背景技術：

本實施例涉及醫學診斷超聲。特別地，超聲用于提供背向散射信息。

常規b模式成像提供關于組織的背向散射性質的定性信息。若干因素影響不同組織的亮度，包括增益、聚焦、對數壓縮、換能器響應、波束成形設置和/或超聲掃描儀的其他系統設置。這些因素使得難以獲得組織背向散射的定量值。

可以估計絕對背向散射。使用參考幻象或平面反射器來校準背向散射度量來去除系統或其他效應。因為沿到給定患者中的感興趣的區域的傳播路徑的衰減是未知的，并且由于組織樣本和參考幻象之間的聲音速度方面的差異,這些基于校準的方法易產生錯誤。校準還是耗時的且困難的。

可以使用相對背向散射。肝腎指數（hri）是肝臟和右腎臟皮質的中值b模式亮度水平之間的比。使用亮度值的比并不準確地去除系統特定的效應，因此hri可能缺乏期望的準確度或精確度水平。

技術實現要素：

通過介紹的方式，下述優選實施例包括用于背向散射系數成像的方法、系統、計算機可讀介質和指令。一個感興趣的區域相對于另一個感興趣的區域的背向散射系數用于避免校準。通過使用背向散射的頻率依賴性度量來去除系統效應。通過超聲掃描儀來確定相對頻率依賴性背向散射系數。

在第一方面中，提供了一種用于利用醫學診斷超聲掃描儀的背向散射系數成像的方法。在患者的掃描區域中標識感興趣的第一區域和第二區域。從醫學診斷超聲掃描儀接收來自第一區域和第二區域的表示聲學回聲的超聲數據。醫學診斷超聲掃描儀的變換處理器從超聲數據分別計算針對第一區域和第二區域的第一譜和第二譜。變換處理器確定第一譜與第二譜的關系。在顯示器上顯示作為所述關系的函數的值。

在第二方面中，非臨時計算機可讀存儲介質具有存儲在其中的表示由用于背向散射系數超聲成像的編程的處理器可執行的指令的數據。所述存儲介質包括用于以下的指令：測量來自患者的不同區的聲學背向散射；將來自不同區的聲學背向散射變換成頻率依賴性背向散射；根據頻率依賴性背向散射確定不同區之間的相對背向散射系數；以及傳輸相對背向散射系數。

在第三方面中，提供了用于估計頻率依賴性相對背向散射系數的系統。接收波束成形器被配置成輸出針對患者的不同區域的樣本。變換估計器被配置成針對不同區域將樣本變換成頻率依賴性背向散射以及計算不同區域的頻率依賴性背向散射的比作為頻率依賴性相對背向散射系數。顯示器被配置成顯示信息，所述信息是頻率依賴性相對背向散射系數的函數。

本發明由以下權利要求所限定，并且本部分中沒有內容應被視為對那些權利要求的限制。本發明的另外的方面和優勢在以下結合優選實施例來討論。

附圖說明

組件和附圖不一定按比例制圖，重點反而置于說明本發明的原理。此外，在附圖中，相似的附圖標記貫穿不同視圖指定對應部分。

圖1是用于利用醫學診斷超聲掃描儀的背向散射系數成像的方法的一個實施例的流程圖；

圖2是具有在相同深度處的兩個感興趣的區域的示例圖像；

圖3示出針對圖2的兩個感興趣的區域的示例譜；

圖4示出圖3的兩個譜的關系的示例圖表；以及

圖5是用于利用醫學診斷超聲的背向散射系數成像的系統的一個實施例的框圖。

具體實施方式

基于射頻（rf）回聲信號或來自超聲的其他背向散射信息的譜分析，校正系統特定效應。從所述譜測量相對頻率依賴性背向散射系數。

與估計絕對背向散射系數不同，所提出的方法不要求使用參考幻象或參考板，并且不遭受與由組織樣本和參考幻象之間的聲音速度和衰減方面的差異而引起的那么多的錯誤。其他方法基于b模式圖像的灰度值來估計相對背向散射。這些方案不使用譜信息，并且由于未有效地去除系統效應而遭受錯誤。

