Hifu干擾信號消除方法及裝置制造方法

Hifu干擾信號消除方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及HIFU干擾信號消除方法，以互相具有相位差的方式發送至少2個以上的HIFU信號并且發送圖像超聲波信號，若對象物體反射至少2個以上的HIFU信號和圖像超聲波信號，則接收包括被反射的HIFU信號和圖像超聲波信號的超聲波信號，然后將所接收的超聲波信號相加，從而消除接收的超聲波信號所包括的HIFU信號的基本頻率分量和諧波頻率分量，由于利用了脈沖反演技術，因而與HIFU的長度無關地消除HIFU干擾，從而能夠獲取監控圖像。
【專利說明】HIFU干擾信號消除方法及裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及HIFU干擾信號消除方法，具體地涉及利用脈沖反演技術來與HIFU的長度無關地消除HIFU干擾而能夠獲取監控圖像的HIFU干擾信號消除方法。
【背景技術】
[0002]為了向臨床醫生提供進行HIFU治療并且持續觀察治療區域的反應以確認在所期望的位置上形成病變(lesion)并調節HIFU的照射量從而能夠判斷是否持續治療的信息，需要實時監控治療部位。并且，根據患者的呼吸或者心搏，器官會受到影響，從而治療區域可能會向HIFU焦點外移動，所以還必需有跟蹤并補償這種動作的部件。
[0003]雖然超聲波圖像系統能夠實時提供治療部位的圖像，但是由于較強的HIFU信號的干擾，所以存在圖像的畫質大幅降低的問題。為了使干擾信號的影響最小化，開發出了多種技術，根據HIFU使用率(duty cycle),可分為short burst (短脈沖)模式和longburst (長脈沖)模式。
[0004]在short burst模式下，只有圖像的一部分區域才受到干擾信號的影響，因此使用通過使HIFU照射時刻與超聲波圖像獲取時刻同步來使關注的區域不被干擾的技術。由于HIFU使用率低，所以治療時間會增加，另外，雖然難以應用于如前列腺等使用較小的HIFU轉換元件的應用領域，但是能夠實時觀察治療區域。
[0005]在HIFU脈沖的長度較長的long burst模式下，由于大部分區域受到干擾，所以需要直接消除干擾信號。其中，interleaving技術中可調節脈沖重復周期(PRF:pulserepetition frequency)來獲取連續的監控圖像,但是不能維持實時性。利用固定的凹口濾波器(notch filter)和巴克碼(barker code)的方法體現了能夠抑制干擾信號后增加圖像信號的能量來使干擾影響最小化。但是，需要將用于恢復code信號的復雜的硬件和干擾信號的特性的濾波器最優化。為了解決這種問題，還提出了基于自適應噪聲抵消的干擾信號消除方法。
[0006]從而，實際上，為了確認在所期望的位置形成病變以及治療的進行程度并觀察和補償治療中發生的動作，需要利用實時圖像來監視治療部位。

【發明內容】

[0007]本發明所要解決的第一課題提供一種由于利用脈沖反演技術因而與HIFU(HighIntensity Focused Ultrasound,高強度聚焦超聲波)的長度無關地消除HIFU干擾而能夠獲取監控圖像的HIFU干擾信號消除方法。
[0008]本發明所要解決的第二課題在于提供一種由于同時發送HIFU信號與用于獲取監控圖像的信號因而消除HIFU干擾從而能夠實時觀察病變形成的過程的HIFU干擾信號消除
>j-U ρ?α裝直。
[0009]本發明所要解決的第三課題在于提供一種設定圖像超聲波信號的中心頻率的方法。[0010]并且，提供一種存儲用于在計算機上執行上述方法的程序的計算機能夠讀取的存儲介質。
[0011]為了實現上述第一課題，本發明提供HIFU干擾信號消除方法，包括:以互相具有相位差的方式發送至少2個以上的HIFU信號并且發送圖像超聲波信號；若從對象物體反射回上述至少2個以上的HIFU信號和上述圖像超聲波信號，則接收包含上述反射的HIFU信號和圖像超聲波信號的超聲波信號；以及將上述接收到的超聲波信號相加(summing)，從而消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和諧波頻率分量。
[0012]根據本發明的一實施例，發送上述圖像超聲波信號的步驟可以是，以2個HIFU信號具有180°相位差的方式發送HIFU信號并且發送圖像超聲波信號。
[0013]并且，上述圖像超聲波信號的中心頻率可以是上述HIFU信號的奇數次諧波頻率或者偶數次諧波頻率中的任意一個。
[0014]根據本發明的另一實施例，消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和諧波頻率分量的步驟可以是，將上述接收到的超聲波信號相加，來消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和奇數次諧波頻率分量。
