專利名稱：用于超聲成像的掃描變換方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于超聲成像的掃描變換方法，尤其涉及在超聲成 像的數(shù)字掃描變換中所使用的插值處理方法，本發(fā)明還涉及釆用上 述方法的裝置。
背景技術(shù)：
醫(yī)用超聲成像診斷設(shè)備經(jīng)常利用超聲波在人體中的傳播，得到 人體組織和器官結(jié)構(gòu)的超聲波特征信息。目前的超聲診斷系統(tǒng)通常 采用多陣元探頭。在這種系統(tǒng)中，高壓脈沖波加載在探頭各陣元上， 激勵(lì)陣元產(chǎn)生高頻超聲波進(jìn)而形成發(fā)射波束進(jìn)入人體。探頭各陣元 接收人體組織結(jié)構(gòu)散射或反射的回波，形成接收波束。超聲診斷系 統(tǒng)提取超聲回波中的信息，形成各種成像模式顯示。在臨床實(shí)際檢
查病人時(shí)，這些信息實(shí)時(shí)地顯示在陰極射線管(Cathode Ray Tube; CRT)或者液晶顯示器(Liquid Crystal Display; LCD)上。
各種實(shí)時(shí)圖像形成技術(shù)(如B模式成像和C模式成像)均需要 將包含在超聲回波信號中的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，顯示在CRT或LCD上， 這種轉(zhuǎn)換稱為掃描轉(zhuǎn)換。目前大多數(shù)醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備中的掃描變換采 用數(shù)字掃描變換技術(shù)(DigitaScan Converters; DSC)。 DSC本質(zhì)上是一 塊內(nèi)存，寫入內(nèi)存的數(shù)據(jù)采用的格式和接收超聲回波信號的信息一 致，讀出的格式與CRT或LCD顯示一致(如標(biāo)準(zhǔn)電視柵格模式)。
圖1顯示了常用的數(shù)字掃描變換原理框圖。如圖所示，DSC由 存儲器1、坐標(biāo)變換模塊2、插值模塊3三個(gè)部分組成。存儲器1是 一塊內(nèi)存，用于存儲超聲回波數(shù)據(jù)。坐標(biāo)變換模塊2將CRT或LCD 顯示屏上的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成為對應(yīng)超聲回波信號信息的坐標(biāo)。超聲回波
信息的數(shù)據(jù)是通過掃描波束獲得，掃描波束在檢查時(shí)一般是以探頭 為中心，在人體檢查剖面上沿著一定角度往返運(yùn)動(dòng)。因此在檢查剖 面上得到超聲信息通常以極坐標(biāo)表示。但是在標(biāo)準(zhǔn)電視柵格顯示系 統(tǒng)上的顯示像素通常以笛卡爾坐標(biāo)表示。因此需要在極坐標(biāo)和笛卡 兒坐標(biāo)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。插值模塊3通過插值算法計(jì)算出笛卡兒坐標(biāo)下 的超聲回波信息。 一般只有極少笛卡兒坐標(biāo)上的像素點(diǎn)和極坐標(biāo)上 的點(diǎn)能夠——對應(yīng)，大部分顯示的像素點(diǎn)需要利用鄰近極坐標(biāo)點(diǎn)插 值處理得到。為了減弱笛卡兒坐標(biāo)的顯示點(diǎn)和極坐標(biāo)采樣點(diǎn)之間的 位置差引起的混疊噪聲， 一般需要增加顯示器顯示點(diǎn)的數(shù)目。但是
通常的標(biāo)準(zhǔn)顯示器顯示點(diǎn)有限，如(640 x480, 1024 x 768)。因此， DSC在進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中通常會在最后顯示的圖像上產(chǎn)生各種噪 聲。
目前超聲成像系統(tǒng)中通常的插值算法是采用鄰近四點(diǎn)線性插值
(R-e插值)的方法。這種插值方法計(jì)算量小，簡單容易實(shí)現(xiàn)。在文
章 "Analysis of a scan conversion algorithm for a rea-time sector scanner," IEEE Transactions on medical imaging, Vol.MI-5, No. 2, June 1986中，M. H. Lee等描述了DSC方法在B模式下的噪聲，以及解決的 方法。如圖2所示，鄰近點(diǎn)內(nèi)插值算法是在計(jì)算笛卡兒坐標(biāo)系下某顯 示點(diǎn)坐標(biāo)對應(yīng)的超聲波信息時(shí)，利用相鄰兩條掃描線相鄰深度下的 四個(gè)極坐標(biāo)采樣點(diǎn)的超聲波信息，采用插值的方法估算。具體實(shí)現(xiàn) 方法如下所示。首先假設(shè)兩條相鄰掃描線之間的交角歸一化為l,兩 個(gè)相鄰點(diǎn)深度的點(diǎn)的距離歸一化為1 。 CRT或LCD屏幕上笛卡兒坐標(biāo) 系的 一個(gè)顯示點(diǎn)G經(jīng)過坐標(biāo)變換后，可以查出回波數(shù)據(jù)中對應(yīng)的四個(gè) 鄰近點(diǎn)，不妨設(shè)這四個(gè)點(diǎn)是A， B， C, D。 A和B掃描深度相同，C和 D掃描深度相同。A和C在同一條掃描線n上，B和D在同以條掃描線n+l 上。不妨設(shè)這四個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的超聲回波信息分別為X^ XB， X口 XD 。 假設(shè)G點(diǎn)對應(yīng)的極坐標(biāo)和掃描線n之間的歸一化夾角是eF (以掃描線n 和掃描線11+l之間的夾角為l )，那么G點(diǎn)對應(yīng)的極坐標(biāo)和掃描線n+l
之間的歸一化夾角是1-0 F。假設(shè)G點(diǎn)對應(yīng)的極坐標(biāo)和A點(diǎn)在半徑坐標(biāo)
