阅读说明：本技术 超声装置及其控制方法 (Ultrasonic apparatus and control method thereof ) 是由 神山直久 塔库马·奥古里 于 2020-04-23 设计创作，主要内容包括：问题本发明提供一种超声装置,可利用该超声装置在图像产生区域的端部部分中获得具有良好图像质量的超声图像,同时保持良好的帧速率。解决手段一种超声诊断装置中的处理器控制超声探头2以将第一超声波束发射到第一区域A1,将第二超声波束发射到第二区域A2,并且将第三超声波束发射到第三区域A3,其中第一超声波束和第三超声波束是具有聚焦点F的聚焦超声波束,并且第二超声波束是由平面波形成的超声波束。处理器基于从第一区域A1、第二区域A2和第三区域A3获得的第一回波信号、第二回波信号和第三回波信号,产生由第一区域A1的第一超声图像、第二区域A2的第二超声图像和第三区域A3的第三超声图像构成的超声图像。(Problem the present invention provides an ultrasound apparatus with which an ultrasound image with good image quality can be obtained in an end portion of an image-generating region while maintaining a good frame rate. The processor in an ultrasonic diagnostic apparatus controls an ultrasonic probe 2 to emit a first ultrasonic beam to a first region a1, a second ultrasonic beam to a second region a2, and a third ultrasonic beam to a third region A3, wherein the first ultrasonic beam and the third ultrasonic beam are focused ultrasonic beams having a focusing point F, and the second ultrasonic beam is an ultrasonic beam formed by a plane wave. The processor generates an ultrasound image composed of a first ultrasound image of the first region a1, a second ultrasound image of the second region a2, and a third ultrasound image of the third region A3 based on the first echo signal, the second echo signal, and the third echo signal obtained from the first region a1, the second region a2, and the third region A3.)

超声装置及其控制方法

技术领域

本公开涉及一种用于采集待检查的对象的超声图像的超声装置及其控制方法。

背景技术

超声装置将超声波从超声探头发射到待检查的对象，并且根据超声波的回波信号产生超声图像。超声探头具有由多个通道构成的振动元件，并且向这些通道施加发射延迟以将焦点设置在特定深度处，从该特定深度形成聚焦超声波束。在接收时，通过以几种不同方式改变接收RF信号上的延迟，一次发射可采集多个扫描线中的接收信号。即使可在发射声场的区域之外采集接收信号，此类接收信号也是不令人满意的。这意味着待形成的接收扫描线的数量因此受到发射声场轮廓的限制。

然后，称为RTF(回顾性发射聚焦)方法的技术用于每次发射形成更多的接收扫描线。该方法发射具有设置在无穷远处的发射焦点的平面波超声波。平面波超声波具有比聚焦超声波束更宽且更均匀的发射声场。这使得能够每次发射形成更多的接收扫描线以显著改进帧速率。

然而，与聚焦发射声场相比，宽且均匀的发射声场具有所发射超声波的分散能量；这降低了接收信号的S/N比。因此，在RTF方法中，对于一个接收声线，在于一个帧中产生超声图像时执行多个数量的超声发射，从而致使由多个数量的超声发射形成的相应发射声场彼此重叠。这允许在一个接收声线中获得多个回波信号，并且然后将多个回波信号叠加(复合)以由此改进S/N比。与一个超声发射针对一个接收声线相比，多个数量的超声发射包括一个接收声线会引起低帧速率。另一方面，与发射具有焦点的超声波的情况相比，作为如上所述的RTF方法中的特性之一的平面波超声波可通过增加波束宽度来改进帧速率。

在前述RTF方法中，对于在图像产生区域的端部部分中的接收声线而言，发射的数量较少，从而导致回波信号的复合的数量减少，并且继而导致在发射/接收时使用的元件的数量减少。因此，难以在图像产生区域的端部部分中实现足够的S/N比，并且因此，与基于聚焦声场的常规方法相比，可能不利地降低图像质量。

