CN114246610A - 用于生成增强图像的超声成像***和方法 - Google Patents

用于生成增强图像的超声成像***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明题为“用于生成增强图像的超声成像***和方法”。本发明公开了一种方法和超声成像***，该方法和超声成像***包括：以第一发射图案发射第一超声能量；基于该第一超声能量接收第一超声数据；以及基于该第一超声数据生成第一图像。该方法和***包括进入阴影减少模式并且以该阴影减少模式执行以下步骤：以第二发射图案发射第二超声能量，该第二发射图案被配置为具有比该第一发射图案更大的穿透力；基于该第二超声能量接收第二超声数据；生成识别阴影区的掩模；以及生成包括增强阴影区的增强图像，其中该第二超声数据用于生成该增强阴影区；以及显示该增强图像。

Description

用于生成增强图像的超声成像***和方法
技术领域
本公开整体涉及用于生成和显示包括增强阴影区的增强图像的超声成像***和方法。
背景技术
超声成像是一种基于从发射的超声能量所接收的回波的成像模态。超声成像具有许多临床用途，包括一般成像、心脏成像、肌肉骨骼成像(MSK)、护理点、初级护理和产科/妇女健康。超声成像作为一种成像模态具有许多优点。用于采集图像的超声能量是非电离的，因此对于许多应用来说比依赖于X射线或其他电离形式的辐射的其他成像模态更安全。另外，超声成像是一种相对负担得起的成像模态，这使其非常适合在多种临床场景中广泛使用。
在超声成像中，图像质量通常与超声数据的信噪比(SNR)相关。作为一般规则，与较低信噪比相比，较高信噪比将导致更好的图像质量。常规超声成像***使用来改善信噪比的一种技术是使用各种形式的复合成像。例如，许多常规超声成像***将使用一种频率复合形式来生成具有改善的信噪比的图像。然而，频率复合通常被优化以提供良好的分辨率，这往往包括在执行频率复合时更多地强调较高频率而不是较低频率。
使用较高频率或主要是较高频率来生成超声图像的一个问题是，虽然较高频率的超声具有较高的分辨率，但它们的穿透力不如较低频率。较高频率的成像可导致生成具有阴影区的图像。阴影区是图像中具有极低强度信号或零信号的一个或多个区域。阴影区可由例如阻挡超声能量的致密结构(诸如骨)引起，和/或阴影区也可由边缘折射阴影引起。阴影区通常由所显示的超声图像上的一个或多个暗区域表示。图像中的阴影区可使得临床医生难以或不可能准确理解患者的解剖结构和/或使用常规超声成像技术基于图像进行适当的测量。
至少出于上述原因，需要一种用于生成具有增强阴影区的增强图像的改善的超声成像***和方法。
发明内容
本文解决了上述缺陷、缺点和问题，这将通过阅读和理解以下说明书来理解。
在一个实施方案中，一种超声成像的方法包括：以第一发射图案从超声探头发射第一超声能量；基于第一超声能量接收第一超声数据；基于第一超声数据生成第一图像；以及在所述生成第一图像之后响应于用户输入进入阴影减少模式。该方法包括在处于阴影减少模式时执行以下步骤：以第二发射图案从超声探头发射第二超声能量，该第二发射图案被配置为具有比第一发射图案更大的穿透力；基于第二超声能量接收第二超声数据；生成识别阴影区的掩模；生成包括非阴影区和增强阴影区的增强图像，其中第二超声数据用于基于掩模中的阴影区来生成增强图像中的增强阴影区；以及在显示设备上显示增强图像。
在一个实施方案中，一种超声成像***包括显示设备、超声探头和处理器，该处理器与显示设备和超声探头两者进行电子通信。该处理器被配置为控制超声探头以进行以下操作：以第一发射图案发射第一超声能量；基于第一超声能量接收第一超声数据；以及基于第一超声数据生成第一图像。该处理器被配置为在生成第一图像之后响应于用户输入而进入阴影减少模式。该处理器被配置为在处于阴影减少模式时执行以下步骤：控制超声探头来以第二发射图案发射第二超声能量，该第二发射图案被配置为具有比第一发射图案更大的穿透力；基于第二超声能量接收第二超声数据；生成识别阴影区的掩模；生成包括非阴影区和增强阴影区的增强图像，其中第二超声数据用于基于掩模中的阴影区来生成增强图像中的增强阴影区；以及在显示设备上显示增强图像。
通过附图及其具体实施方式，本发明的各种其他特征、目的和优点对于本领域的技术人员将是显而易见的。
附图说明
图1是根据一个实施方案的超声成像***的示意图；
图2是根据一个实施方案的方法的流程图；
图3是根据一个实施方案的图像；
图4是根据一个实施方案的叠加在图像上的掩模的表示；
图5是根据一个实施方案的掩模的表示；
图6是根据一个实施方案的增强图像；并且
图7是根据一个实施方案的流程图。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，参考形成其一部分的附图，并且其中通过图示的方式示出了可实践的具体实施方案。足够详细地描述了这些实施方案以使得本领域技术人员能够实践实施方案，并且应当理解，可以利用其他实施方案，并且可以在不脱离实施方案的范围的情况下进行逻辑、机械、电气和其他改变。因此，以下具体实施方式不应视为限制本发明的范围。
