CN111247451A - 用于测量声学衰减系数的超声***和方法 - Google Patents

用于测量声学衰减系数的超声***和方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于改进用于计算声学衰减系数的谱移位方法的***和方法。公开了用于在超声换能器的主通带外部针对提高的信噪比发送超声脉冲序列的***、方法和装置。公开了用于使用来自发送的脉冲序列的回波来计算衰减系数的***、方法和装置。

Description

用于测量声学衰减系数的超声***和方法
相关申请
本申请要求享有2017年9月19日递交的美国临时序列US 62/560248的权益和优先权，通过引用将其并入本文。
技术领域
本申请涉及用于测量声学衰减系数的超声***和方法。特别地，本申请涉及利用超声换能器测量材料中的声学衰减系数。
背景技术
组织中的衰减系数(例如，纵向衰减系数)的测量一直是学术研究的主题。除了基于衰减系数表征组织的潜力之外，关于衰减系数的知识也是用于提取组织的其他性质(例如背散射系数)的起点。最近，衰减系数也已经获得来自医学超声行业的兴趣。例如，对于超声，脂肪是比正常肝组织更具衰减性的介质，因此，衰减系数可以用作脂肪肝定量的生物标记。
衰减系数的精确估计是困难的任务，除非被成像的物体非常均匀，因为物体的吸收和散射性质两者贡献于关于深度的信号水平变化。此外，换能器脉冲响应和其他的***相关因子可能影响衰减系数测量。
发明内容
本发明提供了这样的***和方法：用于在大的可用频率范围上测量目标物体(例如组织)的衰减系数，从而减少了噪声和其他信号劣化因子，以改进组织的表征并且通常实现改进的医学诊断。
本公开描述了超声***和方法，其采用在宽频率范围上具有增强的信噪比的谱移位技术。特别地，本文所描述的***和方法可通过发射脉冲而提供谱移位方法的改进性能，所述脉冲可在宽的频率范围上提供良好的信噪比。例如，根据本公开的***可以使用宽带脉冲来覆盖换能器的主通带，并且可以分开发射具有较高和/或较低中心频率的窄带脉冲，其可以确保在那些频率处的良好信号质量。
根据本公开的一些实施例，一种用于确定组织的衰减系数的方法可以包括：根据脉冲序列从超声换能器朝向组织发送超声脉冲，所述脉冲序列包括具有在超声换能器的主通带内部的至少一个第一频率和在超声换能器的主通带外部的至少一个第二频率的脉冲；接收与脉冲序列的具有至少一个第一频率和至少一个第二频率的脉冲相对应的回波信号；至少部分地基于与具有至少一个第一频率和至少一个第二频率的脉冲相对应的接收到的回波信号的组合来确定组织的衰减系数；并且将超声图像与计算的衰减系数同时显示。
根据本公开的一些实施例，一种超声成像***可以包括超声换能器，所述超声换能器可以被配置为朝向组织发送超声脉冲，其中，可以根据脉冲序列来发送超声脉冲，脉冲序列可包括具有超声换能器的主通带内部的至少一个第一频率和超声换能器的主通带外部的至少一个第二频率的脉冲。超声成像***可以包括：衰减系数计算器，其可以被配置为至少部分地基于与具有至少一个第一频率和至少一个第二频率的脉冲相对应的回波信号来计算组织的衰减系数；以及至少一个处理器，其被配置为基于回波信号生成超声成像数据。
附图说明
图1是根据本公开的实施例的超声成像***的框图。
图2图示了根据本公开的实施例的范例脉冲序列。
图3图示了根据本公开实施例的范例编码激励。
图4是根据本公开的实施例的方法的流程图。
图5图示了根据本公开实施例的范例超声图像。
具体实施方式
实施例的以下描述本质上仅仅是示范性的，而绝不旨在限制本发明或其应用或用途。在对本***和方法的实施例的以下详细描述中，参考了形成其一部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实践所描述的***和方法的特定实施例。足够详细地描述了这些实施例，以使本领域技术人员能够实践当前公开的***和方法，并且应理解，可以利用其他实施例，并且可以实现结构和逻辑改变而不脱离本***的精神和范围。
因此，下面的详细描述不应以限制性意义采用，并且本***的范围仅由所附权利要求限定。本文附图中的附图标记的(一个或多个)前导数通常对应于附图号，不同之处在于，在多个附图中出现的相同部件由相同附图标记识别。此外，出于清楚的目的，当某些特征的详细描述对于本领域技术人员而言将是显而易见时，将不讨论它们，从而不使本***的描述模糊。
如前所述，衰减系数的准确估计是一项具有挑战性的任务，尤其是在非均匀组织中。为了尝试估计衰减系数，许多技术上合理的方法依赖于使用均匀参考体模的均衡后的回波信号的功率谱中的信息以抑制换能器脉冲响应和衍射的影响。令Sref(f；x,z)指代参考体模在时间频率f、横向位置x和深度z处的功率谱，并且Sobj(f；x,z)指代成像对象的功率谱。(x,z)处的均衡功率谱为：
Figure BDA0002455805210000031
当成像对象均匀时，常常通过忽略参考体模和成像对象之间的背散射系数对频率的依赖性的差异来假定，即：
Figure BDA0002455805210000032
其中，αobj是成像对象的衰减系数，αref是参考体模的衰减系数，并且A是常数。在这种情况下，可以工具αobj如下：
Figure BDA0002455805210000033
其中，w(f)是加权函数，以及
Figure BDA0002455805210000034
存在上述方法的其他变型。此类方法事实上不基于对以dB为单位的衰减与频率之间的线性关系的假设来求解αobj，因为这些方法仅在一个频率f0处应用Φ(f；x,z)：
Figure BDA0002455805210000041
以上方法及其变型被称为谱差异方法。谱差异方法不很好地操纵深度相关A的情况，该情况当成像对象不均匀时可能会发生，因为现在
Figure BDA0002455805210000042
能够是αobj′的一部分，从而导致衰减系数的计算的偏差。期望一种用于确定衰减系数的方法，其对深度相关A鲁棒，并提供衰减系数的更准确测量。衰减系数的准确测量可以允许该因子用于医学诊断和/或监测，例如脂肪肝定量。