可以受益于所提出的相對頻率依賴性背向散射系數度量的一個應用是對脂肪肝疾病分階段。脂肪肝與腎臟相比是高回聲的。相對背向散射系數或從相對背向散射系數導出的參數可能潛在地用于對脂肪肝疾病分階段。其他應用也可以受益于相對背向散射系數。

圖1示出用于利用醫學診斷超聲掃描儀的背向散射系數成像的方法的流程圖的一個實施例。在不同的感興趣的區域中測量諸如來自波束成形的樣本的背向散射。針對每一個區域的背向散射被轉換到頻域，以使得可以計算相對頻率依賴性背向散射系數。

通過圖5的超聲成像系統10、變換估計器22或不同的系統和/或處理器來執行所述方法。例如，超聲成像系統10獲取來自不同區域的背向散射，將背向散射變換到頻域中，并且從所述區域的譜計算相對背向散射系數。接收波束成形器16獲取背向散射，并且變換估計器22從獲取的背向散射計算相對背向散射系數。

以所示出的次序（叢頂到底）或不同次序來執行圖1的動作。例如，在動作30中標識視場中的區域之前，在動作32中，針對視場來測量聲學背向散射。

可以使用附加的、不同的或比圖1中示出的更少的動作。例如，不執行動作32。作為另一個示例，添加了用于掃描和生成b模式或用于標識感興趣的區域的其他超聲圖像的動作。

在動作30中，標識出兩個或更多個感興趣的區域。超聲掃描儀掃描患者。可以掃描任何視場，諸如表示肝臟和腎臟二者的視場。可以使用任何掃描模式，諸如b模式掃描。

用戶指定感興趣的區域。掃描的結果可以被顯示為圖像。用戶在圖像中指定感興趣的區域的位置。可以使用任何指定，諸如使用用戶接口來放置矩形框、方形框、圓形或其他區域形狀。在掃描具有三維區域或體積的情況下，用戶可以指示針對立方體、棱柱、卵形體或指定感興趣的區域的其他三維形狀的位置和大小。可替換地，用戶追蹤感興趣的區域。可以使用指定感興趣的區域的任何現在已知的或之后開發的用戶輸入。

在可替換實施例中，分段器或處理器標識感興趣的區域。使用閾值法、分類、檢測或其他圖像處理來標識表示連續的感興趣的區域的位置。感興趣的區域被分段或以其他方式從表示超聲掃描儀的掃描場的數據中定位。可以使用半自動，諸如，用戶選擇位置并且處理器確定關于所述位置的區域的形狀和/或大小。

感興趣的區域在相同的深度處。每一個區域的中心在相同的深度處。可替換地或附加地，最深和最淺深度是相同的。在一個實施例中，不同區域的深度以及大小和形狀是相同的或大體相同的。大體上計及子像素或樣本分辨率，因此提供一個像素內的深度或樣本頻率的周期。區域可以在中心掃描線的相對側（即，在針對視場的中心掃描線的相對側）遠離地對稱地位于相同的距離。可替換地，區域在不同深度、大小和/或非對稱橫向位置。

圖2示出具有兩個感興趣的區域46的圖像。圖像是剪切速度圖像，但是可以使用b模式、流模式或其他圖像。用戶放置兩個框或感興趣的區域指定符。感興趣的區域46是相同大小和形狀的，并且在相同的深度，但是不在繞中心掃描線相對于彼此對稱的位置。可以使用其他區域46，在區域46之間具有更大或更小的分離。

一個區域46被定位在背景或參考位置（例如，腎臟），并且另一個區域46被針對感興趣的器官或組織（例如，肝臟）定位。區域針對器官的部分或全部。腎臟用作針對背向散射的參考。肝臟被檢查以診斷脂肪肝疾病。來自肝臟的背向散射從參考腎臟的偏離的量可以指示脂肪肝疾病。

在動作32中，超聲掃描儀測量來自患者的感興趣的區域的聲學背向散射。測量作為在標識感興趣的區域之后的后續掃描而發生。掃描整個掃描場或僅僅是感興趣的區域。可替換地，測量作為之前發生的掃描的部分而發生，諸如掃描、生成圖像、使用圖像來標識區域以及使用來自圖像的數據或用于創建圖像的數據作為度量。

