Способ и устройство обнаружения газового кармана, используя ультразвук

Способ и устройство обнаружения газового кармана, используя ультразвук

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к ультразвуковой томографии, в частности к способу и устройству обнаружения газового кармана, используя ультразвук.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Травма является главной причиной смерти в Соединенных Штатах для мужчин и женщин моложе 45 лет и четвертой частью общей причины смерти для всех возрастов. Травма также обладает существенным экономическим влиянием на систему здравоохранения, насчитывая более чем одну треть всех посещений отделений реанимации и приводя в результате более чем к 80 миллиардами долларов затрат ежегодно на прямое медицинское обслуживание, например, в 2007 г. более 180 000 человек умерли от травмы, а брюшные травмы внесли большой вклад в число этих смертельных случаев.

Пневмоперитонеум является состоянием, в котором карман со свободным газом или крошечное количество свободного газа или воздуха блокировано внутри брюшной полости, но не внутри полого внутреннего органа. Идентификация аномальных интраабдоминальных газовых карманов или скоплений может быть критически важной при установлении точного диагноза. Рост числа доказательств подтверждает, что ультразвуковая томография является очень полезным инструментом для диагностики пневмоперитонеума с аномальными структурами воздуха/газа, благодаря ее высокой точности и превосходству по сравнению с плоскостной рентгеновской радиографией. Сонографический воздух может быть в общих чертах описан как содержащий две категории: физиологический воздух или нормальный воздух и патологический воздух или аномальный воздух. Физиологический воздух является воздухом в желудочно-кишечном тракте и легких (воздух, попадающий в брюшную полость).

Прикроватный ультразвук или ультразвук в месте ухода широко используется при неотложной медицинской помощи для начального скрининга и позволяет отбирать гемодинамически неустойчивых травматических пациентов с тяжелым гемоперитонеумом для экстренной операции. Обнаружение интраперитонеального атмосферного воздуха или интраперитонеального газового кармана очень полезно для прикроватного диагноза пациентов с острым животом и травмированных пациентов. Обнаружение газового кармана может помочь врачам оценить, хотя и не прямым способом, существует ли аномальный газовый карман из-за тупой травмы живота или из-за острого живота при (a) предбольничном регулировании, (b) начальной оценке в отделении неотложной хирургии и (c) сопровождении после некоторого лечения.

Сонографическое изображение газовых карманов происходит за счет общего ультразвукового отражения (сильный отражатель) на поверхности раздела мягкой ткани и газового кармана (воздух). Это отражение сопровождается реверберацией ультразвука между газовым карманом и ультразвуковым зондом. Поэтому сонографические изображения газовых карманов обычно появляются в виде эхо-сигналов большой амплитуды (область яркости в изображении) с дистальными артифициальными реверберационными эхо-сигналами, называемыми "грязным затенением"; малые реверберационные артефакты имеют характерный вид хвоста кометы. Малые газовые карманы при использовании стандартных брюшных датчиков могут демонстрировать небольшие или вообще отсутствующие дистальные реверберационные артефакты. Оптимальное положение зонда для обнаружения интраперитонеального свободного воздуха после тупой брюшной травмы находится в правой парамедиальной эпигастральной области в продольном направлении.

Muradali и др. ("A specific sign of pneumoperitoneum on sonography: enhancement of the peritoneal stripe", AJR, 1999, том 173: 1257-1262) изучали признаки пневмоперитонеума на моделях животных, которые затем подтверждались на пациентах, которые перенесли лапароскопию. Этот вид характеристик газовых карманов в ультразвуковых изображениях называется "улучшением признака перитонеальной полоски" (Enhancement of the Peritoneal Stripe Sign, EPSS). Это EPSS дополнительно подтверждается недавним перспективным исследованием шестисот следующих друг за другом пациентов с острой болью в животе. EPSS имело чувствительность 100%, специфичность 99%, положительное прогнозируемое значение 87,5% и отрицательное прогнозируемое значение 100%. Поэтому EPSS рекомендуется в качестве достоверного и точного сонографического признака для диагностики пневмоперитонеума посредством визуального наблюдения.