为了避免由谱差异方法引起的衰减系数测量的偏差，对于软组织中的衰减系数估计，常常使用g(f；x,z)＝lnΦ(f；x,z)对f(时间频率)的线性依赖性。在这种情况下，可以如下估计αobj(成像对象的衰减系数)：
Figure BDA0002455805210000043
其中，αref是参考模型的衰减系数，并且x和z分别是横向位置和深度。等价于最后公式的备选是在假设高斯形状带通谱的情况下估计中心频率的下移。基于g和f之间的线性关系的这些方法称为谱移位方法。
发明人已经认识到，谱移位方法对于体内成像可能更实际，因为其对背散射系数的变化较不敏感。然而，谱移位方法由于其二阶偏微分性质而通常对斑点噪声和热噪声更敏感。为了评价谱移位方法的准确度的提高，可以使用一种技术，其导出基于谱移位的估计量的方差的Cramér-Rao界。由此可以示出，假设使用频率范围[f1,f2]，
Figure BDA0002455805210000044
其中，C与时间频率无关。基于这样的分析，发明人已经认识到，为了减小衰减系数估计中的误差，应当将更宽的带宽用于超声信号。例如，通过将带宽增加50％，方差可以减少70％。增加带宽可以提高谱差异方法的估计准确度，因为可以在等式(3)中使用更多信息，也可以在涉及谱差异和谱移位方法两者的混合方法的等式中使用更多信息。
根据本发明的原理，描述了一种超声***和方法，其在均衡功率谱(例如，Φ(f；x,z)＝Sobj(f；x,z)/Sref(f；x,z))中使用更多频率分量以估计衰减系数，其可以减少误差，特别是在谱移位方法中。然而，由于换能器受频带限制，因此在Sref(f；x,z)很小的频率处，均衡的功率谱Φ(f；x,z)可能由噪声主导。因此，当用常规脉冲序列成像时，可能更期望f2和f1在换能器的主通带(例如，-3dB通带、-6dB通带)内，从而限制了用于估计衰减系数的带宽。为了提高估计准确度，本发明提供了用于降低噪声的技术，使得f2和f1可以在主通带外部。
根据本公开的原理，超声***可以包括换能器阵列，所述换能器阵列可以被配置为例如根据用于由脉冲序列生成器生成的脉冲序列(或者简单地，序列)的命令在发送/接收控制器的控制下发送超声脉冲。该序列可以被配置为改进谱移位方法的性能，例如通过在宽的频率范围上提供改进的信噪比(SNR)，例如通过控制脉冲的发送，如本文所描述的。例如，超声***可以被配置为例如出于衰减系数计算的目的根据一序列来发送超声脉冲，所述序列包括一个或多个宽带脉冲，诸如以覆盖换能器的主通带或主通带的一部分，以及具有较高中心频率的一个或多个窄带脉冲，其中，窄带脉冲可以与(一个或多个)宽带脉冲分开发送。在一些范例中，***可以被配置为使用具有低中心频率的窄带脉冲。与宽带脉冲分开发送窄带脉冲可以允许将更多的能量施加到换能器元件，以改进在较高或较低中心频率处的超声脉冲的强度。额外地或备选地，与宽带脉冲分开发送窄带脉冲可以允许在与宽带脉冲不同的时间长度(例如，更长的时间段)内施加窄带脉冲。以这种方式，***可以被配置为例如通过调节窄带脉冲的强度和持续时间来提高由换能器的主通带的边缘附近或外部的频率生成的信号的SNR，这继而可以允许在估计衰减系数时将所得信号用于拓宽频率范围并减小方差。
此外，如本文所描述的被配置为发送用于测量衰减系数的脉冲序列的本发明的***还可以在所述脉冲序列之前或之后发送另一超声脉冲序列和/或用于B模式或其他类型的成像的序列。也就是说，在一些实施例中，***的换能器可以被控制为根据第一序列发射脉冲(例如，用于生成成像数据)，并且还被控制为根据第二序列发射脉冲(例如，用于计算成像区域的(一个或多个)衰减系数)。在一些实施例中，可以以交错的方式来施加用于测量衰减系数和成像的第一和第二脉冲序列的个体脉冲。
根据一些实施例的超声***可以包括超声换能器、发送控制器以及操作地耦合到发送控制器并且被配置为生成与脉冲序列相对应的命令的脉冲序列生成器，该脉冲序列包括具有超声换能器的主通带内部的频率的一个或多个脉冲以及具有超声换能器的主通带外部的频率的一个或多个脉冲，并将命令发送到发送控制器，以使超声换能器根据脉冲序列发送超声脉冲。在一些实施例中，该***还可以包括衰减系数计算器，所述衰减系数计算器被配置为至少部分地基于由脉冲序列产生的接收回波信号来计算衰减系数。在一些实施例中，超声换能器可以发送另一序列，并且响应于该序列的回波信号可以用于生成超声成像数据。
参考图1，以框图形式示出了根据本公开原理构造的超声成像***10。在图1的超声诊断成像***中，超声探头12包括用于发送超声波并接收回波信息的换能器阵列14(或简单地，换能器14)。换能器阵列14可以是本领域中各种已知的换能器阵列中的任何一个，例如，线性阵列、凸形阵列或相控阵列。换能器阵列14例如可以包括换能器元件的二维阵列(如图所示)，其能够在仰角和方位角维度两者上进行扫描以进行2D和/或3D成像。而且，尽管描述为包括在可以是外部探头或管腔内探头的探头12中，但是在一些实施例中，阵列14可以以单片块或多片块布置被提供在被配置为保形地应用于要成像的对象的表面的外壳内。
换能器14可以是频带受限的。换能器14的频带可以基于换能器14的机械和/或电性质。换能器14的性质可以至少部分地基于成像应用来选择。医学成像应用通常使用1MHz与20MHz之间的频率。具有较低中心频率的换能器可以用于深度成像，而具有较高中心频率的换能器可以用于表层成像。例如，对于腹部成像，换能器可具有1MHz至5MHz的频率范围。换能器的主通带可以是2MHz宽(例如2MHz-4MHz)，中心频率具有3MHz。这仅仅是图示换能器频率范围、主通带和中心频率的原理的一个范例。应当理解，存在各种各样的超声换能器，并且其具有各种频率性质，包括但不限于不同的灵敏度、中心频率、频率范围宽度和主通带宽度。提供的范例不应被解释为本公开的原理的限制，而是本文所描述的原理实际上能够应用于具有其特定主通带和其他性质的任何类型的换能器。
电容式微机械超声换能器(CMUT)可以提供比压电换能器更高的带宽。在一些应用中，对于测量声学衰减系数，CMUT可能是优选的。然而，压电换能器能够具有更高的灵敏度。因此，本公开的原理还可以等同地应用于不同类型的换能器(例如，CMUT或压电换能器)。
