超分辨率超声成像方法和超声成像系统与流程

1.本发明涉及超声成像技术领域，更具体地涉及一种超分辨率超声成像方法和超声成像系统。


背景技术：

2.超声造影成像作为一项能对病灶及其组织血流灌注情况进行实时动态观测的新技术，在肝癌、甲状腺癌和乳腺癌等恶性疾病的诊断中扮演着日益重要的角色，成为临床评价血流循环和灌注的必要检查方法。
3.然而，由于超声波在远场面临衍射极限的限制，导致临床常规超声造影显示微血管结构细节的能力有限，因此无法分辨直径小于半波长的微小血管。超分辨率造影成像是一种具有超高空间分辨率的新型成像方法，通过借鉴光学超分辨成像中的荧光显微定位技术原理，可通过定位与跟踪孤立微泡而获得空间分辨率为数十微米的图像。因此，超分辨率造影成像技术有望解决微血管显示的难题，成为观察微血流的有力工具，因而成为肿瘤、不同组织器官的微血流灌注及斑块新生血管等领域的临床前研究的热点。然而，由于超分辨率造影成像的原始数据采集时间长，数据计算量大，无法实时完成计算等原因，使得超分辨率超声成像还仅仅停留在学术文章或实验室研究中，尚未投入到临床应用。


技术实现要素：

4.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
5.本发明实施例一方面提供了种超分辨率超声成像方法，所述方法包括：
6.在常规造影成像模式下，以第一帧率向含有造影微泡的目标组织发射第一超声波，接收所述第一超声波的第一超声回波信号，并根据所述第一超声回波信号实时生成并显示第一造影图像；其中所述第一造影图像反映出的造影微泡灌注状态用于确定模式切换时间；
7.基于所述模式切换时间，将造影成像模式从所述常规造影模式切换为超分辨率造影成像模式，以第二帧率向所述目标组织发射第二超声波，接收所述第二超声波的第二超声回波信号，并根据所述第二超声回波信号生成并显示第二造影图像；
8.在显示所述第二造影图像的同时，对所述第二超声回波信号进行超分辨率数据处理，以得到超分辨率图像，所述超分辨率数据处理包括对所述目标组织内的造影微泡进行定位和跟踪，以根据所述造影微泡的位置信息生成所述超分辨率图像；
9.显示所述超分辨率图像。
10.在一个实施例中，所述第二帧率高于所述第一帧率。
11.在一个实施例中，所述方法还包括：在对所述第二超声回波信号进行超分辨率数据处理的过程中，显示所述超分辨率数据处理的处理进度。
12.在一个实施例中，所述方法还包括：对所述超分辨率图像进行定量分析，并显示所述定量分析的分析结果。
13.在一个实施例中，所述对所述超分辨率图像进行定量分析，包括：响应于启动所述定量分析的操作指令，对所述超分辨率图像进行所述定量分析。
14.在一个实施例中，所述对所述超分辨率图像进行定量分析，包括：对血管形态学参数进行定量分析，和/或对血流动力学参数进行定量分析。
15.在一个实施例中，所述基于所述模式切换时间，将造影成像模式从所述常规造影模式切换为超分辨率造影成像模式，包括：根据所述第一造影图像识别造影微泡灌注状态；将识别到所述造影微泡灌注状态满足预设要求的时间确定为所述模式切换时间。
16.在一个实施例中，还包括在所述常规造影成像模式下，显示代表超分辨率造影成像模式的标识；所述将造影成像模式从所述常规造影模式切换为超分辨率造影成像模式，包括：响应于对所述代表超分辨率造影成像模式的标识的选择指令，将造影成像模式从所述常规造影成像模式切换为所述超分辨率造影成像模式。
17.在一个实施例中，所述方法还包括在将造影成像模式从所述常规造影模式切换为所述超分辨率造影成像模式后，显示超分辨率造影成像模式下的操作标识，所述超分辨率造影成像模式下的操作标识包括以下至少一项：用于开始和/或结束采集所述第二超声回波信号的操作标识，以及用于对所述超分辨率图像进行定量分析的操作标识。
18.在一个实施例中，所述显示所述超分辨率图像包括：在同一显示界面上分别显示所述超分辨率图像和所述目标组织的其他超声图像，所述其他超声图像包括以下至少一种：所述第二造影图像、与所述第二造影图像对应的组织参考图像、灰阶图像、最大强度投影图像。