軸方向的歸一化距離是Rj:(以A和C的軸向距離為1)，那么G點(diǎn)只于應(yīng)的 極坐標(biāo)和C點(diǎn)在半徑坐標(biāo)軸方向的歸一化距離是l-Rp。鄰近點(diǎn)內(nèi)插值 算法以歸一化的夾角和歸一化距離作為權(quán)重，進(jìn)行插值運(yùn)算。首先， 根據(jù)A和B兩點(diǎn)的超聲波信息插出E點(diǎn)的信息Xe。
XE = XA* (1—RF) +XC*RF 然后根據(jù)C和D兩點(diǎn)的超聲波信息插出F點(diǎn)的信息Xp 。
XF = XB* (1—RF) +XD* RF 最后根據(jù)E和F兩點(diǎn)的超聲波信息插出G點(diǎn)的信息Xe。
xG = xE* (i—eF) +xF*eF
在美國專利"Special interpolation filters," US Patent, 5513120中， Gideon Berlad描述了 一種基于保證方差的插值方法。這種插值濾波方 法用于醫(yī)學(xué)診斷圖像，如X-ray放射圖像、核醫(yī)學(xué)圖像、核磁共振圖 像、超聲圖像等。該方法認(rèn)為插值總是對源圖像進(jìn)行了一種變換。 根據(jù)插值方法的不同，這種變換有可能產(chǎn)生是低通濾波(平滑)或 者高通濾波(銳化)的效果。插值的系數(shù)的平方根之和(對應(yīng)于方 差)受到位置的影響非常大。對于圖像上不同的位置，低通濾波或 者高通濾波的效果表現(xiàn)得并不相同。該插值方法是基于保持方差不 變的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)濾波器系數(shù)。這種方法既不是低通濾波器，也不是 高通濾波器。
超聲成像系統(tǒng)中通常采用的鄰近四點(diǎn)線性插值方法容易產(chǎn)生紋 理噪聲，圖像的頻譜在插值后發(fā)生改變。超聲源圖像經(jīng)過鄰近點(diǎn)線 性插值處理后，相當(dāng)于做了低通濾波(平滑)。但是這種低通濾波器特 性不是很好。超聲圖像經(jīng)過鄰近點(diǎn)線性插值后，相當(dāng)于超聲源圖像 和三角函數(shù)進(jìn)行巻積。由于三角函數(shù)的頻譜中衰減頻率和截止頻率 非常接近，釆用線性插值會平滑圖像，但同時(shí)也會通過大量高于截
止頻率的能量。這樣，線性插值會導(dǎo)致截止頻率以上的信號通過該 插值濾波函數(shù)，并且和低頻部分混疊，圖像上產(chǎn)生紋理噪聲。
美國專利"Special interpolation filters," US Patent, 5513120中描 述的插值方法主要用于醫(yī)學(xué)圖像如X-ray放射圖像、核醫(yī)學(xué)圖像、核 磁共振圖像、超聲圖像等。該方法沒有考慮到超聲圖像本身的特點(diǎn)， 即坐標(biāo)變換對于插值方法的影響。由于檢查方式的原因，超聲成像 系統(tǒng)檢查剖面上得到超聲信息通常以極坐標(biāo)表示，因此超聲源圖像 也是用極坐標(biāo)表示。而顯示系統(tǒng)上的顯示像素通常以笛卡爾坐標(biāo)表 示。因此在圖像靠近探頭區(qū)域數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)比較多，出現(xiàn)過采樣；而 在圖像遠(yuǎn)離探頭區(qū)域，數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)比較少，出現(xiàn)欠采樣。源圖像沿 著極坐標(biāo)R軸(半徑坐標(biāo)軸)方向，圖像采樣率較高，數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)非 常多；而沿著極坐標(biāo)e軸(角坐標(biāo)軸)方向，圖像采樣率較低，數(shù)據(jù) 采樣點(diǎn)比較少。該插值方法直接應(yīng)用到超聲圖像上會引入較多的噪 聲。
綜上所述，需要一種能夠解決上述問題的掃描變換方法，其能 夠減弱超聲圖像由于插值處理而引入的噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中由于插值處理而給超聲圖像帶來噪聲的問 題，本發(fā)明提供了新的用于超聲成像的掃描變換方法以及采用該方 法的裝置。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的一些技術(shù)方案如下。
根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)方面，提供了 一種用于超聲成像的掃描變換 方法，其包括存儲步驟，其將來自超聲回波信號的采樣數(shù)據(jù)存入 存儲器；變換步驟，其將顯示坐標(biāo)系內(nèi)的目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)與采樣坐標(biāo)系 內(nèi)的插值坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；以及插值步驟，其對鄰近插值坐標(biāo)點(diǎn)的 若干采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，得出插值坐標(biāo)處的插值數(shù)據(jù)，其中， 該插值步驟包括非線性插值子步驟，該非線性插值子步驟實(shí)現(xiàn)了對
該超聲回波信號的低通濾波。需要說明的是，上述各個(gè)步驟的順序 可以根據(jù)情況而變化，比如，變換步驟可以在插值步驟之后進(jìn)行。
優(yōu)選地，該顯示坐標(biāo)系為笛卡兒坐標(biāo)系，該采樣坐標(biāo)系為才及坐
標(biāo)系，該變換步驟包括將笛卡兒坐標(biāo)系內(nèi)的待顯示坐標(biāo)點(diǎn)(x,y)轉(zhuǎn)換為
