[发明专利]一种超声成像方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及超声成像，尤其涉及一种超声成像方法和装置。

背景技术

医学超声设备一般包含有换能器(或称探头)、发射/接收电路和数字信号处理等模块，其中，换能器由多个阵元组成，每个阵元都具有电信号与声信号相互转换的功能。在发射电路的驱动下，换能器中各个阵元把电信号转化为超声波发射到人体组织中。超声波在人体组织中传输，会出现吸收、反射、折射和散射等现象，其中散射的信号会有一部分返回换能器中，并被再次转化为模拟电信号。接收电路会把这些接收到的模拟电信号转化为数字信号。然后通过数字信号处理环节，把有用的信息提取出来，转化为人眼容易识别的图像信号。临床医生根据这些图像信号对受试者健康状况进行评估。

在人体组织中，超声波在各个器官中的传播特性是不相同的，因此造成换能器接收到的散射回波能量有一定差异。换能器发射一个脉冲，然后根据超声波传播速度，可以在不同时刻采集到一系列表示深度的回波幅度数据。换能器在同一切面内不同位置发射多个脉冲，就可以得到一组表示此切面内不同位置超声波散射回波能量差异的二维数据。这种能量差异可以被映射为不同的图像灰度，从而生成一幅黑白图像(简称二维图像)，可以用于描述人体组织的结构，而发射的脉冲称为B脉冲。

超声波传播过程中，介质如果发生移动，会产生多普勒现象。如果介质面向换能器运动，散射回波频率会升高；如果介质背向换能器运动，散射回波频率会降低。在应用多普勒效应时，换能器会向人体组织内同一位置发出一系列相同的超声波脉冲，脉冲重复频率决定最大可检测到的介质移动速度。由于血流不断运动，因此相邻脉冲回波的相位可能会发生变化。自相关估计是一种常见相位差分析算法，可以把多普勒效应产生的相位差估计为速度、能量和方差三个物理量。自相关估计得到的速度信息可以映射为伪彩信息，生成的伪彩图像可以被称为彩色血流图像(简称为血流图像)，而发射的脉冲称为C脉冲。

血流图像可以用来评估超声扫描断面中血流的运动情况，但是如果要深入评估某一个血流信号随时间变化的趋势，精确定量分析，就需要使用脉冲多普勒(PW，Pulse Wave Doppler)，对应的图像为多普勒频谱图像(简称为频谱图像)，而发射的脉冲称为D脉冲。在医生确定一个感兴趣目标以后，换能器会向此目标连续发射脉冲。脉冲重复频率(PRF，Pulse Repetition Frequency)决定可检测的最高血流速度。如果要观测高速血流，就需要提高脉冲重复频率；反之，如果要观测低速血流，就需要降低脉冲重复频率。

超声成像系统中存在若干种成像模式，例如，黑白成像模式(对应二维图像)、彩色血流成像模式(对应血流图像)、PW成像模式(对应频谱图像)等。不同类型的成像模式对应发射不同类型的脉冲，黑白成像模式对应B脉冲，彩色血流成像模式对应C脉冲，而PW成像模式对应D脉冲。在黑白成像模式下，系统仅发射B脉冲，利用灰度表示回波的幅度信息而进行黑白成像。在彩色血流成像模式下，系统发射B脉冲和C脉冲，显示B图像的同时，利用彩色图谱显示用户感兴趣区域(ROI，Region of Interest)内的血流信息，如速度、方差、能量等。在PW成像模式下，系统发射B脉冲和D脉冲，显示二维图像的同时，利用多普勒频谱显示用户设定的取样门内的速度信息。

在某些时候，医生需要同时观察二维图像、血流图像和频谱图像。一方面医生需要了解某个感兴趣目标的精确血液流动情况，另一方面则需要用二维图像和血流图像帮助定位感兴趣区域。传统的超声成像系统通过三工成像来完成此项功能。在三工成像模式下，对同一个位置进行三种不同的成像时，需要用不同类型的脉冲，包括B脉冲、C脉冲和D脉冲，对该位置分时扫描，而人体的组织器官是时刻在变化的，同一位置分时扫描会造成图像的不匹配，因此每项扫描所占用的扫描时间有限。如果要有较高的频谱质量，必然要损失掉一部分二维和血流图像信息(通常表现为较低的二维和血流图像帧率)；如果需要有较好的二维和血流图像质量，则需要大量的时间进行二维和血流扫描，而进行频谱成像所用的扫描时间被大量压缩，因此会极大影响频谱图像的质量(通常表现为连续性差或时间分辨力差等)。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种超声成像方法和装置，可以同时显示二维、血流和频谱图像。