BRPI0711595A2

BRPI0711595A2 - sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra-sÈnico, e, método para produzir uma imagem de ultra-som com uma gama focal estendida.

Info

Publication number: BRPI0711595A2
Application number: BRPI0711595-4A
Authority: BR
Inventors: Jean-Luc Robert; Michael Burcher
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2011-11-16
Also published as: JP2009536855A; JP6023396B2; EP2019626A2; JP5895018B2; US8137272B2; WO2007133881A2; CN101442939A; CN101453955A; JP2009536853A; CN101453955B; EP2019624A2; WO2007133878A2; US8317704B2; WO2007133881A3; US20090182235A1; EP2019626A4; CN101442938B; EP2019626B1; EP2019624B1; WO2007133878A3

Abstract

SISTEMA DE FORMAçãO DE IMAGEM DE DIAGNóSTICO ULTRA-SÈNICO, E, MéTODO PARA PRODUZIR UMA IMAGEM DE ULTRA-SOM COM UMA GAMA FOCAL ESTENDIDA. Um sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra-sónico produz uma imagem com uma gama focal estendida e mancha reduzida transmitindo uma pluralidade de feixes espaçados ao longo de um arranjo para recepção de múltiplas linhas. As múltiplas linhas de recepção de uma pluralidade de feixes de transmissão são alinhadas espacialmente com ajuste de fase entre as respectivas múltiplas linhas de recepção para efetuar alinhamento de sinal, detectadas e combinadas. As múltiplas linhas combinadas produzem o efeito de um foco de transmissão estendido de forma que uma imagem produzida usando as múltiplas linhas combinadas exiba uma gama focal estendida. Mancha é reduzida combinando não linearmente múltiplas linhas recebidas produzidas por aberturas de transmissão diferentes.

Description

"SISTEMA DE FORMAÇÃO DE IMAGEM DE DIAGNÓSTICO ULTRA- SÔNICO, E, MÉTODO PARA PRODUZIR UMA IMAGEM DE ULTRA- SOM COM UMA GAMA FOCAL ESTENDIDA"

Esta invenção relaciona-se a sistemas de ultra-som de diagnóstico médico e, em particular, a sistemas de ultra-som que estendem a região focai usando um formador de feixe de recepção de múltiplas linhas.

Os princípios de focalização sintética, por qual uma imagem de ultra-som é focalizada a todo ponto no campo de imagem, foram o assunto de investigação considerável. Por exemplo, Patente US 4.604.697 (Luthra et al.) descreve uma técnica de foco sintético na qual um pulso de ultra-som é transmitido seqüencialmente de cada elemento de um arranjo de transdutor ultra-sônico. Os sinais de eco recebidos de cada transmissão são recebidos por todos os elementos da arranjo e são armazenados. Depois que todos os sinais foram recebidos, um sinal de eco focalizado pode ser formado a cada ponto no campo de imagem do conhecimento do local de cada elemento de transdutor relativo a cada ponto na imagem e o tempo de percurso de um sinal de ultra-som para e de cada ponto. Os sinais recebidos apropriados são combinados para formar um sinal de eco coerente para cada ponto na imagem. A seleção dos valores de dados armazenados usados para formar cada ponto provê a formação de feixe para cada ponto na imagem. Enquanto este método produzirá um sinal focalizado a todo ponto no campo de imagem, tem várias desvantagens. Uma é que os sinais de RF do campo de imagem inteiro devem ser armazenados para processamento. Isto requer uma quantidade significante de armazenamento da informação. Uma segunda desvantagem é que uma quantidade significante de processamento é requerida para selecionar e ponderar os dados para cada ponto na imagem, então combinar os dados de ponderados apropriadamente para computar os pontos de dados de imagem. Uma terceira desvantagem é que esta abordagem é efetiva só para uma profundidade de penetração rasa, desde que a energia transmitida por um único elemento de transdutor é limitada.

Uma aplicação específica que emprega os princípios básicos de focalização sintética é o formador de feixe de recepção de atraso e soma tradicional, no qual os atrasos aplicados aos sinais de cada elemento receptor são o equivalente de seleção de dados na técnica de foco sintético. O formador de feixe tradicional é uma aplicação limitada destes princípios como transmite um feixe de transmissão focalizado a uma região focai específica e focaliza dinamicamente ecos só ao longo deste único feixe de transmissão. Múltiplas transmissões são assim requeridas para varrer o campo de imagem inteiro. Uma eficiência resultante é que dados não precisam ser armazenados para todas as transmissões para todo ponto na imagem; os dados recebidos de uma transmissão são processados imediatamente para formar sinais de eco coerentes ao longo da direção de feixe. Uma limitação é que cada feixe recebido é focalizado na transmissão só à região focai selecionada. Mas a relação de sinal para ruído a profundidades maiores é melhorada porque múltiplos elementos de transdutor são atuados para transmitir um feixe, habilitando uma penetração razoável ser obtida.