在所图示的范例中，换能器阵列14耦合到探头12中的微波束形成器16，微波束形成器16控制由阵列中的换能器元件对信号的发送和接收。在该范例中，微波束形成器通过探头线缆耦合到发送/接收(T/R)开关18，发送/接收开关18在发送和接收之间切换并保护主波束形成器22免受高能发送信号的影响。在一些实施例中，T/R开关18和***中的其他元件可以包括在换能器探头中，而不是在单独的超声***基座中。在微波束形成器16的控制下来自换能器阵列14的超声波束的发送由耦合到T/R开关18和波束形成器22的发送控制器20引导，波束形成器22接收来自用户接口或控制面板24的用户操作的输入。由发送控制器20控制的功能之一是波束操纵的方向。波束可以从换能器阵列径直向前(正交于其)操纵，或者针对更宽的视场以不同的角度操纵。由微波束形成器16产生的部分波束形成信号耦合到主波束形成器22，其中，来自个体换能器元件片块的部分波束形成信号被组合为完全波束形成信号。
波束形成信号耦合到信号处理器26。信号处理器26可以以各种方式处理接收到的回波信号，例如带通滤波、抽取、I和Q分量分离以及谐波信号分离。信号处理器26还可以执行额外的信号增强，诸如散斑减少、信号复合和噪声消除。经处理的信号耦合到B模式处理器28，B模式处理器28可以采用幅度检测来对身体中的结构进行成像。由B模式处理器产生的信号耦合到扫描转换器30和多平面重新格式化器32。扫描转换器30以期望的图像格式将回波信号布置在它们被接收的空间关系中。例如，扫描转换器30可以将回波信号布置成二维(2D)扇形格式或金字塔形三维(3D)图像。多平面重新格式化器32可以将从身体的体积区域中的公共平面中的点接收的回波转换成该平面的超声图像，如美国专利US 6443896(Detmer)中描述的。当从给定的参考点查看时，体积绘制器34将3D数据集的回波信号转换成投影的3D图像，例如，如美国专利US 6530885(Entrekin等人)中描述的。将2D或3D图像从扫描转换器30、多平面重新格式化器32和体积绘制器34耦合到图像处理器36，以进行进一步增强，缓冲和临时存储以在图像显示器38上显示。图形处理器40可以生成用于与超声图像(例如超声图像52)一起显示的图形叠加。这些图形叠加可以包含例如标准识别信息，例如患者姓名、图像的日期和时间、成像参数等。出于这些目的，图形处理器40接收来自用户接口24的输入，例如键入的患者姓名。用户接口还可以耦合到多平面重新格式化器32，以用于多幅多平面重新格式化(MPR)图像的显示的选择和控制。
除了成像之外，超声成像***10可以被配置为测量衰减系数和/或针对成像物体的系数。例如，超声成像***可以包括脉冲序列生成器42，脉冲序列生成器42可以耦合到发送控制器20。脉冲序列生成器42可以向发送控制器20提供命令，然后发送控制器20控制换能器14的元件的电压和发射序列以根据期望的脉冲序列发送超声脉冲。例如，脉冲序列可以包括宽带脉冲和一个或多个窄带脉冲。在一些实施例中，可以由用户经由用户接口24选择或配置要由发送控制器20施加的脉冲序列。用户可以手动输入脉冲序列，例如通过输入额外窄带脉冲的数量并指定脉冲的中心频率、持续时间和/或顺序，和/或从一组预编程的脉冲序列中选择脉冲序列。提供给用户的该组预编程的序列可以至少部分地基于超声成像***10的换能器14的性质。所提供的该组预编程的序列可以随着不同类型的探头或换能器耦合至超声成像***10和/或由其激活而改变。脉冲序列生成器42可基于选定的脉冲序列和/或由用户手动输入的脉冲序列来生成命令。在一些实施例中，可以在超声成像***10中对默认脉冲序列进行预编程。
可以在施加用于B模式成像和/或其他成像模式(例如，M模式、多普勒等)的一个和/或多个超声脉冲序列之前或之后施加用于测量衰减系数的脉冲序列。脉冲序列还可包括用于B模式成像和/或其他成像模式的脉冲。在一些实施例中，可以以交错的方式来施加应用于测量衰减系数和成像的脉冲序列。衰减系数或基于衰减系数导出的其他信息(例如组织特征)(统称为衰减系数信息54)可以额外或备选地显示在显示器38上。在一些范例中，衰减系数54的图形表示可以与相关超声图像52同时显示，例如作为叠加或采取并排布置。在一些实施例中，可以将衰减系数信息54提供给不同的输出设备(例如，打印机，包括在报告中，存储在存储设备中等)，而不必将其显示在显示器38上。
可以将响应于脉冲序列的接收到的回波提供给主波束形成器22和信号处理器26。信号处理器26可以以各种方式处理来自脉冲序列的接收到的回波信号，例如带通滤波、信号复合和噪声消除。可以将经处理的信号提供给衰减系数计算器44。衰减系数计算器44可以基于谱移位方法(诸如，参考等式6描述的谱移位方法)来计算衰减系数的值。在一些实施例中，衰减系数计算器44还可以基于衰减系数计算组织表征。例如，如果衰减系数超过阈值，则衰减系数计算器44可以将组织表征为脂肪肝组织而不是正常肝组织。在另一个范例中，衰减系数计算器44可以至少部分地基于衰减系数来计算肝脏组织中的脂肪的百分比。在这些范例中，可以至少部分基于离体数据和/或其他方法(例如，体模、模拟)来确定与衰减系数相对应的肝脏组织中的组织类型或脂肪百分比。在一些实施例中，衰减系数计算器44可以为由超声成像***10采集的对应图像中的每个像素和/或体素计算衰减系数和/或组织表征。
在备选实施例中，衰减系数计算器44可以从波束形成器22而不是信号处理器26接收脉冲序列的回波信号。衰减系数计算器44可以根据未处理的回波信号计算衰减系数和/或执行其自己的信号处理。尽管示出为单独的部件，但是在一些实施例中，衰减系数计算器44和信号处理器26可以被实施为单个部件。在一些实施例中，信号处理器26可以被实施为两个单独的信号处理器，其中，一个信号处理器处理用于B模式成像的回波，而另一个信号处理器处理用于测量衰减系数的回波。在一些实施例中，脉冲序列生成器42和衰减系数计算器44可以被实施为单个部件。在一些实例中，将脉冲序列生成器42和衰减系数计算器44组合在单个部件中可以促进调整现有超声成像***以根据本公开的原理进行操作。