图1是根据一个实施方案的超声成像***100的示意图。超声成像***100包括发射波束形成器101和发射器102，该发射波束形成器和发射器驱动超声探头106内的元件104将脉冲超声信号发射到身体(未示出)中。根据各种实施方案，超声探头106可为任何类型的探头，包括线性探头、弯曲阵列探头、1.25D阵列探头、1.5D阵列探头、1.75D阵列探头或2D阵列探头。根据其他实施方案，超声探头106也可为机械探头，诸如机械4D探头或混合探头。超声探头106可用于采集超声数据，该超声数据包含关于患者体内的区或体积的超声数据。仍参见图1，脉冲超声信号从体内结构如血细胞或肌肉组织反向散射，以产生返回到元件104的回波。回波被元件104转换成电信号或超声数据，并且电信号被接收器108接收。表示所接收的回波的电信号穿过输出超声数据的接收波束形成器110。根据一些实施方案，超声探头106可包含电子电路以执行发射波束形成和/或接收波束形成的全部或部分。例如，发射波束形成器101、发射器102、接收器108和接收波束形成器110的全部或部分可位于超声探头106内。在本公开中，术语“扫描”或“扫描中”可也用于指通过传输和接收超声信号的过程来采集数据。本公开中，术语“数据”和“超声数据”可用于指用超声成像***采集的一个或多个数据集。用户界面115可用于控制超声成像***100的操作。用户界面115可用于控制患者数据的输入，或用于选择各种模式、操作和参数等。用户界面115可包括一个或多个用户输入设备，包括键盘、硬键、触控板、轨迹球、一个或多个旋转控件、一个或多个滑块、软键或任何其他用户输入设备。用户界面115可包括触摸屏，诸如图1的实施方案中所示的触摸屏122。触摸屏122被配置为接收来自用户的触摸和/或多点触摸输入。处理器116被配置为将在触摸屏122处所接收的触摸输入转换成操作命令。触摸屏122可被配置为显示和图形用户界面中的至少一者。根据一个实施方案，触摸屏122可被定位成使得用户更容易触及。例如，触摸屏122的角度和高度可不同于显示设备118。根据一些实施方案，触摸屏122可被配置为除了图形用户界面之外或代替图形用户界面显示图像。例如，触摸屏122可被配置为显示在显示设备118上显示的图像的版本。根据一些实施方案，触摸屏122上显示的图像可以为主显示器118上显示的图像的较小版本。其他实施方案可不包括触摸屏作为用户界面的一部分。在一些实施方案中，显示设备118可以为触敏显示设备。例如，显示设备可包括触敏表面，并且显示设备118可用作用户输入设备，该用户输入设备被配置为接收单点触摸输入、多点触摸输入和/或手势中的一者或多者。在一些实施方案中，超声成像***100可包括触摸屏122和触敏显示设备两者。
超声成像***100还包括处理器116，该处理器用以控制发射波束形成器101、发射器102、接收器108和接收波束形成器110。接收波束形成器110可以是根据各种实施方案的常规硬件波束形成器或软件波束形成器。如果接收波束形成器110是软件波束形成器，则其可包括以下部件中的一者或多者：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任何其他类型的处理器。接收波束形成器110可被配置为执行常规波束形成技术以及诸如回溯发射波束形成(RTB)的技术。
处理器116与超声探头106进行电子通信。处理器116可控制超声探头106以采集超声数据。处理器116控制元件104中的哪些元件是活动的以及从超声探头106发射的波束的形状。处理器116还与显示设备118进行电子通信，并且处理器116可将超声数据处理成图像以显示在显示设备118上。出于本公开的目的，术语“电子通信”被定义为包括有线连接和无线连接。根据一个实施方案，处理器116可包括中央处理单元(CPU)。根据其他实施方案，处理器116可包括能够执行处理功能的其他电子部件，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)或任何其他类型的处理器。根据其他实施方案，处理器116可包括能够执行处理功能的多个电子部件。例如，处理器116可包括选自包括以下电子部件的列表中的两个或更多个电子部件：中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)和图形处理单元(GPU)。根据另一个实施方案，处理器116还可包括解调RF数据并且生成原始数据的复合解调器(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116可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。实时帧或体积速率可基于从其采集数据的区域或体积的尺寸和采集期间使用的具体参数而变化。数据可在扫描会话期间临时存储在缓冲器(未示出)中，并且在实时或离线操作中以不太实时的方式处理。本发明的一些实施方案可包括用于处理处理任务的多个处理器(未示出)。例如，可利用第一处理器来解调和抽取RF信号，而可使用第二处理器来在将数据作为图像显示之前进一步处理数据。应当理解，其他实施方案可使用不同的处理器布置方式。对于接收波束形成器110为软件波束形成器的实施方案，归因于上文的处理器116和软件波束形成器的处理功能可由单个处理器诸如接收波束形成器110或处理器116来执行。或者，归因于处理器116和软件波束形成器的处理功能可以不同方式在任意数量的单独处理部件之间分配。