Patente US 6.231.511 (Bae et al.) e um documento subseqüente intitulado "A Study of Synthetic-Aperture Imaging with Virtual Source Elements in B-Mode Ultrasound Imaging Systems", por Bae et al., IEEE Trans. UFFC, vol. 47, n° 6 (2000) a 1510 et seq., propõe combinar aspectos do formador de feixe focalizado padrão focalização sintética para melhorar a resolução lateral fora da região focai convencional e assim alcançar o efeito de focalização de transmissão a todos os pontos no campo de imagem. Esta abordagem é postulada na suposição de um "elemento de fonte virtual" no ponto focai de um feixe transmitido padrão que irradia energia ambos para fora e para dentro desta "fonte virtual". Seguindo transmissão de um feixe focalizado de transmissão padrão, energia é recebida pelos elementos de transdutor da abertura de recepção e armazenada. Depois que o campo de imagem inteiro foi varrido, um sinal de eco a cada ponto é computado dos sinais recebidos por elementos de cada campo de fonte virtual que cercava o ponto no campo. Pontos de imagem no ponto focai serão visualizados de só um feixe, como o modelo de fonte virtual é um campo em forma de ampulheta sobre o ponto focai de transmissão, mas pontos adicionalmente removidos em profundidade do ponto focai são computados dos sinais recebidos de muitas linhas de varredura. O resultado é dito ser uma imagem que mostra resolução lateral melhorada a pontos fora e dentro do ponto focai de transmissão. Mas como a abordagem de abertura sintética básica descrita acima, uma quantidade significante de dados deve ser armazenada para processamento, os sinais de RF de todo elemento em cada abertura de recepção. Além disso, a imagem resultante é dita aparecer mais escura ao redor do ponto focai, como só uma transmissão e recepção contribui para este ponto de imagem e sua resolução, enquanto múltiplas transmissões e recepções contribuem para pontos removidos do ponto focai de transmissão. Por conseguinte, é desejável efetuar focalização de transmissão através de pelo menos uma porção significante de uma imagem, mas sem a necessidade para armazenar quantidades vastas de dados de RF.

Um sistema e técnica de ultra-som de diagnóstico que superam estas desvantagens de abordagens da técnica anterior são descritos no Pedido de Patente US co-pendente número de série 60/747148, depositado em 12 de maio de 2006, que descreve uma técnica conhecida como focalização de transmissão dinâmica retrospectiva (RDT). Nesta abordagem, grupos de múltiplas linhas são adquiridos que sobrepõem espacialmente de forma que várias múltiplas linhas resultantes estejam co-alinhadas espacialmente e conseqüentemente do mesmo local de recepção. Múltiplas linhas espacialmente alinhadas são então combinadas com uma função de ponderação, por exemplo, 'apodization', se desejado, e um atraso de inter- múltiplas linhas que está geralmente relacionado ao local de centros de feixe de transmissão ao local de múltiplas linhas recebida, que previne cancelamento de fase indesejado nos sinais combinados. As múltiplas linhas ponderadas e atrasadas são então combinadas para produzir uma linha resultante para exibição. Esta técnica é vantajosa porque melhora a profundidade de campo da imagem combinando múltiplos sinais recebidos, e a formação de feixe efetiva das múltiplas linhas recebidas faz a combinação de múltiplas linhas ser focalizada efetivamente para transmissão através de uma profundidade de campo considerável. Conseqüentemente, o nome 'focalização de transmissão dinâmica retrospectiva'.

A técnica de RDT como descrita acima é um processo de sinal coerente, como opera em sinais como uma função de ambas as características de amplitude e fase. Formação de imagem ultra-sônica é um processo coerente in vivo desde que os ecos refletidos de volta aos elementos de transdutor de refletores no corpo terão sua próprias características de amplitude e fase. Uma desvantagem deste caráter coerente é que os sinais refletidos ambos interferirão construtivamente e destrutivamente entre si, produzindo um padrão matizado conhecido como "mancha" que sobrepõe a imagem de tecido desejada e detrai do contraste de imagem. Desde que o padrão de mancha não tem nenhuma variação de fase ou amplitude com o tempo, ele simplesmente não pode ser suprimido calculando em média os sinais de imagem com o tempo. Conseqüentemente, seria desejável ser capaz de conduzir formação de imagem focalizada de RDT enquanto ao mesmo tempo suprimindo o padrão de mancha.

De acordo com os princípios da presente invenção, um sistema e método de ultra-som de diagnóstico são descritos em que a técnica de RDT é executada incoerentemente, efetuando ambos um foco de transmissão estendido através de uma profundidade de campo significante e uma redução do efeito de mancha. Em um exemplo ilustrado da presente invenção, isto é feito processando não linearmente os sinais de múltiplas linhas (como por detecção) antes de combinação. Desde que as múltiplas linhas de sinais de transmissão diferentes têm aberturas de transmissão ligeiramente diferentes, combinar os sinais de múltiplas linhas como detectados em lugar de dados de RF causará um efeito composto que reduz a mancha.

Nos desenhos:

Figuras la-lc ilustram perfis de feixe de um exemplo de três feixes da presente invenção.

Figuras 2a-2d ilustram perfis de feixe de um exemplo de seis feixes da presente invenção.

Figuras 3a-3d ilustram um exemplo de quatro feixes da presente invenção em que os primeiros padrões de quatro feixes são deslocados para clareza de ilustração.

Figuras 4a-4d ilustram uma continuação do exemplo de quatro feixes da Figura 3 mostrando o alinhamento dos feixes de recepção.

Figura 5 ilustra em forma de diagrama de bloco um sistema de ultra-som construído de acordo com os princípios da presente invenção.

