超声扫描 本发明涉及超声扫描领域，更特殊地，本发明涉及医学应用的生物组织的超声扫描。
生物组织的超声扫描是医学中广泛使用的诊断方法。超声扫描是无创伤的，快速的，对受检者只具很低的危险，且与其它扫描技术相比需要比较低的设备花费。超声扫描使用的一个例子是检查血管壁，以便检测动脉和确定其性能。
有毛病的血管是主要的病因。不仅使血流受阻，有毛病的血管壁可以释放或引起栓塞的产生，它可能在别处完全阻塞对某些人体器官地血液供应并引起如中风的临床问题。超声扫描可用来产生血管横向或纵向剖面的灰度图象，以便辨识血管壁内的斑块。
B超的灰度图象难于整理实验结果，为了就此有所帮助，并试图和获得更定量的斑块严重程度的评估，已发展了使用超声扫描的血流测量技术。这种技术的一个例子是用多普勒效应检测通过血管管腔的血流速度的彩色血流映射图。如果血管壁上存在结构/斑块，因此，这些往往干扰了均匀一致的血流(例如，导致血流的下游扰动)，该血流可以用带颜色的流量映射图技术非常快的辨识并用多普勒技术定量测量。
供这种诊断用的超声扫描装置和方法的现行发展计划主要朝着增加由超声扫描器所产生的像的帧速率，以产生实时光滑移动的图2和血管内的血流的显示，虽然这些努力改进了诊断，它们也存在许多固有的和明显的问题。
血管内的斑块可以考虑分成几种不同的特征类型。第一种类型是由于血管内纤维变粗形成的血管管腔内的结构。这种纤维变粗具相对低的折断危险，因为它们不太可能断裂(break free)或导致血栓。另一种斑块类型是一种包含较硬和较脆钙化区域的变厚，这种钙化区域稍许存在破裂的危险，另一方面，它又可能导致血管壁的组织损伤，出血和形成血栓。然而，最危险的斑块类型是脂肪性斑块，增厚的血管壁内的脂肪性斑块由脂肪组织的囊组成，且由纤维的复盖层(罩)支托在位。如果纤维复盖层在应力作用下(或其它原因)断裂，脂肪材料带着潜在的有害后果释放到血流中，而断裂的复盖层本身有可能引起潜在的血栓。在愈合过程中，血块将围绕断裂区域形成，所述的区域潜在着引起血栓或血管阻塞。
可以看出，增厚的血管壁可以导致不同类型的与它们本身有关的具非常不同的危害程度的斑块。这些不同的危害程度具有相应的不同治疗结果。然而，使用超声扫描器，虽然可以辨识血管和增厚的血管壁的结构，但非常难于分辨是存在什么类型的斑块。这个难度在纤维性斑块和脂肪性斑块之间特别严重。
按照本发明的一个方面，提供了一种用于生物组织成象的超声成象装置，所说的超声成象装置包括：
一个用于向欲成象的生物组织发射超声能量和用于从所接收的反射的超声能量产生射频信号的超声传感器；和
一个用于把所说的射频信号与表示不同类型的生物组织的组织结构的预定信号参数比较的信号处理器，以便辨识一个或几个不同组织结构的区域，所述的信号处理装置还用于产生能目视区分一个或多个不同组织结构区域的组织结构图象。
本发明采用不同的途径分析超声扫描产生的信号。本发明的辨识不只使用来自反射的超声能量的射频信号来产生灰度图象(尽力增加分辨率和帧速率)，所述的射频信号包含在它们本身内隐藏的信息，通过对它们的仔细分析可以显示被扫描组织的组织结构特征。这不是真正的显微镜载片的组织结构图象，而是一种给出和指示组织的组织结构特性的图象。这种组织结构信息在很多情况下比任何增加分辨率或帧速率更有价值。