Традиционное обнаружение газового кармана, основанное на получении ультразвукового изображения, хорошо работает, если газовые карманы достаточно большие, то есть, достаточно большие, чтобы создать улучшение признака перитонеальной полоски (EPSS). Для неопытных пользователей требуется много времени, чтобы распознать этот вид признака (EPSS) на ультразвуковых изображениях. Врачам скорой помощи в действительности трудно распознать все газовые карманы за время исследования около 5 минут для всей брюшной полости, даже если они знают оптимальное положение зонда, чтобы обнаружить интраперитонеальный свободный воздух после тупой брюшной травмы в правой парамедиальной эпигастральной области в продольном направлении.

В итоге, большие газовые карманы могут выглядеть как яркие, сильно отражающие полоски или линии с дистальной реверберацией и загрязняющими заслоняющими артефактами или артефактами в виде хвоста кометы, которые могут даже затенять собой основные брюшные органы. Более мелкие газовые карманы могут выглядеть как яркие прерывистые фокусы без явно видимых артефактов и затенения внутри кишечной полости, но могут не иметь реверберации в пределах изображения. Ультразвуковая томография превосходит рентгеноскопию грудной клетки для диагностики интраперитонеального свободного воздуха, посредством ультразвука могут быть обнаружены столь малые количества, как 1-2 мл интраперитонеального свободного воздуха. Однако в ситуациях скорой помощи при сложных состояниях пациента обнаружение интраперитонеального атмосферного воздуха может быть затруднительным даже для опытного специалиста по ультразвуковой эхографии.

Таким образом, большинство существующих подходов к обнаружению газовых карманов основано на визуальных наблюдениях ультразвуковых изображений, полученных в В-режиме, показывающих сравнения между нормальной мягкой тканью и газовыми карманами. Такие существующие подходы отнимают много времени, а и их точность сильно зависит от опыта оператора.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поэтому, было бы предпочтительным обеспечить улучшенные способ и устройство или систему для обнаружения газового кармана в интересующей области (ИО).

В соответствии с вариантом осуществления первого варианта настоящего изобретения предлагается ультразвуковая система для обнаружения газового кармана. Ультразвуковая система содержит: ультразвуковой зонд для передачи ультразвукового импульса к ИО и получения ультразвукового эхо-сигнала, отраженного от ИО, вдоль множества линий сканирования; блок получения для получения второй гармонической составляющей ультразвукового эхо-сигнала для каждой глубины из множества глубин вдоль каждой линии сканирования из упомянутого множества линий сканирования; и блок выявления для выявления изменения центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине. Термин "глубина" относится к глубине проникновения ультразвукового сигнала. Термин "линия сканирования" в области ультразвуковой томографии также называют "линией приема".

Изобретатели настоящей заявки признают, что центральная частота второй гармонической составляющей ультразвукового эхо-сигнала, как ожидается, должна уменьшаться вдоль глубины проникновения с определенной скоростью в той области, где присутствует нормальная мягкая ткань, в то время как ожидается, что она должна изменяться по-другому вдоль глубины проникновения в той области, где присутствует газовый карман. Например, вдоль линии сканирования уменьшение центральной частоты второй гармонической составляющей (также называемое "затухание центральной частоты") за счет присутствия газового кармана на конкретной глубине, как предполагается, должно быть больше, чем уменьшение из-за присутствия на той же самой глубине мягкой ткани. Поэтому изобретатели настоящей заявки предлагают вышеупомянутый способ. Специалист в данной области техники должен понимать, что термин "область" не предназначен ограничиваться двумерной пространственной областью внутри поля зрения ультразвукового зонда и, в частности, в случае, когда ультразвуковой зонд является трехмерным ультразвуковым зондом для получения трехмерного ультразвукового изображения, термин "область" может пониматься как двумерная или трехмерная пространственная область внутри поля зрения ультразвукового зонда.

