專利名稱：一種橫波組織成像的方法及其超聲成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)用超聲成像領(lǐng)域，特別涉及基于橫波的組織成像方法及其系統(tǒng)。
技術(shù)背景
確定組織的相對硬度可以用來診斷疾病和監(jiān)測對疾病的治療。常規(guī)的成像技 術(shù)，比如常規(guī)的B模式超聲成像技術(shù)并不能清楚地對硬化的病變或組織進行成像。這 種硬化的病變或組織可以用手工的觸診進行診斷。但是，手工觸診的方法只能局限于可 以用手接觸到的組織，而對于生物體內(nèi)較深處無法用手接觸到的組織就無能為力了。因 此，在超聲成像領(lǐng)域中，需要發(fā)展能夠?qū)ι锝M織粘彈性或硬度成像的技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例公開了一種可以對生物組織內(nèi)的粘彈性或硬度進行成像的超聲 橫波組織成像方法及其超聲成像系統(tǒng)。
本發(fā)明實施例公開的技術(shù)方案包括
提供一種橫波組織成像方法，其特征在于包括接收組織內(nèi)感興趣區(qū)域的標 記；選擇經(jīng)過所述感興趣區(qū)域的橫波波前陣面的形狀；根據(jù)所述選擇的橫波波前陣面的 形狀，選擇多個在組織中的聚焦位置和在所述選擇的聚焦位置之間移動橫波源的順序； 按照所述選擇的順序，向組織發(fā)射多組超聲推壓脈沖，其中每組推壓脈沖在所述選擇的 聚焦位置中的一個聚焦位置處產(chǎn)生各自的橫波，當橫波源在所述選擇的聚焦位置之間移 動時，所述各自產(chǎn)生的橫波之間相互作用，產(chǎn)生具有所述選擇的橫波波前陣面形狀的合 成的橫波；對經(jīng)過所述感興趣區(qū)域的所述合成的橫波的波前陣面進行成像。
本發(fā)明實施例還提供一種橫波組織成像的超聲成像系統(tǒng)，其特征在于包括 處理器；超聲探頭，所述超聲探頭包括電-聲轉(zhuǎn)換元件陣列；橫波子系統(tǒng)，所述橫波子 系統(tǒng)用于接收組織內(nèi)感興趣區(qū)域的標記；選擇經(jīng)過所述感興趣區(qū)域的橫波波前陣面的 形狀；根據(jù)所述選擇的橫波波前陣面的形狀，選擇多個在組織中的聚焦位置和在所述選 擇的聚焦位置之間移動橫波源的順序；按照所述選擇的順序，向組織發(fā)射多組超聲推壓 脈沖，其中每組推壓脈沖在所述選擇的聚焦位置中的一個聚焦位置處產(chǎn)生各自的橫波， 當橫波源在所述選擇的聚焦位置之間移動時，所述各自產(chǎn)生的橫波之間相互作用，產(chǎn)生 具有所述選擇的橫波波前陣面形狀的合成的橫波；對經(jīng)過所述感興趣區(qū)域的所述合成的 橫波的波前陣面進行成像。
本發(fā)明實施例中，通過向選擇的聚焦位置發(fā)射超聲推壓脈沖以在組織中產(chǎn)生橫 波，并按照選擇的順序在各個選擇的聚焦位置中分別產(chǎn)生橫波，各個聚焦位置產(chǎn)生的橫 波相互作用形成選擇的形狀的橫波波前陣面，該橫波波前陣面?zhèn)鞑ネㄟ^感興趣區(qū)域，通 過對此橫波波前陣面進行成像，即可獲得位于生物體內(nèi)較深位置的不能用手直接接觸的 組織的硬度或粘彈性信息。


圖1為本發(fā)明一實施例的用動態(tài)控制的橫波波前陣面對生物組織的粘彈性進行 成像的方法的流程圖2為本發(fā)明一實施例的對生物組織的粘彈性進行成像的超聲成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 框圖3為本發(fā)明一實施例的用超聲探頭掃描軟組織的掃描區(qū)域的示意圖4為本發(fā)明一實施例的在生物組織內(nèi)生成四個橫波源的示意圖5為本發(fā)明另一實施例的橫波源順序的示意圖6為本發(fā)明另一實施例的橫波源的示意圖7為本發(fā)明另一實施例的產(chǎn)生平面波前陣面的橫波源的示意圖。
具體實施方式
在本發(fā)明實施例的超聲橫波組織成像中，發(fā)射稱為“推壓脈沖”的超聲波，這 些推壓脈沖在生物組織的內(nèi)部聚焦。推壓脈沖在組織內(nèi)部通過聲學力產(chǎn)生橫波，此橫波 的傳播方向相對于推壓脈沖的傳播方向是橫向的。推壓脈沖在組織內(nèi)部的聚焦點在這里 可以稱為“橫波源”。橫波可以引起隨時間變化的可測量的位移，而此位移與當前組織 的粘彈性有關(guān)。
較大的橫波的強度可以使得組織產(chǎn)生較大的位移。因此，為了提高橫波的強 度，一種“超音速”橫波組織成像技術(shù)使用了多組推壓脈沖。發(fā)射的多組推壓脈沖聚焦 于組織內(nèi)部的緊密排列的一系列位置。因此，橫波源連續(xù)地從一個聚焦位置移動到另一 個聚焦位置。通常，橫波源從組織中較淺的位置向較深的位置移動，且移動速度大于橫 波的傳播速度(約2m/s)。換句話說，橫波源以相對于橫波傳播速度的超音速的速度移 動。多組推壓脈沖的橫波組合后的波的波前陣面形成一 “超音速錐”。檢測波前陣面隨 時間的變化可以確定當前橫波的速度以及當前組織的特征。