所计算的衰减系数和/或组织表征可以由衰减系数计算器44提供给图形处理器40，以在显示器38上呈现。衰减系数和/或组织表征可以与由超声成像***10采集的图像同时显示。例如，衰减系数和/或组织表征可以以与上述患者数据和成像参数类似的方式显示为图形叠加。在一些实施例中，图形处理器40可以提供颜色和/或灰度叠加，其中，每种颜色或阴影对应于图像的每个像素或体素的不同的衰减系数和/或组织表征值或值范围。这可以提供成像物体的衰减系数和/或组织表征的定性可视化。
在一些范例中，由脉冲序列生成器42提供的脉冲序列可以是在很宽的频率范围上的频率扫掠(例如，针对期望的每个频率的单独的脉冲)。频率扫掠可以用于建立具有宽频率范围的均衡功率谱Φ(f；x,z)，这可以减小衰减系数计算中的变化。然而，完成这种扫掠的时间长度可能是不切实际的，特别是在期望实时或接近实时成像的情况下，尽管不在本公开的范围外部。此外，使用这种扫掠可能会阻止实时或接近实时应用空间复合。在一些实施例中，空间复合可以减少伪像，因此，当使用矩阵阵列换能器以实现改进的性能时，可以在横向和仰角方向两者上使用空间复合。
如所描述的，根据本公开的***可以被配置为控制超声换能器根据一个或多个脉冲序列来发送脉冲，其中至少一个可以被用于采集用于测量介质的(一个或多个)衰减系数的回波信号，并且其然后可以用于例如组织表征。例如，***可以控制换能器根据第一序列发送脉冲，并且可以额外地任选地控制换能器根据第二序列发送脉冲。第一序列可以包括在换能器的主通带内的至少一个宽带脉冲和在换能器的主通带外部的一个或多个窄带脉冲，在一些情况下两个或更多个窄带脉冲。第二序列可以包括一个或多个脉冲，实施一个或多个脉冲被配置为采集用于生成成像数据的回波信号，并且因此可以根据用于不同成像模式(例如，B模式、M模式、多普勒等)的常规技术来配置。
总而言之，根据本公开的超声***可以包括超声换能器，所述超声换能器被配置为朝向诸如组织(例如，肝组织)的介质发送超声脉冲。可以根据第一脉冲序列来发送超声脉冲，所述第一脉冲序列包括超声换能器的主通带内的一个或多个脉冲和超声换能器的主通带外部的一个或多个脉冲。超声换能器还可以根据第二脉冲序列发送超声脉冲。脉冲序列生成器可以生成对应于第一脉冲序列的命令，并将命令发送到发送控制器。这可以使超声换能器发送第一脉冲序列。衰减系数计算器可以包括在超声***中。衰减系数计算器可以至少部分地基于响应于第一脉冲序列而接收到的回波信号来计算介质的衰减系数。被配置为基于响应于第二脉冲序列而接收到的回波信号生成超声成像数据的处理器也可以包括在***中。
图2图示了可以由根据本公开的原理的***生成的脉冲序列的范例，例如，用于测量衰减系数。图2图示了三个范例脉冲序列A-C，每个包括三个脉冲，序列A包括脉冲200、205和210，序列B包括脉冲215、220和225，并且序列C包括脉冲230、235和240。脉冲200-240的宽度定性地(即，不按比例)图示了每个脉冲的频率范围。例如，序列A中的脉冲200比脉冲205和210具有更宽的频率范围。每个序列中的脉冲200-240的顺序表示在时间上何时每个脉冲相对于序列中的其他脉冲被发送。例如，在序列A中，在脉冲205之前发送脉冲200，并且在脉冲210之前发送脉冲205。可以由具有在例如3MHz和6MHz的给定频率范围内之间的主通带(例如-6dB通带)的换能器发送图2中所图示的序列A-C。对于每个换能器元件，换能器被控制为基于例如从脉冲序列生成器传送到可操作地耦合到换能器的发送控制器的命令来发送三个脉冲。在序列A中，第一发送脉冲200是宽带脉冲，第二发送脉冲205是以7MHz为中心的窄带脉冲，并且第三发送脉冲210是以2MHz为中心的窄带脉冲。然而，脉冲序列不限于首先发送的宽带脉冲。如序列B所示，第一脉冲215是以7MHz为中心的窄带脉冲，第二脉冲220是宽带脉冲，并且第三脉冲225是以2MHz为中心的窄带脉冲。在序列C中，两个窄带脉冲230和235在宽带脉冲240之前被发送。此外，具有较低中心频率的窄带脉冲(例如，脉冲210、225和235)可以在具有高中心频率的窄带脉冲(例如，脉冲205、215和230)之前被发送。
在图2中提供的范例中，宽带脉冲(例如，脉冲200、220和240)可以具有2MHz的带宽。在其他实施例中，根据换能器的性质(例如，主通带的宽度、换能器元件的驱动限制)，宽带脉冲可以具有1-3MHz的带宽。在图2提供的范例中，窄带脉冲可以具有10-100kHz的带宽。根据换能器的性质，在其他实施例中，窄带脉冲可以具有1kHz-300kHz的带宽。
为了提高SNR，窄带脉冲在时间域中可以比宽带脉冲更长。即，窄带脉冲的发送时间可以大于宽带脉冲的发送时间。例如，宽带脉冲在长度上可以是0.5μs-1.0μs，而窄带脉冲在长度上可以是10μs。至少部分地基于期望的SNR和/或期望频率处的能量发送，窄带脉冲的持续时间可以更长或更短。
尽管在图2所图示的序列中示出了三个脉冲，但是序列可以具有更多或更少的脉冲。例如，可以仅发送宽带脉冲和具有高中心频率的窄带脉冲。在另一范例中，序列可以包括宽带脉冲、具有低中心频率的窄带脉冲以及具有不同的高中心频率(例如6.5MHz和7.5MHz)的两个窄带脉冲。此外，所提供的宽带脉冲和窄带脉冲的频率范围仅仅是示范性的。对于具有不同性质(例如，不同的主通带频率范围)的超声换能器，脉冲的中心频率和频率范围可以不同。对于不同的超声成像应用，脉冲的中心频率和频率范围可以不同。例如，对于深组织成像，可以相对于为表层组织成像选择的中心频率选择较低的中心频率。
图2中的脉冲被图示为具有方形谱形状。然而，脉冲在频率域中可以具有圆形边缘、倾斜边缘和/或正弦外观。类似地，脉冲在时间域中可能不是方形的。脉冲在时间域中能够具有圆形边缘、倾斜边缘和/或正弦外观。
图2图示了窄带脉冲被分开发送的序列。然而，能够同时而不是顺序发送多个窄带脉冲。例如，换能器可以具有在3MHz和6MHz之间的主通带(例如，-6dB通带)。对于每个发送波束，换能器发送两个脉冲。第一个发送的脉冲是宽带脉冲，并且第二个脉冲是具有为2MHz和7MHz中心频率的两个窄带脉冲的总和。可以在单个脉冲中组合超过两个的窄带脉冲，但是可能存在对能够在一个脉冲中组合的窄带脉冲的数量的限制。限制可以基于电压限制、主通带范围和/或换能器的其他性质。窄带脉冲可以被移相以增加可用于在窄带脉冲的每个频率处发送的能量和/或增加可以在单个脉冲中发送的窄带脉冲的数量。
