被检体信息获取设备和被检体信息获取方法 [0002] 在通过超声诊断设备（S卩，被检体信息获取设备）使用脉冲回波方法获取图像数据 的情况中，深度方向空间分辨率可通常被表达为（ηλ)/2,其中λ指示超声波的波长，并且 η指示发送波的数量。例如，在发送均具有12MHz的中心频率的两个超声波的情况中，深度 方向空间分辨率为近似0. 13_。 [0003] 将描述脉冲回波方法。首先，向被检体发送超声波脉冲(声波脉冲)。然后，由于被 检体内部的声学阻抗的不同，超声波脉冲被反射，并且反射波返回。反射波被接收到，并且 使用反射波的接收信号生成图像数据。典型地，获得接收信号的包络，并且所获得的包络被 转换成亮度值。这样，生成图像数据。通过重复执行多个方向上的或者针对被检体内部的 多个位置的超声波的发送和接收，对于沿超声波发送和接收的方向的多条扫描线可获取多 段亮度信息。对于该多条扫描线的多段亮度信息然后被布置。这样，被检体内部可被可视 化。 [0004] 通常，超声波诊断设备使用均被配置用于在超声波和电信号之间执行转换的多个 换能器元件，并且使单独换能器元件的信号的波形相对于时间移位。这样，在发送和接收期 间在被检体内部实现聚焦。 [0005] 如上所述，脉冲回波方法可实现为近似0. 13mm的深度方向空间分辨率。但是，更 高的空间分辨率是所希望的。例如，如果颈动脉的血管壁的分层结构的更详细观察变得可 用，则这样的观察可有助于早期检测到动脉硬化症等。 [0006] Hirofumi Taki, Kousuke Taki, Takuya Sakamoto, Makoto Yamakawa, Tsuyoshi Shiina,以及 Toru Sato, Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2010; 1:5298-5301 公开了 通过执行频域干涉测量（frequency domain interferometry)(下文被简称为FDI方法)和 作为一种自适应信号处理的Capon方法对血管壁的分层结构成像而获得的结构。通过对于 接收信号执行FDI方法和Capon方法，深度方向（S卩，扫描线方向)空间分辨率可被进一步提 高。但是，认为对于FDI处理被分段的信号的深度方向范围（S卩，处理范围）内可存在多个反 射层。而且，从位置彼此接近的反射层反射的多个反射波可能具有高相关性。已知如果在 不采取任何附加措施的情况下将自适应信号处理(诸如Capon方法)应用于具有高相关性的 多个反射波的这样的接收信号，则出现意外的效果(诸如，希望信号消除)。为了减小具有这 样的相关性的信号（即，相关干涉波）的影响，附加地使用频率平均技术。这样，FDI方法和 Capon方法可被应用于反射波的接收信号。 [0007] 在对于诸如脉冲波的具有宽频带的声波的接收信号使用频率平均技术的情况下， 使用基准信号对接收信号执行白化。日本专利特开No. 2010-183979公开了一种设备，该设 备以预定的插值比将用于形成基准信号的多个标准信号组合到一起并且使用所得到的信 号（g卩，计算基准信号）作为基准信号。
[0008] 如上所述，其中使用FDI方法的自适应信号(下文被称为采用FDI的自适应信号处 理)使用基准信号。由于此基准信号的波形变得更接近实际获得的反射波的波形，因此通过 采用FDI的自适应信号处理实现较高空间分辨率。
[0009] 但是，发送到被检体的声波脉冲的波形根据声波脉冲到达的位置（即，反射位置） 而改变。特别地，发送的声波脉冲的波形可在不同深度的位置处改变。出于此原因，可存在 通过采用FDI的自适应信号处理没有实现足够高空间分辨率的情况。



[0010] 鉴于上文提及的缺陷，本发明的实施例旨在抑制在执行采用FDI的自适应信号处 理的情况中依赖于位置的空间分辨率的降低的影响。
[0011] 本发明的一个实施例提供了一种被检体信息获取设备，其包括多个换能器元件， 每一换能器元件被配置用于向被检体发送声波，接收从被检体内部反射的反射波，并且将 反射波转换成时间序列接收信号；以及处理器，该处理器被配置用于通过使用基准信号以 及从多个换能器元件输出的接收信号执行与自适应信号处理相结合的频域干涉测量以便 获得位于被检体内部的多个位置处的声学特性，其中，该处理器被配置用于在执行频域干 涉测量的同时根据位于被检体内部的目标位置将基准信号切换到其它基准信号至少一次， 以便获得位于被检体内部的多个位置处的声学特性。