Посредством предложенного способа получают вторую гармоническую составляющую ультразвукового эхо-сигнала, отраженного от ИО, и выявляют изменение центральной частоты второй гармонической составляющей эхо-сигнала по глубине. Затем газовый карман можно обнаружить мануально или автоматически, основываясь на выявленном изменении центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине. В частности, упомянутое изменение центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине может указывать на характер изменения центральной частоты по множеству глубин (а именно, характер изменения вдоль направления распространения или проникновения ультразвукового сигнала). По сравнению с уменьшением центральной частоты на некоторой глубине изменение центральной частоты второй гармонической составляющей отражает тенденцию уменьшения центральной частоты по глубине и, как ожидается, должно быть более достоверным при использовании для обнаружения газового кармана, особенно макрогазового кармана.

В соответствии с вариантом осуществления первого аспекта настоящего изобретения вторую гармоническую составляющую получают посредством метода импульсной инверсии.

Специалист в данной области техники должен понимать, что в случае метода импульсной инверсии для каждой линии сканирования осуществляются две передачи (то есть одна передача положительного импульса и одна передача отрицательного импульса) и два соответствующих приема. При использовании метода импульсной инверсии могут быть отчетливо видимыми граница возможного газового кармана и темные области позади газового кармана, а также улучшен контраст между границей различных тканей.

В соответствии с вариантом осуществления первого аспекта настоящего изобретения вторую гармоническую составляющую получают посредством полосовой фильтрации. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что в случае использования полосовой фильтрации (здесь далее упоминаемой как подход с полосовой фильтрацией) вторая гармоническая составляющая может быть выявлена из одной передачи и одного соответствующего приема по каждой линии сканирования. Таким образом, по сравнению с методом импульсной инверсии преимущества подхода с полосовой фильтрацией включают в себя повышенную частоту кадров и/или меньшую чувствительность к артефактам движения.

В соответствии с вариантом осуществления первого аспекта настоящего изобретения блок выявления выполнен с возможностью выявлять для каждой линии сканирования кривую зависимости частоты от глубины, представляющую взаимосвязь между центральной частотой и глубиной, и выявлять крутизну кривой зависимости частоты от глубины на каждой глубине из упомянутого множества глубин.

Другими словами, кривая зависимости частоты от глубины представляет центральную частоту по отношению к глубине и, следовательно, ее крутизна представляет скорость изменения центральной частоты по глубине.

В соответствии с вариантом осуществления первого аспекта настоящего изобретения кривая зависимости частоты от глубины сглаживается посредством усреднения по второму заданному числу линий ультразвукового сканирования. Например, центральная частота на глубине вдоль линии сканирования на сглаженной кривой зависимости частоты от глубины вычисляется как скользящее окно среднего значения (также известное как скользящее среднее значение) с размером, равным второму заданному числу линий сканирования. Учитывая последовательность выборок, скользящее среднее значение выборки, как известно, определяется как среднее значение всех выборок в пределах окна, содержащего эту выборку.

Посредством упомянутого сглаживания по числу линий ультразвукового сканирования за счет эффекта усреднения могут быть снижены нежелательные искажения, вызванные шумами и/или возмущениями.

В соответствии с вариантом осуществления ультразвуковая система дополнительно содержит блок отображения для формирования ультразвукового изображения, представляющего выявленное изменение центральной частоты по глубине, и для отображения ультразвукового изображения.

Таким образом, рассматривая ультразвуковое изображение, пользователи, такие как врачи или специалисты по ультразвуковой эхографии, могут получить информацию об изменении центральной частоты по глубине и принять решение о том, существует ли газовый карман, основываясь на полученной информации. Например, если наблюдается, что центральная частота резко падает по глубине в некотором местоположении, пользователи могут сделать вывод, что в этом местоположении существует высокая вероятность существования газового кармана.

В соответствии с вариантом осуществления ультразвуковая система дополнительно содержит блок обнаружения для обнаружения газового кармана на основании изменения центральной частоты по глубине, и блок отображения для отображения в ультразвуковом изображении указателя для указания обнаруженного газового кармана.