根据一个实施方案，超声成像***100可以例如10Hz至30Hz的帧速率连续采集超声数据。能够以类似帧速率刷新从数据生成的图像。其他实施方案能够以不同速率获取并且显示数据。例如，一些实施方案可根据体积大小和预期应用，以小于10Hz或大于30Hz的帧速率采集超声数据。例如，许多应用涉及以50Hz或更高的帧速率采集超声数据。包括存储器120，用于存储经处理的采集数据的帧。在一个示例性实施方案中，存储器120具有足够的容量以存储在长度为至少几秒的时间段内采集的超声数据的帧。数据帧的存储方式便于根据其采集顺序或时间进行检索。存储器120可包括任何已知的数据存储介质。
任选地，可利用造影剂来实现本发明的实施方案。当使用包括微泡在内的超声造影剂时，造影成像生成体内解剖结构和血流的增强图像。在使用造影剂获取数据之后，图像分析包括分离谐波分量和线性分量、增强谐波分量以及通过利用增强的谐波分量生成超声图像。使用合适的滤波器来执行从所接收信号中分离谐波分量。使用造影剂进行超声成像是本领域技术人员所熟知的，因此将不再详细描述。
在本发明的各种实施方案中，处理器116可通过其他或不同的模式相关模块(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)来处理数据，以形成2D或3D图像或数据。例如，一个或多个模块可生成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。存储图像光束和/或帧，并且可记录指示在存储器中采集数据的时间的定时信息。
处理器116被配置为执行扫描转换操作，以将图像帧从光束空间坐标转换为显示空间坐标。处理器116可被配置为从存储器读取图像帧，并且在对患者进行手术时实时显示图像帧。处理器116可将图像帧存储在图像存储器中，从该图像存储器读取和显示图像。超声成像***100可以是基于控制台的***、膝上型电脑、手持或手提式***，或任何其他配置。
根据各种实施方案，超声探头106可被配置为通过有线或无线技术与超声成像***100的其他部件(诸如处理器116、接收器108、接收波束形成器110、发射器102和发射波束形成器101)进行电子通信。例如，根据一个实施方案，超声探头106可以是电池供电的，并且被配置为从处理器116接收指令并通过一个或多个无线通信信道向处理器116发射数据。
各种方法和过程(诸如下文相对于图2所述的方法和过程)可作为可执行指令存储在超声成像***100或处理器116中的非暂态计算机可读介质(诸如存储器120)中。在另一个实施方案中，处理器116可包括存储在非暂态计算机可读介质中的指令，并且可应用本文所述的方法。在又一个实施方案中，本文所述的方法和过程可分布在存储器120和处理器116上。
图2是根据一个示例性实施方案的方法300的流程图。流程图的各个块表示可根据方法300执行的步骤。附加实施方案可执行以不同序列示出的步骤，并且/或者附加实施方案可包括图2中未示出的附加步骤。方法300的技术效果是在显示设备118上生成并显示具有增强阴影区的增强图像。将根据一个示例性实施方案对方法300进行描述，在该示例性实施方案中，方法300由图1所示的超声成像***100执行。
在步骤302处，处理器116控制超声探头106以使用第一发射图案发射第一超声能量。处理器116控制发射波束形成器101和发射器102以使用第一发射图案从超声探头106发射第一超声能量。第一发射图案包括在第一超声能量的发射期间使用的特定参数。例如，第一发射图案包括发射的第一超声能量的中心频率和发射的第一超声能量的带宽。另外，对于不同的成像模式可使用不同的发射图案。例如，第一发射图案可包括用于谐波成像的脉冲反转。根据其他实施方案，第一发射图案可不包括脉冲反转。根据各种实施方案，处理器116可能能够控制第一发射图案的其他参数，诸如强度。
根据一个实施方案，第一发射图案可以为行程长度编码(RLE)发射图案。RLE发射图案可被配置/优化以例如围绕一个或多个频率生成频谱目标。RLE发射图案可用于生成与第一发射图案相关联的发射孔径的变迹。RLE发射图案可用于改善第一超声数据中的轴向分辨率和横向分辨率中的一者或两者。
根据一个实施方案，第一发射图案可包括使用线性脉冲发生器来减少不需要的频率分量，诸如谐波。除了减少超声探头106的加热之外，线性脉冲还可有助于最小化第一图像的图像质量退化。