更特殊地，射频信号可以通过信号处理器与预定的信号参数(例如，幅度特征，峰或谷的电平特征，离散特征，相位不规则特征等)比较，且这种比较可以是单个的，集体的且在某些情况下是与周围区域的特征相结合的，以辨识特殊组织的组织结构。在上述的例子中，本发明可以用于正常组织，脂肪性斑块，纤维性斑块和血管壁上的钙化斑块之间的区分。本发明也可以用于对其它生物组织的扫描，例如，乳房X线照相术，肝扫描，肾扫描等。
通过本发明产生的组织结构图象可以单独地显示。然而，在本发明的优选实施例中，所说的信号处理器产生一个基于所说的射频信号强度的所说的生物组织的灰度图象。所说的灰度图象复盖在所说的组织结构图象上面。
由灰度图象复盖的组织结构图象使每个所含的信息能在确认扫描结果的解释中对诊断目的彼此相互支持。
组织结构图象的解释在本发明的实施例中是很容易进行的，其中所说的组织结构图象是一个用不同的颜色表示不同组织的组织结构或均质性的彩色图象。
如前所述，本发明可以用于多种不同类型的生物组织检查。然而，本发明特别适合于用于如下的系统：其中所说的生物组织是在人体内的血管，而所说的不同组织结构区域包括不同类型的血管壁斑块。
在这种血管分析中，可以发现是很方便的，信号处理器可以在如下的方式下操作，即体内血管的管腔区域可以通过对具信号峰到谷的值在预定的管腔幅度阈值之下的和信号峰值在预定的管腔电平阈值之下的连续区域搜索所说的射频信号来辨认。
所说管腔区域搜索是从已知点开始，所说的已知点是在所述的管腔区域内手动的或自动的进行辨认的。这种辨认可以使用超声血流检测或由其协助进行。
用于辨认脂肪性斑块的优选方法是对于具有在预定噪音幅度阈值之上和在预定脂肪性斑块幅度阈值之下的信号峰值到谷值、信号峰值在预定脂肪性班块电平阈值以下和存在纤维罩的连续区搜索所说的管腔区域外的射频信号之一。
用于辨认钙化斑块的优选方法是对于具有在预定钙化斑块电平阈值上的信号峰值、在预定的钙化斑块谷值电平阈值之下的信号谷值，信号的峰值到谷值的变化在预定钙化斑块幅度变化阈值之下的和信号周期的变化在预定的钙化斑块周期变化阈值之下的连续区域搜索所说的管腔区域外的视频信号之一。
另一个可供诊断上使用的组织结构的特征可以在实施例中得出，其中所说的信号处理器从以所说的射频信号为特征的参数变化中计算表示在所说的组织结构图象的一个或多个区域内组织同质程度的均质性值并控制在一个或多个区域的组织结构图象内显示，对于所述的图象中所计算的均质性值能目视表示所说的计算的均质性值。
在优选的实施例中，均质性值只是对于没有经辨别的这些区域，例如管腔，脂肪性斑块或钙化斑块进行计算。纤维性斑块作为具有高均质性值的变厚的血管壁区域示出，所述的区域是没有作其它辨识的区域，如管壁斑块。
为了更可靠地辨认组织的组织结构，所说的信号处理装置把射频信号分成几个信号区域，至少有几个被检测的信号区域能够通过参考它们本身与周围的信号区域的信号特征结合的信号特征来辨别生物组织。
应该理解，本发明可以附加到现有超声扫描仪上实施，所说超声扫描仪具有射频信号和控制信号输出接口，该接口允许访问由所反射的超声能量产生的射频信号。因此，按照本发明的另一个方面，提供了一种用于使用由被反射的超声能量反射产生的射频信号使生物组织成象的超声成象装置，所说的超声成象装置包括：
一个信号处理装置，该装置用于把所说的射频信号与表示不同类型的生物组织的组织结构的预定信号参数进行比较，以辨认一个或多个不同组织结构的区域，和用于产生能目视区分的一个或多个不同组织结构区域的组织结构图象。
