[发明专利]应用编码激励增强组织产生的谐波成像

说明书

本发明涉及超声成像系统，更具体地说涉及提高在医疗超声成像中组织产生的和对比试剂产生的谐波信号的谐波与基波之比和谐波与噪声之比。

常规的超声成像系统包括发射超声束并从所研究的目标接收反射束的超声换能器元件阵列。这种扫描包括一系列的测量，在这些测量中发射聚焦的超声波，在较短的时间间隔之后该系统切换到接收模式，接收反射的超声波并形成声束和处理以便进行显示。通常，在每次测量中发射和接收都聚焦在相同的方向上，以便从沿着声束或扫描线的一系列的点上采集数据。当接收反射的超声波时接收器动态地聚焦在沿着扫描线的连续的范围上。

对于超声成像，该阵列通常具有许多设置在一行或多行中并由不同的电压驱动的换能器元件。通过选择所施加的电压的幅值和时间延迟(或相位)，控制在给定的行中的每个换能器元件以便产生超声波，综合这些超声波以形成沿着优选的矢量方向行进并聚焦在沿着声束上所选择的点上的净超声波。每次激发的声束形成参数都可以改变以改变每次激发的焦点或方向，例如通过沿着相同的扫描线发射连续的声束并且每个声束的焦点相对于前面的声束的焦点移动了。对于所控制的阵列，通过改变所施加电压的幅值和时间延迟，在平面中移动具有焦点的声束以扫描目标。对于线性阵列，通过在每次激发中移动遍布在阵列上的发射孔径使垂直于阵列导向的聚焦声束扫描整个目标。

当在接收模式中应用换能器探头来接收所反射的声波时应用相同的原理。对在接收换能器元件上所产生的电压进行相加，所得的净信号表示从在目标上的单个焦点上反射的超声能量。当应用这种发射模式时，通过对来自每个接收器元件的信号施加不同的时间延迟(和/或相移)和增益来实现超声能量的这种聚焦接收。

超声图像由许多图像扫描线构成。通过将聚焦的超声能量发射到在所研究的区域中一点上然后接收随着时间的反射能量来采集单个扫描线(或较小的局部扫描线组)。聚焦的发射能量称为发射束。在发射之后，一个或多个接收束形成器对每个通道所接收的能量相加，并动态地改变相位旋转或时间延迟，以便在与所经过的时间成比例的范围上沿着理想的扫描线产生峰值灵敏度。所得的聚焦灵敏度模式称为接收束。扫描线的分辨率是相对应的发射束和接收束对的方向性的结果。

检测束形成器的输出以在目标区或研究区中形成每个采样空间的相应的像素强度值。对这些像素强度值进行较大的压缩、扫描转换然后作为所扫描的组织图像。

常规的超声换能器发射中心在基频f₀的宽束信号，将这种基频信号通过相应的脉冲发生器分别施加到发射孔径的每个换能器元件中。以能够在特定的发射焦点位置上产生所需的发射束聚焦的时间延迟激励该脉冲发生器。

由于发射束传播通过组织，当超声波从在不同的密度的区域之间的边界上反射或散射时产生回波。换能器阵列将这些超声回波变换为电信号，处理该电信号以产生组织的图象。这些超声图象是从基波(线性)和谐波(非线性)信号分量的结合中形成的，该非线性分量是在非线性介质比如包含有对比试剂的组织或血液流中产生的。由于散射的线性信号，所接收的信号是所发射的信号经过时间移动且与幅值成比例的信号。然而，这对于散射非线性的超声波的声介质来说并不是这样。

来自较大的幅值信号发射的回波包含有线性和非线性的信号分量。在某些实例中，可以通过抑制基波并增强谐波(非线性)信号分量来改善超声图象的质量。如果所发射的中心频率为f₀，则组织/对比试剂非线性特性将产生Nf₀的谐波和f₀/N的分谐波，在此N为大于或等于2的整数。[术语“(分)谐波”是指谐波和/或分谐波信号分量。]通过发射频率为f₀的窄带信号并接收中心频率为2 f₀(二次谐波)的频带并在其后进行接收信号的处理来实现对谐波信号进行成像。

组织产生的谐波成像能够极大地改善在难于成像的患者的B-模式的图象质量。由于谐波信号在幅值方面比基波信号至少低一个数量级，所以组织产生谐波成像所面临的一个问题是较低的谐波与噪声之比(HNR)。第二个问题是当以较低的谐波与基波之比(HFR)进行测量时不能充分地将谐波信号从基波信号中分离出来。

编码激励是在医疗成像领域中一项十分普通的技术。例如，在8/17/99公布的共同转让的美国专利US5,938,611公开了使用巴克码(Barker code)和在11/16/99公布的共同转让的美国专利US5,984,869公开了使用戈莱码(Golay code)。