根据另一个实施方案，第一发射图案可包括脉冲反转技术，该脉冲反转技术包括正常波形和反转波形两者。脉冲反转通常在谐波成像期间使用。处理器116控制探头106以发射正常波形T1和反转波形T2。然后，处理器116从正常波形接收第一接收信号S11，并且从反转波形接收第二接收信号S21。根据公式1(如下所示)对第一接收信号S11和第二接收信号S21求和以生成脉冲反转信号(PI1)：
PI1＝S11+S21 公式1
PI1＝S11+S21的运算取消了信号的基波部分，并且PI1是二次谐波。
在步骤304处，处理器116接收第一超声数据。根据一个实施方案，超声探头106基于在步骤302期间发射的第一超声能量来从成像组织接收回波。参见图1，回波被超声探头106的元件104接收。元件104将声波转换为电信号，该电信号然后传递到接收器108和接收波束形成器110。如上文所述，接收波束形成器110对电信号应用波束形成延迟以生成第一超声数据。术语“超声数据”可用于指在接收处理链中的各个位置处来自元件104的数据。例如，“超声数据”可用于指响应于接收到回波而从元件104生成的电信号，其也称为“原始数据”；“超声数据”可指已由接收波束形成器110进行波束形成的回波，其也称为“波束形成数据”；并且“超声数据”可用于指已由处理器116进行扫描转换并且准备好在显示设备118上显示的经扫描转换的数据。根据一个实施方案，处理器116可将超声数据处理成具有不同频率的两个或更多个不同分量。例如，处理器116可使用诸如傅里叶处理的技术将超声数据分解成高频分量和低频分量。
接着，在步骤306处，处理器116基于第一超声数据生成第一图像。根据一个实施方案，第一图像可不进行扫描转换。根据其他实施方案，第一图像可进行扫描转换并准备好在显示设备118上显示。
根据一个实施方案，处理器116可使用频率复合来生成第一图像。例如，处理器116可将第一超声数据分解为高频分量和低频分量。可基于低频分量生成较低频率图像，并且可基于高频分量生成较高频率图像。然后，处理器116可将较低频率图像与较高频率图像复合，以基于第一超声数据生成频率复合图像。与未进行频率复合的图像相比，频率复合通常会产生具有较少量的散斑的图像。
在步骤308处，处理器116接收用户输入以进入阴影减少模式。根据示例性实施方案，可通过触摸屏122或通过选择专用硬键或按钮来输入用户输入。根据一个实施方案，可使用触敏显示器、鼠标、触摸板或轨迹球来输入用户输入，以便与显示在显示设备118或触摸屏122上的图形用户界面(GUI)进行交互。在步骤310处，处理器116响应于在步骤308处接收到用户输入而进入阴影减少模式。
一旦在步骤312处处于阴影减少模式，处理器116就控制超声探头106、发射器102和发射波束形成器101以使用第二发射图案来发射第二超声能量，该第二发射图案被配置为具有比在步骤302处的第一超声能量的发射期间使用的第一发射图案更大的穿透力。可相对于第一发射图案以各种方式调整第二发射图案，以便获得更大的穿透力。
根据一个实施方案，第二发射图案可以为编码激励技术。编码激励涉及长编码波形的发射以及在发射期间使用的长编码波形与所接收的信号的相关联。编码激励通常用于雷达中，但其用于超声成像的用途仍然相对较新。使用作为编码激励的第二发射图案可用于增加信噪比或增加穿透深度。当调谐以增加穿透力时，编码激励通常会导致旁瓣伪影，这对于大多数一般成像目的来说是不期望的。根据一个实施方案，编码激励发射图案可以为经时间编码的编码激励图案。
获得附加穿透力的一种方式是使第二发射图案的频率低于第一发射图案的频率。与较高频率的超声相比，较低频率的超声以分辨率为代价增加了穿透力。第二超声能量可例如以第二发射图案发射，该第二发射图案具有比用于发射第一超声能量的第一发射图案更低的中心频率。根据一个实施方案，第二发射图案可具有比第一发射图案更低的中心频率。例如，用于发射第一超声能量的第一发射图案可具有第一中心频率，并且用于发射第二超声能量的第二发射图案可具有比第一发射图案更低的第二中心频率。与第一发射图案相比，第二发射图案的较低中心频率将提供改善的穿透力。
根据一个实施方案，可能期望的是使第二发射图案的中心频率比第一发射图案的中心频率低至少5％。根据一个实施方案，可能期望的是使第二发射图案的中心频率比第一发射图案的中心频率低至少10％。根据其他实施方案，可能期望的是使第二发射图案的中心频率比第一发射图案的中心频率低至少20％，以便提供穿透深度的更大改善。根据一个实施方案，第一发射图案可具有5MHz的中心频率，并且第二发射图案可具有4.5MHz的中心频率。本领域的技术人员应当理解，根据各种实施方案，对于第一发射图案和第二发射图案，可使用其他频率。
根据一个实施方案，第二发射图案可以为脉冲反转发射图案，该脉冲反转发射图案被配置为与第一发射图案相比具有增加的穿透力。例如，第二发射图案可由公式2描述，如下所示：
PI2＝(S12*W1)+(S22*W2) 公式2
