具有对梯形的扇区的空间复合的超声诊断成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及超声诊断成像系统，并且尤其涉及产生梯形的扇区格式的空间复合图 像的超声诊断成像系统。
【背景技术】
[0002] 空间复合是这样一种成像技术，在其中通过组合从（已从每个角度或观看方向 接收到的）复合图像目标中的每个点接收的数据，将从多个有利位置或角度（观看方向） 获得的给定目标的许多超声图像组合成单个复合图像。空间复合的范例可见于美国专利 4649327(Fehr等人）；4319489(Yamaguchi等人）；4159462(Rocha等人；6210328(Robinson 等人）；6126598 (Entrekin等人）以及6224552 (Jago等人）。通过从基本上独立的空间方 向快速采集一系列空间交叠的分量图像帧，使用阵列换能器以实施对分量帧的电子束操控 和/或电子平移，来执行实时空间复合成像。通过求和、平均、峰值检测或其他组合手段，将 分量帧组合成复合图像。以受采集帧速率限制的速率来重复采集序列和复合图像的形成， 采集帧速率即要在所选择的成像宽度和深度上采集完全互补的扫描线的分量帧所需要的 时间。复合图像通常比来自单一视点的常规超声图像显示更低的斑纹和更好的镜面反射描 绘。在具有N个分量帧的复合图像中，斑纹减少了（即，斑纹信号与噪声比率得以改善）N 的平方根，条件是被用于创建复合图像的分量帧基本上是独立的并且被平均化。几种标准 能够被用于确定分量帧的独立程度（参见，例如O'Donnell等人在IEEETrans.UFFC第35 卷，第4号，第470-76页（1988年））。实践中，针对利用转向线性阵列的空间复合成像，这 意味着分量帧之间的最小转向角度。该最小角度通常在几度的量级上，即三或四度。
[0003] 空间复合扫描改善图像质量的第二种方式是通过改善对镜面界面的采集。例如， 弯曲的骨-软组织界面在超声束精确垂直于该界面时产生强回声，并且在射束仅偏离垂直 几度时产生非常弱的回声。这些界面常常是弯曲的，并且利用常规扫描，界面中仅有小部分 可见。空间复合扫描从许多不同角度采集界面的视图，使弯曲的界面可见并且在更大的视 场上连续。更大的角度差异一般改进镜面目标的连续性。然而，可获得的角度差异受换能 器阵列元件的接受角度限制。接受角度取决于换能器阵列元件节距、频率和构建方法。
[0004] 空间复合能够以超声成像中使用的各种图像格式完成，包括扇区图像和线性图 像。用于空间复合的方便格式是如在前述Robinson等人、Entrekin等人和Jago等人的专 利中描述的转向线性格式。以此格式，每个分量帧均从被转向为给定观看方向的平行扫描 线形成。例如，能够使用全部被转向为0° (正前方）方向的扫描线采集第一分量帧。然后 能够利用分别全部被转向为+15°方向和-15°方向的扫描线采集第二和第三分量帧。当 分量帧被空间对齐地组合时，它们将产生空间复合的梯形图像。遗憾的是，如下文讨论的， 空间复合效应在整个图像上并不是均匀的。这是因为在所组合的图像中不同区域中存在不 同程度的图像交叠。因此，合乎期望的是以梯形扫描格式进行空间复合，其中空间复合效应 遍及最大程度的空间复合图像组合最多数目的分量帧。
【发明内容】
[0005] 根据本发明的原理，空间复合梯形图像是通过扫描虚拟顶点分量帧而形成的。虚 拟顶点是一种相控波束转向技术，其中，扫描像场的扫描线以不同角度被转向。其被称为虚 拟顶点是因为全部的扫描线看起来源自于超声换能器的面后面的共同点或顶点。以虚拟顶 点格式采集分量帧，其中，扫描线在每个分量帧中相对于换能器的面的不同角度而被转向。 当分量帧被组合时，在像场的实质部分上的交叠提供了遍及复合图像的大的区域上高度的 空间复合。
【附图说明】
[0006] 在附图中：
[0007] 图1图示了根据本发明的原理构建的超声诊断成像系统的方框图形式；
[0008] 图2图示了图1的空间复合处理器的实施方式的框图形式；
[0009]图3a至图3d图示由在转向线性扫描格式中采集的分量帧形成的空间复合图像的 最尚图像质量的区域；以及
[0010] 图4a至图4c图示了根据本发明的用于空间复合梯形图像的形成而采集的分量 帧。
【具体实施方式】
