專利名稱：超聲頻率復(fù)合成像方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲成像方法與裝置，特別是涉及一種基波和諧 波頻率復(fù)合成像的方法與裝置。
背景技術(shù)：
諧波成像技術(shù)通常被用于提高超聲圖像的空間分辨率和對比分 辨率。但是，由于受諧波成像原理上的限制，諧波圖像的穿透力通常 較差，因此超聲成像系統(tǒng),中通常采用基波和諧波復(fù)合的技術(shù)來提高諧 波圖像的穿透力。 一些現(xiàn)有技術(shù)分別給出了 一些不同的基波和諧波信 號復(fù)合策略，其原理上都是通過對一次或者多次發(fā)射的回波分別檢測 基波和諧波頻率分量，對檢測到的信號進(jìn)行隨深度變化的加權(quán)疊加， 疊加的信號再經(jīng)過其它處理獲得基波和諧波頻率復(fù)合的信號。其中基 波和諧波信號的檢測通常通過設(shè)置兩個不同通帶的帶通濾波器進(jìn)行 濾波，帶通濾波器的中心頻率分別對應(yīng)基波頻率和諧波頻率，另外， 也可以通過調(diào)節(jié)正交解調(diào)中心頻率的方法獲得等效的結(jié)果。另一種現(xiàn) 有技術(shù)提出了 一種基于多次脈沖發(fā)射獲得基波和諧波信號的復(fù)合技 術(shù)，利用寬帶發(fā)射，在不損失空間分辨率的前提下，降低超聲圖像的 斑點噪聲。
一個典型的頻率復(fù)合成像系統(tǒng)框圖如圖l所示。以基波頻率發(fā)射
的脈沖經(jīng)過探頭發(fā)射后，聲波進(jìn)Av^體，人體內(nèi)不同組織的反射和散 射回波經(jīng)過探頭接收，放大，才莫數(shù)轉(zhuǎn)換和波束合成后獲得某一根掃描 線上的射頻回波。由于人體組織或者造影劑的非線性效應(yīng)，回波中除 了發(fā)射頻率的基波外，還包含不同階次的諧波分量，其中二次諧波由 于具有較高的信噪比常用于超聲成像。在圖1所述的復(fù)合成像系統(tǒng)中，接收到的波束合成信號^支分別輸入兩個并行的信號檢測裝置，分別檢 測到基波和諧波信號。檢測到的基波和諧波信號經(jīng)過不同增益的放大 后進(jìn)行疊加，即獲得頻率復(fù)合的信號。獲得的信號經(jīng)過包絡(luò)檢測、對
數(shù)壓縮等B型成像信號處理后進(jìn)行數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換(DSC)和顯示。其 中基波和諧波的增益設(shè)置可以隨深度變化，比如近場和遠(yuǎn)場諧波信號 較弱，則諧波通道的增益在近場和遠(yuǎn)場設(shè)置較低，中場設(shè)置較高，基 波通道的設(shè)置與諧波通道的設(shè)置剛好相反，從而充分利用了諧波成像 具有較高空間分辨率和對比分辨率的優(yōu)點，同時降低了諧波在近場和 遠(yuǎn)場較弱的影響，提高了全場圖像的均勻性。由于并行設(shè)置基波和諧 波兩個接收裝置成本很高，因此也可以通過重復(fù)發(fā)射兩次相同脈沖， 一次用于基波檢測， 一次用于諧波檢測，然后進(jìn)行頻率復(fù)合。
直接利用帶通濾波器濾出諧波頻率分量的方法，通常需要發(fā)射較 窄帶寬的脈沖，從而影響了成像的空間分辨率。利用在同一根掃描線 上重復(fù)發(fā)射兩次不同的脈沖，實現(xiàn)寬帶諧波成像，可以有效避免窄帶 發(fā)射帶來空間分辨率下降的問題。其中兩次發(fā)射的脈沖可以是具有相 同的幅度，相反的極性(即正反脈沖諧波成像)，或者兩次脈沖具有 相同的波形，只是信號的幅度不同。圖2給出了一種現(xiàn)有技術(shù)中的利 用兩次脈沖發(fā)射實現(xiàn)的頻率復(fù)合方法。以正反脈沖發(fā)射為例，第一次 發(fā)射脈沖的射頻回波經(jīng)過Gainl放大后經(jīng)過信號檢測獲得基波信號； 當(dāng)系統(tǒng)接收到第二次發(fā)射脈沖的射頻回波后，將兩次脈沖發(fā)射的射頻 回波經(jīng)過Gain2和Gain3的放大后，進(jìn)行疊加處理，消除基波分量， 這里取Gain2=Gain3。疊加后的信號經(jīng)過信號檢測獲得諧波信號。將 所獲得的基波和諧波信號疊加后進(jìn)行后續(xù)的其它B型成像處理。