極坐標(biāo)系內(nèi)的插值坐標(biāo)點(diǎn)(R,e),并根據(jù)釆樣密度將插值坐標(biāo)點(diǎn)(R,e) 分解成為整數(shù)部分(&,e》和'j 、數(shù)部分(Rf"f)。
進(jìn)一步地，該鄰近插值坐標(biāo)點(diǎn)(R,e)的若干采樣數(shù)據(jù)包括八個(gè)釆 樣數(shù)據(jù)，其根據(jù)整數(shù)部分(R,，e,)查表或計(jì)算得出，其中該八個(gè)采才羊凌丈
據(jù)分為四組，每組中的兩個(gè)采樣點(diǎn)位于極坐標(biāo)系的同一半徑坐標(biāo)軸(R
軸)上。
其次，該插值步驟還包括線性插值子步驟，該線性插值子步驟
根據(jù)小數(shù)部分RF分別將該每組中的兩個(gè)采樣點(diǎn)沿其半徑坐標(biāo)軸進(jìn)行
兩點(diǎn)線性插值，得出四個(gè)中間插值信號數(shù)據(jù)。
再進(jìn) 一 步地，該非線性插值子步驟根據(jù)小數(shù)部分0p對該四個(gè)中
間插值信號數(shù)據(jù)進(jìn)行四點(diǎn)樣條插值，得出插值坐標(biāo)點(diǎn)(R，e)所對應(yīng)的 插值信號數(shù)據(jù)，其中，該四點(diǎn)樣條插值的插值系數(shù)由eF查插值系邀:
表得出或者通過三次B樣條函數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算得出，該插值系數(shù)和三次 B樣條函數(shù)實(shí)現(xiàn)了對超聲回波信號的低通濾波。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于超聲成像的掃描變 換方法，其將來自超聲回波信號的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換以及插值 處理，形成用于在笛卡兒坐標(biāo)系中顯示的插值信號數(shù)據(jù)，該方法包
括
-將笛卡兒坐標(biāo)系內(nèi)的待顯示點(diǎn)(x,y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系內(nèi)的插值點(diǎn)
(R,e)，并根據(jù)掃描線密度將插值點(diǎn)(R,e)分解成為整數(shù)部分(R,，e!)和小 數(shù)部分(RF，e》；
-根據(jù)整數(shù)部分(R,A)查表或計(jì)算得出與插值點(diǎn)(R,e)最相近的八 個(gè)采樣點(diǎn)，其中該八個(gè)采樣點(diǎn)分為四組，每組的兩個(gè)采樣點(diǎn)位于同
一掃描線上；
-根據(jù)小數(shù)部分Rp將該八個(gè)采樣點(diǎn)沿極坐標(biāo)的R軸分組進(jìn)行兩 點(diǎn)線性插值，得到四個(gè)點(diǎn)處的中間插值信號數(shù)據(jù)；以及
-根據(jù)小數(shù)部分9f對該四個(gè)點(diǎn)處的中間插值信號數(shù)據(jù)進(jìn)行四點(diǎn) 樣條插值，得出插值點(diǎn)(R,e)所對應(yīng)的插值信號數(shù)據(jù)，其中，該四點(diǎn) 樣條插值的插值系數(shù)由eF查插值系數(shù)表得出或者通過三次B樣條函 數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算得出。
優(yōu)選地，該插值系數(shù)表是通過三次B樣條函數(shù)預(yù)先計(jì)算列制出的。
進(jìn)一步地，該三次B樣條函數(shù)為
.肌)=(a + 2) 3 - (a + 3)&2 +1 0 < ^ < 1
/(l + ^Xl + )3 - 5ar(l+^)2十8a(l + )-勿 1<1 + <2 其中，該四點(diǎn)樣條插值所需計(jì)算的四個(gè)插值系數(shù)分別為/(&)、 /(1 + &)、 /0-^)和/(2-^)，其中，0《<1。
根據(jù)本發(fā)明的再 一 方面，還提供了 一種用于超聲成像的掃描變 換裝置，其包括存儲模塊，用于存儲來自超聲回波信號的采樣數(shù) 據(jù)；坐標(biāo)變換模塊，用于將顯示坐標(biāo)系內(nèi)的目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)與采樣坐標(biāo) 系內(nèi)的插值坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；以及插值模塊，用于對鄰近插值坐標(biāo) 點(diǎn)的若干采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，得出插值坐標(biāo)點(diǎn)處的插值數(shù)據(jù)， 其中，該插值模塊包括非線性插值子模塊，并且選取該非線性插值 子模塊，使得其對該超聲回波信號進(jìn)行低通濾波。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種用于超聲成像的掃描變 換裝置，其用于將來自超聲回波信號的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換以及 插值處理，形成用于在笛卡兒坐標(biāo)系中顯示的插值信號數(shù)據(jù)，該裝 置包括
-坐標(biāo)變換模塊，其用于將笛卡兒坐標(biāo)系內(nèi)的待顯示點(diǎn)(x，y)轉(zhuǎn)換
為極坐標(biāo)系內(nèi)的插值點(diǎn)(R,e),并根據(jù)掃描線密度將插值點(diǎn)(R,e)分解
成為整數(shù)部分(Rf，e')和小數(shù)部分(Rf"f);-線性插值模塊，其用于根據(jù)整數(shù)部分(R,，e》查表或計(jì)算得出與
