專利名稱：超聲高幀率組織多普勒成像方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及超聲成像領域，尤其涉及的是一種超聲高幀率組織多普勒成像方法及
直O(jiān)
背景技術：
醫(yī)用超聲成像診斷設備利用超聲波在人體中的傳播，得到人體組織和器官結構的超聲波特征信息。當前的超聲診斷系統(tǒng)通常采用多陣元探頭。在這種系統(tǒng)中，高壓脈沖波加載在探頭各陣元上，激勵陣元產生高頻超聲波進而形成發(fā)射波束進入人體。探頭各陣元接收人體組織結構散射或反射的回波，形成接收波束。超聲診斷系統(tǒng)提取超聲回波中的信息，形成各種成像模式顯示。彩色多普勒血流成像模式(簡稱Color模式)通過動目標顯示方式計算出血流中的血細胞的動態(tài)信息，根據血細胞的移動方向、速度、分散情況，調配紅、藍、綠三基色，變化其亮度，疊加在二維掃描圖像(簡稱B型圖像)上，顯示人體內血流信息。相應的，組織多普勒圖像(簡稱TDI)是通過計算心肌運動的動態(tài)信息，顯示出心臟的速度和方向信息，提供診斷依據。在醫(yī)用超聲系統(tǒng)中，幀率也就是時間分辨力起著至關重要的作用。一個二維圖像的幀率通常由一個掃描周期內系統(tǒng)脈沖發(fā)射次數所決定，當系統(tǒng)掃描密度低時，幀率自然會有所提高，但橫向分辨力會受到影響。在Color或TDI模式下，系統(tǒng)對同一條發(fā)射線一般要進行多次發(fā)射以獲取多普勒信息，相應的幀率會有所下降。在TDI模式下，需要對心肌的運動進行應變，應變率等進行分析，或者進行彩色曲線解剖M等成像，要求系統(tǒng)幀率必須達到一定程度才可以獲得有意義的圖像信息用于診斷，因此常規(guī)的掃描方式的幀率是不能夠滿足該模式的工作要求。因此，現有技術還有待于改進和發(fā)展。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種超聲高幀率組織多普勒成像方法及裝置，旨在解決現有的掃描方式在多普勒成像時不能滿足幀率的要求的問題。本發(fā)明的技術方案如下一種超聲高幀率組織多普勒成像方法，其包括以下步驟
Sl 定義脈沖掃描方式，在TDI取樣區(qū)域外，將B掃描脈沖拆分為多個子幀進行發(fā)射； 在TDI取樣區(qū)域內，只進行TDI模式掃描，且對應每一個B模式掃描的子幀，發(fā)射一幀TDI 掃描脈沖。S2 獲取脈沖回波信號，并對回波信號進行波束合成。S3:波束合成后，對TDI取樣區(qū)域內的回波信號分為兩路，一路進行第一正交解調，另一路進行第二正交解調；對TDI取樣區(qū)域外的信號進行第一正交解調。 S4 對進行第一正交解調后的信號進行B信號處理得到B型圖像數據，對進行第二正交解調后的信號進行TDI信號處理得到TDI圖像數據。S5 對TDI取樣區(qū)域外，各子幀對應的B型圖像數據進行幀插值處理得到與TDI圖像幀率一致的B型圖像，然后TDI取樣區(qū)域外的B型圖像與TDI取樣區(qū)域內的B型圖像拼接得到完整的B型圖像。