[發明專利]利用面向像素處理的超聲成像系統

有效

• 申請號: 201310053509.8
• 申請日: 2006-04-14
• 公開（公告）號: CN103142251A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 羅納德·埃爾文·戴格爾
• 申請（專利權）人: 維拉聲學公司
• 主分類號: A61B8/06
• 分類號: A61B8/06;A61B8/13;G01S7/52
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 余朦;王艷春

技術領域

本發明涉及超聲成像結構，更具體地，涉及利用面向像素處理技術捕獲和處理超聲數據并由超聲數據產生圖像的系統和方法。

背景技術

超聲成像已經發展成為用于診斷多種疾病狀態和情況的有效工具。由于圖像質量和區分各類組織的性能的提高，近年來超聲設備的市場穩步增長。遺憾的是，超聲系統的許多應用的設備成本對于重要應用而言仍過高。應用范圍例如乳腺癌檢測、前列腺成像、肌肉與骨骼成像以及介入放射學。在上述及其他范圍內，超聲成像的診斷功效依賴于對于各種組織類型的區分和鑒別的良好的空間和對比度分辨率。這些性能只基于具有更強的處理能力的更為昂貴的超聲系統。

超聲成像通常需要大范圍的信號和圖像處理方法，特別是對于采用128個或更多變換器（transducer）元素的陣列系統，每個元素均具有獨特的信號處理要求。近十年來見證了這樣的轉變，即除了市場最低等級的系統以外，幾乎所有系統中的數字信號處理的精確性和靈活性均得到了改進。從長遠觀點來看，通過利用高度集成的數字電路，此轉變具有降低系統成本的潛力。遺憾的是，超聲系統的低產量導致了這些獨特電路的基本費用和固定成本，因此數字信號處理的轉變并沒有明顯地降低系統成本。

盡管超聲系統已經逐漸采用數字處理技術，但是超聲系統的結構相對于其模擬相應部分并沒有明顯改變。市場上幾乎當前所有的系統均采用模塊“流通式”結構，如圖1A、圖1B所示，信號和數據從一個模塊流動到下一個模塊。這是處理相當復雜的超聲圖像形成和處理的固有方法，其允許不同的開發團隊針對個別模塊略微獨立地工作。圖1A示出了三種典型地由超聲系統完成的信息處理，即，用于普通二維（2D）成像的回波圖像處理、用于血液流速測量的多普勒處理以及用于血流實時成像的彩色流動圖像處理。

流通式結構的一個主要缺點在于，每個模塊必須等待來自之前模塊的輸入數據才能進行自身的處理。然后，模塊必須將其結果傳遞到下一個模塊。即便在圖1A所示的方塊內也具有許多被連續執行的單獨處理步驟。因為系統處理速度由鏈中最慢的處理功能決定，所以所有的處理塊都必須以最小的反應時間高速運行，以使得當移動掃描頭時，不會在觀察顯示器上出現的圖像時產生延遲。

所述流通式結構的另一個缺點在于其造成了資源的低效使用。大多數超聲測驗主要只用2D回波成像完成，只是偶爾利用多普勒血液流速測量或彩色流動成像。這意味著需要實現這些功能的復雜而昂貴的硬件處理模塊在大部分時間內處于閑置狀態，這是因為它們不能應用于其他任務。

發明內容

本發明公開的實施方案涉及超聲成像方法和系統，其以在商業CPU上執行的軟件方式進行所有的信號處理和圖像形成。在本方法中所需的適當的定制硬件用于聲學脈沖和數據采集的傳輸以及從變換器接收到的信號的信號調節。為了實現此目標，需要根本改變超聲系統的處理結構，以減少成像所需的處理步驟的數量并消除系統等待時間。還需要最大限度地利用CPU的處理資源，以達到所期望的處理能力。作為重要的益處，新式的結構使系統動態范圍有所改進，這使得在低成本的掃描頭設計中利用新的變換器材料成為可能。此外，也有可能采用新的采集模式，這可提供重要的新診斷信息。

通過基于商業計算機主板的設計，本發明公開的基于軟件的超聲系統結構對來自于計算機行業的大容量、低成本處理技術起到杠桿作用。盡管當前某些超聲系統將計算機主板并入其設計中，但是計算機僅用于用戶界面和某些系統控制，并且不參與任何實時處理任務。在本發明公開的結構中，計算機主板代替了幾乎全部現有的硬件，而不是作為現有硬件的補充。基于軟件方式的本系統，在用途廣泛的平臺上以盡可能低的系統成本提供了靈活的、高性能的成像系統。本方法無需定制的集成電路，從而降低了系統復雜性并減少了進入市場的時間。此外，因為計算機行業實現了CPU處理能力的進一步提升，所以它們可容易地被本系統采用，從而提高成像性能或提供新的操作模式和信息提取模式。

基于軟件的超聲結構的成功實現表明了超聲系統在性價比方面的市場突破。推測起來，這能夠顯著地提高超聲在對成本較敏感的應用中的使用范圍，這些對于診斷功效要求較高的圖像分辨率和組織區分度。另外，較低的系統成本和處理的靈活性應該會打開此前超聲并未扮演重要角色的新的專業應用領域。