本發(fā)明實施例的方法和系統(tǒng)中，可以形成可控制的橫波波前陣面，這種可控可 以是指選擇的聚焦位置，也可以包括可選的波前陣面形狀和/或強度。本發(fā)明一個實施 例中，一種橫波組織成像的方法使用了超聲成像系統(tǒng)產(chǎn)生的動態(tài)控制的橫波波前陣面。 此方法包括接收組織中感興趣區(qū)域的標記以及選擇通過此感興趣區(qū)域的橫波波前陣面的 形狀。在某些實施例中，選擇橫波波前陣面的形狀的目的是為了提高感興趣區(qū)域中的橫 波的強度。此方法還包括基于選擇的橫波波前陣面的形狀，在組織中選擇多個聚焦位置 以及選擇在選擇的聚焦位置之間移動橫波源的順序。此方法還包括基于所選移動橫波源 的順序，從超聲探頭向組織內(nèi)部發(fā)射一系列的多組超聲推壓脈沖，每組推壓脈沖在所選 的聚焦位置中的一個聚焦位置產(chǎn)生各自的橫波。當橫波源在聚焦位置之間移動時，各自 產(chǎn)生的橫波之間相互作用，生成具有所選擇的橫波波前陣面形狀的合成的橫波。此方法 還包括當此橫波傳播通過感興趣區(qū)域時用超聲探頭對此橫波進行成像。
本發(fā)明一個實施例中，該方法還包括在組織內(nèi)部選擇一個焦點，其中選擇的橫 波波前陣面形狀為以此焦點為圓心的圓弧形。在此實施例中，選擇移動橫波源的順序 可以包括使橫波源在位于組織中較深位置的聚焦位置和較淺位置的聚焦位置之間交替移 動，且同時向這些聚焦位置中的位于中間位置的聚焦位置移動。
選擇的多個聚焦位置可以是沿著平行于推壓脈沖傳播方向的直線排列或定義。 在這樣的實施例中，該橫波組織成像方法可以包括發(fā)射聚焦于第一聚焦位置的第一組推 壓脈沖以及發(fā)射此第一組推壓脈沖之后，延遲第二組推壓脈沖的發(fā)射，延遲持續(xù)的時間 稱為“延遲時間”。此第二組推壓脈沖聚焦于第二聚焦位置。其中該延遲時間等于第一 傳播時間和第二傳播時間之間的差。其中第一傳播時間為第一橫波在第一聚焦位置和前 述焦點之間傳播的時間，而第二傳播時間為第二橫波在第二聚焦位置和前述焦點之間傳 播的時間。在此延遲后，此方法包括發(fā)射第二組推壓脈沖。
本發(fā)明另外一個實施例中，選擇多個聚焦位置包括在組織中沿著曲線路徑定義 所述的多個聚焦位置。在此實施例中，此曲線路徑可以是基于使當以固定的頻率發(fā)射多 組超聲推壓脈沖時可以產(chǎn)生具有圓弧形波前陣面的合成的橫波而定義。選擇多個聚焦位 置可以包括定義圓弧形波前陣面形狀的弧段；在弧段上深度等于所述焦點在組織中的深 度的第一深度位置定義第一聚焦位置；在組織中第二深度且到弧段的距離相當于以固定 頻率發(fā)射多組超聲推壓脈沖時各組超聲推壓脈沖之間的傳播延遲的距離的位置定義第二 聚焦位置。
在另外一實施例中，選擇多個聚焦位置包括沿著與所述超聲推壓脈沖的傳播方 向成一定角度的直線定義所述多個聚焦位置。在此實施例中，該系列的推壓脈沖組可以 在各自的時間發(fā)射以使得橫波波前陣面的形狀為平面。
在一些實施例中，接收感興趣區(qū)域標記包括用超聲成像系統(tǒng)生成組織的B模式 超聲圖像，以及允許用戶在B模式超聲圖像中設(shè)置標記來定義感興趣區(qū)域。
在一些實施例中，超聲成像系統(tǒng)的波束合成器可以用來對發(fā)射的推壓脈沖組進 行加權(quán)。該波束合成器還可以用于將發(fā)射的推壓脈沖組在離散的點、沿著某條線和/或 在一組點或區(qū)域內(nèi)聚焦。此外，或在其它的實施例中，該波束合成器還可以在有限衍射 成像技術(shù)中使用。
參考附圖可以更好地理解本發(fā)明的各個實施例，其中相同的原件具有相同的標 號。在后文的描述中，為了本發(fā)明的實施例能夠被充分理解，提供了很多具體的細節(jié)描 述和詳細說明。但是，本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員可以認識到，其中的某個或某些具體的細 節(jié)是可以省略的，或者也可以使用其它的方法、元件或材料。在某些情況下，有些操作 步驟沒有進行詳細描述。
此外，本發(fā)明實施例中描述的技術(shù)特征或操作步驟可以按照任何合適的方式進 行組合。本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員容易理解，本發(fā)明實施例描述的方法中的步驟或動作的 順序是可以改變的。因此，除非另有說明要求一定的順序，在附圖或者詳細描述中的任 何順序只是為了用作說明的目的，而不是必須的順序。
本發(fā)明的各實施例中可以包括各種步驟，這些步驟可以體現(xiàn)為可由通用或?qū)Ｓ?計算機(或其它電子設(shè)備)執(zhí)行的機器可執(zhí)行的指令。可選地，這些步驟可以由包括了 用以執(zhí)行這些步驟的特定邏輯電路的硬件元件執(zhí)行或者由硬件、軟件和/或固件聯(lián)合執(zhí) 行。
本發(fā)明實施例也可以作為包括計算機可讀介質(zhì)的計算機程序產(chǎn)品提供，計算機 可讀介質(zhì)中存儲了可以用以使計算機(或其它電子設(shè)備)執(zhí)行前文描述的處理過程的 指令。計算機可讀介質(zhì)包括但不限于硬盤、軟盤、光盤、CD-ROM、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、固態(tài)存儲器或其它種類的可以用來存儲電子指令的介 質(zhì)/計算機可讀介質(zhì)。
圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用動態(tài)控制的橫波波前陣面對生物組織的粘彈 性進行成像的成像方法100的流程圖。成像方法100包括步驟110，用于接收組織內(nèi)感興 趣區(qū)域的標記。感興趣區(qū)域可以是由超聲成像系統(tǒng)的用戶選擇的。成像方法100還包括 步驟112，用于選擇橫波波前陣面的形狀。在一些實施例中，此橫波波前陣面的形狀由超 聲成像系統(tǒng)的用戶選擇；在另外的一些實施例中，超聲成像系統(tǒng)可以基于感興趣區(qū)域的 標記自動選擇橫波波前陣面的形狀，而無需用戶干預。例如，超聲成像系統(tǒng)可以基于標 記的感興趣區(qū)域的位置、尺寸、組織特征和/或其它特征從一系列預先確定的橫波波前 陣面形狀中進行選擇。
成像方法100還包括步驟114，用于基于選擇的橫波波前陣面形狀，選擇聚焦位 置以及沿聚焦位置移動橫波源的順序。選擇的橫波波前陣面形狀將由所述的選擇的聚焦 位置和橫波源的移動順序決定，下文詳述。在一些實施例中，超聲成像系統(tǒng)自動決定用 以形成期望的波前陣面形狀、強度、傳播方向和/或其它橫波特征的聚焦位置和橫波源 移動順序，而無需用戶干預。此外，或在其它實施例中，用戶可以選擇聚焦位置中的至 少一部分和/或橫波源移動順序的至少一部分。除了橫波源在選擇的聚焦位置中移動的 順序之外，還可以定義一些參數(shù)，比如發(fā)射推壓脈沖組之間的延時、各組推壓脈沖的加 權(quán)系數(shù)(例如，能量)和/或每組推壓脈沖的聚焦區(qū)域的尺寸。
成像方法100還包括步驟116，用于根據(jù)選擇的橫波源移動順序發(fā)射一系列的推 壓脈沖組。如前文所述，這些推壓脈沖組也可以是由波束合成器進行了加權(quán)的推壓脈沖 組。每組發(fā)射的推壓脈沖各自在選擇的聚焦位置中的一個聚焦位置處產(chǎn)生各自的橫波。 多個產(chǎn)生的橫波之間在組織內(nèi)相互作用(例如，通過正干涉)，產(chǎn)生具有所選擇的形狀的 波前陣面的合成的橫波。此方法還包括步驟118，用于對通過感興趣區(qū)域的橫波波前陣面 進行成像。在一些實施例中，超聲成像系統(tǒng)使用鄰近推壓脈沖的跟蹤波束來檢測經(jīng)過的 橫波波前陣面。從橫波波前陣面的產(chǎn)生到檢測到對應(yīng)橫波波前陣面的尖峰之間的時間間 隔用來計算橫波的速度。橫波波前陣面的速度值與感興趣區(qū)域內(nèi)的組織的硬度有關(guān)。因 此，在本發(fā)明實施例中，組織的硬度就可以量化并疊加到感興趣區(qū)域的B模式超聲圖像 上。
圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的橫波組織成像的超聲成像系統(tǒng)200的結(jié)構(gòu)框圖。 此超聲成像系統(tǒng)200包括主處理系統(tǒng)210、顯示超聲圖像的顯示設(shè)備212、用戶控制模塊 214、以及超聲探頭216。用戶控制模塊214允許用戶輸入各種掃描參數(shù)和作出與期望的 感興趣區(qū)域和/或橫波波前陣面相關(guān)的選擇。用戶控制模塊214可以包括常規(guī)的硬件、 系統(tǒng)軟件和如鍵盤、手柄、鼠標和/或按鍵等的常用設(shè)備。
主處理系統(tǒng)210可以包括電連接并聯(lián)合工作的多個處理器218，比如微處理器或 具有必要的系統(tǒng)軟件(例如，操作系統(tǒng))的數(shù)字信號處理器。主處理系統(tǒng)210還包括發(fā) 射控制電路220、接收控制電路222、切換電路224、掃描變換器226、存儲器2 和橫波 子系統(tǒng)230。
主處理系統(tǒng)210設(shè)置、調(diào)節(jié)和監(jiān)視發(fā)射控制電路220的操作參數(shù)。發(fā)射控制電 路220產(chǎn)生并傳送電控制和驅(qū)動信號到超聲探頭216。超聲探頭216包括電-聲轉(zhuǎn)換元件232(通常是壓電材料，比如壓電陶瓷(PZT))陣列。當一定頻率的電信號加載到其上 時，該電-聲轉(zhuǎn)換元件232產(chǎn)生超聲波。本發(fā)明實施例中，該電-聲轉(zhuǎn)換元件232產(chǎn)生 一系列的如前所述的超聲推壓脈沖。
為了產(chǎn)生發(fā)射進入組織內(nèi)部(例如，掃描區(qū)域234)的超聲信號，所有的或部分 的電-聲轉(zhuǎn)換元件232被按給定的頻率進行電激勵，每個電-聲轉(zhuǎn)換單元根據(jù)其在電-聲 轉(zhuǎn)換單元陣列中的相對位置具有各自的相位和時移，且產(chǎn)生的各超聲信號的同相部分形 成一相干發(fā)射波束(Tx)。接收時通過選擇延時，使得從期望的角度方向返回的回波信號 可以相干地相加，而從其它角度方向返回的回波信號不能相干地相加從而被消除。加載 到電-聲轉(zhuǎn)換單元232的激勵信號的幅度可以改變(變跡)，以控制獲得的發(fā)射波束的寬 度和抑制旁瓣。電-聲轉(zhuǎn)換單元陣列的孔徑也可以改變，也就是說，激活的電-聲轉(zhuǎn)換 單元(并不是所有的電-聲轉(zhuǎn)換單元通常都同時激活)的“寬度”可以改變，就像照相 機的孔徑可以改變以調(diào)節(jié)焦深和提供均勻的側(cè)向分辨率一樣。
