[发明专利]使用实时空间复合进行血流成像的超声成像系统和方法

说明书

本发明通常涉及超声成像系统，更具体地，涉及一种在血流成像 中，即，彩色血流和CPA中使用实时空间复合以在不损害帧率的情 况下减少散斑的成像系统和这种成像方法。

超声成像已经变成了一项重要受欢迎的具有广泛应用范围的诊 断工具。具体地，由于其非侵入性且通常非破坏性的性质，因此超声 成像已经被广泛地用于医疗行业。现代高性能超声成像系统和技术普 遍被用于产生对象(如部分的人类患者解剖)内部特征的二维(2D) 和三维(3D)诊断图像。诊断超声成像系统通常使用宽带换能器来发射 和接收超声信号。即，成像系统通过电刺激声学换能器元件或声学换 能器元件阵列，以产生传导进入体内的超声脉冲，从而形成人体内部 组织的图像。当超声脉冲从身体组织反射出来时会产生回波，其表现 为传播的超声脉冲的不连续性。各种回波返回到换能器并被转换为电 信号，所述电信号经放大和处理以产生组织的图像。

放射超声脉冲的超声(声学)换能器通常包括压电元件或压电元 件阵列。作为本领域所公知的，压电元件在施加电信号的条件下变形 以产生被发射的超声脉冲。类似地，接收到的回波造成压电元件变形 并产生相应的接收电信号。声学换能器经常被装在手持装置中，其允 许操作者在期望的感兴趣区域上充分自由地操作换能器。换能器经常 经由电缆被连接到产生和处理电信号的控制装置。依次地，控制装置 可将图像信息传输到实时观察装置，例如显示监视器。在备选配置中， 图像信息也可被传输给位于远程位置的医师和或存储在记录装置中 以允许在稍后的时间观察诊断图像。

在各种类型的超声成像中一个基本的问题是来自背向散射信号 的噪声，该噪声模糊了目标图像的细节或回波。一种通常称作“散斑” 的噪声类型来自于相长干涉和相消干涉，并表现为叠加在图像上的随 机斑纹。一般地，散斑得自于那些尺寸小于超声能量源所产生的波长 的对象，这使得不可能通过增加装置的分辨率来减少散斑。此外，散 斑源自于静态和随机分布的对象。由于散斑没有随时间的相位或幅度 变化，因此无法通过将图像信号在时间上平均来抑制散斑。换言之， 散斑信号具有相干性，无法通过时间平均以减少。

一种用于减少散斑噪声的方式是通过一种通称为空间复合的方 法。空间复合减少了噪声，改进了镜面接口的可视化，并减少了遮蔽 伪影。空间复合成像将从多个有利点(vantage point)或角度所获得的给 定目标的多幅超声图像合并为一幅单个复合图像(美国专利Nos. 4,649,927；4,319,486；4,159,462等)。在B型成像中，空间复合已被 证明是一种减少散斑噪声、改进镜面接口的可视化、减少遮蔽伪影的 有效技术(Trahey、Smith等人1986；Trahey、Smith等人1986；Silverstein 和O’Donnell 1987；O’Donnell和Silverstein 1988)。

多普勒成像技术，例如彩色血流成像(CFI)和彩色能量血管成像 (CPA)遭受与B型成像相同的散斑噪声和遮蔽伪影。然而，由于帧率 限制，因此空间复合不能被轻易地应用于血流成像。例如，美国专利 No.6,390,980(“专利‘980”)讲授到，常规的空间复合技术可被应用 于多普勒信号信息，以在接收角度接近于0时生成多普勒功率，即， 与发射波束正交的血流或运动不提供多普勒频移。然而，在专利980 中公开的该技术大幅降低了帧率，因此其的实时实现非常受限。特别 地，专利‘980讲授到，可在不同时刻采集不同的观察方向，并且血流 波形表现出很高的加速度(在收缩期)。本申请认为专利‘980的技术 将无法提供整个心动周期中血流模式的理想表征。更具体地，在使用 了常规的CFI和CPA后，不同的观察方向创建了不同的速度投影以 及不同的速度值。必须在进行复合前对不同的速度值进行校正。

因为血流成像还遭受遮蔽和散斑噪声，所以本发明提供了新的技 术，在不损害帧率的情况下在彩色血流成像和CPA中执行实时空间 复合。本发明的技术使用了不同配置的接收子孔径以实现空间复合， 其中对每个不同的观察(角度)，创建多普勒信号的相同速度投影， 例如，这区别于共同代决和共同拥有的美国专利No.6,464,638。根据 此处所讲授的接收子孔径配置，同时可用的不同观察，提供了在没有 帧率限制的情况下实时CFI和CPA复合成像的基础，实现了对于不 同观察的多普勒信号的相同速度投影。