发明内容

根据一个方面的超声装置包括：超声探头，该超声探头用于将超声波束发射到待检查的对象中的图像产生区域并且采集回波信号，其中所述图像产生区域由第一区域、第二区域和第三区域构成，所述第二区域位于所述第一区域和所述第三区域之间；和处理器，该处理器用于控制由所述超声探头进行的所述超声波束的发射、以及基于所述回波信号产生所述图像产生区域的超声图像，其中所述处理器：控制所述超声探头以将第一超声波束发射到所述第一区域，将第二超声波束发射到所述第二区域，并且将第三超声波束发射到所述第三区域，所述第一超声波束和所述第三超声波束是聚焦超声波束，并且所述第二超声波束是平面波；并且基于通过所述第一超声波束、所述第二超声波束和所述第三超声波束的发射从所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域获得的第一回波信号、第二回波信号和第三回波信号，产生由所述第一区域的第一超声图像、所述第二区域的第二超声图像和所述第三区域的第三超声图像构成的所述超声图像。

根据以上一个方面，由于作为聚焦超声波的第一超声波束和第三超声波束是针对位于图像产生区域的两个端侧上的第一区域和第三区域发射的，因此可改进在常规RTF方法中遇到的S/N比的劣化。此外，由于由平面波形成的第二超声波束是在第一区域和第三区域之间的第二区域中发射的，因此与在整个图像产生区域中发射聚焦超声波束的情况相比，可改进帧速率。

附图说明

[图1]示出超声诊断装置的配置的框图，该超声诊断装置是本发明的超声装置的实施方案。

[图2]示出图像产生区域的图。

[图3]示出第一超声波束的图。

[图4]说明聚焦点在第一超声波束和第三超声波束中的位置的图。

[图5]示出多个第二超声波束的图。

[图6]发射超声波束和产生超声图像的流程图。

[图7]说明在第二区域中针对接收声线生成原始数据的图。

[图8]示出接收声线、由平面波形成的用于在接收声线中采集原始数据的超声波束以及超声波束的发射声场的宽度的图。

[图9]示出在与图8中的接收声线的位置不同的位置处的接收声线、由平面波形成的用于在接收声线中采集原始数据的超声波束以及超声波束的发射声场的宽度的图。

[图10]示出第一超声波束BM1的图，该第一超声波束BM1的聚焦点位于声线方向上的相同位置处。

[图11]示出设置在一个发射声线中的多个聚焦点的图。

具体实施方式

现在将参考附图来描述本发明的实施方案。在以下实施方案中，将会将一种用于出于诊断等目的显示待检查的对象的超声图像的超声诊断装置提出为根据本发明的超声装置的示例。

图1所示的超声诊断装置1包括发射波束形成器3和发射器4，该发射波束形成器3和发射器4驱动布置在超声探头2中的多个振动元件2a来将脉冲超声信号发射到待检查的对象(未示出)的体内。脉冲超声信号在对象中被反射以生成返回到振动元件2a的回波。回波由振动元件2a转换成电信号，并且电信号由接收器5接收。表示接收的回波的电信号(即，回波信号)被输入到执行接收波束形成的接收波束形成器6。接收波束形成器6输出经接收波束形成的超声数据。

接收波束形成器6可以是硬件波束形成器或软件波束形成器。在接收波束形成器6是软件波束形成器的情况下，接收波束形成器6可包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器包括以下中的任何一者或多者：图形处理单元(GPU)、微处理器、中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)或能够执行逻辑运算的其它类型的处理器。构成接收波束形成器6的一个或多个处理器可由与稍后将讨论的处理器7分开的处理器或者由处理器7构造而成。

超声探头2可包括用于执行发射和/或接收波束形成中的全部或部分的电路。例如，发射波束形成器3、发射器4、接收器5和接收波束形成器6中的全部或部分可位于超声探头2内。