根據(jù)特定的信號包絡(luò)來激勵電-聲轉(zhuǎn)換單元232以對給定區(qū)域進行成像的各種方 法被稱為發(fā)射波束合成。通過改變發(fā)射的信號的幅度和相位，發(fā)射波束不僅可以聚焦到 特定的深度，還可以離軸傳播，也就是說，發(fā)射波束的方向不與激活的電-聲轉(zhuǎn)換單元 中位于中間位置的電-聲轉(zhuǎn)換單元垂直。例如，在圖2中，發(fā)射波束的方向與電-聲轉(zhuǎn) 換單元列232的表面有一夾角。各個發(fā)射信號的非同相部分之間趨向于相互抵消，發(fā)射 波束在某一點深度處匯合，在此深度之外，發(fā)射波束再次分開。發(fā)射波束的方向在方位 角/側(cè)向方向LAT和厚度方向EL上偏離，在深度/軸向方向AZ聚焦，以將發(fā)射波束的 能量集中于掃描區(qū)域234中期望的點，比如點236。
發(fā)射之后，切換控制電路2M將超聲探頭216由發(fā)射模式切換到接收模式，使得 從成像區(qū)域中的組織反射回電-聲轉(zhuǎn)換單元陣列232表面的超聲回波可以使電-聲轉(zhuǎn)換單 元232產(chǎn)生相應(yīng)的電信號。但是，電-聲轉(zhuǎn)換單元陣列232中的任意一個電-聲轉(zhuǎn)換單元 接收的超聲回波都是從成像區(qū)域中所有位置反射回來的超聲回波能量的疊加，而不管這 些超聲回波能量是來源于哪個電-聲轉(zhuǎn)換單元發(fā)射的超聲波。一般情況下，每個電-聲 轉(zhuǎn)換單元將接收所有參與形成發(fā)射波束的電-聲轉(zhuǎn)換單元發(fā)射的超聲波帶來的超聲回波 能量。因此，在接收模式下，每個電-聲轉(zhuǎn)換單元將產(chǎn)生一個隨時間變化的信號，且這 個信號隨時間的變化在實際中與所有其它的電-聲轉(zhuǎn)換單元接收的信號的隨時間的變化 都不相同。但是，反射的能量中同相部分是占主要地位的。接收波束合成器(圖中未示 出)確定并將所有當前激活的接收電-聲轉(zhuǎn)換單元接收到的目標的相干信號相加。
壓電元件陣列(電-聲轉(zhuǎn)換單元陣列)232將超聲回波信號引起的輕微的機械振 動轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的射頻(RF)信號。然后，接收控制電路222對獲得的射頻信號進行放大和 其它的常規(guī)的信號整形處理。這些處理包括為了識別對應(yīng)掃描區(qū)域234中每個被掃描的 單元的回波信號以及在每個通道形成接收波束所需的各種步驟。接收控制電路222還將 超聲的射頻回波信號(通常為兆赫到數(shù)十兆赫量級)轉(zhuǎn)換為低頻的信號以供后續(xù)處理，其 中接收控制電路222通常全部或部分與主處理系統(tǒng)210集成在一起。發(fā)射控制電路和接 收控制電路(或者，就前述而言，發(fā)射波束合成器和接收波束合成器)并不是必須為單獨 的元件，而是其硬件和軟件可以全部或部分地共用。
在通常的B模式掃描中，掃描區(qū)域234中的每個點用強度(亮度)值來表示。因此，掃描區(qū)域234可以用亮度或信號強度值的離散模式(矩陣)描述，這些離散的亮度 或強度值以幀數(shù)據(jù)的形式存儲于存儲器228中。在其它掃描模式中，比如多普勒成像模 式，也生成并存儲相應(yīng)的值。
橫波子系統(tǒng)230允許超聲成像系統(tǒng)200工作在橫波模式。本發(fā)明實施例中，橫波 子系統(tǒng)230確定聚焦位置以及橫波源在各聚焦位置中的移動順序。此外，或在其它實施 例中，橫波子系統(tǒng)230執(zhí)行本文中所述的動態(tài)控制橫波波前陣面相關(guān)的功能。從本文的 描述中，技術(shù)人員可以理解，橫波子系統(tǒng)230可以與超聲成像系統(tǒng)200的其它元件結(jié)合。 例如，本文中描述的至少部分橫波子系統(tǒng)230的功能可以由處理器218完成。
本發(fā)明一個實施例中，橫波子系統(tǒng)230允許超聲成像系統(tǒng)200的用戶用在超聲圖 像上設(shè)置感興趣區(qū)域標記的方式定義用于測量的解剖位置。超聲推壓脈沖在此位置的側(cè) 面，并產(chǎn)生經(jīng)過感興趣區(qū)域的橫波。在橫波傳播路徑上發(fā)射靈敏度大于聲波波長1/100 的跟蹤波束。跟蹤波束連續(xù)發(fā)射，直到檢測到經(jīng)過的橫波波前陣面。從橫波的產(chǎn)生到檢 測到代表經(jīng)過的橫波波前陣面的尖峰之間的時間間隔用來計算橫波的速度。為了保證測 量的質(zhì)量，可以在同一個空間位置進行多次測量以獲得一個測量值。