Figuras 6a e 6b ilustram as características de atraso e ponderação de dois feixes diferentes do exemplo de quatro feixes da presente invenção.

Se referindo primeiro às Figuras la-lc, perfis de feixe sobrepostos são mostrados para a transmissão de três feixes de transmissão seguida em cada caso pela recepção de três feixes de cada feixe de transmissão. Figura Ia mostra o perfil de feixe de transmissão 10 a um nível constante abaixo do pico de intensidade no centro do feixe, transmitido por e se estendendo de um arranjo de transdutor 8 que transmitiu o feixe. O nível de perfil de feixe de transmissão é escolhido pelo projetista e pode ser 3 dB, 6 dB, 20 dB, ou algum outro nível abaixo da intensidade máxima no centro do feixe. O perfil de feixe é visto ser focalizado sobre um ponto focai 12 na largura mais estreita do perfil de feixe por focalização de transmissão convencional. Uma vista ortogonal do feixe 20 é mostrada abaixo do arranjo de transdutor 8, que é visto incluir um lóbulo central 20a e lóbulos laterais em qualquer lado do lóbulo principal 20a. O feixe transmitido alcança seu foco mais apertado na região focai 12 e diverge depois disso. Em outras implementações, um feixe de transmissão divergente pode ser usado. Focalizar a uma profundidade considerável também foi achado ser efetivo.

O feixe de transmissão 10, 20 é transmitido com uma largura que abrange múltiplas linhas de recepção 14, 16, e 18. Geralmente, um feixe mais largo é produzido transmitindo de uma menor abertura de transmissão. Quer dizer, um número menor de elementos do arranjo 8 é atuado para transmitir o feixe do que o número total de elementos pelo arranjo. Seguindo transmissão, ecos são recebidos e focalizados ao longo de três locais de linha de recepção 14, 16 e 18. Como discutido abaixo, os ecos recebidos pelos elementos de transdutor da abertura de recepção são atrasados e somados de três modos diferentes para formar múltiplas linhas a locais de linha diferentes 14, 16, e 18 em resposta a um feixe de transmissão. Neste exemplo, a linha de recepção 14 é recebida abaixo do centro do feixe de transmissão 10, 20 e as linhas de recepção 14 e 18 são guiadas lateralmente e focalizadas para serem recebidas em qualquer lado da linha de centro. Neste exemplo, só as porções de campo próximo e campo distante das linhas externas 14 e 18 estão dentro do perfil de feixe de transmissão 10. Nestes regiões, as linhas externas das 14 e 18 são recebidas de energia de transmissão em qualquer lado da posição de linha de centro, por esse meio amostrando objetivos no campo de imagem em ambos os lados da posição de linha de centro, por esse meio usando eficientemente a energia lateralmente espalhada do feixe de transmissão no campos próximo e distante para recepção e resolução de imagem.

Na Figura lb, um segundo feixe foi transmitido deslocando a abertura de transmissão à direita pelo espaçamento de uma linha de recepção. O segundo feixe de transmissão tem o mesmo perfil de feixe como o primeiro feixe de transmissão e é esboçado por curvas de perfil de feixe 10'. Como no caso do primeiro feixe, três linhas de recepção são recebidas simultaneamente e formadas em feixe em resposta à segunda transmissão em locais de linha de recepção 16', 18' e 22. Como resultado, a linha de recepção 16' está alinhada com a linha de recepção 16 da primeira transmissão, a linha de recepção 18' está alinhada com a linha de recepção 18 da primeira transmissão e a linha de recepção 22 está localizada à direita da linha de centro 18' da segunda transmissão. Como o primeiro conjunto de linhas de recepção, o segundo jogo de múltiplas linhas de recepção 16', 18', e 22 é salvo para processamento subseqüente.

Na Figura 1 c, uma terceiro feixe foi transmitido de um local de abertura de centro que é deslocado novamente à direita por uma linha de recepção. Este feixe de transmissão é esboçado por perfil de feixe 10" e a transmissão é seguida pela recepção simultânea de três linhas de recepção 18", 22' e 24. Estas três linhas de recepção, como as linhas de recepção prévias, estão completamente ou parcialmente dentro do perfil de feixe de seu feixe de transmissão com o mesmo espaçamento como as linhas dos feixes precedentes. Como resultado, a linha de recepção 18" está alinhada axialmente com a linha de recepção 18' da segunda transmissão e a linha de recepção 18 da primeira transmissão, e a linha de recepção 22' está alinhada axialmente com a linha de recepção 22 da segunda transmissão. Os objetivos no caminho de linhas de recepção 18, 18' e 18" foram amostrados agora por três linhas de recepção, cada uma por um feixe de transmissão respectivamente diferente. Estes feixes co-alinhados são combinados como descrito abaixo para produzir uma linha de dados de imagem ao longo da linha que está focalizada através de uma maior profundidade de campo do que é o caso de qualquer linha individual, criando um efeito de foco de transmissão estendido. A focalização será efetiva através de uma maior profundidade de campo como a energia de eco de três transmissões de feixe é combinada para produzir os dados de imagem resultantes.