[0015]并且，發送上述圖像超聲波信號的步驟可以是，發送相位為0°的HIFU信號、相位為180°的HIFU信 號以及相位為0°的HIFU信號并且發送圖像超聲波信號。
[0016]另一方面，能夠通過使上述接收到的超聲波信號通過帶阻濾波器或者凹口濾波器，來消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的偶數次諧波頻率分量中的一個以上，還能夠通過使上述接收到的超聲波信號通過將上述圖像超聲波信號的頻帶用作帶寬的帶通濾波器，來選擇上述圖像超聲波信號。
[0017]根據本發明的再一實施例，將上述HIFU信號和上述圖像超聲波信號按照超聲波圖像幀同步，在利用上述超聲波圖像幀的同步中，能夠在任意一幀上將上述圖像超聲波信號和與前幀的HIFU信號具有180°相位差的HIFU信號一同發送和接收。
[0018]并且，將上述HIFU信號和上述圖像超聲波信號按照超聲波圖像的掃描線同步，在利用上述掃描線的同步中，能夠將任意一個圖像掃描線的圖像超聲波信號和與前掃描線的HIFU信號具有180°相位差的HIFU信號一同發送和接收。
[0019]進而，為了實現上述第一課題，提供HIFU干擾信號消除方法，包括:以具有180°相位差的方式發送2個圖像超聲波信號并且發送HIFU信號；若從對象物體反射上述圖像超聲波信號和上述HIFU信號，則接收包含上述反射的圖像超聲波信號和HIFU信號的超聲波信號；以及計算上述接收到的超聲波信號之差，來消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和諧波頻率分量。
[0020]為了實現上述第二課題，本發明提供HIFU干擾信號消除裝置，包括:HIFU信號發送部，其以互相具有相位差的方式發送至少2個以上的HIFU信號；圖像超聲波信號發送部，其發送圖像超聲波信號；超聲波信號接收部，若從對象物體反射上述至少2個以上的HIFU信號和上述圖像超聲波信號，則上述超聲波信號接收部接收包含上述反射的HIFU信號和圖像超聲波信號的超聲波信號；以及信號相加部，其將上述接收到的超聲波信號相加，從而消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和諧波頻率分量。
[0021 ] 并且，為了實現上述第二課題，提供HIFU干擾信號消除裝置，包括:HIFU信號發送部，其發送HIFU信號；圖像超聲波信號發送部，其發送以具有180°相位差的方式發送2個圖像超聲波信號的圖像超聲波信號；超聲波信號接收部，若從對象物體反射上述HIFU信號和上述圖像超聲波信號，則上述超聲波信號接收部接收包含上述反射的HIFU信號和圖像超聲波信號的超聲波信號；以及信號相加部，其計算上述接收到的超聲波信號之差，從而消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和諧波頻率分量。
[0022]為了實現上述第三課題，本發明提供圖像超聲波信號的中心頻率設定方法，包括:以具有180°相位差的方式發送和接收2次HIFU信號；將上述接收2次的HIFU信號相加，從而消除上述HIFU信號的基本頻率分量和奇數次諧波頻率分量；以及將上述消除的HIFU信號的奇數次諧波頻率中的I個設定為圖像超聲波信號的中心頻率。
[0023]為了解決上述不同的技術課題，本發明提供一種存儲用于在計算機上執行上述HIFU干擾信號消除方法的程序的計算機能夠讀取的存儲介質。
[0024]根據本發明，由于利用了脈沖反演技術，所以與HIFU的長度無關地消除HIFU干擾，從而能夠獲取監控圖像。
[0025]并且，根據本發明，由于同時發送HIFU信號與用于獲取監控圖像的信號，因此，能夠通過消除HIFU干擾來實時觀察病變形成的過程，確認在所期望的位置形成病變和治療的進行程度，且為了觀察和補償治療中發生的動作，能夠利用實時圖像來監視治療部位。
[0026]進而，根據本發明，能夠計算在超聲波圖像信號中能夠使HIFU信號的干擾最小化的圖像超聲波信號的中心頻 率，并且能夠生成圖像質量優良的B-模式圖像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是根據本發明優選的一實施例的HIFU干擾信號消除裝置的構成圖。
[0028]圖2是表示HIFU干擾信號和超聲波圖像信號的頻率頻譜(spectrum)的圖，是發送了 0° phase HIFU信號的情況。
[0029]圖3是表示HIFU干擾信號和超聲波圖像信號的頻率頻譜的圖，是發送了180。phase HIFU信號的情況。
[0030]圖4是表示根據脈沖反演消除了 HIFU的I次、3次以及5次諧波信號的信號的頻率頻譜的圖。