圖3為本發(fā)明一個實施例中的說明超聲探頭216掃描一軟組織掃描區(qū)域234的 示意圖。如圖3所示，用戶可以標記一個可能其軟組織中存在硬區(qū)域310的感興趣區(qū)域 300。超聲探頭216的電-聲轉(zhuǎn)換陣列232向標記的感興趣區(qū)域300的側(cè)面鄰近位置發(fā)射 超聲推壓脈沖312。推壓脈沖312產(chǎn)生橫波314，此橫波314穿過感興趣區(qū)域300。當 檢測脈沖316與經(jīng)過的橫波314相互作用時，這種相互作用會顯示出在某特定時間此橫波 的位置，使得可以用以計算橫波的速度。橫波的速度值與感興趣區(qū)域300內(nèi)組織的硬度 有關(guān)。一些實施例中，橫波波前陣面的形狀可以動態(tài)控制，以提高感興趣區(qū)域內(nèi)的橫波 314的強度，從而提高測定該橫波314的速度的能力。
圖4為本發(fā)明一個實施例的在組織內(nèi)產(chǎn)生的四個橫波源Si、S2、S3、S4的示 意圖。如前文所述，每個橫波源Si、S2、S3或S4均由超聲探頭216發(fā)射的各自的推壓 脈沖組(圖中未示出)產(chǎn)生。每組推壓脈沖依次發(fā)射，并聚焦于對應(yīng)于各自橫波源Si、52、幻或34的聚焦位置。如圖4所示，各組推壓脈沖的聚焦位置從較淺位置處向較深 位置處移動，且速度大于橫波的傳播速度(約2m/s)。例如，推壓脈沖組可以以6m/s的 速度從Sl移動到S2，然后從S2移動到S3，從S3移動到S4。因此，橫波源Si、S2、53、S4移動的速度大于橫波的傳播速度，本文中稱之為“超音速”。其中“馬赫數(shù)” 為橫波源Si、S2、S3、S4的移動速度與橫波的傳播速度的比值。從多個推壓脈沖組的 焦點傳播的橫波412、414、416、418聯(lián)合形成的波前陣面410形成一 “超音速錐”。隨 時間檢測該波前陣面410可以確定橫波的速度和當前組織的特征。
本發(fā)明實施例中，波前陣面410的形狀可以由用戶或者超聲成像系統(tǒng)選擇。在 圖4的例子中，合成的橫波的波前陣面為平面形狀。此平面的波前陣面的傾斜角度可以 通過顛倒橫波源移動的順序和/或改變橫波源從一個聚焦位置移動到下一聚焦位置的速 度而改變。但是，本發(fā)明實施例中，波前陣面410的形狀可以通過重新排列推壓脈沖聚 焦位置的順序和/或選擇非線性的聚焦位置排列方式來選擇性地變化。
例如，圖5為本發(fā)明一個實施例的在組織內(nèi)生成的一系列橫波源Si、S2、S3、54、陽的示意圖。圖5的實施例中，選擇的波前陣面的形狀是圓弧形，以提高或最大化感興趣區(qū)域510中的波前陣面500的強度。橫波源Sl和S2距離感興趣區(qū)域相對較遠， 因此它們會早一些發(fā)射；S5距離感興趣區(qū)域最近，因此最后發(fā)射；所有橫波源產(chǎn)生的橫 波因此可以同時到達感興趣區(qū)域，以形成更強的波前陣面。圓弧形波前陣面500的圓心 是焦點P。本發(fā)明一個實施例中，用戶可以選擇焦點P的位置。在其它實施例中，超聲 成像系統(tǒng)可以基于感興趣區(qū)域510的標記自動選擇焦點P的位置。
圖5的實施例中，橫波源Si、S2、S3、S4、S5沿著平行于超聲探頭216發(fā)射 的推壓脈沖的傳播方向的直線512排列。直線512可以是垂直于超聲探頭216 (如后文所 述，本發(fā)明并未要求橫波源的排列必須是按直線的，橫波源如何排列可以根據(jù)期望產(chǎn)生 的橫波波前陣面的形狀而定)。橫波源在較深的聚焦位置和較淺的聚焦位置之間交替，并 同時向中間的聚焦位置(在S5處)移動。換句話說，推壓脈沖依次在各聚焦位置處產(chǎn)生 橫波源，首先在最淺的聚焦位置處(Si處)，然后在最深的聚焦位置處(S2處)，然后在 次淺的聚焦位置處(S3處)，然后在次深的聚焦位置處(S4處)，然后在中間聚焦位置處 ( 處)。根據(jù)本文中的描述，技術(shù)人員可以理解，其它的順序也是可以的，包括首先從 最深的聚焦位置處開始。
本發(fā)明一個實施例中，發(fā)射各組推壓脈沖的時間延時可以基于橫波在橫波源 Si、S2、S3、34或陽與焦點P之間傳播的時間。例如，超聲探頭216可以發(fā)射聚焦于 Sl的第一組推壓脈沖，然后延遲第一延遲時間。第一延遲時間等于第一橫波514從Sl處 傳播到焦點P處的第一傳播時間與第二橫波516從幻處傳播到焦點P處的第二傳播時間 之間的差值。第一延遲時間后，超聲探頭216發(fā)射聚焦于幻處的第二組推壓脈沖，然后 延時第二延遲時間。
類似地，第二延遲時間等于第二橫波516從幻處傳播到焦點P處的第二傳播時 間與第三橫波518從S3處傳播到焦點P處的第三傳播時間之間的差值。第二延遲時間 后，超聲探頭216發(fā)射聚焦于S3的第三組推壓脈沖，然后延遲第三延遲時間。第三延遲 時間等于第三橫波518從幻處傳播到焦點P處的第三傳播時間與第四橫波520從S4處傳 播到焦點P處的第四傳播時間之間的差值。第三延遲時間后，超聲探頭216發(fā)射聚焦于 S4的第四組推壓脈沖，然后延遲第四延遲時間。第四延遲時間等于第四橫波520從S4處 傳播到焦點P處的第四傳播時間與第五橫波522從S5處傳播到焦點P處的第五傳播時間 之間的差值。第四延遲時間后，超聲探頭216發(fā)射聚焦于S5的第五組推壓脈沖。