一種超聲高幀率組織多普勒成像裝置，其包括用于在TDI取樣區(qū)域外，將B掃描脈沖拆分為多個子幀進行發(fā)射；在TDI取樣區(qū)域內，只進行TDI模式掃描，且對應每一個B 模式掃描的子幀，發(fā)射一幀TDI掃描脈沖的脈沖發(fā)射波形控制模塊；用于發(fā)射和接收回波信號的脈沖發(fā)射/接收模塊；用于將超聲回波轉換為電信號的超聲換能器；用于波束合成提供回波信號信噪比的波束合成模塊；用于對TDI取樣區(qū)域內的回波信號進行解調得到B 信號的第一正交解調模塊；用于對TDI取樣區(qū)域內的回波信號進行解調得到TDI信號的第二正交解調模塊；用于對B信號進行處理的B信號處理模塊；用于TDI信號進行處理的TDI 信號處理模塊；用于將B型圖像數據進行插值獲得與TDI圖像幀率一致B型圖像的幀插值模塊和用于同時顯示B型圖像和TDI圖像的顯示模塊，其中，所述脈沖發(fā)射波形控制模塊、 脈沖發(fā)射/接收模塊和超聲換能器依次連接；所述脈沖發(fā)射/接收模塊連接波束合成模塊， 所述波束合成模塊分別連接第一正交解調模塊和第二正交解調模塊；所述第一正交解調模塊、B信號處理模塊、幀插值模塊和顯示模塊依次連接；所述第二正交解調模塊、TDI信號處理模塊和顯示模塊依次連接。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提出對TDI取樣區(qū)域內的獲得數據分成兩組處理，同時獲取TDI和B型圖像信息；對TDI取樣區(qū)域外的圖像，拆分成多個子幀，對應每一個子幀的發(fā)射，完成一幀Color或TDI圖像的發(fā)射，然后對TDI取樣區(qū)域外B型圖像進行插值得相應的B型圖像，與區(qū)域內對應的B圖像拼接獲得對應于當前幀TDI模式的完整二維數據。使得系統(tǒng)能夠在最少發(fā)射脈沖下，獲得更高的幀率，從而提高TDI成像質量。


圖1為本發(fā)明提供的高幀率組織多普勒成像裝置框圖。圖2為本發(fā)明提供的高幀率組織多普勒成像方法流程圖。圖3為普通的組織多普勒模式成像的脈沖掃描方式示意圖。圖4為一種改進的組織多普勒模式成像的脈沖掃描方式示意圖。圖5為一種帶交叉掃描得到組織多普勒圖像的脈沖掃描方式示意圖。圖6為本發(fā)明實施例一提供的一種高幀率組織多普勒成像的脈沖掃描方式示意圖。圖7為本發(fā)明實施例二提供的一種高幀率組織多普勒成像的脈沖掃描方式示意圖。圖8為本發(fā)明提供的一種基于滑動窗技術高幀率組織多普勒成像的脈沖掃描方式示意圖。圖9為組織多普勒圖像與B型圖像同時顯示的示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對
5本發(fā)明進一步詳細說明。參見圖1，本發(fā)明提供的超聲高幀率組織多普勒成像的裝置包括脈沖發(fā)射波形控制模塊、脈沖發(fā)射/接收模塊、超聲換能器、波束合成模塊、第一正交解調模塊、第二正交解調模塊、B信號處理模塊、TDI信號處理模塊、幀插值模塊和顯示模塊。所述脈沖發(fā)射波形控制模塊、脈沖發(fā)射/接收模塊和超聲換能器依次連接；所述脈沖發(fā)射/接收模塊連接波束合成模塊，所述波束合成模塊分別連接第一正交解調模塊和第二正交解調模塊；所述第一正交解調模塊、B信號處理模塊、幀插值模塊和顯示模塊依次連接；所述第二正交解調模塊、TDI信號處理模塊和顯示模塊依次連接。所述脈沖發(fā)射波形控制模塊用于在TDI取樣區(qū)域外，將B掃描脈沖拆分為多個子幀進行發(fā)射；在TDI取樣區(qū)域內，只進行TDI模式掃描，且對應每一個B模式掃描的子幀，發(fā)射一幀TDI掃描脈沖。所述脈沖發(fā)射/接收模塊用于發(fā)射和接收回波信號。所述超聲換能器用于將超聲回波轉換為電信號。所述波束合成模塊用于波束合成提供回波信號信噪比。 所述第一正交解調模塊用于對TDI取樣區(qū)域內的回波信號進行解調得到B信號。