[0031]圖5是消除HIFU干擾后獲取的超聲波圖像信號的頻率頻譜。
[0032]圖6是表示利用單一元件(element)超聲波轉換元件的用于消除HIFU干擾信號的實驗環境的圖。
[0033]圖7是利用商用超聲波圖像裝置的HIFU實時監視實驗環境框圖。
[0034]圖8是表示利用單一元件超聲波轉換元件向偽影(迚@ )發送和接收來獲取的信號的時間波形和頻率頻譜的圖。
[0035]圖9是表示在本發明中制作的偽影的照片(a)和結構(b)的圖。
[0036]圖10是表示引起干擾的HIFU信號的時間波形和頻率頻譜的圖。
[0037]圖11是表示利用脈沖反演消除HIFU信號的基本頻率和3次以及5次諧波信號的信號的時間波形和頻率頻譜的圖。
[0038]圖12是表示利用帶通濾波器消除HIFU信號的2次和4次諧波信號的信號的時間波形和頻率頻譜的圖。
[0039]圖13是比較HIFU干擾信號消除結果的圖，圖13(a)是與參考信號比較的圖，圖13(b)是與應用了帶通濾波器的參考信號比較的圖。
[0040]圖14是包含基于HIFU使用率的病變的偽影的照片。
[0041]圖15是表示HIFU使用率為10%時的參考圖像、HIFU干擾圖像、應用了脈沖反演的圖像以及應用了帶通濾波器的圖像的圖。
[0042]圖16是表示HIFU使用率為30%時的參考圖像、HIFU干擾圖像、應用了脈沖反演的圖像以及應用了帶通濾波器的圖像的圖。
[0043]圖17是表示HIFU使用率為50%時的參考圖像、HIFU干擾圖像、應用了脈沖反演的圖像以及應用了帶通濾波器的圖像的圖。 [0044]圖18是表示HIFU使用率為70%時的參考圖像、HIFU干擾圖像、應用了脈沖反演的圖像以及應用了帶通濾波器的圖像的圖。
[0045]圖19是表示HIFU使用率為90%時的參考圖像、HIFU干擾圖像、應用了脈沖反演的圖像以及應用了帶通濾波器的圖像的圖。
[0046]圖20表示根據HIFU使用率的PRI之間干擾的概念圖。
[0047]圖21是用于消除Residual HIFU interference的發送和接收方法的概念圖。
[0048]圖22是表不在HIFU使用率為90%下消除了 Residual HIFU interference的圖像的圖。
[0049]圖23是根據本發明優選的一實施例的HIFU干擾信號消除方法的流程圖。
[0050]圖24是表示根據本發明的另一實施例的HIFU干擾信號消除裝置的圖。
[0051]圖25是根據本發明的另一實施例的HIFU干擾信號消除方法的流程圖。
[0052]圖26用圖表表示圖25的HIFU干擾信號消除方法。
[0053]圖27是表示HIFU干擾信號消除前和HIFU干擾信號消除后的根據圖25的HIFU干擾信號消除方法的圖像的圖。
[0054]最優實施方式
[0055]在根據本發明一實施例的利用脈沖反演的HIFU干擾消除方法，利用相位調制(phase modulation)方法中的脈沖反演(PI:pulse inversion)和帶通(band pass)濾波器或者帶阻濾波器能夠實時消除干擾信號。即，以0°和180°相位發送HIFU信號后，應用脈沖反演來以消除干擾信號的奇數次諧波(harmonic)分量，利用帶通濾波器消除在圖像信號的頻帶之外存在的偶數次諧波分量。
【具體實施方式】
[0056]下面，列舉優選實施例對本發明進行進一步詳細的說明。
[0057]為了便于理解，在對本發明所涉及的具體內容進行說明之前，首先說明本發明所要解決的課題的解決方案的概要內容或技術思想的核心。
[0058]在根據本發明一實施例的利用脈沖反演的HIFU干擾消除方法，利用相位調制(phase modulation)方法中的脈沖反演(PI:pulse inversion)和帶通(band pass)濾波器或者帶阻濾波器能夠實時消除干擾信號。即，以0°和180°的相位發送HIFU信號后利用脈沖反演消除干擾信號的奇數次諧波(harmonic)分量，利用帶通濾波器消除在圖像信號的頻帶之外存在的偶數次諧波分量。
[0059]下面，參照附圖詳細說明所屬【技術領域】的技術人員能夠容易實施本發明的優選實施例。但是，所屬【技術領域】的技術人員能夠容易理解，這些實施例用于進一步具體說明本發明，而本發明的范圍并不受到上述實施例的限制。
[0060]根據本發明的優選實施例，并參照附圖，對用于使本發明所要解決的課題的解決方案清晰的發明構成進行詳細說明，在此預先要明確下述內容，即，在對附圖的構成要素賦予附圖標記時，即便位于不同的附圖上，但是對于相同的構成要素賦予相同的附圖標記，對該附圖進行說明時，如果有必要，則還可以引用其他附圖的構成要素。進而，在詳細說明本發明的優選實施例的動作原理時，若判斷為針對與本發明相關的公知功能或構成的具體說明及其之外的各種內容對本發明的宗旨加以混淆的情況下，省略其詳細說明。