針對每一個一維、二維或三維區域來測量聲學背向散射。相同或不同的采樣距離（例如，在樣本之間的深度間距和/或掃描線間距）用于測量不同的區域。獲取表示在給定時段的每個區域中的不同采樣位置的樣本。

所測量的背向散射是由接收波束成形器輸出的射頻（rf）或同相且正交（iq）數據。響應于聲學能量的發射（例如，發射波束），聲學回聲撞擊到換能器的元件上。所述元件將聲學回聲轉換成電信號。接收波束成形器對來自不同元件的信號相干地求和以確定特定樣本位置處的組織的響應。接收波束成形器的輸出是rf或iq數據。在可替換實施例中，從在超聲成像流水線的其他部分處的數據（諸如在波束成形之前的元素信號、在檢測之后的b模式數據或者在映射到顯示值之后的圖像數據）測量背向散射。

在動作36處，將所測量的聲學背向散射變換到頻域中。超聲掃描儀或變換處理器將傅里葉或其他變換應用于聲學背向散射，從而產生頻率依賴性背向散射。

變換導致針對每一個感興趣的區域的譜。對來自給定區域的背向散射樣本（即，超聲數據）進行變換，從而提供針對該區域的譜。通過對針對一個區域的超聲數據進行傅里葉變換，創建針對該一個區域的譜。通過對針對另一個區域的超聲數據進行傅里葉變換，創建針對該另一個區域的譜。

在區域包括沿多于一個掃描線的樣本的情況下，可以單獨地對每一個掃描線的樣本進行變換。作為深度的函數或易受相同波束成形的頻率響應被變換。作為結果，針對給定區域提供多個譜（即，線譜或針對每一個掃描線的線譜）。針對相同區域中的不同掃描線的譜被平均，從而提供針對感興趣的區域的譜。可以使用其他組合，諸如（a）使用來自感興趣的區域中的所有樣本位置的樣本來執行一個變換（例如，2d傅里葉變換）或者（b）跨橫向位置進行變換并且對來自不同深度的所得到的譜進行平均。

在動作38中，超聲掃描儀、變換處理器、控制器或其他設備確定不同的感興趣的區域的譜之間的關系。在存在兩個區域的情況下，確定一個區域的譜與另一個區域的譜的關系。三個或更多區域之間的關系可以被確定為三個或更多區域之間的不同關系集合或者單個關系。關系是相對背向散射系數。相對用于表示關系在兩個或更多不同事物—在該示例中是區域—之間。系數用于表示值或參數表示所述關系的度量。背向散射表示，系數是基于至少一些背向散射信息。

從頻率依賴性背向散射而確定所述關系。所述關系是在一個頻率處、在頻率范圍上或者使用任何譜信息的不同區域的背向散射之間。所述關系具有相對頻率依賴性背向散射系數。

在一個實施例中，所述關系是比。計算來自一個區域的譜與來自另一個區域的譜的比。在一個實施例中，在對數空間中確定所述比，諸如計算譜的對數并且從一個中減去另一個。使用來自不同區域的譜的值的其他關系可以被使用。

頻率依賴性背向散射的比可以去除換能器響應、增益、聚焦效應、衰減和/或超聲掃描儀設置的其他效應。由下式給出功率譜（ps）函數：

（1）

其中g是用于發射和接收的組合的換能器效應，d表示波束成形和衍射效應，bsc是背向散射系數，α是衰減，z是深度并且f是頻率。功率擴展函數用于定量超聲，并且可以用于相對頻率依賴性背向散射系數。

通過使用來自兩個不同區域的相對信息，g和d可以從等式中除去。來自兩個感興趣的區域（roi）的功率譜的比通過下式給出：

roi1和roi2在相同深度處，因此可以假設：

沿傳播路徑的系統效應和衰減被消除，從而導致等式1變成：

提供相對背向散射系數作為頻率依賴性背向散射的比。可以使用導致消除d和/或g的其他方法。

圖3示出針對圖2的兩個感興趣的區域46的譜50、52。參考譜52具有比感興趣的組織的譜50更低的功率。在任何給定頻率處或在頻率范圍上，計算比。圖4示出針對圖3的譜50、52的作為頻率的函數的比54（即，相對背向散射系數）。在該示例中，兩個roi之間的相對背向散射系數54是在3mhz處11.29db。