[0012] 本发明的一个实施例提供了一种被检体信息获取方法，该方法使用从多个换能器 元件输出的多个时间序列接收信号来获得位于被检体内部的多个位置处的声学特性，每一 换能器元件被配置用于接收从被检体内部反射的反射波，该被检体信息获取方法包括通过 使用基准信号以及从多个换能器元件输出的多个接收信号执行与自适应信号处理相结合 的频域干涉测量；以及根据位于被检体内部的目标位置将基准信号切换到其它基准信号至 少一次。
[0013] 本发明的一个实施例提供了一种程序，所述程序使得计算机执行文中所述的被检 体信息获取方法中的每一步骤。
[0014] 从下文参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清晰。




[0015] 图1是反射波的波形的说明图。
[0016] 图2是示出具有图1中所示的反射波的波形的反射信号的功率强度的图。
[0017] 图3是示出可应用本发明的实施例的被检体信息获取设备的示意图。
[0018] 图4是通过FDI自适应处理块执行的处理的流程图。
[0019] 图5是示出被检体内部的成像区域的示意图。
[0020] 图6是解释第一实施例的益处的图。
[0021] 图7是示出被检体内部的成像区域的示意图。
[0022] 图8是示出被检体内部的成像区域的示意图。


[0023] 发明人已经关注于以下事实：即在从被检体内部反射的反射波被接收到并且对接 收到的反射波执行采用FDI的自适应信号处理的情况下，发送声波的波形依赖于被检体内 部的位置而改变。发明人已经注意到如果由于发送声波的波形的改变而在反射波的波形与 基准波的波形之间造成差别，则图像可能劣化。
[0024] 例如，将描述如下情况，其中从包括一维布置的换能器元件(诸如电容微加工超声 换能器（CMUT)或压电换能器（PZT))的探测器发送声波。图1示出在从多个一维布置的换 能器元件的线状排列发送声波脉冲从而在深度15mm处实现聚焦的情况下、在深度11mm、 13mm、15mm、17mm和19mm处的声波脉冲的波形。这里，术语"深度"指的是与换能器元件的 距离。在此示例中，发送焦点被设定为15mm的深度。因此，深度15mm处的波形基本与发 送波形相同。但是，如图1所示，其它深度（11mm、13mm、17mm和19mm)处的波形与发送波形 (即，深度15mm处的波形）不同。特别地，（与换能器元件的距离小的）浅位置处的波形与发 送波形大不相同。
[0025] 图2示出了通过使用图1中所示的波形作为接收信号并且使用发送波形（S卩，基本 与深度15mm处的波形相同的波形）作为基准信号来执行采用FDI的自适应信号处理所获 得的结果。可假定在图1中所示的各深度处的波形与从该深度反射的反射波的波形基本相 同。即，可假定使用图1所示的各波形作为接收信号等同于接收来自存在于各深度（11mm、 13mm、15mm、17mm和19mm)处的反射平面的反射波。
[0026] 图2所示的结果确认在深度15_处实现高分辨率，在该深度处接收信号的波形与 基准信号的波形基本相同。作为对比，处理结果的功率强度在深度11mm处具有两个峰值， 并且还具有宽的峰值半宽度。这暗示不能实现足够高的空间分辨率。另外，在深度13_、 17mm和19mm处没有实现与在深度15mm处实现的空间分辨率一样高的空间分辨率。因此， 在以下描述的实施例中，在执行采用FDI的自适应信号处理的同时，根据被检体内部的深 度，基准信号被切换到其它基准信号至少一次。
[0027] 在本发明的实施例中，术语"声波"典型地指的是超声波，并且包括被称为音波和 超声波的弹性波。根据本发明的实施例的被检体信息获取设备包括如下设备，该设备被配 置用于向被检体发送声波、接收从被检体内部反射的反射波（即，反射声波）以及获取被检 体内部的多个位置处的声学特性作为值或图像数据。所获取的声学特性代表反映被检体的 组织之间的声学阻抗的差别的信息。另外，在本发明的实施例中，术语"扫描线"指的是在 从探测器发送的声波的传播方向上形成的虚拟线。
[0028] 下文将参照附图描述本发明的实施例。相同的组件被赋予相同的附图标记，并且 其描述将被省略。
[0029] 被检体信息获取设备的基本配置
[0030] 图3是示出可应用本发明的实施例的被检体信息获取设备的配置的示意图。根据 该实施例的被检体信息获取设备包括探测器〇〇1、接收电路005、发送电路003、延迟与求和 模块006、FDI自适应处理模块007、基准信号存储模块009。被检体信息获取设备还包括图 像处理模块010和系统控制电路004。探测器001包括多个换能器元件002。