超声诊断装置1还包括处理器7，该处理器7用于控制发射波束形成器3、发射器4、接收器5和接收波束形成器6。处理器7与超声探头2进行电子通信。处理器7可控制超声探头2以采集超声数据。处理器7控制振动元件2a中的哪些元件是活动的以及从超声探头2发射的超声波束的形状。处理器7还与显示器8进行电子通信，并且处理器7可将超声数据处理成超声图像以显示在显示器8上。短语“进行电子通信”可被定义为包括有线连接和无线连接两者。根据一个实施方案，处理器7可包括中央处理单元(CPU)。根据其它实施方案，处理器7可包括能够执行处理功能的其它电子部件，诸如数字信号处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、图形处理单元(GPU)或任何其它类型的处理器。根据其它实施方案，处理器7可包括执行处理功能的多个电子部件。例如，处理器7可包括从电子部件的列表选择的两个或更多个电子部件，这些电子部件包括：中央处理单元、数字信号处理器、现场可编程门阵列和图形处理单元。

处理器7还可包括对RF数据进行解调的复解调器(未示出)。在另一个实施方案中，解调可以在处理链中较早地执行。

处理器7适于根据数据上的多个可选超声模态来执行一个或多个处理操作。随着接收到回波信号，可以在扫描会话期间实时处理数据。出于本公开的目的，术语“实时”被定义为包括在没有任何有意延迟的情况下执行的过程。

数据可在超声扫描期间暂时存储在缓冲器(未示出)中，使得数据可在实时操作中或在非实时的离线操作中进行处理。在本公开中，术语“数据”可在本公开中用于意指利用超声装置采集的一个或多个数据集。

超声数据(原始数据)可由处理器7通过其它或不同模式相关模块(例如，B模式、彩色多普勒、M模式、彩色M模式、频谱多普勒、弹性成像、TVI、应变、应变速率等)来处理，以形成用于超声图像的数据。例如，一个或多个模块可以B模式、彩色多普勒、M模式、彩色M模式、频谱多普勒、弹性成像、TVI、应变、应变速率以及它们的组合等产生超声图像。存储图像光束和/或图像帧，并且可记录指示在存储器中采集数据的时间的定时信息。这些模块可包括例如扫描转换模块，该扫描转换模块用于执行扫描转换操作，以将图像帧从光束空间坐标转换为显示空间坐标。可提供视频处理器模块，该视频处理器模块从存储器读取图像帧并且在对对象执行过程时实时显示图像帧。视频处理器模块可将图像帧存储在图像存储器中，从该图像存储器读取超声图像并将这些超声图像显示在显示器8上。

在处理器7包括多个处理器的情况下，待由处理器7处理的处理任务可由多个处理器处理。例如，第一处理器可用于解调和抽取RF信号，而第二处理器可用于在显示图像之前进一步处理数据。

例如，在接收波束形成器6是软件波束形成器的情况下，接收波束形成器6的处理功能可由单个处理器或由多个处理器执行。

显示器8是LED(发光二极管)显示器、LCD(液晶显示器)、有机EL(电致发光)显示器等。

存储器9是任何已知的数据存储介质，并且包括非暂态存储介质和暂态存储介质。非暂态存储介质包括例如非易失性存储介质，诸如HDD(硬盘驱动器)、ROM(只读存储器)等。非暂态存储介质可包括便携式存储介质，诸如CD(光盘)、DVD(数字通用光盘)等。由处理器7执行的程序存储在非暂态存储介质中。

此外，构成存储器9的非暂态存储介质在其中存储机器学习算法。

暂态存储介质是易失性存储介质，诸如RAM(随机存取存储器)等。

用户界面10可接受操作者的输入。例如，用户界面10接受来自用户的命令和信息的输入。用户界面10适于包括键盘、硬键、轨迹球、旋转控件、软键等。用户界面10可包括显示软键等的触摸屏。

接下来，将描述本实施方案中的超声诊断装置的操作。超声探头2将超声波束发射到图2所示的对象中的图像产生区域A，并且采集回波信号。图像产生区域A由第一区域A1、第二区域A2和第三区域A3构成。第一区域A1和第三区域A3位于图像产生区域A中的方位角方向(这是超声波束的宽度的方向)上的两个端侧上。第二区域A2位于第一区域A1和第三区域A3之间。