可以使用關系的其他表達。圖4示出線性擬合到作為頻率的函數的比的線56。線56的斜率或截距指示在頻率范圍（例如，1.5到5mhz）上的相對背向散射系數的度量。可以使用不同范圍和/或表達。

再次參考圖1，在動作40中傳輸相對背向散射系數。該傳輸來自超聲掃描儀內的處理器（諸如，變換處理器）和/或來自超聲掃描儀。該傳輸去往另一個設備，諸如存儲器、顯示器、網絡、服務器、工作站、患者記錄數據庫和/或圖片存檔和通信服務器。關系作為數據而被傳輸或嵌入在圖像中。

在一個實施例中，該傳輸去往顯示器。顯示作為相對背向散射系數的函數的值。該值被顯示為字母數字文本。該值是關系本身（例如，在給定頻率處的比或在頻率范圍上的平均比）和/或是從關系導出的（例如，擬合的線的截距和/或斜率）。在可替換或附加實施例中，該值被包括作為圖表的部分，諸如顯示圖4的頻率上的比和/或擬合的線。

以分貝來顯示所述值。可替換地，該值被顯示或規范化成0和1之間的百分比或量。對于規范化，任何值可以用于最大值和最小值，諸如實驗上確定以表示期望的分布的值。可以使用值的度量的其他單位。

單獨地或與另一個圖像一起顯示該值。例如，b模式圖像、譜的圖像（例如，圖3）或其他圖像可以與表示關系的值一起提供。

圖5示出用于估計頻率依賴性相對背向散射系數的醫學系統10的一個實施例。醫學系統10是使用相對背向散射和頻率依賴性來避免或限制校準和/或減少系統設置對背向散射計算的影響的超聲掃描儀。醫學系統10實現圖1的方法或另一個方法。

醫學系統10包括發射波束成形器12、換能器14、接收波束成形器16、變換估計器22、存儲器28和顯示器27。可以提供附加的、不同的或更少的組件。例如，醫學系統10包括b模式或其他檢測器。作為另一個示例，變換估計器22、存儲器28和/或顯示器27被提供而沒有前端組件，諸如發射和接收波束成形器12、16。在又另一個示例中，包括用戶輸入的用戶接口（例如，鼠標、軌跡球、鍵盤、按鈕、旋鈕、滑塊和/或觸摸板）被提供以用于在圖像上的感興趣的區域的用戶指示。

在一個實施例中，醫學系統10是醫學診斷超聲系統。在可替換實施例中，系統10是計算機或工作站。

換能器14是多個元件的陣列。所述元件是壓電或電容性膜元件。所述陣列被配置為一維陣列、二維陣列、1.5d陣列、1.25d陣列、1.75d陣列、環形陣列、多維陣列、梅花陣列（wobblerarray）、其組合或者任何其他現在已知的或之后開發的陣列。換能器元件在聲學和電學能量之間轉換。換能器14通過發射/接收開關與發射波束成形器12和接收波束成形器16連接，但是在其他實施例中可以使用分離的連接。

發射和接收波束成形器12、16是用于利用換能器14進行掃描的波束成形器。發射波束成形器12使用換能器14來發射一個或多個波束以掃描區域。可以使用vector?、扇區、線性或其他掃描格式。接收線和/或發射波束分布在掃描區域中。接收波束成形器16在不同深度對接收波束進行采樣。

發射波束成形器12是處理器、延遲器、濾波器、波形生成器、存儲器、相位旋轉器、數模轉換器、放大器、其組合或者任何其他現在已知的或之后開發的發射波束成形器組件。在一個實施例中，發射波束成形器12數字地生成包絡樣本。使用濾波、延遲、相位旋轉、數模轉換和放大來生成期望的發射波形。可以使用其他波形生成器，諸如開關脈沖器或波形存儲器。