[0031] 在该实施例中，延迟与求和模块006对应于延迟与求和单元。FDI自适应处理模 块007对应于FDI自适应处理单元。基准信号存储模块009对应于存储单元。图像处理模 块010对应于图像处理单元。并且，在该实施例中，至少接收电路005、发送电路003、延迟 与求和模块〇〇6、FDI自适应处理模块007和基准信号存储模块009被包含在处理器中。应 指出，该处理器可包括该实施例中的系统控制单元004和图像处理模块010。
[0032] 探测器001是被配置用于向被检体000发送声波并且接收从被检体000内的多个 位置反射的反射波的收发器。探测器001包括多个换能器元件002,每一换能器元件002被 配置用于执行声波和电信号（即，时间序列接收信号)之间的转换。作为转换器元件002,能 够接收声波并且将声波转换成电信号的任何给定的转换元件可被使用。例如，包括基于压 电现象的压电元件的换能器元件、基于光学谐振的换能器元件、或者基于静态电容的改变 的换能器元件(诸如CMUT)可被使用。优选地，多个换能器元件002被布置成阵列(诸如一 维或二维阵列）形状。
[0033] 根据从系统控制单元004提供的控制信号，发送电路003产生具有根据目标位置 和目标方向的延迟时间和振幅的发送信号（即，脉冲信号)。发送信号被输入多个换能器元 件002中的每一个，并且声波被从多个换能器元件002作为脉冲波发送到被检体000。被位 于被检体〇〇〇内部的反射体或者反射界面反射的声波（即，反射波）被多个换能器元件002 接收并且转换成多个接收信号。从多个换能器元件002输出的多个接收信号被输入接收电 路 005。
[0034] 接收电路005是被配置用于放大从换能器元件002输出的时间序列接收信号并且 将接收信号转换成多个数字信号（即，数字化接收信号）的电路。接收电路005包括放大器 和模数(A/D)转换器。应指出，在以下描述中，从已接收到响应于声波脉冲的单次发送的反 射波的一个换能器元件002输出的时间序列接收信号被当作一个接收信号。当存在Μ个输 出通道时，响应于声波脉冲的单次发送获得对应于Μ个输出通道的Μ个接收信号。而且，当 换能器元件002之一将声波脉冲发送Ν次时，换能器元件002接收到Ν个接收信号（S卩，Ν个 时间序列接收信号)。这里，Ν和Μ指示正整数。另外，在本发明的实施例中，术语"接收信 号"不仅指的是换能器元件002输出的模拟接收信号，而且还指的是通过执行处理(诸如，放 大和A/D转换）而获得的接收信号。从接收电路005输出的多个数字信号被输入延迟与求 和模块006。
[0035] 延迟与求和模块006根据声波发送的方向或者声波发送朝向的位置对多个数字 信号执行延迟处理(相位处理)，并且对得到的数字信号进行求和。也就是说，延迟与求和模 块006执行延迟与求和处理。然后，已进行了延迟与求和处理的信号（扫描线信号）被输入 FDI自适应处理模块007。术语"扫描线信号"指的是沿形成束的发送声波（S卩，声波束）的 传播方向的信号。在一个扫描线信号中，从扫描线上的多个位置反射的反射波的强度(强度 信号）被以时间序列布置。在通常的超声设备上显示的Β模式图像是通过布置多个扫描线 信号的包络而获得的。
[0036] FDI自适应处理模块007通过使用从延迟与求和模块006输出的多个扫描线信号 和从基准信号存储模块009输出的基准信号执行其中采用FDI处理的自适应信号处理(下 文被称为"FDI自适应处理")。
[0037] 自适应信号处理对应于自适应成束。具体而言，自适应信号处理指的是如下处理， 该处理通过根据接收信号自适应地改变处理参数(诸如相位和权重)，选择性地提取从目标 方向或者目标位置到达的希望的波的接收信号并且抑制其它不需要波的接收信号。特别 地，作为一种自适应信号处理的Capon方法是如下方法，其中对多个输入信号执行处理以 便在保持关于目标方向或目标位置的灵敏度固定的情况下最小化输出（功率强度)。Capon 方法还被称为定向约束功率最小化（DCMP)方法或者最小方差方法。这样的自适应信号处 理有益地改进了空间分辨率。在该实施例中，将详细描述如下示例，其中使用Capon方法作 为自适应信号处理。尽管在该实施例中使用Capon方法，但是可使用其它类型的自适应信 号处理(诸如多信号分类（MUSIC)技术或者通过旋转不变技术的信号参数估计（ESPRIT))。
[0038] FDI方法是用于通过依照频率划分接收信号并且根据目标位置改变划分后信号的 相位来估计目标位置处的接收功率的方法。应指出，相位改变量可从某一基准位置到目标 位置的距离与对应于频率的波数的乘积预先确定。