Transmissão e recepção continuam pelo campo de imagem desta maneira até que o campo de imagem completo tenha sido varrido. Cada vez que o número máximo de linhas de recepção para um dado local de linha foi adquirido, neste exemplo, as três linhas de recepção são processadas juntas para produzir uma linha de dados de imagem nesse local. Não há assim nenhuma necessidade para armazenar dados de RF pré-somados de qualquer transmissão como os sinais de RF recebidos são formados em feixe em múltiplas linhas quando elas são recebidas, e há só uma necessidade limitada para armazenar linhas prévias em um local de linha até que todas as linhas de recepção no local tenham sido adquiridas, a qual momento elas podem ser processadas e o armazenamento de linha liberado para armazenamento de linhas subseqüentes.

Figuras 2a-2d dão outro exemplo da presente invenção em que o perfil de feixe de transmissão 30 inclui todas ou porções de linhas de recepção em seis locais de linha de recepção, identificados em 31-36 na Figura 2a. Neste exemplo, distinto do primeiro, não há nenhuma linha de recepção no centro do feixe de transmissão. Ao invés, as linhas de recepção centrais 33 e 34 estão espaçadas metade de um espaçamento de linha de recepção em qualquer lado do centro do feixe de transmissão. As linhas de recepção externas 32 e 35 estão dentro do perfil de feixe 30 nos campos próximo e distante, e só de porções de campo próximo das linhas de recepção mais externas 31 e 36 estão dentro do perfil de feixe de transmissão. Pode ser decidido não usar estas porções de linha de campo próximo 31 e 36 na formação de dados de imagem como explicado abaixo.

O próximo feixe de transmissão é transmitido à direita do primeiro feixe de transmissão por um espaçamento de linha de recepção como mostrado pelo perfil 30' do segundo feixe de transmissão na Figura 2b. Seis linhas de recepção são recebidas novamente e formadas em feixe simultaneamente a locais de linha de recepção 32', 33', 34', 35', 36' e 37. As primeiras cinco destas linhas de recepção são vistas estarem alinhadas com as linhas de recepção 32, 33, 34, 35 e 36 do primeiro feixe de transmissão, assim provendo uma segunda linha de recepção para processamento a cada uma destes locais de linha. Figura 2c mostra os resultados seguindo transmissão de um terceiro feixe de transmissão e recepção de seis linhas de recepção dentro desse perfil de feixe 30". Agora houve todas ou partes de três linhas de recepção recebidas a locais de linha 33", 34", 35" e 36", dois linhas de recepção em local 37', e uma porção de um linha de recepção em local 38. Seguindo uma quarta transmissão, indicada por perfil de feixe 30"' na Figura 2d, houve todas ou porções de quatro linhas de recepção recebidas a locais de linha 34"', 35"' e 36"', três linhas de recepção recebidas a local de linha 37", dois linhas de recepção recebidas a local de linha 38' e uma porção de uma linha de recepção recebida a local de linha 39. Pode ser visto que, quando varredura continua desta maneira, haverá todas ou porções de seis linhas de recepção recebidas nos locais de linha pela maioria da abertura, exceto nos extremos, onde menos linhas terão sido recebidas como mostrado neste exemplo. O maior número de amostragens de cada local de linha de recepção resulta em melhor focalização de transmissão efetiva quando os dados de linha de recepção são combinados para formar os dados de imagem.

Números mais altos de linhas simultaneamente recebidas podem ser usados, tal como oito, doze ou dezesseis linhas recebidas simultaneamente separadamente espaçadas à parte, para quais um número F mais baixo na transmissão deveria ser usado para excitar acusticamente a maior extensão de locais de linha de recepção.

Figuras 3 e 4 ilustram outro exemplo da presente invenção usando quatro linhas de recepção de todo feixe de transmissão. Nestes desenhos, o feixe sucessivo e grupos de linha de recepção não são sobrepostos, mas estão alinhados verticalmente para clareza de ilustração. Cada feixe de transmissão 40-1, 40-2, 40-3, etc., está indicado por uma seta hachurada apontando para baixo, e as linhas de recepção de cada feixe de transmissão são mostradas como setas de linha sólida em qualquer lado do respectivo feixe de transmissão. Figuras 3a-3d ilustram as primeiras quatro seqüências de transmissão-recepção, com o feixe de transmissão 40-n sendo deslocado à direita por um espaçamento de linha de recepção para cada intervalo de transmissão sucessivo. Ao término desta seqüência de transmissão- recepção, é visto que quatro linhas de recepção foram recebidas que estão alinhadas com a linha de recepção 44: linha de recepção 44-1 do segundo feixe, linha de recepção 44-2 do terceiro feixe, e linha de recepção 44-3 do quarto feixe. Estas quatro linhas de recepção são combinadas para produzir uma linha de dados de imagem no local destas linhas de recepção no campo de imagem.

Figuras 4a-4d mostram uma continuação da seqüência de transmissão-recepção prévia com mais quatro intervalos de transmissão- recepção de quatro linhas recebidas simultaneamente para cada feixe de transmissão. Os próximos quatro feixes de transmissão são identificados como 40-5, 40-6, 40-7 e 40-8 nestes desenhos. Como estes desenhos ilustram, agora houve quatro linhas de recepção recebidas a locais de linha 44, 45, 46, 47 e 48. Depois que as quatro linhas de recepção a cada um destes locais foi recebida, as quatro linhas podem ser combinadas para formar uma linha de dados de imagem e as linhas de recepção armazenadas apagadas de forma que linhas subseqüentes possam ser armazenadas linhas nos mesmos locais de armazenamento. Cada vez que outra quarta linha de um grupo de quatro linhas alinhadas foi recebida, as quatro linhas do grupo podem ser combinadas para formar a linha de dados de imagem nesse local e o armazenamento usado para linhas subseqüentes. A seqüência continua desta maneira, recebendo quatro linhas de recepção para cada feixe transmitido pelo campo de imagem de forma que quatro linhas de recepção possam ser combinadas a cada local de linha através de todas, exceto as extremidades laterais do campo de imagem.