Таким образом, результаты обнаружения газового кармана напрямую представляются пользователям. Указатель на обнаруженный газовый карман может быть отображен в различных типах ультразвуковых изображений, таких как ультразвуковое изображение в В-режиме (в режиме яркости), ультразвуковое изображение, показывающее изменение центральной частоты по глубине, или их сочетание.

В соответствии с вариантом осуществления вторая гармоническая составляющая получается посредством метода импульсной инверсии, а газовый карман обнаруживается на некоторой глубине, если величина упомянутого изменения центральной частоты по глубине превышает первое заданное пороговое значение на этой глубине. Другими словами, газовый карман может быть обнаружен в случае резкого изменения центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине, тогда как мягкая ткань может быть обнаружена в случае почти линейно изменяющейся центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине.

В соответствии с другим вариантом осуществления вторая гармоническая составляющая получается посредством подхода с полосовой фильтрацией, а блок обнаружения выполнен с возможностью получать первый результат определения, указывающий, образует ли изменение центральной частоты по глубине в некоторой области форму колокола, и определять, присутствует ли газовый карман в упомянутой области, основываясь на первом результате определения. Другими словами, если в некоторой области присутствует газовый карман, то кривая зависимости центральной частоты второй гармонической составляющей от глубины, как ожидается, должна первоначально возрастать на границе этого газового кармана, а затем резко убывать, причем сочетание процессов генерации и передачи образует кривую в форме колокола. Специалист в данной области техники должен понимать, что изменение некоторого параметра образует форму колокола, если этот параметр сначала возрастает, а затем убывает.

В соответствии с пониманием изобретателей настоящего изобретения высокочастотные составляющие созданного эхо-сигнала, в том числе вторая гармоническая составляющая или гармоническая составляющая более высокого порядка, будут становиться более сильными, когда ультразвуковой сигнал попадает на границу газового кармана, а затем резко убывать по глубине из-за повышенного затухания, вызванного тем же самым газовым карманом.

В соответствии с другим вариантом осуществления блок обнаружения выполнен с возможностью определять, присутствует ли газовый карман между первой глубиной и второй глубиной вдоль линии сканирования, основываясь на втором результате определения, причем вторая глубина находится глубже, чем первая глубина, а второй результат определения указывает вдоль упомянутой линии сканирования, больше ли изменение центральной частоты по глубине, чем неотрицательное второе заданное пороговое значение на первой глубине, и меньше ли, чем неположительное третье заданное пороговое значение на второй глубине. В данном примере, как второе заданное пороговое значение, так и третье заданное пороговое значение являются нулевыми. В этом случае газовый карман обнаружен, если положительная крутизна сопровождается отрицательной крутизной на кривой зависимости частоты от глубины, представляющей взаимосвязь между центральной частотой второй гармонической составляющей и глубиной.

В соответствии с вариантом осуществления блок обнаружения выполнен с возможностью получать третий результат определения, указывающий, ниже ли интенсивность ультразвукового эхо-сигнала на первой глубине, чем четвертое пороговое значение, и определять, присутствует ли газовый карман между первой глубиной и второй глубиной, основываясь на втором результате определения и третьем результате определения. В данном примере четвертое пороговое значение определено, основываясь на средней интенсивности ультразвукового эхо-сигнала во всей ИО. Если ультразвуковой эхо-сигнал в некоторой области гораздо ниже средней интенсивности во всей ИО, выявленное изменение центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине может быть настолько сильно загрязнено шумом и/или артефактами, что основанное на нем обнаружение более не достоверно. Таким образом, точность обнаружения может быть улучшена, если обнаружение газового кармана дополнительно основано на интенсивности ультразвукового эхо-сигнала. В различных вариантах осуществления интенсивность ультразвукового эхо-сигнала может быть представлена интенсивностью основной составляющей или второй гармонической составляющей или частотной составляющей ультразвукового эхо-сигнала.