上述現(xiàn)有技術(shù)都需要設(shè)置兩組檢測裝置分別用于檢測基波和諧 波信號。由于B型成像發(fā)射帶寬較寬，以及聲波在組織中的衰減系數(shù) 近似與頻率成正比，因此回波的中心頻率和帶寬均會隨深度減小，超 聲系統(tǒng)常采用動態(tài)濾波技術(shù)提高檢測的信號的信噪比。而上述頻率復(fù)
6合技術(shù)則需要兩套動態(tài)濾波裝置，才能實現(xiàn)有效基波和諧波信號的檢 測，因此電路設(shè)計相對復(fù)雜，且通常成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種利用一 次諧波頻率分量的檢測即可實現(xiàn)基波和諧波的頻率復(fù)合成像的方法 與裝置。為了實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明所釆取的技術(shù)方案如下。
按照本發(fā)明實施例的第 一方面，提供一種超聲頻率復(fù)合成像方
法，包括發(fā)射步驟，用于向成像目標(biāo)發(fā)射至少兩次不同的超聲脈沖， 并接收兩次不同超聲脈沖的回波；疊加步驟，用于對兩次不同超聲脈 沖的回波進(jìn)行疊加處理，以獲得兩路信號；非線性處理步驟，用于對 其中的一路信號進(jìn)行非線性處理，使得非線性處理后的信號的頻譜與 另一路信號的頻鐠具有重疊的頻帶；以及累加步驟，用于將非線性處 理后的一路信號與另一路信號進(jìn)行加權(quán)相加，相加的信號用于獲得頻 率復(fù)合圖像。其中發(fā)射的兩次不同的超聲脈沖具有相同的幅度、相反 的極性；或者發(fā)射的兩次不同的超聲脈沖具有相同的波形形狀，而一 個脈沖的幅度是另一個脈沖幅度的倍數(shù)。
優(yōu)選的是，所述疊加處理為將兩次不同超聲脈沖的回波相減和相 加，從而獲得的兩路信號，其中一路以基波信號為主，另一路以諧波 信號為主。
再優(yōu)選的是，所述非線性處理是針對以基波信號為主的 一 路信號。
可選的是，所述非線性處理是對信號乘以一個正弦波，且所述正 弦波的頻率可等于基波中心的頻率，或者頻率固定。
再可選的是，所述非線性處理是對信號乘以一個方波，且所述方 波的頻率可等于基波中心的頻率，或者頻率固定。
還可選的是，所述的非線性處理是對信號取;溪或者取平方的運(yùn)算。還優(yōu)選的是，所述重疊的頻帶是在諧波頻率附近的頻帶。
進(jìn)一步優(yōu)選的是，進(jìn)行加權(quán)相加的加權(quán)系數(shù)可隨回波深度改變， 或者不隨回波深度改變。
進(jìn)一步可選的是，按照本發(fā)明實施例笫一方面的超聲頻率復(fù)合成 像方法還包括放大步驟，用于對回波、經(jīng)過疊加處理以及非線性處理 之后的信號進(jìn)行放大。
按照本發(fā)明實施例的第二方面，提供一種超聲頻率復(fù)合成像裝
置，包括發(fā)射單元，用于向成像目標(biāo)發(fā)射至少兩次不同的超聲脈沖， 并接收兩次不同超聲脈沖的回波；疊加單元，用于對兩次不同超聲脈 沖的回波進(jìn)行疊加處理，以獲得兩路信號；非線性處理單元，用于對 其中的一路信號進(jìn)行非線性處理，使得非線性處理后的信號的頻譜與 另一路信號的頻譜具有重疊的頻帶；以及累加單元，用于將非線性處 理后的一路信號與另一路信號進(jìn)行加權(quán)相加，相加的信號用于獲得頻 率復(fù)合圖像。其中所述發(fā)射單元為超聲波探頭。
優(yōu)選的是，所述疊加單元為加/減法器，其將兩次不同超聲脈沖 的回波相減和相加，從而獲得的兩路信號，其中一路以基波信號為主， 另一路以諧波信號為主。
可選的是，所述非線性處理單元為乘法器，通過給所述信號乘以 一個正弦波或方波來實現(xiàn)所述非線性處理；其中正弦波或方波的頻率 可隨回波的深度改變，'或者頻率周定。
再可選的是，所述非線性處理單元為對所述信號取^莫或者取平方 的運(yùn)算器。
進(jìn)一步可選的是，按照本發(fā)明實施例第二方面的超聲頻率復(fù)合成 像裝置還包括放大單元，用于對回波、經(jīng)過疊加處理以及非線性處理 之后的信號進(jìn)行放大。 、