Figura 5 ilustra em forma de diagrama de bloco um sistema de formação de imagem ultra-sônico construído de acordo com os princípios da presente invenção. Uma sonda ultra-sônica 102 inclui um arranjo de transdutor 104 de elementos de transdutor. Grupos selecionados dos elementos de transdutor são atuados a tempos atrasados respectivamente pelo formador de feixe de transmissão 106 para transmitir feixes focalizados a regiões focais selecionadas nas direções desejadas e das origens desejadas ao longo do arranjo. O formador de feixe de transmissão está acoplado aos elementos de transdutor por uma chave de transmissão/recepção que pode incluir uma chave de ponto de cruzamento que protege as entradas de receptor dos pulsos de transmissão de alta tensão aplicados. Os ecos recebidos por cada elemento de transdutor do arranjo 104 em resposta a cada feixe de transmissão são aplicados às entradas de processadores de múltiplas linhas 110a-110n. Cada processador de múltiplas linhas inclui um formador de feixe de recepção que aplica seu próprio conjunto de atrasos e, se desejado, pesos de 'apodization' para ponderar os ecos recebidos dos elementos do arranjo para formar um feixe de recepção diferentemente guiado do mesmo feixe de transmissão. Formadores de feixe de múltiplas linhas adequados para os processadores de múltiplas linhas 110a-110n podem ser achados, por exemplo, na Patente US. 6.695.783 (Henderson et al.) e Patente US 5.318.033 (Savord). As saídas dos processadores de múltiplas linhas 110a-110n estão acopladas a um armazenamento de linha 112 que armazena as múltiplas linhas recebidas pelo menos até que todas as múltiplas linhas precisadas para formar uma linha de dados de exibição tenham sido adquiridas. O grupo de múltiplas linhas usado para formar uma linha particular de dados de exibição é aplicado aos respectivos de multiplicadores 116a-116n para produzir os dados de exibição para o local de linha correspondente. Os dados de eco de cada linha podem, se desejado, ser ponderados por pesos de 'apodization' 114a-114n. Em geral, estes pesos ponderarão cada linha como uma função de sua resposta a impulso de ida e volta. Um algoritmo de ponderação adequado pode ser derivado deixando o termo amplitude (x,z) ser a amplitude de excitação acústica de um ponto em local (x,z) no campo de imagem pela frente de onda de transmissão, a posição de azimute x=0 correspondendo ao eixo de centro do feixe de transmissão. Deixe X ser o azimute da múltiplas linhas recebida com respeito ao eixo de feixe de transmissão. O peso aplicado a esta múltiplas linhas recebida para formar um ponto da imagem à profundidade Z é:

Peso (X,Z) = amplitude (X,Z)

Para a determinação de uma característica de atraso apropriada, deixe propagation_time (x,z) ser o tempo de propagação precisado pela frente de onda de transmissão para alcançar um ponto em local (x,z), o azimute x=0 correspondendo novamente ao eixo de centro do feixe de transmissão. Deixe X ser o azimute do linha de recepção com respeito ao eixo de feixe de transmissão. O atraso aplicado a esta múltiplas linhas recebida para formar um ponto da imagem à profundidade Z é:

Delay (X,Z) = propagation_time (X,Z) - propagation_time (0,Z)

onde propagationtime (0,Z) é o tempo para alcançar um ponto na mesma profundidade, mas em eixo.

As funções amplitude (X,Z) e propagation_time (X,Z) podem, por exemplo, ser obtidas de uma simulação do campo de transmissão. Um modo apropriado para computar o tempo de propagação é usar o atraso de fase do campo de simulação monocromática a várias freqüências. A amplitude pode ser computada calculando em média a amplitude do campo a várias freqüências. Além disso, uma normalização dependente de profundidade pode ser aplicada aos pesos. Isto multiplica todos os pesos a uma dada profundidade por um fator comum. Por exemplo, a normalização pode ser escolhida de forma que regiões de mancha tenham brilho uniforme com profundidade. Variando os pesos como uma função de profundidade, é possível variar o tamanho e forma ('apodization') da abertura dinamicamente com profundidade.

A amplitude e tempo de propagação não precisam ser derivados de uma simulação das características de transmissão exatas usadas no sistema. O projetista pode escolher usar um tamanho de abertura diferente ou uma 'apodization' diferente por exemplo.