处理器7控制：超声探头2将超声波束BM发射到图像产生区域A，以及基于回波信号产生图像产生区域A的超声图像。处理器7控制超声探头2以将具有聚焦点F的第一聚焦超声波束BM1和第三聚焦超声波束BM3发射到第一区域A1和第三区域A3。处理器7还控制超声探头2以将作为平面波的第二超声波束BM2发射到第二区域A2。

处理器7经由发射波束形成器3和发射器4驱动超声探头2中的多个元件2a，以由此发射具有聚焦点的第一超声波束BM1和第三超声波束BM3。具体地，第一超声波束BM1和第三超声波束BM3是聚焦超声波束。图3示出了第一超声波束BM1的示例。如图3所示，多个第一超声波束BM1被发射到方位角方向上的不同位置。多个第一超声波束BM1在声线方向上的不同位置处具有相应的聚焦点F。与第一超声波束BM1类似地，第三超声波束BM3也被发射到方位角方向上的多个不同位置，并且在声线方向上的不同位置处具有相应的聚焦点F，但未具体示出。

现在将参考图4来描述多个聚焦点F之间在声线方向上的位置关系。在图4中，虚线bm1、bm3表示第一超声波束BM1和第三超声波束BM3在其宽度(发射声线)的方向上的中心。在被示出为在虚线bm1、bm3上的多个聚焦点F中，最靠近第二区域的第一超声波束BM1和第三超声波束BM3的聚焦点F设置在最远离超声探头2的位置(最深位置)处。较远离第二区域的第一超声波束BM1和第三超声波束BM3在较靠近超声探头2的位置(较浅位置)处具有聚焦点F。

在第二区域A2中，发射在无穷远处具有聚焦点的第二超声波束，如下文将讨论的。因此，通过将第一区域A1和第三区域A3中的聚焦点设置为具有前述位置关系，可减小第二区域A2的在无穷远处的聚焦点的位置和第一区域A1与第三区域A3的聚焦点的位置之间在声线方向上的距离。因此，第二区域A2中的第二超声图像和第一区域A1中的第一超声图像与第三区域A3中的第三超声图像之间的图像质量的边界变得不可见，并且可获得具有良好图像质量的超声图像。

接下来，将描述第二超声波束BM2。处理器7经由发射波束形成器3和发射器4驱动超声探头2中的多个元件2a，以由此发射第二超声波束BM2。处理器7驱动多个元件2a以形成平面波并且发射在无穷远处具有聚焦点的第二超声波束BM2。

如图5所示，多个部分重叠的第二超声波束BM2被发射为第二超声波束BM2。换句话讲，发射第二超声波束BM2，使得它们的相应发射声场彼此部分重叠。

现在将参考图6中的流程图来描述发射超声波束BM和产生超声图像的流程。首先，在步骤S1处，处理器7控制超声探头2以将第一超声波束BM1发射到第一区域A1。超声探头2还从第一超声波束BM1接收回波信号。

处理器7基于来自第一超声波束BM1的回波信号生成原始数据。处理器7在落在一个第一超声波束BM1的发射声场内的一个或多个接收声线中生成原始数据，以用于存储在存储器9中。通过一个第一超声波束BM1的发射生成原始数据所针对的接收声线的数量小于通过一个第二超声波束BM2的发射生成原始数据所针对的接收声线的数量。

接下来，在步骤S2处，处理器7控制超声探头2以将第二超声波束BM2发射到第二区域A2。超声探头2还从第二超声波束BM2接收回波信号。处理器7基于来自第二超声波束BM2的回波信号在第二区域A2中的接收声线中生成原始数据，以用于存储在存储器9中。稍后将讨论其细节。