按照本發(fā)明的方法與裝置在多次脈沖發(fā)射諧波成像的基礎(chǔ)上，通 過對多次脈沖回波的非線性處理，使得原先的基波頻率分量調(diào)制到諧 波頻率分量所在頻帶內(nèi)，從而只需利用一次諧波頻率分量的檢測即可實現(xiàn)基波和諧波的頻率復(fù)合成像。在基本不損失圖像質(zhì)量的前提下， 降低了電路實現(xiàn)的復(fù)雜度和實現(xiàn)成本。
下面將結(jié)合附圖并通過具體的實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。


圖1是典型的頻率復(fù)合成像系統(tǒng)框圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的頻率復(fù)合技術(shù)實現(xiàn)框圖3是按照本發(fā)明實施例的超聲頻率復(fù)合成像方法的流程圖4是按照本發(fā)明實施例的一種實施方式框圖5是按照本發(fā)明實施例的非線性處理后信號頻譜變化示意圖6是按照本發(fā)明實施例的超聲頻率復(fù)合成像裝置的框圖。
具體實施例方式
如圖3所示，按照本實施例的超聲頻率復(fù)合成像方法包括發(fā)射 步驟301,用于向成像目標(biāo)發(fā)射至少兩次不同的超聲脈沖，并接收兩 次不同超聲脈沖的回波；疊加步驟303，用于對兩次不同超聲脈沖的 回波進(jìn)行疊加處理，以獲得兩路信號；非線性處理步驟305，用于對 其中的一路信號進(jìn)行非線性處理，使得非線性處理后的信號的頻譜與 另一路信號的頻譜具有重疊的頻帶、；以及累加步驟307,用于將非線 性處理后的一路信號與另一路信號進(jìn)行加權(quán)相加，相加的信號用于獲 得頻率復(fù)合圖像。另外，按照本實施例的超聲頻率復(fù)合成像方法還可 選地包括;改大步驟(圖3中未示出)，用于對回波、經(jīng)過疊加處理以 及非線性處理之后的信號進(jìn)行放大。下面結(jié)合頻率復(fù)合成像技術(shù)的具 體實施方式，對按照本實施例的超聲頻率復(fù)合成像方法進(jìn)行進(jìn)一步說 明。
按照本實施例的頻率復(fù)合成像技術(shù)的一種實施方式如圖4所示。 以正反脈沖發(fā)射為例，兩次脈沖發(fā)射的射頻回波相加消除了基波分 量，兩次射頻回波相減消除了諧波分量
9&《)=卿-辯)
>sff(o = ,+W)
其中Rl (t)和R2 (t)分別為兩次發(fā)射的射頻回波，SB (t)和SH (t)則表示 獲得的基波為主的信號和諧波為主的信號。對SB(t)進(jìn)行非線性的處 理，例如對SB (t)乘以一個頻率為f (t)的正弦波
信號SB(t)和S，B(t)的頻譜示意圖如圖5所示，其中實線為Sb(O信號 的頻譜，該信號的中心頻率為5MHz，該信號乘以一個頻率固定為5MHz 的正弦波后獲得的頻譜如圖中虛線所示?？梢?，經(jīng)過上述非線性變換 后的信號的頻帶^皮搬移到了直流和諧波頻率(頻率為0和10MHz)附 近，而諧波信號SH(t)的信號頻譜也在10MHz附近。因此，將經(jīng)過非 線性變換后的S，b(t)與SJt)信號累力。(即進(jìn)行加權(quán)相加),相加后的 信號只需要通過一個諧波信號檢測裝置(接收通帶在諧波頻率附近的 濾波裝置)即可獲得用于頻率復(fù)合成像的信號Se (t):
其中Id (t)和K2 (t)分別用于對信號S，b (t)和SH (t)進(jìn)行加權(quán)，該加權(quán)系 數(shù)可以隨深度改變，例如L (t)隨著回波深度的增加系數(shù)值逐漸增大， K2 (t)則隨著回波深度的增加系數(shù)值逐漸減小，從而彌補(bǔ)諧波圖像遠(yuǎn)場 信噪比較差的問題。另外，L(t)和K2(t)也可以設(shè)置為兩個常數(shù)，實 現(xiàn)諧波和基波信號按一定比例的復(fù)合，用于減弱超聲圖像中的斑點噪
