[发明专利]带空间抖颤的超声扫描变换

说明书

相关的专利申请

这是1996年6月28日申请的国际专利申请PCT/US96/11166的部分继续申请，其中所述国际专利申请PCT/US96/11166是1996年2月12日申请的美国专利申请第08/599,816号的部分继续申请，而这份美国专利申请又是1995年6月29日申请的美国专利申请第08/496,804号和第08/496,805号的部分继续申请，在此通过引证将上述专利申请的全部内容并入本文。

本发明的现有技术

常规的超声成象系统通常包括通过电缆与安装在大支架上的控制台处理和显示单元耦合的手持扫描头。该扫描头通常包括超声换能器阵列，该换能器阵列将超声能量发射到正在成象的区域并且接收从该区域返回的超声能量。这些换能器将收到的超声能量转换成低电平的电信号，该电信号通过电缆传送给处理单元。处理单元运用适当的波束成形技术(如动态聚焦)将来自换能器的信号合并，以便产生感性趣区域的图象。

典型的常规超声系统包括具有大量的超声换能器例如128个的换能器阵列。每个换能器都与它自己的处理电路系统相连，该电路系统定位在控制台处理单元中。该处理电路系统通常包括驱动电路，该驱动电路在发射模式中将精确定时的驱动脉冲发送给换能器以便启动超声信号的发射。这些定时发射脉冲从控制台处理单元沿着电缆发送到扫描头。在接收模式中，波束成形电路将适当的延迟引入每个来自换能器的低电平电信号，对这些信号进行动态聚焦，以致随后能够产生精确图象。

对于相控阵扫描头或弯曲的线性扫描头，超声信号以其固有的极坐标形式(r，θ)被接收和数字化。就显示而言，这种表示法是不方便的，所以为了进一步处理将它变换成直角坐标表示法(x，y)。这种直角坐标表示法是针对各种显示器和硬拷贝设备的动态范围和亮度进行过数字校正的。还可以储存和恢复这些数据，以便再次显示。在极坐标(r，θ)与直角坐标(x，y)之间进行变换时，必须由(r，θ)值计算(x，y)值，因为在(r，θ)数组中的点与在直角坐标网(x，y)上的点是不一致的。

在早期扫描变换系统中，访问(x，y)坐标方格上的每个点并且利用对应于最邻近该点的两个θ值的数值借助线性内插计算该点的数值或利用(r，θ)数组中最邻近的四个点的数值借助二次线性内插计算该点的数值。完成这项工作的方法是利用有限状态机产生(x，y)遍历图，利用双向移位寄存器将(r，θ)数据子样保存在大量的数字逻辑和存储器单元中，以便控制该过程和保证异步接收的正确的(r，θ)数据子样在适合每个(x，y)点的正确时间到达以便内插。这种早期的仪器可能是不灵活的而且是不必要地复杂。尽管有大量的控制硬件，但只可能有一条通过(x，y)数组的路径。

本发明的概述

在本发明的优选实施方案中，在完成波束成形和扫描变换之后将变换成显示格式的扫描数据直接传送给计算机。在优选的实施方案中，扫描变换完全可以利用个人计算机上的软件完成。此外，可以插入带附加硬件的电路板，以便提供选定的扫描变换功能或完成全部的扫描变换处理。就许多应用而言，软件系统是优选的，因为这样可以将附加硬件最小化，于是个人计算机可以是一个便携式平台，例如膝上计算机或掌上计算机。

扫描变换优先采用空间抖颤处理技术来完成，下面将更详细介绍。空间抖颤将简化对扫描变换的计算要求，同时保持的分辨率和质量。因此，扫描变换不需要更复杂的内插技术就能够在个人计算机上完成，而且仍然能够以适合实时超声成象的帧速完成变换。

扫描变换程序优先包括输入数组、再映射数组和输出数组。再映射数组是一个索引数组即指针数组，该数组是输出图象的尺寸，它用于确定在哪里得到每个来自输入数组的象素。在再映射数组中每个位置上的数字指出将以同一位置进入输出数组的每个象素在输入数组中的提取位置。因此，可以认为再映射数组和输出数组具有相同的几何形状，而输入数组和输出数组具有相同的数据类型，即实际的图象数据。

输入数组具有每帧超声图象的新数据，这意味着它处理这些数据并且将这些数据逐帧放到输出数组中。按照本发明的优选实施方案，大约每1/30秒有一帧新的超声图象。所以，只要用新的输入数据组计算新的输出图象的例行运算能够以每秒大约30帧的帧速完成，再映射数组的数据就可以比较缓慢地生成(但是仍然应在大约1秒以下)。这样将允许使用常规的个人计算机完成生成再映射数组的数据的任务，而不会牺牲综合性能，也不必用附加硬件来完成这项任务。在具有数字信号处理器(DSP)的计算系统中，DSP可以完成再映射数组的计算。