一種自適應醫療超聲成像聲速優化和信號修正方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種能提高圖像質量并且省時的自適應的醫療超聲系統成像中的聲速優化和信號相位修正方法，該方法首先在聲速優化器中通過多次迭代改變發射聲速，獲得一系列的射頻信號，將射頻信號經過基帶處理得到正交解調信號，通過對IQ信號進行頻譜分析，或者進而經過包絡和對數壓縮計算得到圖像，對圖像進行紋理分析，得到聲速優劣的質量因子，找到最佳的聲速，并把該聲速設置為當前掃描使用的系統聲速。同時還可以將圖像分割為若干個局部區域找出局部區域的最佳聲速，從而在回波聚焦計算中對每一個通道的回波信號在各個局部分割區域進行最優聲速與系統聲速差異的相位偏移補償，以獲得最佳聚焦效果。
【專利說明】一種自適應醫療超聲成像聲速優化和信號修正方法及系統
[0001]
【技術領域】 本發明屬于醫學【技術領域】，涉及一種超聲成像技術，具體涉及一種自適應的醫療超聲 系統成像中的聲速優化和信號相位修正方法。
【背景技術】
[0002] 在醫療超聲系統成像系統中，聲速是最為重要的成像參數之一。超聲波在人體 不同組織中傳播時，聲速會差異較大，例如，超聲波在人體脂肪含量較高的脂肪傳播時，聲 速大約為1450m/s，而在肌肉中的聲速為1580m/s左右。某些肌肉組織的聲速甚至可高達 1640m/s。現在的醫療超聲系統通常把1540m/s用于動態延遲聚焦波束形成，然而使用聲速 偏離真實聲速的超聲波經過了局部組織時，就會出現相位偏差，導致組織位置的偏移，點擴 散函數的拓寬以及旁瓣的增加，影響圖像的動態范圍，對比度，降低圖像的質量，影響醫療 診斷的準確性。
[0003] 為了解決這一問題，現有技術中提出了多種解決方法。例如2012年10月3日公 開的中國發明專利公布CN102697521A中描述了一種自適應的醫療超聲系統成像參數的優 化方法，設計了一種通過優化聲速和組織聲衰減系數來提高超聲成像質量的方法，該方法 通過迭代改變聲速和組織聲衰減系數，并使用一系列處理方法來獲得最優的掃描聲速和組 織聲衰減系數，最后把獲得系數設置為該次超聲成像所使用的參數，獲得亮度更均勻，分辨 率更好，對比度更強的超聲影像。
[0004] 類似的在2008年10月1日公開的中國發明專利公布CN101273903A中描述了一種 超聲波成像裝置以及超聲波速度優化方法，其利用分辨率優化單元判定與掃描斷面內的每 個位置的組織成分相應的最佳聲速，并利用此最佳聲速，來計算來自掃描斷面內的每個位 置的接收波束的接收延遲時間等。控制處理器采用利用最佳聲速所計算的接收延遲時間， 來執行用于取得實際診斷所用的超聲波圖像的掃描中的延遲加法處理。對接收延遲時間的 計算所用的設定聲速與實際的活體內聲速的偏差進行修正，取得分辨率經過優化的超聲波 圖像。
[0005] 目前還沒有很有效的方法估算局部各個分割區域的聲速，因此也就談不上對每一 個通道的回波信號在各個局部分割區域，進行最優聲速與系統聲速差異的相位偏移補償。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于克服上述技術缺陷，提供一種能提高圖像質量并且省時的自適 應的醫療超聲系統成像中的聲速優化和信號相位修正方法和實施該方法的系統。
[0007] 為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案： 一種自適應的醫療超聲成像優化方法，包括以下步驟： A. 在聲速優化器中使用不同聲速對同一掃描部位發射超聲波，聲速的迭代范圍為 1450m/s~ 1640m/s，從而獲得多幅不同聲速對應的射頻信號（RF信號）； B. 對RF信號進行基帶處理，生成一系列與每一個聲速對應的正交解調信號（IQ信號)， 并分別提取至少3個采樣點，定義為Si，其中一個采樣點是聚焦點Sf_s ; C. 對獲得的每一個聲速的對應的Sp使用頻譜分析方法計算得到頻譜； D. 分別對步驟C中得到的各個采樣點的分割區域內的頻譜進行加權平均，得到代表各 個采樣點區域最終的頻譜； E. 基于IQ信號的聲速質量因子被定義為步驟D中頻譜主瓣的能量，即預定義起始頻點 到終止頻點的積分，定義為Factoid，其中聚焦點的積分定義為Factor f_s，質量因子越大， 表示該聲速越優，選擇Factorf_ s最大對應的聲速即為當前聚焦區域的最佳聲速，系統將其 設置為當前掃描的使用的系統聲速，將Factor各自最大所對應的聲速作為不同分割區域 的最優聲速，用于信號的相位修正； F. 基于圖像的聲速質量因子的計算，首先對步驟B中的IQ信號進行處理生成一系列 對應聲速的二維圖像，以預設的二維紋理分析窗口遍歷每幅二維灰度圖像的紋理值，并根 據將圖像分割成若干個局部分割區域，計算各個所述分割局部區域內所有紋理分析窗口的 平均紋理熵值，選出各個所述局部分割區域平均紋理值最優(例如紋理熵越大越優）的K幅 二維圖像，其中K>5 (即各個局部區域對應的K個最佳聲速候選）； G. 基于圖像的聲速質量因子被定義為側向對比分辨力LCR，計算公式如下：