插值點(diǎn)(R,e)最相近的八個(gè)采樣點(diǎn)，其中該八個(gè)采樣點(diǎn)分為四組，每 組的兩個(gè)采樣點(diǎn)位于同一掃描線上，并且根據(jù)小數(shù)部分Rp將該八個(gè)
采樣點(diǎn)沿極坐標(biāo)的R軸分組進(jìn)行兩點(diǎn)線性插值，得到四個(gè)點(diǎn)處的中 間插值信號數(shù)據(jù)；以及
-非線性插值模塊，根據(jù)小數(shù)部分0f對該四個(gè)點(diǎn)處的中間插值
信號數(shù)據(jù)進(jìn)行四點(diǎn)樣條插值，得出插值點(diǎn)(R,e)所對應(yīng)的插值信號數(shù) 據(jù)，其中，該四點(diǎn)樣條插值的插值系數(shù)由eF查插值系數(shù)表得出或者
通過三次B樣條函數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算得出。
本發(fā)明改進(jìn)了超聲成像系統(tǒng)中DSC處理時(shí)的插值處理算法。針
對超聲圖像插值時(shí)，需要對極坐標(biāo)的源圖像到笛卡兒坐標(biāo)的顯示圖 像轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，采用新的插值方法。超聲信息的最后顯示需要經(jīng)過 插值處理。沿著極坐標(biāo)e軸(也即角坐標(biāo)軸)方向，超聲源圖像的采樣
率比較低，而且不均勻。圖像靠近探頭區(qū)域容易出現(xiàn)過采樣；而在
圖像遠(yuǎn)離探頭區(qū)域容易出現(xiàn)欠采樣。沿著極坐標(biāo)e軸插值時(shí)，本發(fā)明
采用四點(diǎn)插值的方法。插值系數(shù)算法可以基于三次B樣條函數(shù)。這
種插值函數(shù)在空間上具有比較均勻的低通濾波效果，其插值系數(shù)對 應(yīng)的低通濾波效果在沿著極坐標(biāo)的e軸均相同。減弱了超聲圖像由于 插值處理引入的噪聲。


可參考附圖通過實(shí)例更加具體地描迷本發(fā)明，其中本發(fā)明的附 圖并未按照實(shí)際比例繪制，其所示內(nèi)容僅用于對本發(fā)明的解釋說明，
而不構(gòu)成對本發(fā)明的任何意義上的限制，在附圖中 圖1是數(shù)字掃描變換原理框圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)的鄰近四點(diǎn)線性插值原理圖； 圖3顯示了根椐本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的掃描變換方法的流程圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于超聲成像的掃描變換裝置的示意性結(jié)
構(gòu)框圖5是用于根據(jù)本發(fā)明的掃描變換方法的鄰近八點(diǎn)樣條插值原 理圖6是根據(jù)本發(fā)明的三次樣條插值的濾波系數(shù)示意圖；以及 圖7具體顯示了濾波器系數(shù)的其中一個(gè)特定值，其中0f等于0.5。
具體實(shí)施例方式
為了清楚起見，圖中用類似(相同)的參考標(biāo)號來表示類似(相 同)的步驟和/或模塊。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例的掃描變換方法的流程圖。 其大致包括存儲步驟11，其將來自超聲回波信號的采樣數(shù)據(jù)存入 存儲器；坐標(biāo)變換步驟12,其將顯示坐標(biāo)系內(nèi)的目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)與采樣 坐標(biāo)系內(nèi)的插值坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；以及插值步驟13，其對鄰近插值 坐標(biāo)點(diǎn)的若干采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，得出插值坐標(biāo)處的插值數(shù)據(jù)， 其中，該插值步驟13包括線性插值步驟131和非線性插值子步驟 132,該非線性插值子步驟132實(shí)現(xiàn)了對該超聲回波信號的低通濾波。 最后經(jīng)過樣條插值計(jì)算后的超聲波信息值在CRT或LCD屏幕上顯 示。下面將同時(shí)結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的掃描變換裝置的結(jié)構(gòu)框圖來詳細(xì) 地介紹。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于超聲成像的掃描變換裝置的示意性結(jié) 構(gòu)框圖，其主要包括存儲模塊(圖未示)、坐標(biāo)變換模塊12、線性 插值模塊131、非線性插值模塊(樣條插值模塊)132等。
下面將介紹根據(jù)本發(fā)明的掃描變換裝置的大致工作過程。CRT 或LCD屏幕上笛卡兒坐標(biāo)系的一個(gè)顯示點(diǎn)(x,y),首先由坐標(biāo)變換模
塊12經(jīng)坐標(biāo)變換從笛卡爾坐標(biāo)變換為極坐標(biāo)(R,e)。然后根據(jù)掃描線 密度將(R,e)分解成為整數(shù)部分(R,，e,)和小數(shù)部分(RF，eF)。根據(jù)整數(shù)部
分(R^)可以查找到和(R,e)最相近的八個(gè)點(diǎn)。接著由線性插值模塊131根據(jù)小數(shù)部分Rp將這八個(gè)點(diǎn)進(jìn)行半徑坐標(biāo)軸方向線性插值，得到四
個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。再由樣條插值模塊132根據(jù)小數(shù)部分0F對這四個(gè)點(diǎn)進(jìn)
行樣條插值。其中樣條插值的系數(shù)可以由eF查系數(shù)表(如框6所示)