19.在一个实施例中，所述显示所述超分辨率图像包括：将所述超分辨率图像叠加显示在所述目标组织的其他超声图像上，所述其他超声图像包括以下至少一种：所述第二造影图像、与所述第二造影图像对应的组织参考图像、灰阶图像、最大强度投影图像。
20.在一个实施例中，所述方法还包括响应于接收到的操作指令调节所述超分辨率图像的透明度。
21.在一个实施例中，所述方法还包括：响应于接收到的操作指令调节所述超分辨率图像和/或所述其他超声图像的显示位置。
22.在一个实施例中，所述根据所述第二超声回波信号生成并显示第二造影图像，包括：从所述第二超声回波信号中抽取部分数据帧，根据所述部分数据帧生成并显示所述第二造影图像。
23.在一个实施例中，所述从所述第二超声回波信号中抽取部分数据帧，根据所述部分数据帧生成并显示所述第二造影图像，包括：根据所述第一帧率抽取所述部分视频帧，使得所述第一造影图像和所述第二造影图像的播放帧率的偏差小于预设阈值。
24.在一个实施例中，所述在显示所述第二造影图像的同时，对所述第二超声回波信号进行超分辨率数据处理，包括：在对所述第二超声回波信号进行超分辨率数据处理的过程中，冻结显示所述第二造影图像。
25.在一个实施例中，所述超分辨率图像包括以下至少一种：超分辨率密度图像、超分辨率速度图像、超分辨率角度图像和超分辨率密度方向图像。
26.本发明实施例第二方面提供一种超分辨率超声成像方法，所述方法包括：
27.向含有造影微泡的目标组织发射超声波，并接收所述超声波的超声回波信号；
28.在采集所述超声回波信号的过程中，根据所述超声回波信号生成并显示造影图像；
29.在显示所述造影图像的同时，对所述超声回波信号进行超分辨率数据处理，以得到超分辨率图像，所述超分辨率数据处理包括对所述目标组织内的造影微泡进行定位和跟踪，以根据所述造影微泡的位置信息生成所述超分辨率图像；
30.显示所述超分辨率图像。
31.在一个实施例中，所述方法还包括：在对所述超声回波信号进行超分辨率数据处理的过程中，显示所述超分辨率数据处理的处理进度。
32.在一个实施例中，所述方法还包括：对所述超分辨率图像进行定量分析，并显示所述定量分析的分析结果。
33.在一个实施例中，所述显示所述超分辨率图像包括：在同一显示界面上分别显示所述超分辨率图像和所述目标组织的其他超声图像，或者，将所述超分辨率图像叠加显示在所述目标组织的其他超声图像上；所述其他超声图像包括以下至少一种：所述造影图像、与所述造影图像对应的组织参考图像、灰阶图像、最大强度投影图像。
34.所述根据所述超声回波信号实时生成并显示所述造影图像，包括：从所述第二超声回波信号中抽取部分数据帧，根据所述部分数据帧实时生成并显示所述造影图像。
35.本发明实施例第三方面提供一种超声成像系统，所述超声成像系统包括：超声探头，所述超声探头包括多个换能器阵元，所述多个换能器阵元排布为二维阵列；发射电路，用于激励所述超声探头向含有造影微泡的目标组织发射超声波；接收电路，用于控制所述超声探头接收所述超声波的回波，以得到超声回波信号；处理器，用于执行如上所述的超分辨率超声成像方法，以得到超分辨率图像；显示器，用于显示所述超分辨率图像。
36.本发明实施例的超分辨率超声成像方法和超声成像系统在采集用于超分辨数据处理的超声回波信号时，生成并显示第二造影图像，便于用户观察当前微泡灌注状态，使用户可以对超分辨率图像和第二造影图像进行观察对比，增强超分辨率造影成像结果的可靠性，以及获得更多诊断信息。
附图说明
37.通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
38.图1示出根据本发明一个实施例的超声成像系统的结构框图；
39.图2示出根据本发明一个实施例的超分辨率超声成像方法的示意性流程图；
40.图3示出根据本发明一个实施例的常规造影成像模式下的显示界面的示意图；
41.图4示出根据本发明一个实施例的超分辨率造影成像模式下的显示界面的示意图；
42.图5示出根据本发明一个实施例的分别显示超分辨率图像和其他超声图像的示意
图；
43.图6示出根据本发明一个实施例的叠加显示超分辨率图像和组织参考图像的示意图；
44.图7示出根据本发明另一个实施例的超分辨率超声成像方法的示意性流程图；