發射波束成形器12被配置為用于生成針對換能器14上的發射孔徑的每一個元件的發射波形的電信號的多個通道。波形是具有一個、多個或分數數目的周期的期望中心頻率或頻帶的單極的、雙極的、階躍的、正弦的或其他波形。波形具有相對延遲和/或定相以及振幅以用于聚焦聲學能量。發射波束成形器12包括控制器，其用于變更孔徑（例如，活動元件的數目）、跨多個通道的切趾（apodization）分布（例如，類型或質心）、跨多個通道的延遲分布、跨多個通道的相位分布、中心頻率、頻帶、波形形狀、周期數和/或其組合。基于這些波束成形參數而生成發射波束原點、定向和焦距。

接收波束成形器16是預放大器、濾波器、相位旋轉器、延遲器、求和器、基帶濾波器、處理器、緩沖器、存儲器、其組合或者其他現在已知的或之后開發的接收波束成形器組件。接收波束成形器16被配置到用于接收表示撞擊到換能器14上的回聲或聲學能量的電信號的多個通道中。來自換能器14內的接收孔徑的每一個元件的通道連接到放大器和/或延遲器。模數轉換器使經放大的回聲信號數字化。數字射頻接收數據被解調到基帶頻率。任何接收延遲（諸如，動態接收延遲）和/或相位旋轉然后被放大器和/或延遲器應用。數字或模擬求和器組合來自接收孔徑的不同通道的數據以形成一個或多個接收波束。求和器是單個求和器或者是級聯的求和器。在一個實施例中，波束成形求和器被配置成對以復方式的同相且正交通道數據進行求和，以使得相位信息針對所形成的波束被維持。在可替換實施例中，接收波束成形器對射頻數據進行求和。可以使用其他的接收波束成形器。

接收波束成形器16被配置成響應于發射波束而形成接收波束。例如，接收波束成形器16響應于每一個發射波束而接收一個、兩個或更多接收波束。相位旋轉器、延遲器和/或求和器可以針對并行接收波束成形而重復。并行接收波束成形器中的一個或多個可以共享通道的部分，諸如共享初始放大。接收波束是共線的、平行的以及與對應發射波束偏移或非平行的。

接收波束成形器16被配置成輸出針對患者的不同區域的樣本。接收波束成形器16輸出表示掃描的區域的不同空間位置的空間樣本。一旦通道數據被波束成形或以其他方式組合成表示沿掃描線11的空間位置，數據就被從通道域轉換到圖像數據域。通過利用以任何模式（例如，扇區、矢量或線性）的發射和接收波束成形的掃描來掃描視場。感興趣的區域在視場內，因此區域的樣本被輸出。可替換地，掃描被控制成僅僅掃描感興趣的區域。通過接收波束成形采樣的位置位于感興趣的區域中。

變換估計器22是數字信號處理器、通用處理器、專用集成電路（asic）、現場可編程門陣列（fpga）、控制處理器、數字電路、模擬電路、圖形處理單元、其組合或者用于將數據變換到頻域和/或計算相對頻率依賴性背向散射系數的其他現在已知的或之后開發的設備。通過硬件、固件和/或諸如根據在存儲器28或不同的存儲器中提供的指令操作的軟件來配置變換估計器22。在一個實施例中，變換估計器22是專門用于應用傅里葉變換的數字信號處理器、asic或fpga，并且另一個設備（例如，計算器或處理器）從變換設備的輸出來計算系數。在其他實施例中，變換估計器22是執行變換和計算二者的可編程設備。

變換估計器22被配置成將樣本變換成針對不同區域的頻率依賴性背向散射。使用傅里葉或其他變換將通過接收波束成形器16輸出的iq、rf或其他樣本變換到頻域中。在其他實施例中，可以變換背向散射的其他度量，諸如變換b模式檢測的數據或圖像數據。

針對每一個感興趣的區域的數據被單獨地變換，從而創建不同的或單獨的譜。在一個實施例中，針對給定區域的譜是來自針對該區域的數據的不同子集的譜的平均或其他組合。例如，來自在該區域內的深度范圍上的每個線的樣本被變換。來自不同掃描線或接收波束的所得到的譜被組合，從而提供針對該區域的譜。可以使用其他組合或變換。