得到。最后經(jīng)過樣條插值計(jì)算后的超聲波信息值在CRT或LCD屏幕 上顯示(如框8所示)。
下面將詳細(xì)介紹上述掃描變換方法的各個(gè)步驟。從笛卡爾坐標(biāo)到 極坐標(biāo)的變換比較簡單，不妨假設(shè)顯示點(diǎn)在笛卡兒坐標(biāo)系的坐標(biāo)是 (x,y),轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)可以用以下公式表示
S = arctan—
其中(R,e)表示轉(zhuǎn)換后的極坐標(biāo)位置。
極坐標(biāo)位置和實(shí)際掃描成像線的位置一般不會重合。將極坐標(biāo)
(R,e)根據(jù)掃描線的密度分解成為整數(shù)部分(R^)和小數(shù)部分(RFAO。 整數(shù)部分R,對應(yīng)于掃描線線號，整數(shù)部分^對應(yīng)于沿著掃描線的掃描
深度上的采樣點(diǎn)。如前所述，DSC中包含存儲器，其本質(zhì)是內(nèi)存器， 用于存儲超聲回波數(shù)據(jù)。如圖3所示，其內(nèi)存的存儲格式一般采用二
維存儲的方法，對應(yīng)于實(shí)際超聲成像時(shí)系統(tǒng)的采樣。其中一個(gè)方向 是沿著掃描線線號變換的方向，另外一個(gè)方向沿著掃描線上深度的 變化方向。根據(jù)(R,，e,)可以查到存儲器中相鄰的八個(gè)位置點(diǎn)所對應(yīng)的 超聲回波數(shù)據(jù)。根據(jù)這八個(gè)相鄰位置點(diǎn)的超聲回波數(shù)據(jù)，經(jīng)過插值 計(jì)算處理，得到(R,e)位置對應(yīng)的超聲回波數(shù)據(jù)。插值處理時(shí)的系數(shù) 和小數(shù)部分(RF,e。相關(guān)。小數(shù)部分(RF,e》是歸一化的小數(shù)部分。兩個(gè) 相鄰點(diǎn)的深度距離歸一化為i,兩條相鄰掃描線之間的交角歸一化為 i。
如圖5所示，其中，O點(diǎn)示意了探頭所在位置，不妨假設(shè)取得的八 個(gè)位置點(diǎn)分別是Al, A2， A3, A4， Bl, B2, B3, B4。其中Al, A2, A3, A4 的掃描深度相同，不妨假設(shè)其掃描深度是m。 B1，B2， B3, B4的掃描深
度相同，其掃描深度是m+l。 Al和Bl, A2和B2， A3和B3， A4和B4 的掃描線號相同，不妨假設(shè)其對應(yīng)的掃描線號分別1, n, n+1, n+2。 這八個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的超聲回波信息分別為X卬X^， XA3， XA4 , XB，， XB2， XB3， XB4。需要計(jì)算位置G的超聲回波數(shù)據(jù)。其中位置點(diǎn)G對應(yīng)的小 數(shù)部分是(Rf,6f)。首先根據(jù)小數(shù)部分RF進(jìn)行兩點(diǎn)線性插值，然后根據(jù)
小數(shù)部分0F進(jìn)行四點(diǎn)樣條插值。
因?yàn)槌暬夭〝?shù)據(jù)沿著極坐標(biāo)R軸方向采樣率較高，所以利用小 數(shù)部分Rf進(jìn)行兩點(diǎn)線性插值引起的噪聲非常小。而且這種簡單的線 性插值方式的計(jì)算量比較小。如圖5所示，不妨假設(shè)位置點(diǎn)C1,C2,C3， C4的掃描深度相同。位置點(diǎn)A1和C1， A2和C2， A3和C3， A4和C4的 掃描線號相同。位置點(diǎn)C1距離A1在R軸方向的距離是RF。不妨假設(shè) 位置點(diǎn)Cl,C2，C3,C4對應(yīng)的超聲回波數(shù)據(jù)分別^Xd， XC2， XC3, XC4 。 那么
Xc,=^,*(l-/ = 1,2,3,4 因?yàn)槌暬夭〝?shù)據(jù)沿著極坐標(biāo)e軸方向采樣率較低。而顯示系統(tǒng) 上的顯示像素通常以笛卡爾坐標(biāo)表示。在圖像靠近探頭區(qū)域數(shù)據(jù)采 樣點(diǎn)比較多，出現(xiàn)過采樣；而在圖像遠(yuǎn)離探頭區(qū)域，數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)比
較少，出現(xiàn)欠采樣。因此，在根據(jù)小數(shù)部分eF插值時(shí)采用四點(diǎn)樣條插 值。如果采用簡單的線性插值，不同位置和不同超聲回波數(shù)據(jù)情況 下，濾波器特性有較大差異。這樣經(jīng)過插值后圖像的頻鐠發(fā)生了改 變。而且這種頻譜的改變在整個(gè)圖像上表現(xiàn)還并不是很均勻。此時(shí) 圖像上容易產(chǎn)生紋理噪聲。采用四點(diǎn)樣條插值進(jìn)行插值，使得其插 值系數(shù)對應(yīng)的低通效果沿著極坐標(biāo)的e軸均相同。不妨布i設(shè)位置點(diǎn)G
對應(yīng)的超聲回波數(shù)據(jù)是X(j。那么
4
其中O)i是濾波系數(shù)。這組濾波器系數(shù)和小數(shù)部分0F相關(guān)。如圖4所
示，這組系數(shù)可采用查表的方式得到。在實(shí)際系統(tǒng)中也可以通過實(shí)
時(shí)計(jì)算得到。
線性插值算法是利用最鄰近兩個(gè)點(diǎn)插值處理。本發(fā)明采用鄰近 四點(diǎn)插值的方法，插值系數(shù)算法可基于三次B樣條函數(shù)。B樣條函數(shù) 中心對稱，分別對正負(fù)兩個(gè)方向的兩個(gè)最鄰近點(diǎn)處理。這是一個(gè)4支
好的低通濾波器。因?yàn)锽樣條函數(shù)是中心點(diǎn)對稱，因此只需要對正方 向描述，定義的范圍是0到2。小數(shù)部分ep的范圍是o到i,需要求解兩
個(gè)插值系數(shù)分別是,/(^)和/(! + &)。其對稱的負(fù)向兩個(gè)系數(shù)是