作为简单脉冲序列的备选，可以使用编码激励。超声信号的编码激励可以增加总发送能量，而不超过医学超声的安全限制。超声中的编码激励类似于其他领域中的编码激励(例如，频率调谐(FM)无线电)。在发送上需要对脉冲进行适当的编码，而在接收回波信号上需要适当的解码。可以通过由脉冲序列生成器生成的命令来提供超声脉冲的编码，并且分别地可以由诸如图1中的脉冲序列生成器42和衰减系数计算器44的衰减系数计算器来提供回波信号的解码。在一些实施例中，解码中的一些或全部可以由诸如图1中的信号处理器26的信号处理器提供。
诸如线性啁啾的编码激励通常用于提供超声成像中的SNR。然而，为了测量衰减系数，期望增强换能器的主通带外部的频率分量，以增加换能器的工作带宽。因此，在一些应用中，非线性啁啾在衰减系数估计方面可能比线性啁啾更好。
图3图示了根据本公开原理的非线性啁啾脉冲的范例。可以由超声换能器基于脉冲序列生成器提供的命令来发送非线性啁啾。y轴表示发送信号的频率，并且x轴表示时间。在图3所图示的范例中，发送编码激励的换能器具有从3MHz到6MHz的主通带。非线性啁啾可以近似地是以下的级联：在发送开始时的低频窄带脉冲，在发送中间的宽带脉冲，以及在发送结束时的高频窄带脉冲。在一些实施例中，非线性啁啾相位响应可以是分段二次的，使得在时间域中，信号在啁啾的持续时间上具有恒定的幅度。从T0到T1的非线性啁啾可以对应于低频窄带脉冲。从T0到T1的持续时间可以是从5-20μs。从T1-T2的非线性啁啾可以对应于宽带脉冲。从T1-T2的持续时间能够为1-3μs。从T2到T3的非线性啁啾可以对应于高频窄带脉冲。从T2到T3的持续时间能够是5-20μs。提供的持续时间仅用于示范性目的。其他持续时间可以用于非线性啁啾。非线性啁啾的总持续时间能够在10μs与1ms之间。总持续时间可以至少部分地基于换能器的性质、被成像的物体、物体的深度和/或所应用的编码激励技术。通常，在3MHz至6MHz主通带外部的信号的持续时间大于在主通带内的信号的持续时间。这可以提高换能器的主通带外部的信号的SNR，其可以改进衰减系数计算。
如本文所述，用于确定组织中的衰减系数的方法可以包括根据脉冲序列从超声换能器(例如，超声换能器12)朝向组织发送超声脉冲。脉冲序列可以包括具有在超声换能器的主通带内部的至少一个第一频率和在超声换能器的主通带外部的至少一个第二频率的脉冲。所述方法可以包括：接收与脉冲序列的具有至少一个第一频率和至少一个第二频率的脉冲相对应的回波信号；并且至少部分地基于与具有至少一个第一频率和至少一个第二频率的脉冲相对应的接收到的回波信号的组合(例如，利用衰减系数计算器44)确定组织的衰减系数。可以与计算的衰减系数同时显示超声图像。
图4是根据本公开的原理的方法400的流程图。流程图总结了根据本文描述的方法和范例的用于改进声学衰减系数测量的方法。在步骤405处，可以生成脉冲序列。脉冲序列可以是如参考图2描述的一系列脉冲或如参考图3描述的编码激励。脉冲序列可以由脉冲序列生成器生成，诸如图1中的脉冲序列生成器42。在步骤410处，可以将用于脉冲序列的命令提供给发送控制器，诸如图1中的发送控制器20。发送控制器可以控制诸如图1中的超声换能器14的超声换能器的发送。换能器可以在步骤415处发送脉冲序列，并在步骤420处接收得到的回波信号。
接收到的回波信号可以被提供给衰减系数计算器，诸如图1中的衰减系数计算器44。在步骤425处，衰减系数计算器可以至少部分地基于接收到的回波信号来计算衰减系数。衰减系数计算器可以使用谱移位方法或基于谱移位和谱差异两者的混合方法来计算衰减系数。例如，衰减系数计算器可以使用参考等式6描述的谱移位方法。在步骤430处，可以将所计算的衰减系数提供给图形处理器以进行显示，诸如图1中的图形处理器40。如先前所讨论的，在一些实施例中，在步骤425处，衰减系数计算器可以至少部分地基于衰减系数来计算组织表征。在步骤430处，可以将组织表征提供给图形处理器。
图5图示了根据本公开的实施例的范例超声图像501和502。如图5所示，图像501和502可以个体或同时显示。图像501和502可以被提供在显示器上，诸如图1中的显示器38。图像501是肝脏的一部分的B模式图像。图像501能够已经由图像处理器(例如，图像处理器36)生成。图像502是肝脏的部分的相同的B模式图像，具有同时显示的衰减系数信息。如图像502所示，衰减系数信息包括叠加在B模式图像上的衰减系数图505。在图像502所示的范例中，衰减系数图505是颜色编码图，其中，每个像素基于针对B模式图像中的对应像素计算的衰减系数值而被着色。在其他实施例中，衰减系数图505可以被实施为灰度图。尽管示出为仅覆盖图像502中的B模式图像的一部分，但是在一些实施例中，衰减系数图505可以叠加于整个B模式图像。比例尺510示出哪些颜色对应于衰减系数的哪个值和/或值范围。在该范例中，比例尺510在从0dB/cm/MHz至1dB/cm/MHz的范围内。根据频率和/或组织类型，能够显示其他范围。在一些实施例中，衰减系数图505可以由图形处理器(例如，图形处理器40)至少部分地基于从衰减系数计算器(例如，衰减系数计算器44)接收的衰减系数信息来生成。
衰减系数图505可以提供组织中衰减系数的范围的定性概览。在一些实施例中，可以为每个像素提供个体衰减系数值。衰减系数信息可以在单独的文件中提供，在备选显示器上提供，和/或与B模式图像和/或叠加有衰减系数图的B模式图像同时显示。在一些实施例中，可以在图像502上和/或邻近于图像502显示个体像素的个体衰减系数值。可以通过指向特定像素和/或被选定的个体像素的光标来确定用于显示的个体值(例如，经由用户接口提供的坐标)。也可以使用与超声图像一起显示衰减系数信息的其他变型。例如，最大和最小衰减系数值可以显示在超声图像上或超声图像附近。在另一个范例中，衰减系数值的直方图可以显示在超声图像上或超声图像附近。