各個橫波514、516、518、520、522相互作用以形成以焦點P為圓心的圓形波前 陣面510。其中焦點P可以位于感興趣區(qū)域之內(nèi)，也可以位于感興趣區(qū)域之外。通常，選 擇焦點P位于感興趣區(qū)域后方，使得具有較高強度的橫波波前陣面可以覆蓋整個感興趣 區(qū)域。根據(jù)本文中的描述，普通技術(shù)人員可以理解，還可以形成其它形狀的波前陣面。 例如，一個或多個焦點可以用來形成基于橢圓、拋物線或雙曲線的波前陣面。本發(fā)明實 施例中，可以形成任何幾何形狀或非幾何形狀的波前陣面。
根據(jù)本文的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，聚焦位置并不是必須要沿著直 線排列。例如，圖6為本發(fā)明另一實施例的在組織中產(chǎn)生的橫波源Si、S2、S3、S4、 S5的示意圖。在本實施例中，聚焦位置基于推壓脈沖發(fā)射的頻率或選擇的發(fā)射各推壓脈 沖組之間的時間延遲而排列。
例如，推壓脈沖組可以按照固定的頻率發(fā)射，比如每0.5ms發(fā)射一組。如果橫波的傳播速度為大約2m/s(2mm/ms)，那么橫波每0.5ms傳播大約1mm。在圖6所示的實 施例中，一系列表示期望的橫波波前陣列的形狀的圓弧600、612、614、616被以焦點P 為圓心同心顯示，焦點P位于選擇的感興趣區(qū)域610的外部。如圖5所示的實施例一樣， 橫波源在較深的聚焦位置和較淺的聚焦位置之間交替，并同時向中間的聚焦位置(在S5 處)移動。為了形成穿過感興趣區(qū)域610的期望的橫波波前陣面形狀，橫波源S5位于圓 弧600之上，且到超聲探頭216的距離相當于焦點P在組織中的深度；于是，橫波源S4 位于距離圓弧600的距離為Imm處，橫波源S3位于距離圓弧600的距離為2mm處，橫 波源幻位于距離圓弧600的距離為3mm處，橫波源Sl位于距離圓弧600的距離為4mm 處。對于選擇的橫波源移動順序，超聲探頭216在0時刻發(fā)射聚焦于Sl的第一組推壓脈 沖，在0.5ms時刻發(fā)射聚焦于幻的第二組推壓脈沖，在1.0ms時刻發(fā)射聚焦于S3的第三 組推壓脈沖，在1.5ms時刻發(fā)射聚焦于S4的第四組推壓脈沖，在2.0ms時刻發(fā)射聚焦于 S5的第五組推壓脈沖。
圖7為本發(fā)明一個實施例的表示在組織內(nèi)生成的可以形成平面波前陣面700的 橫波源Si、S2、S3、S4、S5、S6的示意圖。本實施例中，橫波源Si、S2、S3、S4、 S5、S6沿著直線710設(shè)置，且直線710相對于超聲探頭216產(chǎn)生的推壓脈沖的傳播方向 (箭頭714所示)偏移一個角度α。本實施例中，角度α基于橫波的傳播速度進行選 擇，以產(chǎn)生與超聲探頭216的發(fā)射表面垂直的平面橫波波前陣面700。橫波源移動的順序 為從最淺的位置61)開始往組織內(nèi)深處的位置移動，直到到達最深的位置66)。換句話 說，超聲探頭216發(fā)射聚焦于Sl的第一組推壓脈沖，聚焦于S2的第二組推壓脈沖，聚焦 于S3的第三組推壓脈沖，聚焦于S4的第四組推壓脈沖，以及聚焦于S5的第五組推壓脈 沖。各組推壓脈沖的發(fā)射時間根據(jù)沿直線710的各橫波源Si、S2、S3、S4、陽的相對 位置、各自的聚焦位置的深度和橫波的傳播速度進行計算。根據(jù)本文的描述，本領(lǐng)域內(nèi) 技術(shù)人員可以理解，還可以使發(fā)射的推壓脈沖從最深聚焦位置向最淺聚焦位置移動，并 向相反的方向傾斜直線710，從而使得各組推壓脈沖的發(fā)射順序可以顛倒。而且，可以通 過改變超聲探頭216發(fā)射推壓脈沖組的頻率和/或夾角α使得橫波波前陣面700傾斜。
參考圖7，描述系統(tǒng)如何計算各個橫波源Si、S2、S3......所需的位置和生成時間的例子。在圖7中，期望的波前陣面700表現(xiàn)為“垂直線”，也就是說，具有固定方 位角的直線，在本例中，這些直線垂直于超聲探頭216的表面。令dl、d2為選擇的直線 710上的橫波源點Si、S2到最左側(cè)的直線700(如圖7所示)的垂直距離，令Vs為橫波 在組織中的傳播速度。因此，橫波源Sl產(chǎn)生的橫波從選擇的直線710傳播到最左側(cè)的直 線700所需的時間為大約tl = dl/Vs,而橫波源幻產(chǎn)生的橫波從選擇的直線710傳播到 最左側(cè)的直線700所需的時間為大約t2 = d2/Vs。為了使從Sl和S2產(chǎn)生的兩個橫波可 以同時到達最左側(cè)的直線700，橫波源幻生成的時間因此需要比Sl晚(tl_t2)。用類似 的計算方法可以計算其它的橫波源S3到S6的生成時間。雖然本例中線710為直線，而 且在許多情況下線710為直線更容易實現(xiàn)，因為這樣不需要改變發(fā)射波束的方位角，但 是本發(fā)明實施例中，并不要求線710必須為直線(如圖6所示)。
因此，本發(fā)明實施例并不局限于前述實施例所描述的橫波波前陣面的形狀、推 壓脈沖聚焦位置、延時、發(fā)射頻率或描述的其它參數(shù)。通過合理選擇橫波源的位置、發(fā) 射推壓脈沖到選擇的驅(qū)動波源位置的順序以及發(fā)射各組推壓脈沖之間的時間間隔，可以生成任意形狀的橫波波前陣面。這些選擇可以基于感興趣區(qū)域的位置和尺寸、推壓脈沖 在組織中的傳播速度、橫波在組織中的傳播速度和/或當其傳播通過感興趣區(qū)域時期望 的橫波波前陣面強度進行選擇。