/(1 - &)和/(2 - & )。定義三次樣條插值系數(shù)如下
/( )=a30^3 + "20&2 + a10& + a00 0 < & < 1
/(l + W^l + ^+^G + ^+^G + W + ao,1<1 + <2 在計(jì)算插值系數(shù)時(shí)，以上函數(shù)需要一些限制條件。如果插值點(diǎn)正
好與源數(shù)據(jù)重合，即ep等于o，那么要求插值計(jì)算結(jié)果是源數(shù)據(jù)。即
要求在ep等于零時(shí)，/(0)等于1;在x等于l或者2時(shí)，/(1)等于0， /(2) 等于0。根據(jù)連續(xù)性定義，插值函數(shù)需要在0和1位置點(diǎn)連續(xù)， 一階導(dǎo) 數(shù)在0和2位置點(diǎn)為0。 一階導(dǎo)數(shù)在位置點(diǎn)l應(yīng)該連續(xù)。以上一共有7個(gè) 限制條件，三次樣條插值函數(shù)一共有八個(gè)變量。根據(jù)以上限制條件， 只需要定義一個(gè)變量a肌)=< -5a 2 + 8a - 勿
肌)=("+ 2) 3-("3) 2+1 0< <1 /(l + )=a(l + )3 - 5a(l + )2十8a(l + )-4a 1<1 + <2 根據(jù)三次樣條插值基礎(chǔ)，四個(gè)濾波器系數(shù)/(l + ^) , /( )， /(1-^)和/(2-^)之和應(yīng)該為L因此在任何情況下，插值函數(shù)對信 號不會有放大或者縮小的效果。
圖6給出了變量a不同情況下插值濾波器系數(shù)的情況。橫坐標(biāo)是ep (也即小數(shù)部分0F以及i+eF、 i-eF、 2-eF)的變化，縱坐標(biāo)是插值濾
波器系數(shù)取值。當(dāng)a為負(fù)數(shù)時(shí)，那么函數(shù)/(:c)在0到l范圍內(nèi)是正數(shù)， 在1到2范圍內(nèi)是負(fù)數(shù)。當(dāng)a增加時(shí)，在1到2范圍內(nèi)引起的旁瓣會增加。
這種效果類似于一個(gè)加窗后的sinc函數(shù)。sinc函數(shù)是一種理想的插值
低通濾波器，其在頻域上對應(yīng)于一個(gè)方窗函數(shù)。選擇不同的變量a，
可以得到不同的濾波效果。如圖6所示，不妨選擇oc等于-l，如果此時(shí)
的6f等于0.5，那么
/(0.5) = (-1 + 2) * 0.53 - (-l + 3) * 0.52 +1 = 0.625 ./(1.5) = -1".53-5*(-1)".52+8*(-1)*0.5-4*(-1) = -0.125 在ep等于0.5時(shí)，如圖7所示，四個(gè)濾波器系數(shù)分別是/(1.5)，
/(0.5)， /(0.5)和/(1.5)。即叫=w4 =-0.125 ， w2 =w3 =0.625 。那么計(jì)算
插值點(diǎn)G點(diǎn)處的超聲回波數(shù)據(jù)是
yG = —0.125* YCI + 0.625 *yc2 +0.625 *;rc3 —0.125 *XC4
經(jīng)過插值處理后的超聲回波數(shù)據(jù)可以直接在CRT或LCD屏幕上顯示。
超聲成像系統(tǒng)中進(jìn)行Dsc的插值處理時(shí)，沿著極坐標(biāo)e軸方向， 本發(fā)明對超聲回波數(shù)據(jù)采用四點(diǎn)插值的方法計(jì)算出來。四點(diǎn)插值時(shí) 的插值系數(shù)算法采用低通濾波的方法。插值系數(shù)對應(yīng)的低通濾波特 性沿著極坐標(biāo)的e軸相同。沿著極坐標(biāo)e軸方向的插值系數(shù)相當(dāng)于對
源圖像的低通濾波。插值系數(shù)的設(shè)計(jì)可以基于三次B樣條函數(shù)計(jì)算得出。
相對于鄰近四點(diǎn)線性插值的方法，在沿著極坐標(biāo)e軸插值時(shí)，本 發(fā)明采用四點(diǎn)插值的方法，而不是線性插值僅僅采用兩點(diǎn)的插值。 線性插值的濾波器特性與插值點(diǎn)的位置、超聲回波信號本身有關(guān)。 在超聲圖像上，各個(gè)點(diǎn)的濾波特性有較大的差異。四點(diǎn)插值時(shí)的插
值系數(shù)算法l基于三次B樣條函數(shù)。這種濾波器的低通濾波效果類似 于一個(gè)加窗后的sinc函數(shù)。這種插值函數(shù)在空間上具有比較好低通濾 波特性。采用本發(fā)明的插值算法，能夠減弱超聲圖像由于插值處理 引入的噪聲。
相對于美國專利"Special interpolation filters," US Patent，5513120
中描述的插值方法，本發(fā)明考慮到了超聲圖像本身的特點(diǎn)，即坐標(biāo) 變換對于插值方法的影響。而該美國專利僅僅用于通用圖像處理中 的插值濾波方法。超聲源圖像一般用極坐標(biāo)表示，顯示系統(tǒng)上的顯
示像素通常以笛卡爾坐標(biāo)表示。源圖像沿著極坐標(biāo)R軸方向，圖^f象采 樣率較高，本發(fā)明采用簡單的線性插值方法，減小計(jì)算量的同時(shí)并
不增加噪聲。源圖像沿著極坐標(biāo)e軸方向，圖像采樣率較低，本發(fā)明
采用基于三次B樣條函數(shù)的四點(diǎn)插值濾波方法。四點(diǎn)插值時(shí)的插值系 數(shù)在空間上具有比較均勻的低通濾波特性。這樣能夠減弱超聲圖像 由于插值處理引入的噪聲。
需要補(bǔ)充的是，經(jīng)過實(shí)時(shí)圖像試驗(yàn)證明本發(fā)明有效。在同樣條
件下，大凸探頭的圖像，采用本發(fā)明的DSC插值方法比原來的方法 的圖像要清晰，尤其是圖像的中遠(yuǎn)場表現(xiàn)明顯。