[0061]此外，在說明書整體中，某一部分被描述為與其他部分“連接”時，不僅包含“直接連接”的情況，還包含在其之間設置其他元件而“間接連接”的情況。在本說明書中，除非有特別的說明之外，單數還包含多個的意思。在說明書中使用的“包含(comprises)”和/或“包含的(comprising) ”，并不排除所涉及的構成要素、步驟、動作和/或元件與一個以上的其他構成要素、步驟、動作和/或元件的存在或者增加。
[0062]圖1是根據本發明優選的一實施例的HIFU干擾信號消除裝置的構成圖。
[0063]如圖1所示，根據本實施例的HIFU干擾信號消除裝置由超聲波發送和接收部100、信號相加部110、濾波器部120以及超聲波圖像處理部130構成。
[0064]超聲波發送和接收部100由HIFU信號發送部101、圖像超聲波信號發送部102以及超聲波信號接收部103構成。
[0065]HIFU信號發送部101以互相具有相位差的方式發送至少2個以上的HIFU信號。上述HIFU信號優選為非線性掃頻信號。能夠將非線性掃頻(chirp)信號用作上述HIFU信號，以便在頻域上能夠保證更寬的圖像用窗口。在使用線性掃頻信號的情況下，有幀頻出現降低且發生動作缺陷的缺點。但是，通過使用非線性掃頻信號，能夠有效地降低頻率重疊，并且能夠解決上述線性掃頻信號的缺點。
[0066]根據本發明的一實施例，HIFU信號發送部101能夠將2個HIFU信號發送成具有180°相位差。
[0067]圖像超聲波信號發送部102發送圖像超聲波信號。
[0068]上述圖像超聲波信號優選為脈沖(short pulse)、巴克(barker)碼、戈萊(golay)碼或者掃頻(chirp)碼中的任意一個。在利用HIFU信號的非侵襲治療中，為了上述治療，圖像超聲波信號發送部102向治療對象發送圖像超聲波信號，以用于獲取治療對象的內部圖像。上述圖像超聲波信號的中心頻率是上述HIFU的奇數次諧波頻率之一。通過將上述HIFU的奇數次諧波頻率之一用作圖像超聲波信號的中心頻率，能夠使HIFU的干擾最小化。通過射束形成裝置進行射束會聚，從而通過圖像用轉換器向想要攝像的對象發送圖像超聲波信號。能夠將short pulse用作圖像超聲波信號。但是，由于上述short pulse的滲透度有限，因而有難以用于診斷較深位置的器官的缺點。為了克服有限的滲透度，可以利用巴克(barker)、戈萊(Golay)或者線性掃頻(Chirp)碼。通過利用碼,從而,不使發送峰值電壓增加，也能使發送能量提高15至20dB，由此提高信噪比(SNR)。若使用上述線性掃頻(Chirp)，則能夠調節圖像信號的長度和帶寬。
[0069]作為再一例子，在HIFU信號發送部101發送相位為0°的HIFU信號、相位為180°的HIFU信號以及相位為0°的HIFU信號時，圖像超聲波信號發送部102發送圖像超聲波信號。能夠依次發送HIFU信號與圖像超聲波信號，也能夠同時發送HIFU信號與圖像超聲波信。
[0070]上述圖像超聲波信號的中心頻率優選為上述HIFU信號的奇數次諧波頻率或者偶數次諧波頻率中的任意一個。
[0071]HIFU信號發送部101與圖像超聲波信號發送部102能夠按照超聲波圖像幀實現同步，在利用上述超聲波圖像幀的同步中，通過在某一幀中一同發送和接收上述圖像超聲波信號和與前幀的HIFU信號有180°相位差的HIFU信號來實現同步。
[0072]另一方面，HIFU信號發送部101與圖像超聲波信號發送部102還能夠按照超聲波圖像的掃描線實現同步，在利用上述掃描線的同步中，通過一同發送和接收任意一個圖像掃描線的圖像超聲波信號和與前掃描線的HIFU信號有180°相位差的HIFU信號來實現同
止/J/ O
[0073]若從對象物體反射上述至少2個以上的HIFU信號與上述圖像超聲波信號，則超聲波信號接收部103接收包含上述反射的HIFU信號和圖像超聲波信號的超聲波信號。上述超聲波信號包含HIFU信號分量和圖像超聲波分量。通過射束形成裝置對通過上述轉換器接收到的超聲波信號進行射束會聚。
[0074]信號相加部110將上述接收到的超聲波信號相加，來消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和諧波頻率分量。尤其，優選消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和奇數次諧波頻率分量。