接下来，在步骤S3处，处理器7控制超声探头2以将第三超声波束BM3发射到第三区域A3。超声探头2还从第三超声波束BM3接收回波信号。

处理器7基于来自第三超声波束BM3的回波信号生成原始数据。处理器7在落在一个第三超声波束BM3的发射声场内的一个或多个接收声线中生成原始数据，以用于存储在存储器9中。通过一个第三超声波束BM3的发射生成原始数据所针对的接收声线的数量小于通过一个第二超声波束BM2的发射生成原始数据所针对的接收声线的数量。

接下来，在步骤S4处，处理器7分别基于第一区域、第二区域和第三区域的原始数据来产生第一区域A1的第一超声图像、第二区域A2的第二超声图像和第三区域A3的第三超声图像。然后，处理器7在显示器8上显示由第一超声图像、第二超声图像和第三超声图像构成的超声图像。

现在将参见图7来描述在第二区域A2中的接收声线中生成原始数据。在图7中，第二超声波束BM2由在波束宽度的相应中心位置处的箭头指示。这里示出了两个第二超声波束BM2。由符号W指示的每个直线的长度表示第二超声波束BM2的发射声场的宽度。

处理器7在落在发射声场的宽度W内的接收声线SL中生成原始数据。一个第二超声波束BM2的发射声场的宽度W包含多个接收声线SL。

如参考图5所描述的，多个第二超声波束BM2具有在第二区域A2中彼此部分重叠的相应发射声场。因此，对于一个接收声线SL，可获得分别对应于多个第二超声波束BM2的原始数据。例如，在图7中，两个第二超声波束BM2具有在部分P中重叠的相应发射声场，使得在该部分P中的接收声线中获得分别对应于这两个第二超声波束BM2的原始数据。

处理器7将分别对应于具有重叠的发射声场的多个第二超声波束BM2的原始数据加在一起，以在于产生超声图像时使用的一个接收声线中获得原始数据。在第二区域中生成原始数据类似于公知的RTF方法。

在通过以与公知的RTF方法类似的方式发射作为整个图像产生区域的平面波的超声波束来采集原始数据时，待加在一起的原始数据的量以及在发射和接收中使用的元件2a的数量根据接收声线的位置而不同。这现在将在下文中进行说明。

首先，将描述在图8所示的接收声线SL1中生成原始数据。在图8中，示出了具有发射声场的相应宽度W1至W16的超声波束BMa至BMp。接收声线SL1落在发射声场的宽度W1至W16内。因此，通过将分别对应于多个超声波束BMa至BMp的原始数据加在一起来获得用于在接收声线SL1中进行图像产生的原始数据。

接下来，将描述在图9所示的接收声线SL2中生成原始数据。接收声线SL2比图8所示的接收声线SL1更靠近图像产生区域的端部部分。尽管接收声线SL2落在发射声场的宽度W1至W8内，但它落在紧接在超声波束BMh之后发射的超声波束BMi的发射声场的宽度W9之外。因此，通过将分别对应于多个超声波束BMa至BMh的原始数据加在一起来获得用于在接收声线SL2中进行图像产生的原始数据。

因此，有待在生成用于在接收声线SL2中进行图像产生的原始数据时加在一起的原始数据的量小于有待在生成用于在接收声线SL1中进行图像产生的原始数据时加在一起的原始数据的量。此外，由于超声波束BMa至BMh是位于超声探头2的端部部分附近的那些超声波束，因此发射声场的宽度W1至W8小于发射声场的宽度W9至W16。因此，在发射/接收时用于在接收声线SL2中获得原始数据的元件2a的数量也小于在发射/接收时用于在接收声线SL1中获得原始数据的元件2a的数量。根据以上事实，在发射作为整个图像产生区域中的平面波的超声波束时，接收声线SL2具有比接收声线SL1低的S/N比。

根据以上原因，假设平面波也如在公知的RTF方法中那样在第一区域A1和第三区域A3中进行发射，则在第一区域A1和第三区域A3中获得的第一超声图像和第三超声图像具有比在第二区域A2中获得的第二超声图像低的S/N比。在本实施方案中，在第一区域A1和第三区域A3中，发射第一聚焦超声波束BM1和第三聚焦超声波束BM3，由此与发射平面波的情况相比，可改进第一超声图像和第三超声图像的S/N比。