【權利要求】
1. 一種自適應醫療超聲成像聲速優化和信號修正方法，包括以下步驟： A. 在聲速優化器中使用不同聲速對同一掃描部位發射超聲波，聲速的迭代范圍為 1450m/s?1640m/s，從而獲得多幅不同聲速對應的RF信號； B. 對RF信號進行基帶處理，生成一系列與每一個聲速對應的IQ信號，并分別提取至少 3個采樣點，定義為Si，其中一個采樣點是聚焦點S f_s ; C. 對獲得的每一個聲速的對應的Sy使用頻譜分析方法計算得到頻譜； D. 分別對步驟C中得到的各個采樣點的分割區域內的頻譜進行加權平均，得到代表各 個采樣點區域最終的頻譜； E. 基于IQ信號的聲速質量因子被定義為步驟D中頻譜主瓣的能量，即預定義起始頻點 到終止頻點的積分，定義為Fac tori，其中聚焦點的積分定義為Fac torf_s，質量因子越大， 表示該聲速越優，選擇Factorf_ s最大對應的聲速即為當前聚焦區域的最佳聲速，系統將其 設置為當前掃描的使用的系統聲速，將Factor各自最大所對應的聲速作為不同分割區域 的最優聲速，用于信號的相位修正； F. 基于圖像的聲速質量因子的計算，首先對步驟B中的IQ信號進行處理生成一系列對 應聲速的二維圖像，以預設的二維紋理分析窗口遍歷每幅二維灰度圖像的紋理值，并根據 將圖像分割成若干個局部分割區域，計算各個所述分割局部區域內所有紋理分析窗口的平 均紋理熵值，選出各個所述局部分割區域平均紋理值最優的K幅二維圖像，其中K>5 ; G. 基于圖像的聲速質量因子被定義為側向對比分辨力LCR，計算公式如下：
其中，Lnum為窗口內的掃描線數，Ave (Ιχ)為第X條掃描線的像素平均值，Dif (Ιχ)為 第X條掃描線的一階差分絕對值，即|lXij - Ιχ^|，因此Sum(Dif(Ix))即為第X條掃描 線的一階差分絕對值之和； H. 對每一分割的局部區域找出K幅圖像中LCR最大的那幅灰度圖像對應的聲速；稱之 為當前分割區域的最優聲速；同樣地，聚焦區域的最優聲速為系統最優聲速，將其設置為當 前掃描的使用的系統聲速，將各個不同分割區域的最優聲速，用于信號的相位修正； I. 信號相位修正，在回波聚焦計算中，根據當前分割區域的最優聲速與系統聲速差異 對各個局部分割區域每一個通道的回波信號進行相位偏移補償，以獲得最佳聚焦效果。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述采樣點還包括近場采樣點Sn_和遠 場采樣點Sfm，對應的預定義起始頻點到終止頻點的積分，定義為Factor n_和FactornKtt， FactornKtt，Factorfm分別為各自最大所對應的聲速作為不同分割區域的最優聲速。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于：C步驟中所述的頻譜分析包括FFT， Capon或APES等頻譜計算方法，計算得到橫向頻譜，或者推度至軸向頻譜。
4. 一種使用權利要求1所述方法的自適應醫療超聲成像聲速優化和信號修正系統，包 括依次連接的探頭、波束形成器(包含動態聚焦優化模塊)、回波信號處理器、掃描轉換器、 圖像處理器、顯示這五大模塊，其特征在于，該系統還包括聲速優化器，所述聲速優化器包 括獲取IQ信號單元，所述獲取IQ信號單元輸出信號至頻譜分析單元和改變聲速和信號相 位補償單元，所述頻譜分析單元輸出值最優質量因子選擇單元，所述最優質量因子選擇單 元輸出至改變聲速和信號相位補償單元；其中回波信號處理器輸出至獲取IQ信號單元，改 變聲速和信號相位補償單元輸出至波束形成器；并且該系統按照權利要求1所述方法的步 驟處理信號。
【文檔編號】A61B8/00GK104188684SQ201410466699
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】石丹, 劉東權 申請人:聲泰特（成都）科技有限公司