本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員可以理解，在不違背本發(fā)明基本原理的基礎(chǔ)上，前述各 實施例描述的許多細節(jié)可以加以改變。這些變換只要未背離本發(fā)明的精神，都應(yīng)在本發(fā) 明的保護范圍之內(nèi)。此外，以上多處所述的“一個實施例”或“另一實施例”等表示 不同的實施例，當然也可以將其全部或部分結(jié)合在一個實施例中。
權(quán)利要求
1.一種橫波組織成像方法，其特征在于包括 接收組織內(nèi)感興趣區(qū)域的標記；選擇經(jīng)過所述感興趣區(qū)域的橫波波前陣面的形狀；根據(jù)所述選擇的橫波波前陣面的形狀，選擇多個在組織中的聚焦位置和在所述選擇 的聚焦位置之間移動橫波源的順序；按照所述選擇的順序，向組織發(fā)射多組超聲推壓脈沖，其中每組推壓脈沖在所述選 擇的聚焦位置中的一個聚焦位置處產(chǎn)生各自的橫波，當橫波源在所述選擇的聚焦位置之 間移動時，所述各自產(chǎn)生的橫波之間相互作用，產(chǎn)生具有所述選擇的橫波波前陣面形狀 的合成的橫波；對經(jīng)過所述感興趣區(qū)域的所述合成的橫波的波前陣面進行成像。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述選擇橫波波前陣面的形狀包括選 擇可以提高感興趣區(qū)域內(nèi)橫波強度的橫波波前陣面形狀作為選中的橫波波前陣面形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在組織中選擇焦點，其中所述 選擇的橫波波前陣面形狀為以所述焦點為圓心的圓弧形。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述選擇在聚焦位置之間移動橫波源 的順序包括使所述橫波源在位于組織中深處的聚焦位置和淺處的聚焦位置之間交替移 動，且同時向所述聚焦位置中的位于中間位置的聚焦位置移動。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述選擇多個在組織中的聚焦位置包 括沿著平行于所述超聲推壓脈沖的傳播方向的直線定義所述多個聚焦位置。
6.如權(quán)利要5所述的方法，其特征在于所述向組織發(fā)射多組超聲推壓脈沖包括 發(fā)射聚焦于第一聚焦位置的第一組超聲推壓脈沖；發(fā)射第一組超聲推壓脈沖后，延遲第二組超聲推壓脈沖的發(fā)射，延遲一延遲時間， 所述第二組超聲推壓脈沖聚焦于第二聚焦位置，其中所述延遲時間等于第一傳播時間與 第二傳播時間之間的差，其中所述第一傳播時間為第一橫波在第一聚焦位置和所述焦點 之間傳播的時間，所述第二傳播時間為第二橫波在第二聚焦位置和所述焦點之間的傳播 時間；延遲所述延遲時間后，發(fā)射所述第二組超聲推壓脈沖。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述選擇多個在組織中的聚焦位置包 括沿組織中的曲線路徑定義所述多個聚焦位置。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于其中所述曲線路徑基于使當以固定的頻 率發(fā)射多組超聲推壓脈沖時可以產(chǎn)生具有圓弧形波前陣面的合成的橫波而定義。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述選擇多個在組織中的聚焦位置還包括定義所述圓弧形波前陣面形狀的弧段；在所述弧段上深度等于所述焦點在組織中的深度的第一深度位置定義第一聚焦位置；在組織中的第二深度定義第二聚焦位置，且所述第二聚焦位置與所述弧段的距離相 當于以固定頻率發(fā)射多組超聲推壓脈沖時各組超聲推壓脈沖之間的傳播延遲的距離。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述選擇多個在組織中的聚焦位置包括沿著與所述超聲推壓脈沖的傳播方向成一定角度的直線定義所述多個聚焦位置。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述發(fā)射超聲推壓脈沖包括在各自 的時間分別發(fā)射多組超聲推壓脈沖，以使得所述合成的橫波的波前陣面形狀為平面。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括對一組或多組所述的發(fā)射的超聲 推壓脈沖進行加權(quán)操作。