В соответствии с вариантом осуществления второго аспекта настоящего изобретения предлагается способ обнаружения газового кармана. Способ содержит этапы: передачи ультразвукового сигнала к ИО и получения ультразвукового эхо-сигнала, отраженного от ИО, вдоль множества линий сканирования; получения второй гармонической составляющей ультразвукового эхо-сигнала для каждой глубины из множества глубин вдоль каждой линии сканирования из упомянутого множества линий сканирования; и выявления изменения центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине.

Другие задачи и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными и смогут быть легко понятны при обращении к описанию, используемому вместе с сопроводительными чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение здесь и далее будет описано и объяснено более подробно в сочетании с вариантами осуществления и со ссылкой на чертежи, на которых:

Фиг.1 - схема ультразвуковой системы для обнаружения газового кармана в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 - соответствующие нормализованные спектры для регулярного ультразвукового эхо-сигнала и его версии с импульсной инверсией;

Фиг.3a и 3b - типичные кривые зависимости частоты от глубины для газового кармана и нормальной мягкой ткани (печень);

Фиг.4a - серое ультразвуковое изображение в В-режиме для интересующей области (ИО), фиг.4b - цветное параметрическое ультразвуковое изображение ИО, а фиг.4c - цветное параметрическое ультразвуковое изображение с наложением серого ультразвукового изображения в В-режиме;

Фиг.5a - серое ультразвуковое изображение в В-режиме интересующей области (ИО), фиг.5b - цветное параметрическое ультразвуковое изображение ИО, представляющее центральную частоту второй гармонической составляющей, фиг.5c - другое цветное параметрическое ультразвуковое изображение ИО, представляющее крутизну центральной частоты второй гармонической составляющей, фиг.5d - кривая зависимости частоты от глубины вдоль 150-й линии в ультразвуковом изображении с фиг.5b, а фиг.5e - кривая зависимости частоты от глубины на глубине 4 см в ультразвуковом изображении с фиг.5b; и

Фиг.6 - блок-схема последовательности выполнения операций примерного способа обнаружения газового кармана.

Одни и те же ссылочные позиции на чертежах указывают подобные или соответствующие признаки и/или функциональные возможности.

ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ

Настоящее изобретение будет описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления и со ссылкой на определенные чертежи, но изобретение ограничивается не ими, а только формулой изобретения. Описанные чертежи являются только схематичными, а не ограничивающими. Для целей описания на чертежах размеры некоторых элементов могут быть преувеличены и показаны не в масштабе.

На фиг.1 показана схема ультразвуковой системы 100 для обнаружения газового кармана в интересующей области (ИО) в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.1, ультразвуковая система 100 включает в себя ультразвуковой зонд 110 для передачи ультразвукового сигнала к ИО и получения ультразвукового эхо-сигнала, отраженного от ИО. Ультразвуковой эхо-сигнал может быть предварительно обработан, чтобы уменьшить шум и/или артефакты движения.

Предварительно обработанные сигналы связаны с блоком 130 получения. Блок 130 получения выполнен с возможностью получать вторую гармоническую составляющую ультразвукового эхо-сигнала для каждой глубины из множества глубин по линии сканирования в ИО.

В соответствии с вариантом осуществления первого аспекта настоящего изобретения вторая гармоническая составляющая получается посредством метода импульсной инверсии. Как известно специалистам в данной области техники, передача положительного импульса и передача отрицательного импульса выполняются последовательно вдоль каждой линии сканирования, и, соответственно, принимаются две соответствующие РЧ-линии (радиочастотные линии). Версия импульсной инверсии ультразвукового эхо-сигнала является суммой двух РЧ-линий, а именно суммой принятого эхо-сигнала в результате передачи положительного импульса и принятого эхо-сигнала в результате передачи отрицательного импульса. Обычно, когда ультразвуковой сигнал сталкивается с газовым карманом, он поочередно сжимает газовый карман в фазе положительного давления и расширяет его в фазе отрицательного давления. Однако степень, в которой газовые карманы сжимаются во время фазы положительного давления, не соответствует степени расширения в фазе отрицательного давления. Другими словами, сжатие и расширение не симметричны, а значит, возникают гармонические составляющие.