其中PI2为脉冲反转超声数据；S12为来自正常波形的所接收信号；W1是应用于来自正常波形S12的接收信号的权重；S22为来自反相波形的所接收信号；并且W2为施加到来自反相波形S22的所接收信号的权重。根据一个实施方案，可使用由公式1描述的第一发射图案来采集第一超声数据，并且可使用由公式2描述的第二发射图案来采集第二超声数据。如果公式2中的权重W1和W2均被设置为值“1”，则公式2将与公式1相同。对于在正常非阴影区域中的成像，使用公式1可能是期望的。然而，为了获得附加的穿透力(诸如在阴影区(如阴影区402)中)，处理器116可实现公式2，其中W1和W2中的一者或两者均被设置为除“1”之外的值。
例如，处理器116可调整W1和W2的值，使得施加到S12和S22的权重随深度而变化。如果S12和S22彼此良好相关，则处理器116可被配置为针对W1和W2使用“1”或接近“1”的值。然而，处理器116可针对W1或W2使用小于“1”的值，以便以信噪比为代价来增加第二发射图案的穿透力。根据各种实施方案，处理器116可针对W1或W2使用介于1和-1之间的值。
根据另一个实施方案，处理器116可针对第二发射图案使用行程长度编码(RLE)发射图案。RLE图案可被配置为提供比第一发射图案更大的穿透力。根据另一个实施方案，处理器116可使用包括线性脉冲发生器的第二发射图案。包括线性脉冲的第二发射图案可被配置为提供比第一发射图案更大的穿透力。处理器116可调整第二发射图案的其他参数以提供比第一发射图案更大的穿透力。例如，与第一发射图案相比，处理器116可在第二发射图案中将发射焦点设置到更深的深度，以便提供更大的穿透力。处理器116可将第二发射图案配置为在第二发射图案中具有比在第一发射图案中更大的发射孔径，以增加第二发射图案的穿透力。处理器116可与第一发射图案相比减小第二发射图案的带宽，以便与第一发射图案相比增加能量并提供第二发射图案的更大穿透力。处理器116还可使用频率焦点复合(FFC)。另外，处理器116可组合上文所述的两种或更多种技术以增加第二发射图案的穿透力。例如，处理器116可使用以下两项或更多项的组合：将发射焦点设置到更深的深度；使用具有更大发射孔径的发射图案；减小第二发射图案的带宽；以及使用频率焦点复合以提供具有比第一发射图案更大的穿透力的第二发射图案。
在方法300的步骤314处，处理器116接收第二超声数据。根据一个实施方案，超声探头106基于在步骤312期间发射的第二超声能量来从成像组织接收回波。参见图1，回波被探头106的元件104接收。元件104将声波转换为电信号，该电信号然后传递到接收器108和接收波束形成器110。如上文所述，接收波束形成器110对电信号应用波束形成延迟以生成第二超声数据。
在步骤316处，处理器116基于第一超声数据或第二超声数据生成掩模。根据第一实施方案，处理器116可基于第一超声数据生成掩模。例如，处理器116可在第一超声数据已由接收波束形成器110进行波束形成之后，但在第一超声数据已进行扫描转换以便在显示设备118上显示之前，基于第一超声数据生成掩模。出于本公开的目的，可将超声数据称为已进行波束形成之后的“图像”。根据其他实施方案，处理器116可在第一超声数据已进行扫描转换并且准备好作为图像显示在显示设备118上之后，基于第一超声数据生成掩模。
根据第二实施方案，处理器116可基于第二超声数据生成掩模。处理器116可在第二超声数据已由接收波束形成器110进行波束形成之后，但在第二超声数据已进行扫描转换以便在显示设备118上显示之前，基于第二超声数据生成掩模。根据其他实施方案，处理器116可在第二超声数据已进行扫描转换并且准备好作为图像显示在显示设备118上之后，基于第二超声数据生成掩模。
处理器116被配置为基于第一超声数据或第二超声数据来识别阴影区。阴影区可以是单个连接区或多个单独的阴影子区。阴影区是超声图像中数据强度不足以生成诊断有用图像的部分。图3示出了基于超声数据生成的图像400。在图3所示的示例中，图像400已进行扫描转换，因为它是可显示格式的。如上文所讨论，处理器116可被配置为也基于未进行扫描转换的图像来生成掩模。图像400包括阴影区402，在图3所示的示例中，该阴影区包括多个不连接的阴影子区。在其他实施方案中，该阴影区可为单个连接区。阴影区402在图像400上表示为暗区，因为从阴影区402采集的超声数据的强度太低而无法在图像400上表示为较亮的灰度值，或者因为不存在从对应于阴影区402的解剖区采集的信息。阴影区402可由一个或多个声学致密结构引起，该一个或多个声学致密结构遮挡或遮蔽比一个或多个声学致密结构更深的解剖结构。例如，超声能量不会穿过致密结构(诸如骨骼)。当以比骨骼更大的深度对结构进行成像时，通常会出现由骨骼引起的阴影区。当对脊柱处于前位的俯卧位患者进行成像时，超声图像通常包括来自脊柱和/或肋骨的阴影区。在从外部探头位置对患者的肺部或胸部进行超声检查期间，肋骨阴影也是一个常见问题。声学致密结构也可能会在致密结构未直接遮挡的位置引起边缘折射阴影。当对与声学致密结构(诸如骨骼)相邻的区域进行成像时，边缘折射阴影是一个问题。基于超声数据生成的图像中的阴影区可能导致图像质量的降低和/或使得难以或不可能基于图像获得准确的测量结果。