按照本发明的再一个方面在于提供一种使生物组织成象的超声成象方法，所说的超声成象方法包括如下步骤：
向被成象的生物组织发射超声能量；
由所接收到的反射的超声能量产生射频信号；
把所说的射频信号与表示不同类型的生物组织组织结构的预定信号参数进行比较，以辨认一个或几个不同组织结构的区域；
产生目视可区分的一个或几个不同组织结构区域的组织结构图象。
本发明通过附图中所示实施例的方式进行说明，附图有：
图1示意地示出了用于扫描血管的超声扫描装置；
图2示意地示出了由于未知类型的斑块使血管壁变厚使结构受损的血管的灰度图象；
图3示出了射频信号通过具有脂肪性斑块特征指示的图2血管的扫描路径；
图4示出了如图3所示的射频信号，但此时还有表示钙化斑块的特征；
图5示出了如图3所示的射频信号，但此时还有表示纤维性斑块的特征；
图6示出图1所示装置的信号处理部分的操作流程图；
图7示出基于图6的方法的组织结构分析的策略。
图1所示的超声扫描装置包括一个已有技术的超声扫描器2(例如：由惠普生产的Sonus 2500)，它具有一个用于研究病人胸腔8内的血管6的(已知频率的)超声换能器4。超声扫描器具有一个允许访问每个扫描线的原始射频信号数据的射频信号输出口。与射频信号扫描线类似于电视接收机的光栅扫描输入)一起的是单独的同步信号。
射频信号通过放大器级送到高速的模拟数字转换器10，该转换器在控制单元的控制信号的控制下把信号数字化并在把它送到工作站计算机12之前暂存入缓冲存贮器，在此，作为整个信号数据帧的数字化射频信号数据存在工作站计算机12的RAM内。一旦这个数字化数据由工作站计算机12俘获，它可以在软件的控制下在那里操作，而工作站计算机起到信号处理装置的作用。应该理解如果需要的话，模数转换器10和工作站计算机12的功能可以结合在超声扫描器2内，以形成一体化装置，或者可以作为单独的独立的装置。
图2示出血管灰度图象的一个例子。血管壁具有增厚的部分14，管腔16可以由操作员(可辅以血流映射图技术)人工地辨认或自动地辨认(例如，用带色的血流映射图以辨认具有最高血流速度的点，并把这个信息送到工作站)。虽然血管壁的增厚部分明显地是一个某种类型的斑块，但要操作员毫无疑问地辨认所示的斑块的类型是有些困难的。
图3示出了图2所示的血管和通过血管沿扫描线A，B，C，D，E，F产生的射频信号。在这种情况下，斑块是脂肪性斑块。未增厚的血管壁A，B在射频信号中产生强的且相对不规则的一系列回波。这之后是相应于由管腔16内的血液反射的低幅度部分。脂肪性斑块的纤维罩显示为一个较强反射C、D的窄的区域。在D、E部份的脂肪性斑块的主体具有较低的反射。最后部分是外壁E、F。
实际上，管腔16已经可以通过使用者辨识，因此，射频信号的B，C部分也已经可以辨识。在这种情况下，来自管腔的低幅度反射不会与来自脂肪性斑块的低幅度反射相混淆。当其余的射频信号沿扫描线扫描时，D，E部份具有在噪音电平之上但在预定的脂肪性斑块阈值特征以下的由峰到谷的值(幅度)，且峰的绝对值是在表示脂肪性斑块阈值之下。在这种情况下，当相应于脂肪性班块和相应的在扫描线附近的部分可以辨识时D，E部分也可以辨识，以形成在组织结构图象中的邻接区域。当扫描线的管腔和脂肪性部分已经辨认，剩余部分可以作为钙化斑块搜索(如以下所述的)，然后经受确定均质性值，该值等于峰值偏差与从峰到谷的值的偏差之积。这个均质性值绘成相应于彩色调色板的颜色范围的图形。脂肪性斑块在彩色调色板中有其自己的区分颜色。