本文描述的脉冲序列的应用可以提高超声换能器的主通带外部的频率的SNR。这可以允许来自更宽频率范围的信号被用于计算声学衰减系数。更宽的频率范围可以减小衰减系数的方差，从而提高衰减系数的准确度。随着衰减系数变得更加可靠，其可以允许对医学成像中的状况进行定量分析或诊断。
在使用诸如基于计算机的***或可编程逻辑的可编程器件来实现部件、***和/或方法的各种实施例中，应该意识到，上述***和方法可以使用诸如“C”、“C++”、“FORTRAN”、“Pascal”，“VHDL”等的各种已知或以后开发的编程语言来实施。相应地，可以准备各种存储介质，诸如磁性计算机盘、光盘、电子存储器等，其可以包含可以引导诸如计算机的设备以实施上述***和/或方法的信息。一旦适当的设备访问存储介质上包含的信息和程序，存储介质就可以向设备提供信息和程序，从而使设备能够执行本文所述的***和/或方法的功能。例如，如果向计算机提供包含适当材料(例如源文件、目标文件、可执行文件等)的计算机磁盘，则计算机可以接收该信息，适当地配置其自身并执行在上面的图表和流程图中概述的各种***和方法的功能以实现各种功能。也就是说，计算机可以从磁盘接收涉及上述***和/或方法的不同元件的信息的各个部分，实施个体***和/或方法并协调以上所描述的个体***和/或方法的功能。
鉴于本公开，应注意的是，本文描述的各种方法和设备可以以硬件、软件和固件来实施。此外，各种方法和参数仅通过范例被包括，而没有任何限制意义。鉴于本公开，本领域普通技术人员可以在确定他们自己的技术和影响这些技术的所需装备的情况下实施本教导，同时仍在本发明的范围内。本文描述的处理器中的一个或多个的功能可以被并入到更少数目的或单个处理单元(例如，CPU)中，并且可以使用专用集成电路(ASIC)或响应于可执行指令被编程以执行本文描述的功能的通用处理电路来实现。
尽管已经参考超声成像***描述了本***，但是本***可以扩展到使用谱移位方法来计算衰减系数的其他成像***。另外，本***可用于获得和/或记录与肾、睾丸、***、***、卵巢、子宫、甲状腺、肝、肺、肌肉骨骼、脾、神经、心脏、动脉和血管***以及其他成像应用有关(但不限于此)的图像信息。此外，本***还可以包括可以与具有或不具有实时成像部件的非超声成像***一起使用的一个或多个元件，使得它们可以提供本***的特征和优点。
此外，本方法、***和装置可以应用于现有成像***，诸如例如超声成像***。适合的超声成像***可以包括
Figure BDA0002455805210000161
超声***，
Figure BDA0002455805210000162
超声***可以例如支持可以适合于小部分成像的常规宽带线性阵列换能器。
本发明的某些额外优点和特征对于本领域技术人员而言，在研究了本公开之后可能是显而易见的，或者可以是采用本发明的新颖***和方法的人员所经历的，其主要是在测量声学衰减系数时具有较低的方差。本***和方法的另一个优点是，常规医学成像***可以容易地升级以并入本***、设备和方法的特征和优点。
当然，应意识到，以上实施例或过程中的任一个可以与一个或多个其他实施例和/或过程组合或者在根据本***、设备和方法的单独的设备或设备部分中间分离和/或执行。
最后，上述讨论仅旨在说明本***，而不应被解释为将权利要求限制为任何特定实施例或实施例组。因此，尽管已经参考示范性实施例具体详细地描述了本***，但是应意识到，本领域普通技术人员可以设计出许多修改和备选实施例，而不偏离如在权利要求中阐述的本***的更广泛和预期的精神和范围。因此，说明书和附图要以说明性的方式来看待，而不是旨在限制权利要求书的范围。

Claims (20)

1.一种用于确定组织的衰减系数的方法，所述方法包括：
根据脉冲序列从超声换能器朝向组织发送超声脉冲，所述脉冲序列包括具有所述超声换能器的主通带内部的至少一个第一频率和所述超声换能器的主通带外部的至少一个第二频率的脉冲；
接收与所述脉冲序列的具有所述至少一个第一频率和所述至少一个第二频率的所述脉冲相对应的回波信号；
至少部分地基于与具有所述至少一个第一频率和所述至少一个第二频率的所述脉冲相对应的接收到的回波信号的组合来确定所述组织的衰减系数；并且
将超声图像与所计算的衰减系数同时显示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述超声图像是根据从所述脉冲序列接收的回波或根据从至少一个其他脉冲序列接收的回波生成的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所计算的衰减系数被显示为叠加于所述超声图像的图。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述图是颜色图。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，具有至少一个第一频率的所述脉冲包括宽带脉冲，并且具有至少一个第二频率的所述脉冲包括至少一个窄带脉冲。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述宽带脉冲的中心频率在所述超声换能器的所述主通带内。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个窄带脉冲的中心频率在所述超声换能器的所述主通带外部。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个窄带脉冲是具有不同中心频率的多个窄带脉冲的组合。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，具有不同中心频率的所述多个窄带脉冲的相位相对于彼此被移位。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，所述宽带脉冲的持续时间小于所述至少一个窄带脉冲的持续时间。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脉冲序列包括编码激励。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述编码激励包括非线性啁啾。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述衰减系数包括谱移位方法。