[0011] 首先参考图1，示出了根据本发明的原理构建的超声诊断成像系统。超声探头10 包括平面阵列换能器12,平面阵列换能器12在由虚线矩形和平行四边形（描绘出通过转向 线性波束扫描扫描的区域的轮廓）指代的像场上以不同角度发射波束。附图中指示三组扫 描线，被标记为A、B和C，每组相对于阵列换能器的面以不同角度被转向。阵列换能器能够 是换能器元件的一维（ID)阵列或者是换能器元件的二维（2D)矩阵阵列。波束的发射是由 发射器14控制的，发射器14控制阵列换能器的元件中的每个的定相和致动时间，从而沿阵 列并以预定角度从预定原点发射每个波束。在使用2D阵列换能器时，由定位于探头10中 的微波束形成器IC(yBF)提供发射和空间波束形成。ID阵列换能器在期望时也能够使用 微波束形成器。从沿每个扫描线返回的回波被阵列的元件接收，通过模数转换被数字化，并 且被耦合到数字波束形成器16。当使用微波束形成器时，在信号被耦合到系统波束形成器 16之前，由微波束形成器在探头中执行至少空间波束形成。数字波束形成器延迟并加和来 自阵列元件或微波束形成器的回波，以沿每个扫描线形成聚焦相干数字回波样本的序列。 发射器14、微波束形成器和波束形成器16是在系统控制器18的控制下操作的，系统控制器 18继而对在由超声系统的用户操作的用户接口 20上对控制的设置做出响应。系统控制器 控制发射器（和/或微波束形成器），以期望角度、发射能量和频率，发射期望数目的扫描线 组。系统控制器还控制数字波束形成器，以恰当延迟并组合针对使用的孔径和图像的接收 到的回波信号。
[0012] 由可编程数字滤波器22对扫描线回波信号进行滤波，可编程数字滤波器22限定 感兴趣频带。当对谐波造影剂进行成像或执行组织谐波成像时，滤波器22的带宽被设定为 使发射带的谐波通过。然后由检测器24检测经滤波器的信号。在优选的实施例中，滤波器 和检测器包括多个滤波器和检测器，使得接收到的信号可以被分成多通带，所述多通带被 分别检测并被重新组合以减少频率复合的图像斑纹。针对B模式成像，检测器24将执行对 回波信号包络的幅度检测。针对多普勒成像，针对图像中的每个点集合回波的集合，并且对 回波的集合进行多普勒处理以估计多普勒频率或多普勒功率强度。
[0013] 根据本发明的原理，在处理器30中通过空间复合来处理数字回波信号。数字回波 信号首先被预处理器32预处理。预处理器32能够在期望时利用加权因子对信号样本进行 预加权。能够利用加权因子来对样本进行预加权，所述加权因子为被用于形成特定复合图 像的分量帧的数目的函数。预处理区还能够对在一个交叠图像的边缘处的边缘线进行加 权，从而使在其中被复合的样本或图像的数目改变处的过渡平滑。经预处理的信号样本可 以然后在再采样器34中经历再采样。再采样器34能够空间重对齐对一个分量帧的估计或 者重对齐到显示空间的像素。
[0014] 在再采样之后，由组合器36复合图像帧。组合可以包括求和、平均化、峰值检测或 其他组合手段。被组合的样本也可以在过程中的该步骤中的组合之前被加权。最终，由后 处理器38执行后处理。后处理器将所组合的值归一化到限制范围的值。后处理器能够通 过查找表最容易地执行，并且能够同时执行对复合值的范围的压缩，以及到适用于对复合 图像的显示的值的范围的映射。
[0015] 复合过程可以在估计数据空间或在显示像素空间中执行。在优选的实施例中， 扫描转换是在复合过程之后由扫描转换器40执行的。复合图像可以以估计或显示像 素的形式被存储在Cineloop?存储器42中。如果被存储为估计形式，则图像可以在从 Cineloop(电影回放）存储器被回放用于显示时被扫描转换。扫描转换器和Cineloop存储 器也可以被用于绘制空间复合图像的三维表示，如在美国专利5485842和5860924中描述 的。在扫描转换之后，空间复合图像被视频处理器44处理以供显示并且被显示在图像显示 器50上。
[0016] 图2图示了图1的空间复合处理器30的一种实施方式。处理器30在该范例中是 由以各种方式处理图像数据的一个或多个数字信号处理器60来实施的。例如，数字信号处 理器60来对接收到的图像数据进行加权，并且能够对图像数据进行再采样，以空间对齐来 自每个帧的像素。数字信号处理器60将经处理器的图像帧送往多个帧存储器62,帧存储器 62缓存个体分量图像帧。能够由帧存储器62存储的分量图像帧的数目优选地至少等于要 被复合的分量图像帧的最大数目，例如十六帧。根据本发明的原理，数字信号处理器对控制 参数做出响应，控制参数包括图像显示深度、最大复合的区域的深度、临床应用、复合显示 速率、操作模式，以及采集速率，用于