重新参见步骤316，处理器116可被配置为基于强度阈值，基于第一超声数据或第二超声数据来识别图像中的阴影区。例如，处理器116可通过识别图像400中强度低于强度阈值的部分来识别阴影区402。处理器116可使用预先确定的强度阈值，或处理器116可被配置为基于图像400中的强度数据来设置强度阈值。处理器116可基于图像400的平均强度来设置阈值。例如，处理器116可将强度阈值设置为图像400的平均强度的指定百分比。根据其他实施方案，阈值强度可以是用户可配置的或基于在数据采集期间使用的参数设置自动调整的。例如，根据一个实施方案，发射功率的改变可导致处理器116自动调整用于生成掩模的阈值。发射功率仅仅是参数设置的一个示例。处理器116可根据在发射超声能量或接收超声数据时使用的任何参数来自动调整用于生成掩模的阈值。例如，处理器116可被配置为基于诸如焦点深度、发射频率、线间距等参数自动调整用于生成掩模的阈值。
处理器116可识别包括强度小于强度阈值的一个或多个子区的区。根据一个实施方案，处理器116可对图像中基于强度阈值所识别的部分应用尺寸滤波器。例如，小的血管和其他结构可能会产生强度非常低的小的区，这些区并非阴影伪影。处理器116可将每个子区的尺寸与阈值尺寸进行比较。处理器116可例如仅包括大于阈值尺寸的子区。这样，精确映射到解剖数据的小的低强度区被排除在掩模之外。接着，处理器116基于图4所示的所识别的阴影区402生成掩模。图4示出了图像400，其中掩模500叠加在图像上。图5示出了没有图像300的掩模500。掩模500限定包括在阴影区402中的区。
根据另一个实施方案，处理器116可被配置为生成包括图像400的非阴影区404而不是阴影区402的掩模。可通过识别图像400中强度高于阈值的部分来识别非阴影区404。根据一个实施方案，非阴影区404的掩模可以是阴影区402的掩模的反转。
根据其他实施方案，处理器116可被配置为使用人工智能技术基于超声数据来识别阴影区402。例如，可利用已标记阴影区的精选图像来训练神经网络。基于精选的训练图像，神经网络可被配置为识别基于第一超声数据生成的第一图像或基于第二超声数据生成的第二图像中的阴影区。
接着，在步骤318处，处理器116生成增强图像。图6示出了根据一个示例性实施方案的增强图像600。增强图像600包括增强阴影区602和非阴影区604。增强阴影区602对应于掩模500中的阴影区402。处理器116可例如使用掩模来限定包括在增强阴影区602中的区或区域。例如，图4示出了重叠在图像400顶部的掩模500。掩模500相对于图像400中表示的解剖结构限定阴影区402。增强图像600中的增强阴影区602是图像中由掩模500相对于第一图像400限定的相同部分，并且因此包括患者的解剖结构中由掩模500相对于第一图像400限定的相同部分。
方法300具体要求进入阴影减少模式以便提供更大的穿透力。方法300具体要求以第二发射图案发射第二超声能量，该第二发射图案被配置为具有比在处于非阴影减少模式时以第一发射图案发射的第一超声能量更大的穿透力。方法300具有进入特定阴影减少模式并使用经专门调谐以提供更大穿透力的发射图案的优点。进入特定阴影减少模式并且在处于阴影减少模式时以第二发射图案发射第二超声能量允许使用不会针对非阴影减少模式中的正常成像优化的发射图案。例如，在阴影减少模式下使用的第二发射图案可以图像质量为代价强调穿透力的方式进行调谐，或者涉及在对无阴影区的解剖区进行成像时不希望进行的其他权衡。不希望使用以图像质量为代价强调穿透力的发射图案用于对解剖区进行成像，以便在正常(非阴影减少)模式中进行成像。因此，方法300允许具有增强的穿透力的第二透射图案，这对于在具有增强阴影区的阴影减少模式下生成增强图像是有用的。
根据一个实施方案，处理器116可基于第二超声数据来生成非阴影区604和增强阴影区602两者。图7是示出处理器116可使用来在增强图像600中生成增强阴影区602的技术的高级流程图700。
图示700示出了根据一个示例性实施方案的可如何使用频率复合来生成增强阴影区。在图700中，在步骤704处，将第二超声数据处理成高频分量(HFC)和低频分量(LFC)。根据一个实施方案，处理器116可使用傅里叶分析将第二超声数据分解为HFC和LFC。在步骤706处，处理器116使用HFC和LFC执行频率复合，以便生成增强阴影区。处理器116可针对增强图像中的非阴影区执行类似的工作流程。例如，处理器116可将第二超声数据的HFC和LFC以不同的权重重新组合，以便生成增强图像600中的非阴影区。例如，如上面所讨论，可能期望使用较低频率超声数据来生成增强图像600中的增强阴影区。处理器116可被配置为与非阴影区相比不强调增强阴影区中的HFC。例如，根据一个实施方案，与非阴影区相比，增强阴影区中的HFC的强度在增强阴影区中可减小至少5dB。根据另一个实施方案，增强阴影区中HFC的强度可减小至少10dB。因此，增强图像600使用频率复合数据，与非阴影区域相比，增强阴影区域中来自LFC的相对贡献更大。根据其他实施方案，除了不强调增强阴影区中的高频分量之外或代替不强调增强阴影区中的高频分量，处理器116可减少在增强图像600中的非阴影区的生成中使用的LFC的量。虽然图7示出了将超声数据分解为HFC和LFC，但在其他实施方案中，处理器116可被配置为使用傅里叶处理将超声数据分解为两个或更多个HFC和/或两个或更多个LFC。