14.一种超声成像***，包括：
超声换能器，其被配置为朝向组织发送超声脉冲，其中，所述超声脉冲是根据脉冲序列来发送的，所述脉冲序列包括具有所述超声换能器的主通带内部的至少一个第一频率和所述超声换能器的主通带外部的至少一个第二频率的脉冲；
衰减系数计算器，其被配置为至少部分地基于与具有所述至少一个第一频率和所述至少一个第二频率的所述脉冲相对应的回波信号来计算所述组织的衰减系数；以及
至少一个处理器，其被配置为基于所述回波信号来生成超声成像数据。
15.根据权利要求14所述的超声成像***，其中，所述超声换能器是CMUT或压电换能器。
16.根据权利要求14所述的超声成像***，其中，所述衰减系数计算器还被配置为至少部分地基于所述介质的所述衰减系数来计算组织表征。
17.根据权利要求14所述的超声成像***，还包括脉冲序列生成器，所述脉冲序列生成器被配置为：
生成与所述脉冲序列相对应的命令；并且
发送所述命令以使所述超声换能器发送所述脉冲序列。
18.根据权利要求17所述的超声成像***，其中，所述脉冲序列生成器还被配置为生成编码激励。
19.根据权利要求18所述的超声成像***，其中，所述衰减系数计算器还被配置为对由所述编码激励产生的回波信号进行解码。
20.根据权利要求14所述的超声成像***，还包括信号处理器，所述信号处理器被配置为：接收所述回波信号，处理所述回波信号，并且将经处理的信号提供给所述衰减系数计算器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114485911A (zh) * 2022-01-25 2022-05-13 重庆医科大学 基于亚波长尺度的声波导管中声衰减系数测量装置及方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI743411B (zh) * 2017-11-08 2021-10-21 美商富士膠片索諾聲公司 具有高頻細節的超音波系統
JP7366137B2 (ja) * 2019-01-24 2023-10-20 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 信頼度推定による音響減衰係数の超音波撮像
US11850099B2 (en) * 2019-02-26 2023-12-26 Canon Medical Systems Corporation Ultrasonic diagnostic apparatus
CN111464979A (zh) * 2019-10-30 2020-07-28 孙凯旋 基于车联网的电驱动车控制方法、云端服务器及存储介质
CN111466951B (zh) * 2020-04-15 2023-04-07 深圳开立生物医疗科技股份有限公司 超声衰减图像的生成方法、装置、超声设备及存储介质
CN114487100B (zh) * 2021-12-30 2024-01-26 中国特种设备检测研究院 一种超声探头频谱测试的频谱偏移补偿方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4564019A (en) * 1982-04-07 1986-01-14 Fujitsu Limited Method for measuring characteristics of living tissues by ultrasonic waves
EP0155630B1 (en) * 1984-03-17 1990-09-26 TERUMO KABUSHIKI KAISHA trading as TERUMO CORPORATION Ultrasonic measurement method, and apparatus therefor
US5361767A (en) * 1993-01-25 1994-11-08 Igor Yukov Tissue characterization method and apparatus
CN1623513A (zh) * 2003-09-09 2005-06-08 Ge医药***环球科技公司 利用自然解码的编码激励进行组织谐波成像的方法和装置
US20070038108A1 (en) * 2005-07-11 2007-02-15 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Ultrasound diagnostic flow imaging with coded excitation
CN103690194A (zh) * 2013-12-17 2014-04-02 中国科学院深圳先进技术研究院 基于宽带信号的血流流速估计方法和***
CN105793729A (zh) * 2013-07-23 2016-07-20 明尼苏达大学评议会 使用多频率波形的超声图像形成和/或重建
CN107072639A (zh) * 2015-08-03 2017-08-18 皇家飞利浦有限公司 使用切变波进行测量的超声***和方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60176629A (ja) 1984-02-23 1985-09-10 テルモ株式会社 超音波測定装置
US4621645A (en) * 1984-09-14 1986-11-11 General Electric Company Method of estimating tissue attenuation using wideband ultrasonic pulse and apparatus for use therein