В примерном варианте осуществления принятый ультразвуковой эхо-сигнал содержит необработанный РЧ-сигнал с 512 линиями, собранный вдоль 256 линий сканирования в гармоническом режиме ткани, 256 линий которого являются эхо-сигналами передачи положительных импульсов, а другие 256 линий которого являются эхо-сигналами передачи отрицательных импульсов. Затем из необработанного РЧ-сигнала с 512 линиями выявляют новый РЧ-сигнал с 256 линиями, указывающий версию импульсной инверсии. Новый РЧ-сигнал с 256 линиями затем предварительно обрабатывается, чтобы уменьшить шум и/или артефакты движения.

На фиг.2 показаны соответствующие нормализованные спектры для регулярного ультразвукового эхо-сигнала и его версия импульсной инверсии. Можно видеть, что энергия второй гармонической составляющей, полученной из импульсной инверсии при ширине полосы (2,5-5) МГц, составляет около 70-80% от полной энергии сигнала импульсной инверсии. Поэтому вторая гармоническая составляющая может обычно выбираться в качестве ширины полосы для спектрального анализа.

Получение гармонического изображения основано на передаче на основной частоте и формировании изображения из гармонических составляющих ультразвукового эхо-сигнала, где фильтры используются для удаления основной составляющей. Способ импульсной инверсии может отделить основную составляющую сигнала, отраженного от газового кармана, от гармонических составляющих, даже когда они накладываются друг на друга. При методе импульсной инверсии любая линейная мишень (например, ткань), которая в равной степени реагирует на положительные и отрицательные давления, будет отражать их в равной степени, и соответствующие эхо-сигналы будут взаимно уничтожаться.

Газовые карманы реагируют на положительные и отрицательные давления по-разному и не отражают идентичные инвертированные формы волны. Когда эти эхо-сигналы складываются, они полностью взаимно не уничтожаются. При использовании метода импульсной инверсии граница возможных газовых карманов и темных областей позади газовых карманов становится ясно видна, а также граница другой ткани демонстрирует лучший контраст. Для сравнения традиционные изображения сканирования в В-режиме не показывают очень отчетливо темные области позади газового кармана. Как таковое изображение сканирования в В-режиме для импульсной инверсии (большая вторая гармоническая составляющая) показывает лучший контраст, чем изображение для традиционного ультразвука. Также, для дополнительного нелинейного анализа упомянутая выше вторая гармоническая составляющая может быть получена посредством метода импульсной инверсии.

Примеры сигналов, используемых для дополнительного нелинейного анализа, не ограничиваются вторыми гармоническими составляющими, полученными посредством метода импульсной инверсии. Например, регулярные вторые гармонические составляющие также могут быть выбраны для нелинейного анализа.

В соответствии с другим вариантом осуществления вторая гармоническая составляющая получается посредством подхода с полосовой фильтрацией. В частности, блок 130 получения содержит полосовой фильтр. Альтернативно, блок 130 получения может содержать фильтр нижних частот и фильтр верхних частот.

Как известно специалистам в данной области техники, основная составляющая, вторые гармоники и даже гармоники более высокого порядка (если ширина полосы ультразвукового зонда достаточно широка, чтобы иметь гармоники более высокого порядка) все присутствуют в ультразвуковом эхо-сигнале, и существуют спектры, перекрывающиеся друг с другом между основной составляющей и вторыми гармониками, а также между вторыми гармониками и гармониками более высокого порядка.