[0075]上述接收到的超聲波信號包含較高的HIFU信號分量。上述HIFU信號妨礙使圖像超聲波信號圖像化。在上述HIFU信號發送部101以具有180°相位差的方式發送了 2次HIFU信號，從而上述接收到的超聲波信號包含有具有180°相位差的2種HIFU信號分量。將包含上述2種HIFU信號分量的超聲波信號相加。若將上述超聲波信號相加，則上述HIFU信號的基本頻率分量和奇數次諧波頻率分量備消除。通過將上述HIFU信號的奇數次諧波頻率分量的頻率之一用作上述圖像超聲波信號的中心頻率，從而能夠不受上述HIFU信號的干擾地獲取圖像超聲波信號。信號存儲部先存儲超聲波信號接收部103所接收到的信號，若超聲波信號接收部103接收下一幀的信號，則信號相加部110接收從信號存儲部輸入的前一幀信號和上述的新接收到的信號，并將2個信號相加。上述2個信號包含互相具有180°相位差的HIFU信號分量，通過將上述2個信號相加，從而消除上述HIFU信號的基本頻率分量和奇數次諧波頻率分量。
[0076]濾波器部120使在信號相加部110相加的超聲波信號通過帶阻濾波器或者凹口濾波器，從而消除上述接收到的超聲波信號的HIFU信號所包含的偶數次諧波頻率分量中的一個以上。
[0077]作為另一實施例，通過使信號相加部110所相加的超聲波信號通過將上述圖像超聲波信號的頻帶用作帶寬的帶通濾波器，從而能夠選擇上述圖像超聲波信號。
[0078]超聲波圖像處 理部130根據基本頻率分量和諧波頻率分量被消除的超聲波信號，生成B模式圖像。
[0079]超聲波圖像處理部130利用通過信號相加部110的信號相加來消除HIFU信號的干擾的超聲波信號，來生成圖像。使上述接收到的超聲波信號通過帶阻濾波器或者凹口濾波器，由此能夠在上述超聲波信號中消除上述HIFU信號的偶數次諧波頻率分量中的一個以上。并且，使上述接收到的超聲波信號通過將上述圖像超聲波信號的頻帶用作帶寬的帶通濾波器，由此能夠選擇上述圖像超聲波信號。若利用轉換器發送和接收超聲波信號，則根據上述轉換器的性能，能夠只通過具有特定帶寬的信號。但是，在通過上述轉換器的超聲波信號的帶寬大于用于得到超聲波圖像時所需的帶寬的情況下，為了只得到用于獲取超聲波圖像的帶寬，使上述超聲波信號通過帶通濾波器來選擇圖像超聲波信號，由此能夠提高圖像信號的質量。根據上述選擇的超聲波信號生成B-模式圖像。B-模式圖像是利用超聲波對被檢體的橫截面進行攝像的圖像。以亮度之差表示反射回波強的部分和弱的部分。即，B-模式圖像是黑白的解剖學上的圖像。分析上述超聲波信號來生成上述B-模式圖像。能夠利用short pulse、barker、golay、chirp碼中的一個以上,并根據上述超聲波信號,來生成上述B-模式圖像。
[0080]此外，還能夠包含信號存儲部和控制部。
[0081]為了超聲波圖像處理部130將信號相加，直到接收下一幀的信號為止，信號存儲部存儲超聲波信號。若接收到所存儲的信號的下一幀，則將所存儲的信號輸入給超聲波圖像處理部130。能夠利用存儲器(memory)來實現。控制部控制HIFU信號發送部101，使得HIFU信號發送部101以具有180°相位差的方式發送2次HIFU信號。并且，還控制圖像超聲波信號發送部102的圖像超聲波信號的發送。進而，控制信號存儲部存儲信號并向信號相加部110輸入信號。能夠利用處理器等來實現。
[0082]超聲波信號在非線性介質中傳播時生成諧波分量。與利用基本頻率分量相比，利用諧波分量的圖像(harmonic imaging)具有分辨率以及對比度提高的效果，從而在臨床上使用的較多。此時，為了從接收信號中選擇性地提取所需的諧波分量，使用了帶通濾波器或者相位調制技術。其中，脈沖反演技術是用于檢測2次諧波信號的方法，是一種將具有相位差為180°的2個脈沖分別向同一個位置發送后將該2個所接收到的信號相加來消除基本頻率以及奇數次諧波分 量的方法。
[0083]以下，對超聲波發送和接收部100、信號相加部110以及濾波器部120進行更詳細的說明。
[0084]為了利用脈沖反演來消除HIFU干擾信號，超聲波發送和接收部100將相位差為180°的2個脈沖分別向同一個位置發送和接收。
[0085]若同時發送HIFU信號發送部101的HIFU信號h(t)和圖像超聲波信號發送部102的圖像信號u (t)，則如下述的數學式I所示，在超聲波信號接收部103接收到的信號r(t)中包含HIFU信號和圖像信號的基本頻率、2次以及3次以上的諧波信號。
[0086]數學式I
[0087]r (t) = [hf (t) +h2h (t) +htt (t) ] + [uf (t) +u2h (t) +Uhh (t)]
[0088]由于超聲波圖像轉換元件具有帶通濾波器的特性，所以如果考慮HIFU轉換元件和超聲波圖像轉換元件的中心頻率和帶寬，則圖像信號只被接收基本頻率分量，而HIFU信號被接收基本頻率至5次諧波分量，所以將接收信號r(t)能夠如數學式2所示那樣表示。
[0089]數學式2
[0090]r (t) = [hf(t)+h2h(t)+h3h(t)+h4h(t)+ha(t)]+uf (t)
[0091]=H(t)+uf(t)
[0092]圖2是表示HIFU干擾信號和超聲波圖像信號的頻率頻譜(spectrum)的圖，是發送了 O。phase HIFU信號的情況。