45.图8示出根据本发明一个实施例的造影成像模式下的显示界面的示意图。
具体实施方式
46.为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。
47.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
48.应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。
49.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
50.为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
51.下面，首先参考图1描述根据本发明一个实施例的超声成像系统，图1示出了根据本发明实施例的超声成像系统100的示意性结构框图。
52.如图1所示，超声成像系统100包括超声探头110、发射电路112、接收电路114、处理器116和显示器118。进一步地，超声成像系统还可以包括发射/接收选择开关120和波束合成模块122，发射电路112和接收电路114可以通过发射/接收选择开关120与超声探头110连接。
53.超声探头110包括多个换能器阵元，多个换能器阵元排布成二维阵列，多个换能器阵元也可以构成凸阵列。换能器阵元用于根据激励电信号发射超声波，或将接收的超声波转换为电信号，因此每个换能器阵元可用于实现电脉冲信号和超声波的相互转换，从而实现向被测对象的目标区域的组织发射超声波、也可用于接收经组织反射回的超声波回波。
54.在进行超声成像时，可以通过发射序列和接收序列控制哪些换能器阵元用于发射
超声波，哪些换能器阵元用于接收超声波，或者控制换能器阵元分时隙用于发射超声波或接收超声波的回波。参与超声波发射的换能器阵元可以同时被电信号激励，从而同时发射超声波；或者，参与超声波束发射的换能器阵元也可以被具有一定时间间隔的若干电信号激励，从而持续发射具有一定时间间隔的超声波。
55.在超声成像过程中，发射电路112根据处理器116的控制产生发射序列，发射序列用于控制多个换能器阵元中的部分或者全部向目标组织发射超声波。发射序列参数包括发射用的换能器阵元位置数量和超声波束发射参数，例如幅度、频率、发射次数、发射间隔、发射角度、波型、聚焦位置等。一些情况下，发射电路112还用于对发射的波束进行相位延迟，使不同的换能器阵元按照不同的时间发射超声波，以便各发射超声波束能够在预定的感兴趣区域聚焦。不同成像模式对应的发射序列参数可能不同，超声回波信号经接收电路114接收并经后续的模块和相应算法处理后，可以生成不同成像模式的超声图像。
56.接收电路114可以包括一个或多个放大器、模数转换器等。放大器用于在适当增益补偿之后放大所接收到的超声回波信号，模数转换器用于对模拟回波信号按预定的时间间隔进行采样，从而转换成数字化的信号，数字化后的回波信号依然保留有幅度信息、频率信息和相位信息。接收电路114将超声回波信号发送至波束合成模块122进行处理。
57.波束合成模块122对超声回波信号进行聚焦延时、加权和通道求和等处理，然后送入处理器116。处理器116对超声回波信号进行信号检测、信号增强、数据转换、对数压缩等处理形成超声图像。处理器116得到的超声图像可以在显示器118上显示，也可以存储于存储器124中。
58.可选地，处理器116可以实现为软件、硬件、固件或其任意组合，并且可以使用单个或多个专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、单个或多个通用集成电路、单个或多个微处理器、单个或多个可编程逻辑器件、或者前述电路和/或器件的任意组合、或者其他适合的电路或器件。并且，处理器116可以控制所述超声成像系统100中的其它组件以执行本说明书中的各个实施例中的方法的相应步骤。
59.显示器118与处理器116连接，显示器118可以为触摸显示屏、液晶显示屏等；或者，显示器118可以为独立于超声成像系统100之外的液晶显示器、电视机等独立显示器；或者，显示器118可以是智能手机、平板电脑等电子设备的显示屏，等等。其中，显示器118的数量可以为一个或多个。