В варианте осуществления ультразвуковой эхо-сигнал собирается вдоль каждой линии сканирования, а затем применяется полосовой цифровой фильтр с нижней частотой среза f1 и верхней частотой среза f2, чтобы получить вторую гармоническую составляющую ультразвукового эхо-сигнала. Как альтернатива полосовому цифровому фильтру может быть применен высокочастотный цифровой фильтр с нижней частотой среза f1 и низкочастотный цифровой фильтр с верхней частотой среза f2. Нижняя частота среза и верхняя частота среза могут быть заданы, основываясь на центральной частоте ультразвукового сигнала. В данном примере центральная частота ультразвукового сигнала, передаваемого ультразвуковым зондом, составляет 2 МГц и, следовательно, центральная частота второй гармонической составляющей составляет около 4 МГц. Таким образом, нижняя частота среза f1 может быть установлена в диапазоне от 2,7 МГц до 3,2 МГц, предпочтительно равной 3,0 МГц, а верхняя частота среза f2 может быть установлена в диапазоне от 5,0 МГц до 5,5 МГц, предпочтительно, равной 5,0 МГц.

В примерном варианте осуществления необработанный РЧ-сигнал с 512 линиями собирается вдоль 256 линий сканирования в гармоническом режиме ткани, 256 линий которого являются эхо-сигналами передачи положительных импульсов, а другие 256 линий которого являются эхо-сигналами передачи отрицательных импульсов. 256 линий передачи положительных импульсов или 256 линий передачи отрицательных импульсов выбираются и рассматриваются как новый РЧ-сигнал с 256 линиями. Новый РЧ-сигнал с 256 линиями затем предварительно обрабатывается, чтобы уменьшить шум и/или артефакты движения. После этого блок 50 получения получает вторую гармоническую составляющую из предварительно обработанного нового РЧ-сигнала с 256 линиями.

Возвращаясь к фиг.l, полученная вторая гармоническая составляющая, например версия импульсной инверсии ультразвукового эхо-сигнала, связывается с блоком 140 выявления. Блок 140 выявления выполнен с возможностью выявлять изменение центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине.

Блок 110 обнаружения и блок 140 выявления могут быть осуществлены как единый процессор или отдельные процессоры.

Ультразвуковая система обычно содержит один или более процессоров, таких как сигнальный процессор, связанный с формирователем диаграммы направленности, и процессор B-режима, связанный с сигнальным процессором. Сигнальный процессор может обрабатывать принятые эхо-сигналы различными способами, такими как полосовая фильтрация, децимация, разделение I- и Q-составляющих и разделение гармонических сигналов, которое применяется для разделения линейных и нелинейных сигналов, чтобы позволить идентификацию нелинейных (высших гармоник основной частоты) эхо-сигналов, отраженных от ткани и микропузырьков. Сигнальный процессор может также выполнить дополнительное улучшение сигнала, такое как снижение спекла, объединение сигналов и удаление шума. Полосовой фильтр в сигнальном процессоре может быть следящим фильтром, у которого полоса пропускания скользит от верхней полосы частот к нижней полосе частот по мере того, как эхо-сигналы принимаются с возрастающих глубин, удаляя, таким образом, шум на более высоких частотах с больших глубин, где эти частоты не имеют анатомической информации. Обработанные сигналы связываются с процессором B-режима. Процессор B-режима использует обнаружение амплитуды принятого ультразвукового сигнала для получения изображения структур в теле, таких как ткань органов и сосуды в теле. Изображения в B-режиме структур тела могут быть сформированы либо в режиме гармонического изображения, либо в режиме основного изображения или их сочетании, как описано в патенте США 6283919 (Roundhill и др.) и в патенте США 6458083 (Jago и др.). В различных вариантах осуществления блок 130 обнаружения или блок 140 выявления могут быть осуществлены как часть существующего одного или более процессоров или как отдельный процессор.