另外，需要說明的是，盡管本發(fā)明結(jié)合醫(yī)用超聲成像領(lǐng)域進(jìn)行 了介紹，但是本發(fā)明并不受限于醫(yī)用超聲成像領(lǐng)域，其可以應(yīng)用于 超聲成像所涉及到的各個(gè)領(lǐng)域，例如工業(yè)材料結(jié)構(gòu)探傷等。此外， 在本發(fā)明中，對回波信號的插值計(jì)算方法也可以有諸多變型，例如， 如果需要可以同時(shí)沿半徑坐標(biāo)軸方向(即R軸方向)采用四點(diǎn)插值濾波
而不受限于三次B樣條函數(shù)；另外，根據(jù)本發(fā)明的變換步驟也不限 于從笛卡兒坐標(biāo)系到極坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化，也可以先在極坐標(biāo)系內(nèi)依據(jù) 預(yù)定的步長以及插值密度進(jìn)行回波信號數(shù)據(jù)的預(yù)插值，然后再進(jìn)行 極坐標(biāo)系到笛卡兒坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，之后根椐轉(zhuǎn)換后的笛卡兒坐 標(biāo)點(diǎn)以及對應(yīng)的預(yù)插值信號數(shù)據(jù)，在笛卡兒坐標(biāo)系中直接顯示圖像。
以上參照

了本發(fā)明的各種優(yōu)選實(shí)施例，但是只要不背 離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對其進(jìn)行各種形式 上的修改和變更，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種用于超聲成像的掃描變換方法，其包括:存儲步驟，用于將來自超聲回波信號的采樣數(shù)據(jù)存入存儲器；變換步驟，用于將顯示坐標(biāo)系內(nèi)的目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)與采樣坐標(biāo)系內(nèi)的插值坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；以及插值步驟，用于對鄰近插值坐標(biāo)點(diǎn)的若干采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，得出插值坐標(biāo)處的插值數(shù)據(jù)，其特征在于，所述插值步驟包括非線性插值子步驟，所述非線性插值子步驟用于實(shí)現(xiàn)對所述超聲回波信號的低通濾波。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超聲成像的掃描變換方法，其特 征在于所述顯示坐標(biāo)系為笛卡兒坐標(biāo)系，所述采樣坐標(biāo)系為極坐 標(biāo)系，所述變換步驟包括將笛卡兒坐標(biāo)系內(nèi)的待顯示坐標(biāo)點(diǎn)(x,y)轉(zhuǎn)換 為極坐標(biāo)系內(nèi)的插值坐標(biāo)點(diǎn)(R,e),并根據(jù)采樣密度將插值坐標(biāo)點(diǎn)(R,e) 分解成為整數(shù)部分(&A)和小數(shù)部分(Rf,0f)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于超聲成像的掃描變換方法，其特 征在于所述若干采樣數(shù)據(jù)包括八個(gè)采樣數(shù)據(jù)，其根據(jù)整數(shù)部分(R,A) 查表或計(jì)算得出，其中所述八個(gè)采樣數(shù)據(jù)分為四組，每組中的兩個(gè) 采樣點(diǎn)位于極坐標(biāo)系的同一半徑坐標(biāo)軸(R軸)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于超聲成像的掃描變換方法，其特 征在于所述插值步驟還包括線性插值子步驟，所述線性插值子步 驟根據(jù)沿半徑坐標(biāo)軸的小數(shù)部分(R》分別將所述每組中的兩個(gè)采樣點(diǎn) 沿其半徑坐標(biāo)軸進(jìn)行兩點(diǎn)線性插值，得出四個(gè)中間插值信號數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于超聲成像的掃描變換方法，其特征在于所述非線性插值子步驟根據(jù)沿角坐標(biāo)軸的小數(shù)部分(e》對所述四個(gè)中間插值信號數(shù)據(jù)進(jìn)行四點(diǎn)樣條插值，得出插值坐標(biāo)點(diǎn)(R，e) 所對應(yīng)的插值信號數(shù)據(jù)，其中，所述四點(diǎn)樣條插值的插值系數(shù)由沿角坐標(biāo)軸的小數(shù)部分(e》查插值系數(shù)表得出或者通過三次b樣條函數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算得出，所述插值系數(shù)和三次B樣條函數(shù)實(shí)現(xiàn)了對超聲回波 信號的低通濾波。
6. —種用于超聲成像的掃描變換方法，其將來自超聲回波信號 的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換以及插值處理，形成用于在笛卡兒坐標(biāo)系 中顯示的插值信號數(shù)據(jù)，所述方法包括將笛卡兒坐標(biāo)系內(nèi)的待顯示點(diǎn)(x,y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系內(nèi)的插值點(diǎn) (R,e),并根據(jù)掃描線密度將插值點(diǎn)(R,e)分解成為整數(shù)部分(R,A)和小 數(shù)部分(1^,0。；根據(jù)整數(shù)部分(i^A)查表或計(jì)算得出與插值點(diǎn)(R,e)最相近的八個(gè)采樣點(diǎn)，其中所述八個(gè)采樣點(diǎn)分為四組，每組的兩個(gè)采樣點(diǎn)位于同 一掃描線上；根據(jù)沿半徑坐標(biāo)軸的小數(shù)部分(R》將所述八個(gè)釆樣點(diǎn)沿極坐標(biāo)的 半徑坐標(biāo)軸分組進(jìn)行兩點(diǎn)線性插值，得到四個(gè)點(diǎn)處的中間插值信號 數(shù)據(jù)；以及根據(jù)沿角坐標(biāo)軸的小數(shù)部分(0F)對所述四個(gè)點(diǎn)處的中間插值信號 數(shù)據(jù)進(jìn)行四點(diǎn)樣條插值，得出插值點(diǎn)(R,6)所對應(yīng)的插值信號數(shù)據(jù)，其中，所述四點(diǎn)樣條插值的插值系數(shù)由沿角坐標(biāo)軸的d、數(shù)部分(e》查插值系數(shù)表得出或者通過三次B樣條函數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算得出。