Os ecos de cada linha são ponderados pelos multiplicadores 116a-116n e atrasados por linhas de atraso 118a-l 18n. Em geral, estes atrasos serão relacionados ao local do centro de feixe de transmissão para o local de linha de recepção como mostrado acima. Os atrasos são usados para igualar a variância de deslocamento de fase que existe de linha para linha para as múltiplas linhas com combinações de local de feixe de transmissão-recepção diferentes, de forma que uma perda de precisão não será causada por desalinhamento dos sinais combinados. Será apreciado que em um sistema digital as linhas de atraso podem ser efetuadas armazenando os dados de eco de múltiplas linhas ponderados em memória e lendo os dados a tempos posteriores que efetuam o atraso necessário. Registradores de deslocamento de comprimentos diferentes e sinais de relógio também podem ser usados para efetuar um atraso digital, ou um formador de feixe interpolado tal como aquele descrito na Patente US 6.695.783 acima mencionada, podem ser usados.

De acordo com os princípios da presente invenção, o sinal de múltiplas linhas é processado não linearmente antes de ser combinado. No exemplo da Figura 5 isto é realizado por detecção de amplitude dos sinais de RF por detectores 13 Oa-13 On. Desde que cada múltiplas linhas recebida porta uma relação ligeiramente diferente para seu centro de feixe de transmissão do que outras múltiplas linhas na combinação, cada múltiplas linhas exibe um padrão de mancha ligeiramente diferente. Detecção remove a informação de fase dos sinais de forma que a combinação incoerente das múltiplas linhas efetuará um cálculo de média das características de mancha, melhorando a relação de sinal para ruído de mancha desejada por aproximadamente a raiz quadrada de N, onde N é o número de múltiplas linhas independentes sendo combinadas. Os sinais atrasados e detectados são combinados por um somador 120 e os sinais resultantes são acoplados a um processador de imagem 122. O processador de imagem pode executar conversão de varredura ou outro processamento para melhorar a imagem exibida. A imagem resultante é exibida em uma exibição de imagem 124.

No sistema da Figura 5, a combinação das múltiplas linhas atrasadas respectivamente efetua uma refocalização dos sinais recebidos das várias múltiplas linhas de recepção que estão co-alinhadas em uma dada direção. A refocalização ajusta as diferenças de fase resultando do uso de locais de feixe de transmissão diferentes para cada múltiplas linhas, efetuando alinhamento de sinal nos sinais combinados. Ao mesmo tempo, a detecção habilita os padrões de mancha das múltiplas linhas respectivas serem calculados em média e reduzidos enquanto causando porém uma diminuição pequena da perda de refocalização coerente. Os pesos 114 ponderam as contribuições das múltiplas linhas em relação à proximidade do feixe de transmissão ao local de múltiplas linhas, dando peso mais alto a feixes de recepção com relações de sinal para ruído mais altas. Isto resulta em uma profundidade de campo estendida ao longo de cada linha de recepção e uma penetração aumentada (relações de sinal para ruído e sinal para ruído de mancha melhoradas) devido à combinação de múltiplas amostragens em cada direção de linha de recepção.

No exemplo das Figuras 4a-4d é visto que cada múltiplas linhas recebida só é usada uma vez em combinação com outras múltiplas linhas co-alinhadas. Isto significa que uma implementação da presente invenção não requer o segundo conjunto de pesos 114, multiplicadores 116 e atrasos 118, porque estes efeitos de ponderação e atraso podem ser implementados com os pesos e atrasos dos processadores de múltiplas linhas 110, que podem focalizar a múltiplas linhas na direção de recepção correta e responder por variação de feixe de fase e transmissão com respeito às múltiplas linhas com as quais será combinado, tudo em uma etapa de processo. Depois que todas as múltiplas linhas para um dado local de linha foram recebidas, elas simplesmente são detectadas e somadas para prover os dados de linha de exibição. Alternativamente, cada múltiplas linhas recebida para um dado local de linha é detectada e então armazenada em um acumulador de linha para essa linha. Cada múltiplas linhas recebida subseqüentemente nesse local de linha é detectada e então adicionada aos conteúdos do acumulador até que o complemento completo de múltiplas linhas nesse local tenha siso combinado no acumulador. Os conteúdos de acumulador são então remetidos ao processador de imagem, livrando o acumulador para uso para outro local de linha.

Figuras 6a e 6b ilustram exemplos das características de ponderação e atraso que podem ser usadas em combinar as múltiplas linhas recebidas para um dado local de linha de exibição. Figura 6a ilustra características de ponderação e atraso de exemplo para um múltiplas linhas recebida que está relativamente distante do centro de feixe de transmissão tal como a múltiplas linhas recebida 33' da Figura 2b. A múltiplas linhas recebida 33' é mostrada se estendendo na direção ζ da face do arranjo de transdutor a z=0 para a máxima profundidade de varredura no lado direito lado do desenho. O centro da múltiplas linhas é desenhado como pontilhado onde aquela porção da múltiplas linhas 33' está fora do perfil de feixe selecionado 30' e sua resposta está abaixo daquela que projetista julgou ser aceitável. A característica de ponderação 82 assim pondera esta múltiplas linhas com um peso que está a um mínimo onde está além do perfil de feixe e a níveis não zero onde a múltiplas linhas é para ser usada para refocalização. Em outras implementações, a característica de ponderação 82 pode cair a zero no campo próximo. Isto é porque os ecos também podem estar perto demais ou atrás do arranjo depois que o atraso necessário foi aplicado e assim não suscetível à recepção precisa. Assim, as múltiplas linhas de múltiplas linhas distantes lateralmente não são usadas na combinação de múltiplas linhas no campo muito próximo.