此外，由于在第二区域A2中发射作为平面波的第二超声波束BM2，因此与在整个图像产生区域中发射聚焦超声波束的情况相比，可改进帧速率。

接下来，将描述实施方案的变型。如图10所示，处理器7可经由发射波束形成器3和发射器4控制超声探头2，使得多个第一超声波束BM1的相应聚焦点F在声线方向上的位置相同。此外，与第一超声波束BM1类似地，处理器7可以经由发射波束形成器3和发射器4控制超声探头2，使得多个第一超声波束BM3的相应聚焦点F在声线方向上的位置相同，但未具体示出。

此外，如图11所示，处理器7可经由发射波束形成器3和发射器4控制超声探头2，使得在第一区域A1和第三区域A3中针对一个发射声线(如虚线bm1、bm3所指示的)形成多个聚焦点F。具体地，处理器7可控制超声探头2以发射针对一个发射声线具有不同位置的聚焦点F的多个第一超声波束BM1，并且发射针对一个发射声线具有不同位置的聚焦点F的多个第三超声波束BM3。在图11中，针对一个发射声线设置两个聚焦点F，并且针对一个发射声线发射两个第一超声波束BM1和第三超声波束BM3。与在相对浅的部分中设置单个聚焦点的情况相比，通过由此针对一个发射声线设置多个聚焦点F，可防止穿透的降低。

另外，处理器7可在对第一回波信号和第三回波信号的信号处理以及对第二回波信号的信号处理之间执行不同的处理。例如，处理器7可在对第一回波信号和第三回波信号进行信号处理时采用与在对第二回波信号进行信号处理时采用的接收滤波器不同的接收滤波器，使得由于相较于第二区域A2中的设置在相对浅的部分处的第一区域A1和第三区域A3中的聚焦点导致的穿透降低得到补偿。此外，处理器7可在对第一回波信号和第三回波信号进行信号处理时采用与在对第二回波信号进行信号处理时采用的增益不同的增益，使得伴随前述穿透降低的亮度降低得到补偿。

虽然已参考以上实施方案描述了本发明，但将容易理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明实践若干修改。例如，虽然以上实施方案中的第一超声波束BM1、第二超声波束BM2和第三超声波束BM3的发射次序不限于图6中的流程图所示的次序。但此外，第一超声波束BM1在第一区域A1中的一个或一些发射声线中的发射、第二超声波束BM2在第二区域A2中的一个或一些发射声线中的发射以及第三超声波束BM3在第三区域A3中的发射可按此次序重复。

此外，上述实施方案可以是一种控制超声装置的方法，该超声装置包括：

超声探头，该超声探头用于将超声波束发射到待检查的对象中的图像产生区域并且采集回波信号，其中所述图像产生区域由第一区域、第二区域和第三区域构成，所述第一区域和所述第三区域位于与所述超声波束的发射的方向正交的方位角方向上的两个端侧上，并且所述第二区域位于所述第一区域和所述第三区域之间；和

处理器，该处理器用于控制由所述超声探头进行的所述超声波束的发射、以及基于所述回波信号产生所述图像产生区域的超声图像，其中所述处理器

控制所述超声探头以将第一超声波束发射到所述第一区域，将第二超声波束发射到所述第二区域，并且将第三超声波束发射到所述第三区域，所述第一超声波束和所述第三超声波束是聚焦超声波束，并且所述第二超声波束是由平面波形成的超声波束，以及

基于通过所述第一超声波束、所述第二超声波束和所述第三超声波束的发射从所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域获得的第一回波信号、第二回波信号和第三回波信号，产生由所述第一区域的第一超声图像、所述第二区域的第二超声图像和所述第三区域的第三超声图像构成的所述超声图像。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何一个或多个计算系统以及执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元素，则此类其他示例旨在落入权利要求书的范围内。