使用C波波束提高帧率和信号强度的超声成像的制作方法

本发明涉及使用c波波束获取超声射频(radio-frequency,rf)数据的方法和用于使用c波波束获取和处理超声射频(rf)数据的系统。

背景技术：

1、与计算机断层扫描(computerized tomography,ct)和磁共振成像(magneticresonance imaging,mri)相比，用于诊断的医学超声成像具有诸如成本、实时成像、便携性和其无害效应的优势[1,2]。然而，超声成像系统的分辨率通常低于ct和mri系统的分辨率[3]。由于更好的数据获取硬件和精密的处理软件，超声成像技术正朝着高质量和清晰分辨率发展[4]。

2、常用的超声换能器包括线性阵列换能器、弯曲阵列换能器和相控阵列换能器。线性阵列换能器的超声图像具有矩形形状。因为线性阵列通常使用于精确成像，所以其操作频率很高。相比之下，凸形阵列用来以分辨率为代价获取宽且深的超声图像。为此，凸形阵列的元件沿着方位角方向以弯曲方式布置。使用凸形阵列获取图像的方法与使用线性阵列时的方法相同，但是凸形阵列的超声图像具有扇形形状。在目标对象位于障碍物后面的情况下，难以使用线性阵列或凸形阵列来获得超声图像。对于这种情况，可以通过以倾斜角引导超声波束来使用相控阵列。相控阵列的超声图像具有圆锥形形状。最近，凹形超声换能器也被提出用于3d阵列[5]。3d超声成像系统正在积极开发中，大量的创新正在那个领域中发生[6]。

3、用于医疗应用的常用超声数据获取方法包括聚焦波束、发散波束和平面波波束[7-10]。单个元件传输很少使用在医疗超声应用中，因为其数据获取耗时并且信噪比不良。在使用聚焦波束的超声数据获取中，每个发射器的时间延迟以此方式被电子控制：在换能器前面和图像域内的波束的焦点处，由这个波束使用的发射器发射同时到达焦点的波。焦点处的声透射非常强烈，并且所述声透射远离焦点而迅速逐渐消失。在使用发散波束的超声数据获取中，每个发射器的时间提前以此方式被电子控制：在换能器后面和图像域之外的给定光束的焦点处，由这个波束使用的发射器实际上同时从焦点发射波。图像域中的声透射为微弱的并且向外发散。在使用平面波波束的超声数据获取中，除了虚焦点远离换能器背后之外，每个发射器的时间提前与发散波束的时间提前类似。所有发射器参与每个平面波波束的激发。图像域中的平面波波束的声透射为微弱的并且均匀的[1,7]。大多数商用超声扫描仪使用聚焦波束数据获取，因为信噪比在最终图像中要高得多。与平面波模态相比，聚焦波束数据获取的缺点是大大降低的帧率[9-10]。

4、本发明涉及用于医疗应用的超声数据的获取和处理。具体而言，本发明解决医疗诊断成像中的两个迫切需求：(1)用于成像血流和跳动的心脏的较快帧率，(2)需要高信噪比的组织移动的速度和方向的准确检测[7-10]。我们称我们的发明为c波波束数据获取和处理，或c波波束成形。我们可互换地使用两个术语。c波波束成形与平面波波束成形一样快。所述c波波束成形在医生最感兴趣的其图像域的中心部分也具有较高的信噪比，这是因为其对于所有波束将能量导向中心的能力。利用超声声透射快速照射大量组织的能力，特别是在具有较强聚焦能力的中心部分处，以及适当地成像从组织中的声学对比反射的所有回声的能力，使得c波波束成形成为用于诊断心血管疾病、心脏疾病、血液堵塞、血流较快且充足的恶性癌症等的有用工具。所述c波波束成形有可能取代平面波模态。

技术实现思路

1、在一个实施方式中，本技术公开使用c波波束获取超声射频(rf)数据的方法。所述方法包括：提供超声换能器，所述超声换能器包括充当发射器和接收器的多个元件；在发射孔径内传输来自所述超声换能器的所述发射器的声波，并且发射器时间延迟以使得声波为在两个边缘上向内弯曲成c形的所述c波波束的方式进行编程；以及使用所述超声换能器的所述接收器接收所述声波。相干波前包括可变倾斜角和可变顶点，并且随着所述可变倾斜角绝对值增加，所述可变顶点远离所述超声换能器的中心移动；所述可变顶点为所述相干波的声能聚焦中心；并且所述可变倾斜角为连接c波波前的椭圆的中心和所述超声换能器的中心的线与穿过所述超声换能器的所述中心的垂直线之间的角度。