增强图像600中的增强阴影区602和非阴影区604均可使用如上所述的频率复合基于第二超声数据来生成，或者非阴影区604可基于第一超声数据使用频率复合来生成，而增强阴影区602基于第二超声数据使用频率复合来生成。
根据另一个实施方案，增强处理器116可基于具有比用于生成增强图像600中的非阴影区604的超声数据更低的中心频率的超声数据来生成增强阴影区602。例如，根据第二发射图案的中心频率比第一发射图案更低的实施方案，处理器116可使用非频率复合超声数据来生成增强图像600中的增强阴影区602和非阴影区604中的一者或两者。根据一个实施方案，可基于第二超声图像数据使用非频率复合数据来生成增强阴影区602，并且可基于第一超声数据使用非频率复合数据来生成非阴影区604。
根据另一个实施方案，处理器116可被配置为基于第二超声数据来生成增强阴影区602和非阴影区604两者。处理器116可例如在没有LFC的情况下使用第二超声数据的HFC来生成非阴影区604，并且处理器116可在没有HFC的情况下使用LFC来生成增强图像600中的增强阴影区602。
根据一个实施方案，处理器116可被配置为基于第二超声数据来生成增强阴影区602和非阴影区604两者。处理器116可例如在没有LFC的情况下使用第二超声数据的HFC来生成非阴影区604，并且处理器116可使用频率复合来组合第二超声数据的HFC和LFC两者以生成增强阴影区602。根据一个实施方案，当对用于增强阴影区的第二超声数据进行频率复合时，处理器116可比HFC更强烈地强调第二超声数据的LFC，以便具有更大的穿透力。
根据另一个实施方案，用于采集第二超声数据的第二发射图案可以为编码激励图案，该编码激励图案被调谐为提供比第一发射图案更大的穿透力。根据该实施方案，处理器116可被配置为使用第二超声数据生成增强图像600中的增强阴影区602，并且基于使用第一发射图案所采集的第一超声数据来生成非阴影区604。
根据另一个实施方案，用于采集第二超声数据的第二发射图案可以为脉冲反转技术，该脉冲反转技术被调谐为提供比第一发射图案更大的穿透力。根据该实施方案，处理器116可被配置为使用第二超声数据生成增强图像中的增强阴影区602，并且基于第一发射图案生成非阴影区604。
处理器116可被配置为组合上文所述的技术中的一种或多种技术。另外，处理器116可使用用于生成增强阴影区602和非阴影区604的不同技术。例如，处理器116可使用第一技术来生成增强图像602的增强阴影区602。该第一技术可以例如为频率复合技术，并且其可包括编码激励技术或脉冲反转技术。并且，处理器116可使用不同于第一技术的第二技术来生成增强图像600的非阴影区604。第二种技术可以为频率复合技术，并且其可包括编码激励技术或脉冲反转技术。如上文所讨论，无论使用何种技术，用于采集第一超声数据的第二发射图案始终被配置为具有比用于采集第一超声数据的第一发射图案更大的穿透力。并且，使用利用第二发射图案所采集的第二超声数据来生成增强图像600中的增强阴影区602。
根据各种实施方案，当生成增强图像600时，处理器116可使用过渡区以允许增强阴影区602和非阴影区604之间具有视觉上更平滑的过渡。例如，过渡区可位于由掩模500限定的区域内，与由掩模500限定的区域的边缘相邻，或者过渡区可定位在由掩模500限定的区域内以及与由掩模500限定的区域的边缘相邻的区内。处理器116可被配置为应用函数以平滑地混合从增强阴影区602到非阴影区604的过渡区中的图像。例如，根据其中通过控制用于增强阴影区602和非阴影区604的HFC和LFC的量来生成增强图像的一个实施方案，处理器116可调整HFC和LFC在过渡区中的相对贡献，以在增强阴影区602和非阴影区604之间产生视觉上更平滑的过渡。处理器116可被配置成根据其他实施方案，根据其他技术来调整过渡区内的图像。过渡区中使用的函数可以为线性函数，也可以为任何其他类型的函数。过渡区的长度可基于用于增强图像600的参数来调整。例如，过渡区的宽度可基于用于采集增强图像600的频率而变化。根据一个实施方案，以较低频率采集的增强图像可具有比以较高频率采集的增强图像更长的过渡区。根据一个示例性实施方案，过渡区可为4mm宽的区。4mm宽的过渡区可完全位于由掩模500限定的区域内，4mm宽的过渡区可与由掩模500限定的区域相邻并位于由掩模限定的区域之外，或者4mm宽的过渡区可在由掩模限定的区域与由掩模500限定的区域之外的区之间分割。例如，过渡区可被定位成使得2mm位于由掩模500限定的区域内，并且2mm与由掩模500限定的区域相邻。虽然使用4mm宽的过渡区来描述了示例，但应当理解，根据不同的实施方案，可使用各种宽度的过渡区。另外，处理器116可被配置为应用在横向方向和方位角方向上具有不同宽度的过渡区。