所述第二正交解調模塊用于對TDI取樣區(qū)域內的回波信號進行解調得到TDI信號。所述B信號處理模塊用于對B信號進行處理。所述TDI信號處理模塊用于TDI信號進行處理。所述幀插值模塊用于將B型圖像數據進行插值獲得與TDI圖像幀率一致B型圖像和。所述顯示模塊用于同時顯示B型圖像和TDI圖像。所述第一正交解調模塊和第二正交解調模塊的區(qū)別在于解調時的解調頻率是不同的，第一正交解調模塊的解調頻率設置是與B信號掃描線的頻率有關的，第二正交解調模塊的解調頻率設置是與TDI信號掃描線的頻率有關的。所述B信號處理模塊包括依次連接的低通抽取濾波器、檢波模塊和對數壓縮模塊。所述TDI信號處理模塊包括依次連接的壁濾波器、參數估計模塊和幀相關模塊。所述脈沖發(fā)射波形控制模塊控制發(fā)射脈沖的形狀、延時以及參與發(fā)射的陣元，使發(fā)射的超聲波聚焦到預定掃描線上的預定焦點位置。然后，超聲回波經超聲換能器各陣元接收轉換成電信號。所述電信號經時間增益波長放大器放大，以補償不同深度下的超聲波衰減；再送往波束合成模塊，調整各陣元回波的延時并進行變跡，以提高當前接收掃描線回波信號的信噪比。經波束合成后的信號分成兩路分別被送往第一正交解調模塊和第二正交解調模塊，B信號通過第一正交解調模塊解調后經過低通抽取濾波處理，然后通過檢波、對數壓縮等B信號處理獲得組織黑白圖像信息，最后對獲取的組織黑白圖像信息進行幀插值處理得到一幀B型圖像。TDI信號經第二正交解調模塊正交解調后，通過壁濾波及參數估計模塊以獲得當前組織速度、方差和能量，隨后經后處理模塊對估計出來的信息進行幀相關、平滑等操作以改善圖像形態(tài)得到清晰的TDI圖像。最后通過顯示模塊將B型圖像和TDI圖像同時輸出顯示。圖2是本發(fā)明提供的超聲高幀率組織多普勒成像方法的流程，其包括以下步驟 Sl 定義脈沖掃描方式，在TDI取樣區(qū)域外，將B掃描脈沖拆分為多個子幀進行發(fā)射；在TDI 取樣區(qū)域內，只進行TDI模式掃描，且對應每一個B模式掃描的子幀，發(fā)射一幀TDI掃描脈沖。S2 獲取脈沖回波信號，并對回波信號進行波束合成。
S3:波束合成后，對TDI取樣區(qū)域內的回波信號分為兩路，一路進行第一正交解調，另一路進行第二正交解調；對TDI取樣區(qū)域外的信號進行第一正交解調。S4 對進行第一正交解調后的信號進行B信號處理得到B型圖像數據，對進行第二正交解調后的信號進行TDI信號處理得到TDI圖像數據。S5 對TDI取樣區(qū)域外，各子幀對應的B型圖像數據進行幀插值處理得到與TDI圖像幀率一致的B型圖像，然后TDI取樣區(qū)域外的B型圖像與TDI取樣區(qū)域內的B型圖像拼接得到完整的B型圖像。參見圖3，普通的組織多普勒模式成像的脈沖掃描方式為在系統(tǒng)工作過程中，對B 圖像按照掃描線B1、B2、……、B6分別進行掃描，對TDI圖像分別按照掃描線D1、D2、D3進行掃描。對如上每條掃描線分別處理，經數字掃描變換獲得最后顯示的二維組織多普勒信息圖。圖4給出了一種傳統(tǒng)的組織多普勒模式成像掃描方式示意圖。系統(tǒng)首先以Bi、 B2、……、B6方式逐線完成B圖像的掃描，然后進行TDI模式的掃描，對于TDI下每條線的掃描要進行多次掃描以估計多普勒信息，因此掃描順序為D11、D12、D13、D21、D22、D23、D31、 D32、D33，其中Dij代表著第i條線的第j次掃描。Dll和D12之間的掃描間隔即為TDI模式脈沖重復周期rai，由用戶選擇的測速范圍kale、聲音速度C及當前發(fā)射頻率&決定， 計算公式為