[0093]通常，HIFU信號的振幅大于圖像信號的振幅，從而在接收信號中存在的H(t)作為降低監控圖像的畫質的干擾信號起作用，所以必須將其消除。從而，為了利用脈沖反演技術來消除干擾信號，如數學式3所示，將相位差為180°的2個信號hjt)和1!2(0用作HIFU信號。
[0094]數學式3
[0095]Ii1 (t) = sin (2 π f0t)
[0096]h2(t) = sin(2 π f0t+180° )
[0097]其中，fQ是HIFU信號的中心頻率。此時的接收信號1'1(0、1'2(0能夠以下述的數學式4那樣表示，就頻率方面而言，能夠分別具有圖2和圖3所示的頻譜。
[0098]數學式4
[0099]T1 (t) = [hljf(t)+hlj2h (t)+hlj3h (t)+hlj4h (t)+hlj5h (t)]+uf (t)
[0100]r2 (t) = [_h2,f (t)+h2,2h (t)_h2,3h (t)+h2,4h(t) _h2,5h(t) ]+Uf (t)
[0101]圖3是表示H IFU干擾信號和超聲波圖像信號的頻率頻譜的圖，是發送了180。phase HIFU信號的情況。
[0102]在1*2(0中，基本頻率與奇數次諧波分量的符號相反的理由如下:基本頻率與奇數次諧波分量的相位被轉換180°，然而偶數次諧波分量的相位被轉換360°。從而，如數學式5所示，通過將2個信號相加，能夠消除基本頻率和奇數次諧波信號。
[0103]數學式5
[0104]s (t) = T1(t) +r2(t)
[0105]= [{hlj2h(t)+h2j2h(t)} + {hlj4h(t)+h2j4h(t)}]+2.Uf (t)
[0106]圖4是表示根據脈沖反演消除了 HIFU的I次、3次以及5次諧波信號的信號的頻率頻譜的圖。
[0107]然后，利用帶通濾波器消除殘余2次以及4次諧波信號，則如數學式6所示，能夠得到與原來的超聲波圖像信號uf (t)類似的信號，圖5是消除HIFU干擾后獲取的超聲波圖像信號的頻率頻譜。
[0108]數學式6
[0109]sbf (t) = s (t)*bpf(t)
[0110]=2.[uf (t) *bpf (t)]
[0111]= 2.Uf (t)
[0112]圖6是表示利用單一元件(element)超聲波轉換元件的用于消除HIFU干擾信號的實驗環境的圖。
[0113]實施了用于確認能夠利用脈沖反演來消除HIFU干擾信號的實驗，并在圖6示出了此時的實驗環境。
[0114]為了獲取圖像，用于實驗的單一元件HIFU轉換元件的中心被開啟了 20mm左右，并且中心頻率為1.1MHz、幾何學上的聚焦距離為62.6mm。利用任意的波形編輯器，按照脈沖重復周期(pulse repetition interval)生成用于脈沖反演的2個脈沖后,輸入到函數發生器來得到。在高頻放大器中以49dB的增益放大的信號通過在1.1MHz附近進行共振的阻抗匹配網絡(impedence matching network)而被發送到位于水池中的偽影。為了消除氣泡，水池中的水是燒自來水后冷卻至常溫來保存的，為了消除在水池的底部發生的混響(reverberation)信號,在水池底部設置了超聲波吸音材料。將超聲波脈沖發生器/接收器(pulser/receiver)設為，與HIFU信號發生時刻同步而將短脈沖傳遞給3.5MHz單一元件超聲波轉換元件。利用高速數字轉換器(digitizer)以IOOMHz對通過超聲波轉換元件接收到的信號進行取樣并存儲在內部存儲器中。數據獲取結束后，傳輸給PC并利用MATLAB實施必要的信號處理。利用瓊脂(agar)和平均直徑為25 μ m的玻璃珠來制作用于實驗的偽影。
[0115] 圖7是利用商用超聲波圖像裝置的HIFU實時監視實驗環境框圖。
[0116]為了證明根據本發明的HIFU干擾信號消除方法不受HIFU使用率的限制，將使用率設成10%、30%、50%、70%以及90%來實施實驗，實驗環境的構成如圖7所示。為了獲取形成病變過程的監控圖像而利用了超聲波圖像系統和彎曲線性(curver linear)轉換元件以及牛血清白蛋白凝膠(bovine serum albumin gel)偽影，以替代單一元件超聲波轉換兀件和超聲波pulser/receiver。將蛋白質即BSA和散射體(scatterer)即瓊脂(agar)分別以5%和0.4%的重量/容積(w/v)濃度填加到聚丙烯酰胺(polyacryl amide)中后，將其凝固成膠(gel)形態來制作偽影。為了利用脈沖反演，不僅是HIFU，超聲波圖像系統也向同一個位置發送2次超聲波，因此使用Texo SDK (software development kit,軟件開發工具包)校正脈沖發送和接收過程。以超聲波圖像系統在HIFU發送時刻生成掃描線的方式進行同步，并將接收到的射束會聚的信號存儲在系統內部存儲器后，傳輸給PC，從而在MATLAB進行信號處理。
