模式的相关控制参数发送给计算模块13和增益补偿模式集合模块16。增益补偿模 式集合模块I6包括多个增益补偿子模块，每个增益补偿子模块可以实现一个或多个增益 补偿模式的。当当前使用的增益补偿模式确定后，根据参数控制模块12输入的参数，计算 模块13调用增益补偿模式集合模块16中相应的增益补偿子模块对图像进行补偿。本发明的一个实施例中，计算模块13调用增益补偿子模块对图像进行增益补偿 处理的过程如图3所示。在步骤600，将接收到的图像帧分块。如图4所示，其中的302、 303、304均为一帧图像中的子块。子块的大小可以根据实际需要设置，通常不能过大或者过 小，子块的大小过大，则起不到优化的作用；子块的大小过小，则子块的数据统计结果变化 过快，使优化的不可靠性增加。因此子块的大小根据实际情况，可以灵活设置。例如可以设 置将图像帧分为16X16块，即横向和纵向各划分为16个子块，共256个子块。当然，也可 以按照其它方式划分。另外，还可以根据实际情况，采用不均勻分块。例如在相控阵扫描的 情况下，由于相控阵的扇形特性，近场的横向距离很窄，而远场的横向距离很宽，在这种情 况下，可以对近场和远场使用不同的分块方式，例如近场分的子块数少一些，远场分的子块 数多一些，或者近场到远场分的子块数依次递增等。因此，本发明的实施例中，子块划分的 方式并不局限于前述的划分方法，而是可以根据实际情况灵活划分。图像分块之后，在步骤602，对每个子块，分别计算该子块的统计参数。这些统计参 数包含了图像的信息，可以在后续步骤中用以进行分析以判定组织特性。计算的统计参数 可以包括均值mean -.mean = ^x,，其中Xi为子块中的数据点的数据，η为子块中数据点的
/=0
总数；
标准差
权利要求
一种用于超声成像的增益补偿方法，其特征在于，包括接收模式选择信号；按照模式选择信号从增益补偿模式集合中选择至少一个增益补偿模式为选定的增益补偿模式，所述增益补偿模式集合包括至少两个不同的增益补偿模式，每个增益补偿模式均可以计算用于对输入的超声图像数据进行增益补偿的增益补偿参数；用所述选定的增益补偿模式计算增益补偿参数；用所述增益补偿参数对输入的超声图像数据进行增益补偿。
2.如权利要求1所述的增益补偿方法，其特征在于，所述增益补偿模式集合包括组织 增益补偿模式，噪声增益补偿模式，边界增益补偿模式。
3.如权利要求1或2所述的增益补偿方法，其特征在于，用所述选定的增益补偿模式计 算增益补偿参数包括步骤将图像数据分块；对图像分块获得的图像子块，计算图像子块的统计参数；判断图像子块的统计参数是否满足所述选定的增益补偿模式的设定条件，标记满足所 述选定的增益补偿模式的设定条件的图像子块为所述选定增益补偿模式的有效子块；标记图像子区域内有效子块的数量大于第一阈值的图像子区域为所述选定的增益补 偿模式的有效子区域；用有效子区域中的图像子块计算所述选定的增益补偿模式的增益补偿参数。
4.如权利要求3所述的增益补偿方法，其特征在于，所述计算图像子块的统计参数包 括计算所述选定的增益补偿模式使用的统计参数，或者，计算所述的增益补偿模式集合中 所有增益补偿模式使用的统计参数。
5.如权利要求3所述的增益补偿方法，其特征在于，进一步包括统计所述选定的增益 补偿模式的有效子区域的数量，如果有效子区域的数量小于第二阈值，则判断所述选定的 增益补偿模式补偿失败，使用默认的增益补偿参数为所述选定的增益补偿模式的增益补偿 参数。
6.如权利要求3所述的增益补偿方法，其特征在于，所述用有效子区域中的图像子块 计算所述选定的增益补偿模式的增益补偿参数包括计算所述选定的增益补偿模式的有效子区域中所有图像子块的均值，或者，计算所述 选定的增益补偿模式的有效子区域中有效子块的均值；将所述均值与增益补偿的目标值比较，计算所述有效子区域的增益补偿值； 对有效子区域的增益补偿值进行插值拟合，生成所述选定的增益补偿模式的增益补偿 参数。