當用戶選擇的測速范圍較低時，PRI時間較長，會加大系統(tǒng)掃描時間，影響幀率。假定
TDI取樣窗遠端深度為cbpthC，完成一次發(fā)射至少需要的時間為
… - ,2*depthC^
PRI mm = {-=-)
—C
當PRI>2*PRI_min時，系統(tǒng)可以采用交叉掃描方式提高掃描幀率，如圖5所示。對于B 的掃描，沒有變化，對于TDI的掃描，其掃描順序為Dll、D21、D31、D12、D22、D32、D13、D23、 D33，此時Dll和D12的掃描間隔依然為PRI。Dll和D21間的掃描時間為PRI/3，此時特別要求 PRI/3>PRI_min。圖6為本發(fā)明中應用的一種高幀率組織多普勒成像示意圖。系統(tǒng)采用交叉掃描的方式，其掃描脈沖的發(fā)射順序為 Bi、DlU D21、D31、D12、D22、D32、D13、D23、D33、B2、DlU D21、D31、D12、D22、D32、D13、D23、D33、D11、D21、D31、D12、D22、D32、D13、D23、D33、B6。系
統(tǒng)首先把掃描分為B的掃描和TDI的掃描，二者發(fā)射波形一致。對于TDI取樣區(qū)域內的掃描，每線TDI的掃描Dij的波束合成后的回波數據，一方面經圖1所示的第一正交解調模塊和B信號處理模塊處理獲得相應的B數據，一方面經第二正交解調模塊和TDI信號處理模塊處理獲得相應的TDI數據信息；對于TDI取樣區(qū)域外的掃描，系統(tǒng)分成多個子幀，對應每一幀TDI的掃描，進行一個B的子幀的掃描，B掃描的波束合成回波數據僅需通過第一正交解調和B信號處理模塊處理。最后為保證系統(tǒng)B圖像幀率與TDI圖像幀率一致，B信號處理后需要增加一個幀間插值過程，以確保B圖像與TDI圖像幀率保持一致。上述交叉掃描方法在測速范圍較高時無法使用，參見圖7，本發(fā)明還提供一種連續(xù)重復掃描的方式，在采用本實施例提供的方法時，系統(tǒng)發(fā)射一條B掃描線時，對應發(fā)射一幀TDI掃描線，且一幀TDI掃描中的每一條掃描線連續(xù)重復發(fā)射多次，本實施例中設置為連續(xù)發(fā)射3次。處理方式與上述過程基本一致。圖8為本發(fā)明中提供的一種基于滑動窗技術的高幀率組織多普勒成像掃描方式示意圖。當用戶選擇的測速范圍較低時，在發(fā)射一幀TDI掃描脈沖中的一組交叉掃描脈沖后的剩余時間內發(fā)射一個或多個B掃描的子幀時，可以采用滑動窗技術更大的提高幀率。 其方法步驟為
Al 定義脈沖掃描方式，在TDI取樣區(qū)域外，將B掃描脈沖拆分為多個子幀進行發(fā)射； 在TDI取樣區(qū)域內，只進行TDI模式掃描，且在發(fā)射一幀TDI掃描脈沖中的一組交叉掃描脈沖后的剩余時間內發(fā)射至少一個B掃描的子幀。A2 獲取脈沖回波信號，并對回波信號進行波束合成。A3:波束合成后，對TDI取樣區(qū)域內的回波信號分為兩路，一路進行第一正交解調，另一路進行第二正交解調；對TDI取樣區(qū)域外的信號進行第一正交解調。A4 對進行第一正交解調后的信號進行B信號處理得到B型圖像數據，對進行第二正交解調后的信號進行TDI信號處理得到TDI圖像數據。A5 將連續(xù)的多組TDI圖像數據合成一幀TDI圖像；對TDI取樣區(qū)域外，各子幀對應的B型圖像數據進行幀插值處理得到與TDI圖像幀率一致的B型圖像，然后與TDI取樣區(qū)域內的B型圖像進行拼接得到一幀完整的B型圖像。