13.一種橫波組織成像的超聲成像系統(tǒng)，其特征在于包括處理器；超聲探頭，所述超聲探頭包括電-聲轉(zhuǎn)換元件陣列；橫波子系統(tǒng)，所述橫波子系統(tǒng)用于接收組織內(nèi)感興趣區(qū)域的標記；選擇經(jīng)過所述感興趣區(qū)域的橫波波前陣面的形狀；根據(jù)所述選擇的橫波波前陣面的形狀，選擇多個在組織中的聚焦位置和在所述選擇 的聚焦位置之間移動橫波源的順序；按照所述選擇的順序，向組織發(fā)射多組超聲推壓脈沖，其中每組推壓脈沖在所述選 擇的聚焦位置中的一個聚焦位置處產(chǎn)生各自的橫波，當橫波源在所述選擇的聚焦位置之 間移動時，所述各自產(chǎn)生的橫波之間相互作用，產(chǎn)生具有所述選擇的橫波波前陣面形狀 的合成的橫波；對經(jīng)過所述感興趣區(qū)域的所述合成的橫波的波前陣面進行成像。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于所述橫波子系統(tǒng)選擇可以提高感興趣 區(qū)域內(nèi)橫波強度的橫波波前陣面形狀作為選中的橫波波前陣面形狀。
15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于所述橫波子系統(tǒng)還在組織中選擇焦 點，其中所述選擇的橫波波前陣面形狀為以所述焦點為圓心的圓弧形。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于所述橫波子系統(tǒng)按照使所述橫波源在 位于組織中深處的聚焦位置和淺處的聚焦位置之間交替移動，且同時向所述聚焦位置中 的位于中間位置的聚焦位置移動的方式選擇在聚焦位置之間移動橫波源的順序。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于所述橫波子系統(tǒng)通過沿著平行于所述 超聲推壓脈沖的傳播方向的直線定義所述多個聚焦位置的方式選擇多個在組織中的聚焦 位置。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于所述橫波子系統(tǒng)發(fā)射多組超聲推壓脈 沖包括發(fā)射聚焦于第一聚焦位置的第一組超聲推壓脈沖；發(fā)射第一組超聲推壓脈沖后，延遲第二組超聲推壓脈沖的發(fā)射，延遲一延遲時間， 所述第二組超聲推壓脈沖聚焦于第二聚焦位置，其中所述延遲時間等于第一傳播時間與 第二傳播時間之間的差，其中所述第一傳播時間為第一橫波在第一聚焦位置和所述焦點 之間傳播的時間，所述第二傳播時間為第二橫波在第二聚焦位置和所述焦點之間的傳播 時間；延遲所述延遲時間后，發(fā)射所述第二組超聲推壓脈沖。
19.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于所述橫波子系統(tǒng)通過沿組織中的曲線 路徑定義多個聚焦位置的方式選擇多個在組織中的聚焦位置。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于其中所述曲線路徑基于使當以固定的 頻率發(fā)射多組超聲推壓脈沖時可以產(chǎn)生具有圓弧形波前陣面的合成的橫波而定義。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于所述切變子系統(tǒng)選擇多個在組織中的 聚焦位置還包括定義所述圓弧形波前陣面形狀的一個弧段；在所述弧段上深度等于所述焦點在組織中的深度的第一深度位置定義第一聚焦位置；在組織中的第二深度定義第二聚焦位置，且所述第二聚焦位置與所述弧段的距離相 當于以固定頻率發(fā)射多組超聲推壓脈沖時各組超聲推壓脈沖之間的傳播延遲的距離。
22.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于所述橫波子系統(tǒng)通過沿著與所述超聲 推壓脈沖的傳播方向成一定角度的直線定義所述多個聚焦位置的方式選擇多個在組織中 的聚焦位置。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于所述橫波子系統(tǒng)發(fā)射多組超聲推壓脈 沖包括在各自的時間分別發(fā)射多組超聲推壓脈沖，以使得所述合成的橫波的波前陣面 形狀為平面。
24.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于所述橫波子系統(tǒng)還對一組或多組所述 的發(fā)射的超聲推壓脈沖進行加權(quán)操作。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種橫波組織成像的方法及其超聲成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)接收感興趣區(qū)域的標記，選擇橫波波前陣面的形狀，基于選擇的波前陣面的形狀選擇多組推壓脈沖的聚焦位置和在聚焦位置之間移動驅(qū)動波源的順序。系統(tǒng)根據(jù)選擇的順序發(fā)射多組推壓脈沖，并檢測產(chǎn)生的橫波波前陣面?zhèn)鞑ネㄟ^感興趣區(qū)域時的速度。該橫波波前陣面速度的變化即反映出組織內(nèi)硬度的變化。
文檔編號A61B8/08GK102018533SQ20101027846
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者姚林鑫 申請人:邁瑞控股(香港)有限公司