[0117]圖8是表示利用單一元件超聲波轉換元件向偽影發送和接收來獲取的信號的時間波形和頻率頻譜的圖。
[0118]圖9是表示在本發明中制作的偽影的照片(a)和結構(b)的圖。
[0119]如圖8所示，示出了利用單一元件超聲波轉換元件向偽影發送和接收來獲取的參考信號的時間波形和頻率頻譜。
[0120]60 μ s和240 μ S附近的較大的回波信號是分別從偽影的上側和下側表面反射的。如圖9所示，所制作的偽影的高度約為14cm，并由2個層構成。在第二層中將散射體的濃度提高至約10%左右，從而起到對因該處的衰減系數增加而從底部反射的較強的信號進行抑制的作用。
[0121]圖10是表示引起干擾的HIFU信號的時間波形和頻率頻譜的圖。
[0122]圖11是表示利用脈沖反演消除HIFU信號的基本頻率和3次以及5次諧波信號的信號的時間波形和頻率頻譜的圖。
[0123]圖12是表示利用帶通濾波器消除HIFU信號的2次和4次諧波信號的信號的時間波形和頻率頻譜的圖。
[0124]為了病變形成而發送振幅大的HIFU，則如圖10所示，由于HIFU信號以及由該HIFU信號引發的諧波信號，所以振幅相對小的圖像信號被HIFU信號遮擋，從而在圖像中起到引起干擾的作用。為了從該接收信號檢測圖像信號而利用脈沖反演，結果，如圖11所示，能夠確認HIFU的基本頻率和3次及5次諧波消失的情況。然后，如圖12所示，利用帶通濾波器消除2次以及4次諧波信號。
[0125]為了評價根據本發明的方法的性能，比較了消除HIFU干擾的信號與參考信號。如圖12所示，由于帶通濾波器，所以利用根據本發明的方法來獲取的信號的低頻和高頻分量被消除，從而信號的帶寬有限。其結果，如圖13(a)所示，整體信號的能量減少，從而信號的振幅也被減少。
[0126]圖13是比較HIFU干擾信號消除結果的圖，圖13(a)是與參考信號比較的圖，圖13(b)是與應用了帶通濾波器的參考信號比較的圖。
[0127]為了對利用根據本發明的HIFU干擾信號消除方法消除HIFU信號的程度進行評價，將帶通濾波器應用于參考信號后，與通過所提出的方法獲取的圖像信號進行了比較。其結果，如圖13(b)所示，由于2個信號非常類似，所以能夠判斷為消除了基于HIFU的干擾信號。另外，為了進行定量評價，利用數學式8求出HIFU干擾存在時和消除之后的圖像信號與參考信號的相關系數，然后比較了其最大值。相關系數的最大值從HIFU干擾消除前的
0.0685大幅增加到消除后的0.9838。這意味著根據本發明的HIFU干擾信號消除方法有效地消除HIFU干擾信號。
[0128]數學式7
[0129]
【權利要求】
1.一種HIFU干擾信號消除方法，其特征在于，包括: 以互相具有相位差的方式發送至少2個以上的HIFU信號，并發送圖像超聲波信號的步驟； 若上述至少2個以上的HIFU信號和上述圖像超聲波信號被對象物體反射，則接收包含上述被反射的HIFU信號和圖像超聲波信號的超聲波信號的步驟；以及 將上述接收的超聲波信號相加，消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和諧波頻 率分量的步驟。
2.根據權利要求1所述的HIFU干擾信號消除方法，其特征在于， 上述圖像超聲波信號的中心頻率是上述HIFU信號的奇數次諧波頻率或者偶數次諧波頻率中任意一個。
3.根據權利要求1所述的HIFU干擾信號消除方法，其特征在于， 在發送上述圖像超聲波信號的步驟中， 以2個HIFU信號具有180°相位差的方式發送HIFU信號，并發送圖像超聲波信號。
4.根據權利要求3所述的HIFU干擾信號消除方法，其特征在于， 在消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和諧波頻率分量的步驟中， 將上述接收到的超聲波信號相加，消除上述接收的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和奇數次諧波頻率分量。
5.根據權利要求3所述的HIFU干擾信號消除方法，其特征在于， 在發送上述圖像超聲波信號的步驟中， 發送相位為0°的HIFU信號、相位為180°的HIFU信號以及相位為0°的HIFU信號，并發送圖像超聲波信號。
6.根據權利要求3所述的HIFU干擾信號消除方法，其特征在于，還包括: 使上述接收到的超聲波信號通過帶阻濾波器或者凹口濾波器，來消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的偶數次諧波頻率分量中的一個以上。
7.根據權利要求3所述的HIFU干擾信號消除方法，其特征在于，還包括: 使上述接收到的超聲波信號通過帶通濾波器，來選擇上述圖像超聲波信號，所述帶通濾波器是將上述圖像超聲波信號的頻帶作為帶寬的帶通濾波器。