应该理解，在脂肪性斑块检测和其它检测中所使用的阈值对使用的特定的超声扫描器和置定的功率是特定的。对于不同置定功率的周值扫描系数查询表可以在信号处理器内存储，扫描器经校正可以进一步改进使用阈值的可靠性。虽然阈值的绝对值可以是扫描器和调定的特定值，而周值的相对值非常的小，因此，它们一起提供良好的组织的组织结构指示。阈值可以从查询表检索一个信号值。
图4相应于图3，除出在区域D，E包含钙化斑块。钙化斑块的特征信号参数是强而有规则的回波。这些特征可以通过搜索管腔外的具有信号幅度在给定阈值之上。信号的谷值在给定的阈值之下和由峰值到谷值的偏差与信号持续期内的偏差阈值之下的连续区域来辨认。这些信号参数共同定义了一个高度有规则的和大幅度的信号。当这样一个钙化斑块区域已经辨认，可以指定它本身在组织结构图象中的区别颜色，并且可以从均质性值计算中排除。
最后，图5类似于图3，除出斑块是纤维性的，区域D，E包含纤维性组织，D，E区域不会满足辨认脂肪性斑块或钙化斑块两者之一的测试标准。因此，无需如这两种类型那样辨别。因此，D，E区域遇到的是与A，B；C，D和E，F一起计算均质性值，由此，在组织结构的图象中，增厚被看作为不含脂肪性或钙化区域的血管壁相对同质的部分。
图6示出了信号处理器的运算流程图。在步骤18，信号处理器在信号最大动态范围内截获一帧数据(过去时间增益补偿处理)并重建灰度图象。在步骤20，使用者检查该帧相应的灰度图象并辨认管腔内的一个点，在步骤22，信号处理器泛滥出(flood out)管腔区域并通过远离辨识点扫描把它标为管腔，直到信号值超过表示达到管腔壁的幅度阈值。在靠近含辨识点的扫描线处扫描线可以从相应于由超声换能器辨识点的距离的位置上开始搜索。
步骤24，使用者用指点装置(如鼠标)在重建的灰度图象内通过围绕血管追踪辨识血管的外缘。辨识血管的最外面部分对于有经验的操作员是比较简单的。血管的外缘用于对结构的进一步搜索和均质性值的计算的界限。
步骤26，在管腔外部但在使用者确定的轮廓内的这些区域以表示脂肪性组织的参数对这个区域搜索(例如，把四次信号循环区域处理为满足其特征的足够大小的区域处理)。如果找到这个区域，然后把它们标在射频信号数据内，而且，不再作进一步评估。
步骤28，完成对钙化结构的搜索，并对这些区域作类似的标记。步骤30，图象内不是管腔、脂肪芯区域或钙化区域的所有剩余的区域进行取对数的均质性值的计算，然后这个计算值用于查阅颜色范围的调色板，纤维性组织具较低的均质性值。
步骤32，用按照脂肪性区域和钙化区域各自的区分颜色标注它们来显示组织结构图象，并按照计算的均质性值的颜色对其它区域进行显示。管腔舍去墨色或者指定它自己的颜色。
图7按照单个射频扫描线的关系说明图6的操作流程图。首先，通过搜索远离给定点找出信号值超过预定阈值的位置来辨识管腔部分B，C。然后把这个区域标为管腔，并省去进一步的搜索。第二次搜索对除管腔外的所有区域进行并找出脂肪性组织的信号特征，在这种情况下，该信号应在区域D，E内发现，然后对该区域进行标注并省去进一步的搜索。第三阶段是对所有剩余的未标注区域以钙化组织信号参数进行搜索。在这种情况下，辨识没有这些特征的信号。最后，所有剩余的区域进行均质性值计算，并用这个均质性值得出的颜色值标注。