[0039] 也就是说，当FDI方法和自适应信号处理被结合地使用时，作为使用预定权重和 预定相位改变量的替代，根据接收信号计算的权重和相位改变量被用于被划分成频率分量 的接收信号以便计算目标位置处的功率强度。关于FDI自适应处理模块007执行的处理的 细节稍后将参照图4被详细描述。通过实施例中的FDI自适应处理所计算的功率强度对应 于反映被检体的组织之间的声学阻抗的差别的声学特性。后续级中的图像处理模块010输 出由多个功率强度构成的功率强度分布作为图像数据。
[0040] 基准信号存储模块009是如下的存储器，该存储器被配置用于存储对于被检体内 部的位置具有不同波形的多个基准信号。具体而言，基准信号存储模块009存储对于被检 体的深度方向上的或者声波的发送方向上的位置具有不同波形的多个基准信号。而且，基 准信号存储模块009可存储对于深度和发送方向的组合具有不同波形的多个基准信号。基 准信号存储模块009中存储的所有基准信号不必需都被从基准信号存储模块009输出作为 多个基准信号。
[0041] 在FDI自适应处理模块007执行FDI自适应处理的同时，系统控制单元004指令 基准信号存储模块009输出两个或更多个不同基准信号。也就是说，FDI自适应处理模块 007在执行roi自适应处理的同时根据被检体内部的目标位置将基准信号切换到其它基准 信号至少一次。特别地，FDI自适应处理模块007根据声波的深度（S卩，接收声波所花费的 时间）和发送方向中的至少一个将基准信号切换到其它基准信号至少一次。
[0042] 在基准信号根据深度被切换到其它基准信号的情况下，在使用一个扫描线信号执 行FDI自适应处理的同时，基准信号被切换至少一次。也就是说，对于对应于一个扫描线信 号上的第一位置的强度信号和对应于同一扫描线信号上的第二位置(不同于第一位置）的 强度信号使用不同的基准信号的情况下执行FDI自适应处理。应指出，基准信号不需要对 于每一位置被切换到其它基准信号。在一个扫描线信号被处理的同时基准信号根据位置被 切换到其它基准信号至少一次，从而使用用于被检体的浅区域的第一基准信号以及使用用 于被检体的深区域的第二基准信号来执行FDI自适应处理。而且，基准信号不需要对于各 个位置被准备，并且可对于预定范围的各个区域被准备。以此方式获取的多个功率强度被 输出至图像处理模块010。
[0043] 如果需要的话，图像处理模块010对于由多个输入功率强度构成的功率强度分布 执行各种图像处理(诸如平滑化和边缘增强)，并且将亮度数据（图像数据）输出至图像显示 单元011。图像显示单元011显示基于输入的亮度数据的图像。
[0044] FDI自适应处理模块007由处理器件(诸如中央处理单元（CPU)、图形处理单元 (GPU)或者场可编程门阵列（FPGA))构成。同样地，系统控制单元004和图像处理模块010 也由处理器件(诸如CPU、GPU或FPGA)构成。图像显示单元011由液晶显示器（IXD)、阴极 射线管（CRT)显示器或者有机电致发光（EL)显示器构成。应指出，图像显示单元011可与 根据本发明的实施例的被检体信息获取设备分离地被提供。
[0045] FDI自适应处理的流程
[0046] 现在参照图4,将描述通过FDI自适应处理模块007执行的处理。图4是说明FDI 自适应处理的每一步骤的流程图。FDI自适应处理模块007接收从延迟与求和模块006输 出的扫描线信号作为输入信号（S200)。FDI自适应处理模块007从扫描线信号提取对于每 次要被处理的时段（即，对于处理范围）的强度信号（S201)。此时，除了从一个扫描线的多 个强度信号提取对于处理范围的强度信号之外，FDI自适应处理模块007还可执行诸如强 度信号的加权的处理。
[0047] 然后，FDI自适应处理模块007对所提取的强度信号执行傅立叶变换，以便将提取 的强度信号划分为频率分量X sl、Xs2、Xs3、"·Χ3Ν (S202)。而且，FDI自适应处理模块007接 收根据来自系统控制单元004的指令从基准信号存储模块009输出的基准信号（S203)。
[0048] FDI自适应处理模块007然后对基准信号执行傅立叶变换，以便将基准信号划分 为频率分量Xrt、X rt、Xri、…(S204)。应指出，基准信号可被以要在该处理中使用的频率 分量的形式存储。在此情况中，可省略傅立叶变换。
[0049] 然后，FDI自适应处理模块007执行由式（1)表达的白化处理：