[发明专利]相变换超声成像的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声成像，特别是涉及能改进和增强超声图像的方法和装置。

背景技术

由于超声成像的非侵害性、低成本和快速响应特点，它被广泛应用于各种诊断过程中。超声成像的这些特点在医疗领域中尤其重要，因为这种方法在达到所需效果的同时可以减少甚至消除患者暴露在辐射环境中的危险。典型的超声成像步骤包括：1)产生超声波束并把它射入要研究的媒质中；2)观察从不同组织和组织边缘反射回来的结果波。这种结果波作为要研究的信号。这些信号经过后期处理后以点的方式被显示在屏幕上。点的强度与从相应位置反射回来的波束的振幅成正比。位置的确定以超声波射入研究媒质后的已知传播和二次发射率为基础。

典型情况下，一个传播到研究媒质中的超声波信号由特定波形的正弦波脉冲组成。这些正弦波通过换能器后形成入射信号。典型入射信号的范围为40kHz到50MHz，但常用的范围是40kHz到1MHz。当入射信号与组织层和层间边界作用时，超声信号由于散射、共振、衰减、反射或透射而改变。

研究媒质通常是非线性性质的媒质，例如人体组织。非线性媒质在回波信号中产生谐波频率。这些附加的频率部分会继续，并产生反射或与其它结构相互作用。反射(或回波)信号的一部分会传回到接收换能器中。

返回到接收换能器中的基波和谐波频率信号包括全部信号，必须对这些信号进行进一步处理，以消除噪声和无关部分。接收换能器可以是发射换能器，也可以是完全独立的装置。当使用同一个装置时，需要使用发射/接收(T/R)开关把换能器连接到发射设备或接收后期处理设备上。接收换能器接收回波信号和产生的所有噪声，并把这些信号转给后期处理设备的一部分(称为波束生成器)。波束生成器用以消除噪声信号，它可以是自适应的，也可以是固定配置的。自适应波束生成器通过监视噪声场和调整内部参数来消除各种方向的噪声源，尽可能降低背景噪声。固定波束生成器可以消除无向性噪声，并且能利用反射信号的方向性。

最终，人体的超声波图像会以谐波图像的方式显示出来。谐波成像的产生与组织边界的可视程度和不同媒质的密度有关，也与应用于特定谐波频率的造影剂有关。造影剂通常是充有液体的微型颗粒，它在超声频率下产生共振。这种造影剂被注入人体后随血液传播到身体的各个部分。当它被超声频率激发时，由于其内部产生谐振，会生成谐波回声定位信号。

虽然超声波成像方法与其它类型的诊断技术相比有不少优点，但是传统的超声波方法和系统无法有效地解决背景噪声问题，因而很难确定要研究区域的精确位置，也无法正确分析接收到的信号。为此，人们试图采用各种叠加方法来减少背景噪声，但是，到目前为止还没有某种叠加方法能够有效地定位密度相似的不同组织之间的要研究区域(从密度相似的不同组织产生的回波信号会混成一团，其间的界面非常模糊，在这种情况下叠加方法不起作用)。而且，由于人体内的多种组织在密度上基本相似，所以更加为解释超声波结果增加了难度。因此，需要开发某种方法和系统来有效地解决上述的问题，同时不能降低超声波成像系统的总体优点。

发明内容

本发明是用于产生增强的超声波图像的一种方法和系统。本发明利用了以一种交替方式到要研究媒质中的多超声波脉冲。这些被成像的媒质可以是人体组织或其它线性/非线性媒质。这些超声波脉冲的振幅、频率、相位、或脉冲宽度不同。每个超声波脉冲集合与其它超声波脉冲之间都有360°/k的相差。其中的k是与特定换能器元素号(n)有关的脉冲序列的脉冲集合数。当波形的频率相同但在同一时刻时没有相应的强度值时，会产生这种失相条件。与这些失相信号作用的非线性组织会产生回波信号，我们对这些回波信号进行测量和适当的合并。

本发明基于一种观察事实：即多种媒质以非线性方式散射声音。在针对线性散射媒质的超声波成像系统中，返回信号与入射信号之间有一定的时移，且返回信号的强度(振幅)与入射信号的强度成正比。非线性散射媒质产生的信号无法由对散射点的入射信号进行简单的时移、缩放或叠加产生。从非线性媒质的边界反射的超声波的相位的改变方式取决于入射信号的相位。例如，请考虑下面的两个超声波脉冲(k＝2)的特殊情况，其中两个声音脉冲的相差为360°/k＝360°/2或180°。如果散射点是纯线性的，那么从每个入射脉冲接收到的反射信号的相位是互为相反的。对这些反相信号进行叠加，其和为0。但是如果有从媒质内的非线性过程产生的信号，那么这些信号不是互为相反的，其和也不等于0。