其掃描順序為:B1、D11、D21、D31、B2、D12、D22、D32、D13、D23、D33、B6、B1、D14、D24、 D34、……。其中，D11、D21、D31稱為一幀TDI掃描脈沖中的一組交叉掃描脈沖，當然，所述一組交叉掃描脈沖并不限于實施例中所描述的三條TDI掃描線，也可以是四條或更多。系統(tǒng)處理時，對TDI成像時，以Dlj、D2j、D3j形成一幀圖像，D2j、D3j、D4j形成第二幀圖像， 依次類推，當然，本發(fā)明也不限于每三組交叉掃描脈沖形成一幀圖像，也可以是四組或更多形成一幀圖像。對B圖像依然按照TDI取樣框內經第一正交解調，TDI取樣框外利用子幀插值方法形成與TDI圖像幀率一致的圖像。此時，幀率可以達到用戶選擇的測速范圍，如用戶選擇的TDI模式脈沖重復周期PRF為500Hz時，系統(tǒng)的幀率可以達到500幀/秒。采用上述方法輸出的超聲圖像如圖12所示，所述B型圖像與TDI圖像以相同的幀率同時顯示在顯示設備上。應當理解的是，本發(fā)明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種超聲高幀率組織多普勒成像方法，其特征在于，包括以下步驟51定義脈沖掃描方式，在TDI取樣區(qū)域外，將B掃描脈沖拆分為多個子幀進行發(fā)射； 在TDI取樣區(qū)域內，只進行TDI模式掃描，且對應每一個B模式掃描的子幀，發(fā)射一幀TDI 掃描脈沖；52獲取脈沖回波信號，并對回波信號進行波束合成；S3:波束合成后，對TDI取樣區(qū)域內的回波信號分為兩路，一路進行第一正交解調，另一路進行第二正交解調；對TDI取樣區(qū)域外的信號進行第一正交解調；54對進行第一正交解調后的信號進行B信號處理得到B型圖像數據，對進行第二正交解調后的信號進行TDI信號處理得到TDI圖像數據；55對TDI取樣區(qū)域外，各子幀對應的B型圖像數據進行幀插值處理得到與TDI圖像幀率一致的B型圖像，然后TDI取樣區(qū)域外的B型圖像與TDI取樣區(qū)域內的B型圖像拼接得到完整的B型圖像。
2.根據權利要求1所述的超聲高幀率組織多普勒成像方法，其特征在于，所述TDI掃描脈沖采用交叉掃描的方式發(fā)射。
3.根據權利要求1所述的超聲高幀率組織多普勒成像方法，其特征在于，所述TDI掃描脈沖的發(fā)射方式為系統(tǒng)發(fā)射一條B掃描線，對應發(fā)射一幀TDI掃描線，且一幀TDI掃描中的每一條掃描線連續(xù)重復發(fā)射多次。
4.根據權利要求1所述的超聲高幀率組織多普勒成像方法，其特征在于，在拆分B掃描脈沖時，每一條B掃描線作為一個子幀。
5.根據權利要求3所述的超聲高幀率組織多普勒成像方法，其特征在于，一幀TDI掃描中的每一條掃描線連續(xù)重復發(fā)射3次。
6.一種超聲高幀率組織多普勒成像方法，其特征在于，包括以下步驟Al 定義脈沖掃描方式，在TDI取樣區(qū)域外，將B掃描脈沖拆分為多個子幀進行發(fā)射； 在TDI取樣區(qū)域內，只進行TDI模式掃描，且在發(fā)射一幀TDI掃描脈沖中的一組交叉掃描脈沖后的剩余時間內發(fā)射至少一個B掃描的子幀；A2 獲取脈沖回波信號，并對回波信號進行波束合成；A3 波束合成后，對TDI取樣區(qū)域內的回波信號分為兩路，一路進行第一正交解調，另一路進行第二正交解調；對TDI取樣區(qū)域外的信號進行第一正交解調；A4 對進行第一正交解調后的信號進行B信號處理得到B型圖像數據，對進行第二正交解調后的信號進行TDI信號處理得到TDI圖像數據；A5 將連續(xù)的多組TDI圖像數據合成一幀TDI圖像；對TDI取樣區(qū)域外，各子幀對應的 B型圖像數據進行幀插值處理得到與TDI圖像幀率一致的B型圖像，然后與TDI取樣區(qū)域內的B型圖像進行拼接得到一幀完整的B型圖像。