使用利用被配置为具有比第一发射图案更大的穿透力的第二发射图案所采集的第二超声数据，并且使用第二超声生成增强图像中的增强阴影区，允许生成增强图像，其中由于第二发射图案的增加的穿透力，阴影伪影减少。这导致更高的整体图像质量，并且允许更准确的测量和临床诊断。
参见方法300，在步骤320处，处理器116在显示设备118上显示增强图像。
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设备或***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他示例。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。

Claims (15)

1.一种用于超声成像的方法，所述方法包括：
以第一发射图案从超声探头发射第一超声能量；
基于所述第一超声能量接收第一超声数据；
基于所述第一超声数据生成第一图像；
在所述生成所述第一图像之后响应于用户输入而进入阴影减少模式，并且在处于所述阴影减少模式时执行以下步骤：
以第二发射图案从所述超声探头发射第二超声能量，所述第二发射图案被配置为具有比所述第一发射图案更大的穿透力；
基于所述第二超声能量接收第二超声数据；
生成识别阴影区的掩模；
生成包括非阴影区和增强阴影区的增强图像，其中所述第二超声数据用于基于所述掩模中的所述阴影区来生成所述增强图像中的所述增强阴影区；以及
在显示设备上显示所述增强图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一发射图案具有第一中心频率并且所述第二发射图案具有第二中心频率，并且其中所述第二中心频率低于所述第一中心频率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二发射图案为编码激励技术。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二发射图案包括脉冲反转技术。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述生成识别所述阴影区的所述掩模包括基于所述第一超声数据生成所述掩模。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述生成识别所述阴影区的所述掩模包括基于所述第二超声数据生成所述掩模。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述生成所述增强图像包括基于所述第一超声数据生成所述非阴影区。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述生成所述增强图像包括基于所述第二超声数据生成所述非阴影区。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述生成识别所述阴影区的所述掩模包括使用人工智能技术来生成所述掩模。
10.一种超声成像***，所述超声成像***包括：
显示设备；
超声探头；和
处理器，所述处理器与所述显示设备和所述超声探头两者进行电子通信，其中所述处理器被配置为：
控制所述超声探头来以第一发射图案发射第一超声能量；
基于所述第一超声能量接收第一超声数据；
基于所述第一超声数据生成第一图像；
在生成所述第一图像之后响应于用户输入而进入阴影减少模式，并且在处于所述阴影减少模式时执行以下步骤：
控制所述超声探头来以第二发射图案发射第二超声能量，所述第二发射图案被配置为具有比所述第一发射图案更大的穿透力；
基于所述第二超声能量接收第二超声数据；
生成识别阴影区的掩模；
生成包括非阴影区和增强阴影区的增强图像，其中所述第二超声数据用于基于所述掩模中的所述阴影区来生成所述增强图像中的所述增强阴影区；以及
在所述显示设备上显示所述增强图像。
11.根据权利要求10所述的超声成像***，其中所述第一超声能量具有第一中心频率，并且所述第二超声能量具有第二中心频率，并且其中所述第二中心频率低于所述第一中心频率。
12.根据权利要求10所述的超声成像***，其中所述处理器被配置为基于所述第一超声数据生成所述非阴影区。
13.根据权利要求10所述的超声成像***，其中所述处理器被进一步配置为将所述第二超声数据分解成高频分量和低频分量，并且其中所述处理器被配置为至少基于所述低频分量生成所述增强阴影区，并且至少基于所述高频分量生成所述非阴影区。
14.根据权利要求13所述的超声成像***，其中所述处理器被配置为基于所述第二超声数据的所述低频分量和所述高频分量两者生成所述增强阴影区，并且其中所述高频分量的强度相对于所述低频分量减小。
15.根据权利要求10所述的超声成像***，其中所述处理器被配置为实现人工智能算法以识别所述阴影区以便生成所述掩模。
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