Чтобы получить изменение центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине, получают центральную частоту второй гармонической составляющей по глубине вдоль каждой линии сканирования. Как известно специалистам в данной области техники, центральная частота второй гармонической составляющей может быть получена, например, следующим образом. Спектр мощности второй гармонической составляющей получают, используя скользящее окно, имеющее первое заданное количество выборок. Первое заданное количество выборок может колебаться от 50 до 500 выборок. Предпочтительно, первое заданное количество выборок равно 150, то есть, скользящее окно может иметь размер 150 выборок. В данном примере, скользящее окно может перемещать 2 выборки за один раз. Спектр мощности второй гармонической составляющей на каждой глубине может быть вычислен, основываясь на первом заданном количестве выборок, например, при использовании 4096 или 8192 точек БПФ (добавляя нули после первого заданного количества выборок). В данном примере спектр мощности может быть усреднен по числу РЧ-линий, такому как три РЧ-линии, посредством "скользящего среднего значения". После этого центральная частота второй гармонической составляющей вычисляется из спектра мощности. Например, из спектра мощности Pi,d(f) на d-й глубине вдоль l-й линии сканирования, центральная частота fi.dcenter на d-й глубине вдоль l-й линии сканирования вычисляется как:

Так как затухание/уменьшение центральной частоты за счет газового кармана на конкретной глубине, как предполагается, должно быть больше, чем за счет мягкой ткани на той же самой глубине, изменение центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине может быть использовано для указания на существование газового кармана. Например, газовый карман может быть обнаружен в случае резко изменившейся центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине, тогда как мягкая ткань может быть обнаружена в случае почти линейного изменения центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине.

В аспекте кривая зависимости частоты от глубины для линии сканирования из числа множества линий сканирования в ИО может быть выявлена путем определения центральной частоты второй гармонической составляющей для каждой глубины линии сканирования. Такая кривая зависимости частоты от глубины для линии сканирования может представить взаимосвязь между центральной частотой второй гармонической составляющей и глубиной и, таким образом, представить изменение центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине.

Аналогично может быть получена другая кривая зависимости частоты от глубины для другой линии сканирования из упомянутого множества линий сканирования в ИО и так далее. В результате для каждой линии сканирования из упомянутого множества линий сканирования в ИО может быть выявлена соответствующая кривая зависимости между частотой и глубиной. Также может быть установлена карта зависимости частоты от глубины для ИО, основываясь на всех или на части кривых зависимости частоты от глубины для упомянутого множества линий сканирования в ИО.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения кривая или карта зависимости частоты от глубины может быть сглажена посредством усреднения по второму заданному числу линий сканирования. Например, может также быть применена функция сглаживания, такая как функция скользящего среднего значения (также называемая функцией среднего значения скольжения). Предпочтительно, второе заданное число находится в диапазоне между 2 и 50 линиями. Например, второе заданное число линий сканирования может быть выбрано равным 50 линиям.

Две типичные кривые зависимости частоты от глубины показаны на фиг.3a и фиг.3b, где взаимосвязь между центральной частотой второй гармонической составляющей и глубиной может быть представлена такой кривой зависимости частоты от глубины. В примерах, показанных на фиг.3a и фиг.3b, вторую гармоническую составляющую получают посредством метода импульсной инверсии.

Возвращаясь к фиг.l, блок 140 выявления связывается с блоком 150 обнаружения. Блок 150 обнаружения выполнен с возможностью обнаруживать газовый карман, основываясь на изменении центральной частоты второй гармонической составляющей в направлении глубины. Блок 130 обнаружения, блок 140 выявления и блок обнаружения могут быть реализованы как единый процессор или отдельные процессоры.

Блок 160 отображения связан с блоком 140 выявления. Блок 160 отображения выполнен с возможностью формирования ультразвукового изображения, представляющего выявленное изменение центральной частоты второй гармонической составляющей по глубине.

Дополнительно или альтернативно, блок 160 отображения связан с блоком 150 обнаружения и выполнен с возможностью отображения в ультразвуковом изображении указателя для указания обнаруженного газового кармана. Ультразвуковое изображение может быть различных типов, таких как ультразвуковое изображение в В-режиме, ультразвуковое изображение, представляющее изменение центральной частоты по глубине, или их сочетание. Ультразвуковое изображение в В-режиме может предст