7.一種超聲高幀率組織多普勒成像裝置，其特征在于，包括用于在TDI取樣區(qū)域外，將B掃描脈沖拆分為多個子幀進行發(fā)射；在TDI取樣區(qū)域內， 只進行TDI模式掃描，且對應每一個B模式掃描的子幀，發(fā)射一幀TDI掃描脈沖的脈沖發(fā)射波形控制模塊；用于發(fā)射和接收回波信號的脈沖發(fā)射/接收模塊；用于將超聲回波轉換為電信號的超聲換能器；用于波束合成提供回波信號信噪比的波束合成模塊；用于對TDI取樣區(qū)域內的回波信號進行解調得到B信號的第一正交解調模塊；用于對TDI取樣區(qū)域內的回波信號進行解調得到TDI信號的第二正交解調模塊；用于對B信號進行處理的B信號處理模塊；用于TDI信號進行處理的TDI信號處理模塊；用于將B型圖像數據進行插值獲得與TDI圖像幀率一致B型圖像的幀插值模塊和用于同時顯示B型圖像和TDI圖像的顯示模塊；所述脈沖發(fā)射波形控制模塊、脈沖發(fā)射/接收模塊和超聲換能器依次連接；所述脈沖發(fā)射/接收模塊連接波束合成模塊，所述波束合成模塊分別連接第一正交解調模塊和第二正交解調模塊；所述第一正交解調模塊、B信號處理模塊、幀插值模塊和顯示模塊依次連接；所述第二正交解調模塊、TDI信號處理模塊和顯示模塊依次連接。
8.根據權利要求7所述的超聲高幀率組織多普勒成像裝置，其特征在于，所述B信號處理模塊包括依次連接的低通抽取濾波器、檢波模塊和對數壓縮模塊。
9.根據權利要求7所述的超聲高幀率組織多普勒成像裝置，其特征在于，所述TDI信號處理模塊包括依次連接的壁濾波器、參數估計模塊和幀相關模塊。
10.根據權利要求7所述的超聲高幀率組織多普勒成像裝置，其特征在于，在波束合成模塊的輸入端上設置一時間增益波長放大器，以補償不同深度下的超聲波衰減。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲高幀率組織多普勒成像方法及裝置，其方法為在TDI取樣區(qū)域外，將B掃描脈沖拆分為多個子幀進行發(fā)射；在TDI取樣區(qū)域內，只進行TDI模式掃描，且對應每一個B掃描的子幀，發(fā)射一幀TDI掃描脈沖；然后接收回波信號，對TDI取樣區(qū)域內的回波信號分為兩路，一路進行B信號處理得到B型圖像數據，另一路進行TDI信號處理得到TDI圖像數據；對TDI取樣區(qū)域外，將各子幀對應的B型圖像數據進行幀插值處理得到與TDI圖像幀率一致的B型圖像，然后將TDI取樣區(qū)域外的B型圖像與TDI取樣區(qū)域內的B型圖像拼接得到完整的B型圖像。采用本發(fā)明可使系統(tǒng)在最少發(fā)射脈沖下，獲得更高的幀率，從而提高TDI成像質量。
文檔編號A61B8/00GK102551793SQ20101061458
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權日2010年12月30日
發(fā)明者李雷 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司