7.如权利要求3所述的增益补偿方法，其特征在于，所述用有效子区域中的图像子块 计算所述选定的增益补偿模式的增益补偿参数包括计算所述选定的增益补偿模式的有效子区域中所有图像子块的均值，或者，所述计算 所述选定的增益补偿模式的有效子区域中有效子块的均值； 对所述均值进行插值，获得插值后的均值序列；所述插值后的均值序列与增益补偿的目标值比较，计算所述选定的增益补偿模式的增 益补偿参数。
8.如权利要求1至7中任意一项所述的增益补偿方法，其特征在于模式选择信号从 增益补偿模式集合中选择至少两个增益补偿模式为选定的增益补偿模式。
9.如权利要求8所述的增益补偿方法，其特征在于，进一步包括综合所述选定的至少 两个增益补偿模式的增益补偿参数，生成合成的增益补偿参数。
10.如权利要求6或7所述的增益补偿方法，其特征在于，进一步包括用当前增益补 偿后的超声图像数据更新所述增益补偿的目标值。
11.一种用于超声成像的图像优化方法，其特征在于包括权利要求1至10中任意一 项所述的增益补偿方法。
12.一种用于超声成像的增益补偿装置，其特征在于，包括接收模块，接收模式选择信号；增益补偿模式集合模块，包括至少两个增益补偿子模块，每个增益补偿子模块实现至 少一种增益补偿模式，不同增益补偿子模块实现的增益补偿模式不同，每个增益补偿模式 均可以计算用于对输入的超声图像数据进行增益补偿的增益补偿参数；参数控制模块，按照模式选择信号从所述增益补偿模式集合模块中选择至少一个增益 补偿模式为选定的增益补偿模式；计算模块，调用所述增益补偿模式集合模块中实现所述选定的增益补偿模式的增益补 偿子模块，计算增益补偿参数；补偿模块，用所述增益补偿参数对输入的超声图像数据进行增益补偿。
13.如权利要求12所述的增益补偿装置，其特征在于，所述增益补偿子模块包括组织 增益补偿子模块，噪声增益补偿子模块，边界增益补偿子模块。
14.如权利要求12或13所述的增益补偿装置，其特征在于，所述增益补偿子模块包括 统计参数计算器，检测器，增益补偿参数计算器，所述统计参数计算器将图像数据分块，并计算图像子块的统计参数；所述检测器接收统计参数计算器计算的统计参数，标记所述选定的增益补偿模式的有 效子块，并检测选定的增益补偿模式的有效子区域；所述增益补偿参数计算器计算所述选定增益补偿模式的增益补偿参数。
15.一种包括增益补偿装置的超声成像系统，其特征在于，包括权利要求12至14中任 意一项所述的增益补偿装置。
全文摘要
本发明公开了一种超声成像的增益补偿方法及图像优化方法及其装置和超声成像系统，包括接收模式选择信号；按照模式选择信号从增益补偿模式集合中选择至少一个增益补偿模式为选定的增益补偿模式，所述增益补偿模式集合包括至少两个不同的增益补偿模式，其中每个增益补偿模式都可以用以计算增益补偿参数；用所述选定的增益补偿模式计算增益补偿参数；用所述增益补偿参数对输入的超声图像数据进行增益补偿。本发明根据不同的应用环境或工作模式下不同的增益补偿目标，可灵活选择对图像的增益补偿模式，针对性的对图像进行补偿，满足各种不同情况下的图像增益补偿的需求。
文档编号A61B8/08GK101987023SQ20091010915
公开日2011年3月23日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者黄勇 申请人:深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司