8.根據權利要求1所述的HIFU干擾信號消除方法，其特征在于，還包括: 根據基本頻率分量和諧波頻率分量被消除的上述超聲波信號，生成B模式圖像。
9.根據權利要求1所述的HIFU干擾信號消除方法，其特征在于， 將上述HIFU信號和上述圖像超聲波信號按照超聲波圖像幀同步， 在利用上述超聲波圖像幀的同步中，在任意一幀上將上述圖像超聲波信號和與前幀的HIFU信號具有180°相位差的HIFU信號一同發送和接收。
10.根據權利要求1所述的HIFU干擾信號消除方法，其特征在于， 將上述HIFU信號和上述圖像超聲波信號按照超聲波圖像的掃描線同步， 在利用上述掃描線的同步中，將任意一個圖像掃描線的圖像超聲波信號和與前掃描線的HIFU信號具有180°相位差的HIFU信號一同發送和接收。
11.根據權利要求1所述的HIFU干擾信號消除方法，其特征在于，上述HIFU信號是非線性掃頻信號。
12.根據權利要求1所述的HIFU干擾信號消除方法，其特征在于， 上述圖像超聲波信號是脈沖(short pulse)、巴克(barker)碼、戈萊(golay)碼或者掃頻(chirp)碼中任意一個。
13.一種圖像超聲波信號的中心頻率設定方法，其特征在于，包括: 以具有180°相位差的方式發送和接收2次HIFU信號的步驟； 將上述接收到2次的HIFU信號相加，消除上述HIFU信號的基本頻率分量和奇數次諧波頻率分量的步驟；以及 將上述被消除的HIFU信號的奇數次諧波頻率中的I個設定為圖像超聲波信號的中心頻率的步驟。
14.一種HIFU干擾信號消除方法，其特征在于，包括: 以具有180°相位差的方式發送2個圖像超聲波信號，并發送HIFU信號的步驟； 若上述圖像超聲波信號 和上述HIFU信號被對象物體反射，則接收包含上述被反射的圖像超聲波信號和HIFU信號的超聲波信號的步驟；以及 計算上述接收到的超聲波信號之差，消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和諧波頻率分量。
15.一種存儲介質，其特征在于， 其為存儲有用于使計算機執行權利要求1至14中的任意一項所述的方法的程序并能夠被計算機讀取的存儲介質。
16.一種HIFU干擾信號消除裝置，其特征在于，包括: HIFU信號發送部，其以互相具有相位差的方式發送至少2個以上的HIFU信號； 圖像超聲波信號發送部，其發送圖像超聲波信號； 超聲波信號接收部，若上述至少2個以上的HIFU信號和上述圖像超聲波信號被對象物體反射，則該超聲波信號接收部接收包含上述被反射的HIFU信號和圖像超聲波信號的超聲波信號；以及 信號相加部，其將上述接收到的超聲波信號相加，消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和諧波頻率分量。
17.根據權利要求16所述的HIFU干擾信號消除裝置，其特征在于， 上述圖像超聲波信號的中心頻率是上述HIFU信號的奇數次諧波頻率或者偶數次諧波頻率中任意一個。
18.根據權利要求16所述的HIFU干擾信號消除裝置，其特征在于， 上述HIFU信號發送部以2個HIFU信號具有180°相位差的方式進行發送。
19.根據權利要求18所述的HIFU干擾信號消除裝置，其特征在于， 上述信號相加部將上述接收到的超聲波信號相加，消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和奇數次諧波頻率分量。
20.根據權利要求18所述的HIFU干擾信號消除裝置，其特征在于， 上述HIFU信號發送部發送相位為0°的HIFU信號、相位為180°的HIFU信號以及相位為0°的HIFU信號時，上述圖像超聲波信號發送部發送圖像超聲波信號。
21.根據權利要求16所述的HIFU干擾信號消除裝置，其特征在于，還包括:超聲波圖像處理部，其基于上述超聲波信號生成B-模式圖像
22.—種HIFU干擾信號消除裝置，其特征在于，包括: HIFU信號發送部，其發送HIFU信號； 發送圖像超聲波信號的圖像超聲波信號發送部，其以具有180°相位差的方式發送2個圖像超聲波信號； 超聲波信號接收部，若上述HIFU信號和上述圖像超聲波信號被對象物體反射，則上述超聲波信號接收部接收包含上述反射的HIFU信號和圖像超聲波信號的超聲波信號；以及信號差計算部，其計算上述接收到的超聲波信號之差，消除上述接收到的超聲波信號所包含的HIFU信號的基本頻率分量和諧波頻率分量。
【文檔編號】A61B8/14GK103974665SQ201280059157
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年10月11日 優先權日:2011年10月13日
【發明者】張珍鎬, 宋在禧, 劉亮模, 宋泰庚, 李裕和 申請人:西江大學校產學協力團