US4574635A (en) 1984-11-02 1986-03-11 North American Philips Corporation Monitoring of frequency shift of ultrasound pulses in tissue
JPS63194644A (ja) * 1987-02-09 1988-08-11 松下電器産業株式会社 超音波計測装置
US5663502A (en) * 1994-10-18 1997-09-02 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for measuring thickness of layer using acoustic waves
US6530885B1 (en) 2000-03-17 2003-03-11 Atl Ultrasound, Inc. Spatially compounded three dimensional ultrasonic images
EP1263326A4 (en) 2000-03-17 2004-09-01 Univ Texas STRAIN ESTIMATORS WITH POWER SPECTRAS IN ELASTOGRAPHY
US6443896B1 (en) 2000-08-17 2002-09-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method for creating multiplanar ultrasonic images of a three dimensional object
JP4928989B2 (ja) * 2007-03-07 2012-05-09 株式会社東芝 超音波診断装置および超音波診断装置の制御プログラム
US8652048B2 (en) * 2010-08-06 2014-02-18 Biotronik Se & Co. Kg Implant and system for predicting decompensation
US9244169B2 (en) 2012-06-25 2016-01-26 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Measuring acoustic absorption or attenuation of ultrasound
CN205786484U (zh) * 2016-05-18 2016-12-07 宁波大学 一种综合声波衰减系数的测试装置
CN105954353B (zh) * 2016-05-18 2019-07-09 宁波大学 一种综合声波衰减系数的测试方法及测试装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4564019A (en) * 1982-04-07 1986-01-14 Fujitsu Limited Method for measuring characteristics of living tissues by ultrasonic waves
EP0155630B1 (en) * 1984-03-17 1990-09-26 TERUMO KABUSHIKI KAISHA trading as TERUMO CORPORATION Ultrasonic measurement method, and apparatus therefor
US5361767A (en) * 1993-01-25 1994-11-08 Igor Yukov Tissue characterization method and apparatus
CN1623513A (zh) * 2003-09-09 2005-06-08 Ge医药***环球科技公司 利用自然解码的编码激励进行组织谐波成像的方法和装置
US20070038108A1 (en) * 2005-07-11 2007-02-15 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Ultrasound diagnostic flow imaging with coded excitation
CN105793729A (zh) * 2013-07-23 2016-07-20 明尼苏达大学评议会 使用多频率波形的超声图像形成和/或重建
CN103690194A (zh) * 2013-12-17 2014-04-02 中国科学院深圳先进技术研究院 基于宽带信号的血流流速估计方法和***
CN107072639A (zh) * 2015-08-03 2017-08-18 皇家飞利浦有限公司 使用切变波进行测量的超声***和方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JEREMY KEMMERER ET AL.: "A new approach for detecting attenuation changes during high-intensity focused ultrasound" *
周浩;王友钊;郑音飞;: "医学超声编码激励技术研究进展" *
明文 等: "基于超声散射回波的组织损伤程度监测方法" *
蒲诚;张涛;綦磊;: "不同编码激励的超声气体流量测量性能对比" *
陈启敏,白勇,刘淑燕,芷小非,张爱宏,雷小莹: "软组织超声频谱实验和分析" *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114485911A (zh) * 2022-01-25 2022-05-13 重庆医科大学 基于亚波长尺度的声波导管中声衰减系数测量装置及方法
CN114485911B (zh) * 2022-01-25 2023-11-24 重庆医科大学 基于亚波长尺度的声波导管中声衰减系数测量装置及方法

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