2、在另一实施方式中，所述超声换能器为线性阵列换能器、弯曲阵列换能器、相控阵列换能器或矩阵阵列换能器。

3、在另一实施方式中，所述超声换能器的第一组元件传输沿第一向内方向传播的第一局部相干波，所述超声换能器的第二组元件传输沿第二向内方向的第二局部相干波；所述第一向内方向与所述第二向内方向相反；并且所述第一局域相干波和所述第二局域相干波组合来形成所述c波波束。

4、在另一实施方式中，所述超声换能器的两个边缘处的元件比所述超声换能器的所述中心处的所述元件更早开始传输，其时间斜率为所述可变倾斜角和所述可变顶点的函数。

5、在另一实施方式中，所述倾斜角的所述绝对值等于或大于0，并且等于或小于预定正数。所述预定正数可为例如20、25、30、32、34、36、38、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85或90。

6、在另一实施方式中，所述c波波束具有带有两个可变倾斜角和一个可变顶点的3d碗形形状。

7、在另一实施方式中，所述方法进一步包括：(i)从使用所述c波波束获取的输入数据取得迹线；(ii)任选地执行频率滤波以在波束成形期间保护所述迹线免受混叠或过度小波失真；(iii)沿着脉冲响应曲线喷射所述迹线的数据样本；(iv)在每个图像位置处累积贡献，任选地形成用于共成像点道集(common image point gathers)的生成的部分图像体积；(v)针对数据中的所有迹线重复步骤(i)-(iv)；以及(vi)执行后处理和相干复合以获得最终图像。

8、在另一实施方式中，本技术公开用于获取和处理使用c波波束获取的超声射频(rf)数据的系统。所述系统包括：超声换能器，所述超声换能器包括多个元件；传输和接收设备；显示设备；键盘；指点设备；以及含有cpu(中央处理单元)和gpu(图形处理单元)的处理单元。所述cpu和所述gpu适于：通过所述超声换能器和所述传输和接收设备，使用c波波束获取原始rf数据；处理所述原始rf数据并将所述原始rf数据发送到cpu存储器或gpu存储器；在所述cpu、所述gpu或两者上对所述原始rf数据进行波束成形，以获得超声图像；处理所述超声图像并将所述超声图像发送到所述显示设备；经由所述显示设备显示所述超声图像；并且针对下一帧重复以上步骤。

9、在另一实施方式中，所述显示设备经由互联网连接、无线连接或卫星连接远程地连接到所述处理单元。

10、在另一实施方式中，所述超声换能器为线性阵列换能器、弯曲阵列换能器、相控阵列换能器或矩阵阵列换能器。

11、在另一实施方式中，所述键盘为无线键盘或安装在所述处理单元上的软件键盘。

12、在另一实施方式中，所述传输和接收设备被编程来传输并且接收各种类型的所述c波波束。

13、在另一实施方式中，所述指点设备为触摸屏幕。

14、在另一实施方式中，使用所述c波波束包括：提供超声换能器，所述超声换能器包括充当发射器和接收器的多个元件；在发射孔径内传输来自所述超声换能器的所述发射器的声波，发射器时间延迟以使得声波为在两个边缘上向内弯曲成c形的所述c波波束的方式进行编程；以及使用所述超声换能器的所述接收器接收所述声波。相干波前包括可变倾斜角和可变顶点，并且随着所述可变倾斜角绝对值增加，所述可变顶点远离所述超声换能器的中心移动；所述可变顶点为所述相干波的声能聚焦中心；并且所述可变倾斜角为连接c波波前的椭圆的中心和所述超声换能器的中心的线和穿过所述超声换能器的所述中心的垂直线之间的角度。

15、在另一实施方式中，使用所述c波波束包括：使c所述波束具有带有两个可变倾斜角和一个可变顶点的3d碗形形状。

16、应当理解，前述一般描述和以下详细描述为示例性和解释性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步解释。