頻率進(jìn)行設(shè)置，如f (t)等于基波中心頻率，或者簡單設(shè)置為某個固定 的頻率值。所設(shè)置的頻率只需要保證所需要的基波信號經(jīng)過非線性處 理后能夠與諧波信號具有重疊的頻帶。上述乘以正弦波的非線性處理 可以等效利用一種筒化的處理，即將正弦波替換為同頻率的方波。由 于方波的系數(shù)為l、 0、， -1，因此只需要進(jìn)行簡單的加法、減法運(yùn)算， 即可實現(xiàn)等效的頻率搬遷效果。除了利用正弦波或者方波進(jìn)行非線性 處理之外，也可以采用對SB(t)取絕對值或者取平方操作，也可以將基波的信號搬遷到諧波頻帶內(nèi)。本發(fā)明的核心就在于通過對一路信號 做非線性的處理，將待做頻率復(fù)合的某個頻帶內(nèi)的信號搬遷到另一個 與另一路信號重疊的頻帶內(nèi)，具體的非線性處理方法不受上述實現(xiàn)方 法限制。
上述實施例采用的是正、反脈沖兩次發(fā)射的情況，也可以采用其
它方式，例如采用兩次發(fā)射具有相同的波形，只是幅度相差G倍。則
SB(t)和SH(t)的獲得需要做一些更改，如
W) = W) + G.i 2(/) ^(,)二卿-G-i 2(,)
除此之外，由于波束合成輸出的射頻回波中基波分量一般都比諧 波分量幅度大很多，因此SB(t)也可以只取其中一次脈沖發(fā)射的回波。 上述實施例均是將基波信號搬遷到諧波頻帶內(nèi)，反之也可以將諧波信 號搬遷到基波頻帶內(nèi)，利用檢測裝置檢測基波頻帶內(nèi)的信號進(jìn)行后續(xù) 的B型成像處理。
如圖6所示，是按照本發(fā)明實施例的超聲頻率復(fù)合成像裝置的框 圖，可用于實現(xiàn)按照本發(fā)明實施例的超聲頻率復(fù)合成像方法。該裝置 包括發(fā)射單元601,用于向成像目標(biāo)發(fā)射至少兩次不同的超聲脈沖， 并4妾收兩次不同超聲脈沖的回波；疊加單元603,用于對兩次不同超 聲脈沖的回波進(jìn)行疊加處理，以獲得兩路信號；非線性處理單元605， 用于對其中的一路信號進(jìn)行非線性處理，使得非線性處理后的信號的 頻語與另一路信號的頻譜具有重疊的頻帶；以及累加單元607，用于 將非線性處理后的一路信號與另一路信號進(jìn)行加權(quán)相加，相加的信號 用于獲得頻率復(fù)合圖像。另外，按照本實施例的超聲頻率復(fù)合成像裝 置還可選地包括;故大單元(圖6中未示出)，用于對回波、經(jīng)過疊加 處理以及非線性處理之后的信號進(jìn)行放大。
其中發(fā)射單元601為超聲波探頭。疊加單元603可以為加/減法器， 其將兩次不同超聲脈沖的回波相減和相加，/人而獲得的兩路信號，其 中一路以基波信號為主，另一路以諧波信號為主。
ii非線性處理單元605可以為乘法器，通過給所述信號乘以一個正 弦波或方波來實現(xiàn)所述非線性處理；其中正弦波或方波的頻率可隨回 波的深度改變，或者頻率固定?；蛘?，非線性處理單元605為對信號 取才莫或者取平方的運(yùn)算器。另外，累加單元607可以通過加法器來實 現(xiàn)。
以上通過具體的實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于 這些具體的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，還可以對本發(fā)明做各 種修改、等同替換、變化等等，但是，只要未背離本發(fā)明的精神，都 應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種超聲頻率復(fù)合成像方法，包括發(fā)射步驟，用于向成像目標(biāo)發(fā)射至少兩次不同的超聲脈沖，并接收兩次不同超聲脈沖的回波；其特征在于，還包括疊加步驟，用于對兩次不同超聲脈沖的回波進(jìn)行疊加處理，以獲得兩路信號；非線性處理步驟，用于對其中的一路信號進(jìn)行非線性處理，使得非線性處理后的信號的頻譜與另一路信號的頻譜具有重疊的頻帶；以及累加步驟，用于將非線性處理后的一路信號與另一路信號進(jìn)行加權(quán)相加，相加的信號用于獲得頻率復(fù)合圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的超聲頻率復(fù)合成像方法，其特征在于發(fā) 射的兩次不同的超聲脈沖具有相同的幅度，相反的極性。
3. 如權(quán)利要求1所述的超聲頻率復(fù)合成像方法，其特征在于發(fā) 射的兩次不同的超聲脈沖具有相同的波形形狀，而一個脈沖的幅度是 另 一個脈沖幅度的倍數(shù)。