A característica de fase 84 é vista cruzar por um ajuste de fase zero no ponto focai do feixe de transmissão, ficando quase constante no campo próximo e diminuindo gradualmente no campo distante.

Figura 6b ilustra características de ponderação e atraso exemplares para uma múltiplas linhas recebida 33 que está mais perto do centro de seu feixe de transmissão. Devido a esta proximidade mais íntima, a múltiplas linhas é dada maior ponderação global na combinação como mostrado pela característica de ponderação 86. A ponderação aumenta na vizinhança da região focai para equilibrar a queda da ponderação das múltiplas linhas mais remotas tal como 33' nesta região. A característica de ajuste de fase 88 é desenhada como uma linha reta porque a característica de atraso 84 para a múltiplas linhas mais lateralmente remota é calculada da fase da múltiplas linhas mais central 33. Neste exemplo, a múltiplas linhas 33 é usada para refocalização através da profundidade de imagem completa, embora em uma dada implementação, o projetista possa eleger usar os ecos de uma única linha de um feixe de transmissão em proximidade íntima ao local de linha no campo muito próximo.

Uma implementação da presente invenção pode ser usada com uma variedade de funções de recepção. Por exemplo, uma implementação pode operar em sinais de sub-aberturas focalizadas. Em outra variação, em vez de formar feixes de recepção per se, um número limitado de funções ortogonais tais como componentes de Fourier pode ser usado. É então possível combinar as transmissões diferentes no espaço de Fourier. Os sinais sendo combinados não correspondem exatamente às linhas de imagem recebidas. Depois disso, feixes de recepção são formados combinando os componentes de Fourier ou sub-aberturas. Várias combinações de vários feixes e funções derivadas de um feixe por uma mudança de 'apodization' também estão dentro da extensão da presente invenção. Em outras implementações, um número pequeno de múltiplas linhas recebidas pode ser aumentado interpolando múltiplas linhas intermediárias adicionais, então executando o processo inventivo com o número aumentado de múltiplas linhas.

Será apreciado que, em lugar de fazer uma adição de todos os sinais detectados, o processo de adição pode ser dividido como ilustrado na Figura 7. Neste exemplo, os dados de múltiplas linhas atrasados são combinados em duas adições parciais chamadas Adição 1 e Adição 2. Cada soma parcial é então detectada por um detector. As somas parciais detectadas são então combinadas por Adição 3. Uma implementação com adição parcial antes de detecção requer menos detectores.

Figura 8 provê um exemplo de um sistema de ultra-som da presente invenção no qual os atrasos são divididos com algum do atraso aplicado a dados detectados. Neste exemplo, os dados de múltiplas linhas coerentes estão atrasados, então parcialmente somados. As duas somas parciais são detectadas como na Figura 7, então um atraso adicional é aplicado às duas somas parciais detectadas antes da adição final. Os primeiros estágios de atraso podem alinhar os sinais dentro de cada sub-abertura, então os segundos estágios alinham os sinais pelas sub-aberturas. Outra variação desta implementação é aplicar os segundos estágios de atraso às somas parciais antes de detecção.

Variações dos exemplos acima ocorrerão prontamente àqueles qualificados na técnica e estão dentro da extensão da presente invenção. Por exemplo, em vez de transmitir ao longo de locais de linha sucessivos, transmissão pode saltar linhas (multiplex) entre transmissão de múltiplas linhas. Transmissão pode ser feita ao longo de toda outra posição de linha, toda quarta posição de linha, ou outros intervalos de espaçamento de múltiplas linhas, assim reduzindo o número de eventos de transmissão precisados para formar a imagem e aumentar a taxa de aquisição. Este também é um modo para reduzir artefatos de movimento. Receber múltiplas linhas a intervalos de linha amplamente espaçados com um número menor de feixes de transmissão é outro modo para tratar o problema de movimento. Esta abordagem pode ser aumentada com linhas interpoladas como mencionado acima para aumentar o número de linhas que são combinadas. Isto também aumentará a profundidade de melhoria de campo para um dado número de múltiplas linhas. A amostragem usada é geralmente uma função do número F da abertura de transmissão, que determina o requisito de amostragem de Nyquist. Varredura não tem que ser feita seqüencialmente pela imagem; outras seqüências de transmissão podem ser usadas, que terão respostas diferentes na presença de movimento. Enquanto os exemplos acima são mostrados com 'apodization', não é necessário 'apodizar' na transmissão, recepção, ou combinação de múltiplas linhas. Não é necessário que as múltiplas linhas a serem combinadas todas sejam precisamente alinhadas axialmente. Múltiplas linhas que são para serem combinadas podem ser deslocadas lateralmente uma da outra, efetuando uma interpolação quando as múltiplas linhas são combinadas. Os princípios da presente invenção também são aplicáveis à formação de imagem tridimensional executando o processamento ambos nas dimensões de elevação e azimute, e para formação de imagem de arranjo em fase (varredura de setor) como também formação de imagem de arranjo linear (varredura ortogonal) e por uso de arranjos curvados. A redução dos efeitos de movimento por detecção do movimento de imagem relativo e ajuste da ordem de múltiplas linhas em resposta à presença de movimento, discutido no pedido previamente mencionado número de série 60/747148, também é aplicável a implementações da presente invenção.