7. 根椐權(quán)利要求6所述的用于超聲成像的掃描變換方法，其特 征在于所述插值系數(shù)表是通過三次B樣條函數(shù)預(yù)先計(jì)算列制出的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于超聲成像的掃描變換方法，其特 征在于所述三次B樣條函數(shù)為/( )=0 + 2)<-0 + 3)42 + 1 0《<1 /(1 + )="(1 + - 5a(1 + )2 + 8a(1 + - 4a1 < 1 + < 2 其中，所述四點(diǎn)樣條插值所需計(jì)算的四個(gè)插值系數(shù)分別為、 ./(1 + ^)、 ./(卜^)和/(2-^)，其中，0《<1。
9. 一種用于超聲成像的掃描變換裝置，其包括 存儲模塊，用于存儲來自超聲回波信號的采樣數(shù)據(jù)； 坐標(biāo)變換模塊，用于將顯示坐標(biāo)系內(nèi)的目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)與采樣坐標(biāo)系內(nèi)的插值坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；以及插值模塊，用于對鄰近插值坐標(biāo)點(diǎn)的若干采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處 理，得出插值坐標(biāo)點(diǎn)處的插值數(shù)據(jù)，其特征在于，所述插值模塊包括非線性插值子模塊，并且選取所述非線性插 值子模塊，使得其對所述超聲回波信號進(jìn)行低通濾波。
10. —種用于超聲成像的掃描變換裝置，其用于將來自超聲回 波信號的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換以及插值處理，形成用于在笛卡兒 坐標(biāo)系中顯示的插值信號數(shù)據(jù)，所述裝置包括坐標(biāo)變換模塊，其用于將笛卡兒坐標(biāo)系內(nèi)的待顯示點(diǎn)(x,y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系內(nèi)的插值點(diǎn)(R,e)，并根據(jù)掃描線密度將插值點(diǎn)(R，e)分解成為整數(shù)部分(R,A)和小數(shù)部分(Rp烏)；線性插值模塊，其用于根據(jù)整數(shù)部分(&A)查表或計(jì)算得出與插 值點(diǎn)(R,e)最相近的八個(gè)釆樣點(diǎn)，其中所述八個(gè)釆樣點(diǎn)分為四組，每 組的兩個(gè)采樣點(diǎn)位于同 一掃描線上，并且根據(jù)沿半徑坐標(biāo)軸的小數(shù)部分(RF)將所述八個(gè)采樣點(diǎn)沿極坐標(biāo)的半徑坐標(biāo)軸分組進(jìn)行兩點(diǎn)線性插值，得到四個(gè)點(diǎn)處的中間插值信號數(shù)據(jù)；以及非線性插值模塊，根據(jù)沿角坐標(biāo)軸的小數(shù)部分(e》對所述四個(gè)點(diǎn) 處的中間插值信號數(shù)據(jù)進(jìn)行四點(diǎn)樣條插值，得出插值點(diǎn)(R,e)所對應(yīng) 的插值信號數(shù)據(jù)，其中，所述四點(diǎn)樣條插值的插值系數(shù)由沿角坐標(biāo) 軸的小數(shù)部分(epO查插值系數(shù)表得出或者通過三次b樣條函數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算得出。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于超聲成像的掃描變換方法，其包括存儲步驟，其將來自超聲回波信號的采樣數(shù)據(jù)存入存儲器；變換步驟，其將顯示坐標(biāo)系內(nèi)的目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)與采樣坐標(biāo)系內(nèi)的插值坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；以及插值步驟，其對鄰近插值坐標(biāo)點(diǎn)的若干采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，得出插值坐標(biāo)處的插值數(shù)據(jù)，其中，該插值步驟包括非線性插值子步驟，并且選取該非線性插值子步驟，使得其對該超聲回波信號進(jìn)行低通濾波。沿著極坐標(biāo)θ軸插值時(shí)，本發(fā)明采用四點(diǎn)插值的方法。插值系數(shù)算法可基于三次B樣條函數(shù)。這種插值函數(shù)在空間上具有比較均勻的低通濾波效果，減弱超聲圖像由于插值處理引入的噪聲。
文檔編號G06Q50/00GK101380237SQ20071015366
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月4日
發(fā)明者斌 姚, 勇 李 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司