4. 如權(quán)利要求l所述的超聲頻率復(fù)合成像方法，其特征在于所 述疊加處理為將兩次不同超聲脈沖的回波相減和相加，從而獲得的兩 路信號，其中一路以基波信號為主，另一路以諧波信號為主。
5. 如權(quán)利要求4所述的超聲頻率復(fù)合成像方法，其特征在于所 述非線性處理是針對以基波信號為主的一路信號。
6. 如權(quán)利要求1所述的超聲頻率復(fù)合成像方法，其特征在于所 述非線性處理是對信號乘以一個正弦波，且所述正弦波的頻率可等于 基波中心頻率，或者頻率固定。
7. 如權(quán)利要求1所述的超聲頻率復(fù)合成像方法，其特征在于所 述非線性處理是對信號乘以一個方波，且所述方波的頻率可等于基波 中心頻率，或者頻率固定。
8. 如權(quán)利要求l所述的超聲頻率復(fù)合成像方法，其特征在于所 述的非線性處理是對信號卑^莫或者取平方的運(yùn)算。
9. 如權(quán)利要求l所述的超聲頻率復(fù)合成像方法，其特征在于所 述重疊的頻帶是在諧波頻率附近的頻帶。
10. 如權(quán)利要求1所述的超聲頻率復(fù)合成像方法，其特征在于進(jìn) 行加一又相加的加^又系數(shù)可隨回波深度改變，或者不隨回波深度改變。
11. 如權(quán)利要求l所述的超聲頻率復(fù)合成像方法，其特征在于，還 包括放大步驟，用于對回波、經(jīng)過疊加處理以及非線性處理之后的信 號進(jìn)4于力文大。
12. —種超聲頻率復(fù)合成像裝置，包括發(fā)射單元，用于向成像目標(biāo)發(fā)射至少兩次不同的超聲脈沖，并接 收兩次不同超聲脈沖的回波； 其特征在于，還包括疊加單元，用于對兩次不同超聲脈沖的回波進(jìn)行疊加處理，以獲 得兩路信號；非線性處理單元，用于對其中的一路信號進(jìn)行非線性處理，使得 非線性處理后的信號的頻譜與另一路信號的頻譜具有重疊的頻帶；以 及累加單元，用于將非線性處理后的一路信號與另一路信號進(jìn)行加 權(quán)相加，相加的信號用于獲得頻率復(fù)合圖像。
13. 如權(quán)利要求12所述的超聲頻率復(fù)合成像裝置，其特征在于 所述發(fā)射單元為超聲波探頭。
14. 如權(quán)利要求12所述的超聲頻率復(fù)合成像裝置，其特征在于 所述疊加單元為加/減法器，其將兩次不同超聲脈沖的回波相減和相加，從而獲得的兩路信號，其中一路以基波信號為主，另一路以諧波 信號為主。
15. 如權(quán)利要求12所述的超聲頻率復(fù)合成像裝置，其特征在于 所述非線性處理單元為乘法器，通過給所述信號乘以一個正弦波或方 波來實現(xiàn)所述非線性處理；其中正弦波或方波的頻率可隨回波的深度 改變，或者頻率固定。
16. 如權(quán)利要求12所述的超聲頻率復(fù)合成像裝置，其特征在于 所述非線性處理單元為對所述信號取才莫或者取平方的運(yùn)算器。
17. 如權(quán)利要求12所述的超聲頻率復(fù)合成像裝置，其特征在于， 還包括放大單元，用于對回波、經(jīng)過疊加處理以及非線性處理之后的信 號進(jìn)行;改大。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲頻率復(fù)合成像方法與裝置，其中所述方法包括發(fā)射步驟，疊加步驟，非線性處理步驟，以及累加步驟。本方法在多次脈沖發(fā)射諧波成像的基礎(chǔ)上，通過對多次脈沖回波的非線性處理，使得原先的基波頻率分量調(diào)制到諧波頻率分量所在頻帶內(nèi)，從而只需利用一次諧波頻率分量的檢測即可實現(xiàn)基波和諧波的頻率復(fù)合成像。在基本不損失圖像質(zhì)量的前提下，降低了電路實現(xiàn)的復(fù)雜度和實現(xiàn)成本。
文檔編號A61B8/00GK101496728SQ20081006606
公開日2009年8月5日 申請日期2008年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月3日
發(fā)明者羽 張 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司