Claims

1. Sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra- sônico, caracterizado pelo fato de que inclui: uma sonda incluindo um arranjo de elementos de transdutor; um formador de feixe de transmissão, acoplado ao arranjo de elementos de transdutor, e operável para transmitir um feixe sonificando uma pluralidade de posições de linha espaçadas lateralmente; um formador de feixe de recepção de múltiplas linhas, acoplado ao arranjo de elementos de transdutor, que é operável para produzir uma pluralidade de linhas de recepção nas posições de linha em resposta a um feixe de transmissão; um circuito combinador de múltiplas linhas, responsivo a uma pluralidade de linhas de recepção que se relacionam a uma posição de linha comum produzida pelo formador de feixe de recepção de múltiplas linhas em resposta a uma pluralidade de feixes de transmissão, que é operável para combinar não linearmente a pluralidade de linhas de recepção para produzir dados de imagem; e um monitor que produz uma imagem utilizando os dados de imagem.

2. Sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra-sônico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito combinador de múltiplas linhas inclui um detector e um somador, que é operável para combinar dados detectados de múltiplas linhas diferentes.

3. Sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra-sônico de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o circuito combinador de múltiplas linhas adicionalmente inclui uma pluralidade de atrasos responsivos aos dados de múltiplas linhas diferentes e operáveis para ajustar variações de fase entre as múltiplas linhas.

4. Sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra-sônico de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o circuito combinador de múltiplas linhas adicionalmente inclui uma pluralidade de circuitos de ponderação que são operáveis para ponderar dados de múltiplas linhas.

5. Sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra-sônico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a sonda inclui uma sonda de arranjo linear.

6. Sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra-sônico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a sonda inclui uma sonda de arranjo em fase.

7. Sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra-sônico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o formador de feixe de transmissão é adicionalmente variável para transmitir um feixe de um abertura de transmissão selecionada.

8. Sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra-sônico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o formador de feixe de transmissão é operável para transmitir uma seqüência de feixes de uma seqüência de aberturas diferentes ao longo do arranjo de transdutor.

9. Sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra-sônico de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o formador de feixe de transmissão é adicionalmente operável para transmitir uma seqüência de feixes de uma seqüência de aberturas diferentes selecionadas tal que pelo menos algumas das posições de linha espaçadas lateralmente de um feixe estejam alinhadas com pelo menos algumas das posições de linha espaçadas lateralmente de outro feixe.

10. Sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra- sônico de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o formador de feixe de transmissão é adicionalmente operável tal que pelo menos algumas das posições de linha espaçadas lateralmente de um feixe estejam alinhadas coaxialmente com pelo menos algumas das posições de linha espaçadas lateralmente de outro feixe.

11. Sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra- sônico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o 5 formador de feixe de recepção de múltiplas linhas inclui uma pluralidade de processadores de múltiplas linhas, cada um dos quais aplica um conjunto de atrasos a sinais recebidos de uma pluralidade de elementos de transdutor para focalizar uma múltiplas linhas de recepção em uma direção de linha selecionada.

12. Sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra- sônico de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o formador de feixe de recepção de múltiplas linhas exibe uma ordem de múltiplas linhas variável.

13. Sistema de formação de imagem de diagnóstico ultra- sônico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente inclui um armazenamento de linha acoplado ao formador de feixe de recepção de múltiplas linhas e operável para armazenar linhas de recepção produzidas em resposta a uma pluralidade de feixes de transmissão.

14. Método para produzir uma imagem de ultra-som com uma gama focai estendida, caracterizado pelo fato de que inclui: transmitir uma pluralidade de feixes de transmissão de um transdutor de arranjo, cada feixe de transmissão sendo centrado a uma posição diferente ao longo do arranjo e cada feixe de transmissão abrangendo uma pluralidade de posições de linha espaçadas lateralmente que estão relacionadas espacialmente a posições de linha espaçadas lateralmente de outro feixe; receber sinais de eco com o transdutor de arranjo; processar simultaneamente os sinais de eco recebidos em resposta a um feixe de transmissão para produzir uma pluralidade de linhas de recepção de sinais de eco nas posições de linha espaçadas lateralmente do feixe; repetir o processamento simultaneamente para feixes de transmissão adicionais; combinar incoerentemente sinais de eco de linhas de recepção de feixes de transmissão diferentes que estão relacionados espacialmente para produzir dados de imagem; e produzir uma imagem usando os dados de imagem.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que adicionalmente inclui atrasar relativamente os sinais de linhas de feixes de recepção de feixes de transmissão diferentes antes de combinação.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que adicionalmente inclui ponderar relativamente os sinais de linhas de recepção de feixes de transmissão diferentes antes de combinação.

17. Método de acordo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que adicionalmente inclui detectar os sinais de linhas de recepção de feixes de transmissão diferentes antes de combinação.

18. Método de acordo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que transmitir adicionalmente inclui transmitir uma seqüência de feixes de transmissão que são centrados a uma seqüência de posições de linha sucessivas ao longo do arranjo.

19. Método de acordo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que transmitir adicionalmente inclui transmitir uma seqüência de feixes de transmissão que são centrados a uma seqüência de posições de inter-linha sucessivas ao longo do arranjo.

20. Método de acordo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que adicionalmente inclui armazenar as linhas de recepção de uma pluralidade de feixes de transmissão antes de combinação.