變換估計器22被配置成計算不同區域的譜的比作為相對頻率依賴性背向散射系數。可以計算除了比之外的其他關系。由變換估計器22、控制器、圖像處理器或其他設備來確定不同區域之間的背向散射的頻率依賴性關系。

樣本或超聲數據可以用于生成圖像。b模式檢測器、流估計器（例如，多普勒處理器）或其他檢測器可以被提供用于檢測來自接收波束成形的樣本的特性。b模式檢測器對聲學背向散射的強度或功率進行檢測。流估計器檢測運動對象（例如，組織或流體）的速度、能量或變化。檢測可以用于生成從其中選擇感興趣的區域的圖像。可替換地，其他掃描被執行以生成圖像，并且用于計算相對背向散射系數的樣本來自單獨的掃描。

圖像處理器和/或變換估計器22被配置成生成圖像。圖像包括相對背向散射系數。例如，作為頻率的函數的系數（見，圖4的比54）和/或擬合的線（見圖4的線56）的圖表被生成作為圖像。作為另一個示例，字母數字文本被生成作為圖像，諸如在3mhz處的11.29db，或者作為頻率的函數的不同差的表格。在其他實施例中，背向散射系數被提供為患者的圖像上（諸如，在b模式圖像上）的注釋。

存儲器28是視頻隨機存取存儲器、隨機存取存儲器、可移除介質（例如，磁盤或壓縮盤）、硬驅動器、數據庫或者用于存儲樣本、譜、背向散射系數和/或圖像的其他存儲器設備。存儲器28被變換估計器22用于將樣本變換到頻率空間、計算背向散射系數或者針對圖1描述的其他動作。

用于實現以上討論的過程、方法和/或技術的指令在諸如高速緩存、緩沖器、ram、可移除介質、硬驅動器或者諸如由存儲器28表示的其他計算機可讀存儲介質之類的計算機可讀存儲介質或存儲器上提供。計算機可讀存儲介質包括各種類型的易失性和非易失性存儲介質。在附圖中圖示或在本文中描述的功能、動作或任務響應于存儲在計算機可讀存儲介質中或在其上的一個或多個指令集來執行。功能、動作或任務獨立于特定類型的指令集、存儲介質、處理器或處理策略，并且可以通過單獨地或組合地操作的軟件、硬件、集成電路、固件、微代碼等來執行。同樣地，處理策略可以包括多處理、多任務、并行處理等。在一個實施例中，指令被存儲在可移除介質設備上以供本地或遠程系統讀取。在其他實施例中，指令被存儲在遠程位置中以供通過計算機網絡或通過電話線傳送。在又其他實施例中，指令被存儲在給定計算機、cpu、gpu或系統內。

顯示器27是crt、lcd、等離子體、投影儀、監視器、打印機、觸摸屏或者其他現在已知或之后開發的顯示設備。顯示器27接收rgb、其他顏色值或其他值，并且輸出圖像。圖像可以是灰度或彩色圖像。圖像顯示信息，所述信息是頻率依賴性相對背向散射系數的函數。顯示一個或多個頻率處的比、斜率、截距、或者來自不同區域的背向散射譜之間的關系的其他指示。在顯示器27上的圖像中顯示系數或者從系數導出的值的字母數字、圖形、注釋或其他表示。圖像可以或可以不附加地表示由波束成形器12、16和換能器14掃描的患者的區域。

在一個實施例中，表示感興趣的區域中的至少一個的圖像被注釋或顏色編碼成指示相對于疾病參考的系數的水平。例如，相對頻率依賴性背向散射系數的不同范圍表示疾病（例如，脂肪肝疾病）的不同階段。用表示給定階段的顏色、陰影或亮度來對針對肝臟的圖像或感興趣的區域顏色編碼。不同顏色、陰影和/或亮度表示不同疾病階段。針對該患者的階段由區域像素的顏色或其他調制來指示。可以使用文本指示。

雖然以上已經參考各種實施例描述了本發明，但應理解的是可以在不背離本發明的范圍的情況下做出許多改變和修改。因此，意圖在于前述詳細描述被視為說明性而非限制性的，并且應理解的是，包括所有等同物的以下權利要求意圖限定本發明的精神和范圍。