60.显示器118可以显示处理器116得到的超声图像。此外，显示器118在显示超声图像的同时还可以提供给用户进行人机交互的图形界面，在图形界面上设置一个或多个被控对象，提供给用户利用人机交互装置输入操作指令来控制这些被控对象，从而执行相应的控制操作。例如，在图形界面上显示图标，利用人机交互装置可以对该图标进行操作，用来执行特定的功能，例如在超声图像上绘制出感兴趣区域框等。
61.可选地，超声成像系统100还可以包括显示器118之外的其他人机交互装置，其与处理器116连接，例如，处理器116可以通过外部输入/输出端口与人机交互装置连接，外部输入/输出端口可以是无线通信模块，也可以是有线通信模块，或者两者的组合。外部输入/输出端口也可基于usb、如can等总线协议、和/或有线网络协议等来实现。
62.其中，人机交互装置可以包括输入设备，用于检测用户的输入信息，该输入信息例如可以是对超声波发射/接收时序的控制指令，可以是在超声图像上绘制出点、线或框等的
操作输入指令，或者还可以包括其他指令类型。输入设备可以包括键盘、鼠标、滚轮、轨迹球、移动式输入设备(例如带触摸显示屏的移动设备、手机等等)、多功能旋钮等等其中之一或者多个的结合。人机交互装置还可以包括诸如打印机之类的输出设备。
63.超声成像系统100还可以包括存储器124，用于存储处理器执行的指令、存储接收到的超声回波、存储超声图像，等等。存储器可以为闪存卡、固态存储器、硬盘等。其可以为易失性存储器和/或非易失性存储器，为可移除存储器和/或不可移除存储器等。
64.应理解，图1所示的超声成像系统100所包括的部件只是示意性的，其可以包括更多或更少的部件。本发明对此不限定。
65.下面，将参考图2描述根据本发明实施例的超分辨率超声成像方法。图2是本发明实施例的超分辨率超声成像方法200的一个示意性流程图。
66.如图2所示，本发明一个实施例的超分辨率超声成像方法200包括如下步骤：
67.在步骤s210，在常规造影成像模式下，以第一帧率向含有造影微泡的目标组织发射第一超声波，接收所述第一超声波的第一超声回波信号，并根据所述第一超声回波信号实时生成并显示第一造影图像，其中，所述第一造影图像反映出的微泡灌注状态用于确定模式切换时间；
68.在步骤s220，基于所述模式切换时间，将造影成像模式从所述常规造影模式切换为超分辨率造影成像模式，以第二帧率向所述目标组织发射第二超声波，接收所述第二超声波的第二超声回波信号，并根据所述第二超声回波信号生成并显示第二造影图像；
69.在步骤s230，在显示所述第二造影图像的同时，对所述第二超声回波信号进行超分辨率数据处理，以得到超分辨率图像，所述超分辨率数据处理包括对所述目标组织内的造影微泡进行定位和跟踪，以根据所述造影微泡的位置信息生成所述超分辨率图像；
70.在步骤s240，显示所述超分辨率图像。
71.根据本发明实施例的超分辨率超声成像方法200，在采集用于超分辨数据处理的超声回波信号时，生成并显示第二造影图像，便于用户观察当前微泡灌注状态，使用户可以对超分辨率图像和第二造影图像进行观察对比，增强超分辨率造影成像结果的可靠性，以及获得更多诊断信息。
72.具体地，在步骤s210，首先进入常规造影成像模式，以第一帧率采集第一超声回波信号，并根据第一超声回波信号实时生成并显示第一造影图像。示例性地，在进入常规造影成像模式前，可以先进入灰阶成像模式，在灰阶成像模式下观察到目标组织后，启动造影成像模式，此时将一定剂量的事先配置好的造影剂注入病人体内，等待造影剂灌注到目标组织。
73.示例性地，参见图3，在造影成像模式下，显示界面上可以显示计时器的操作控件，在注入造影剂的同时用户点击计时器，并启动后向存储，对扫查切面进行动态的造影成像从而生成造影视频图像，造影视频图像包括多帧第一造影图像。
74.其中，造影剂为包含造影微泡的溶液，具有高回声性，即反射超声波的能力。造影微泡中的气体与人体组织的回声性存在很大差异，因此，含有造影微泡的部位能够产生由于高回声差异而具有较高对比度的超声图像。造影成像包括提取超声回波信号中的造影剂回波成分并抑制组织的回波成分。其中，可以采用不同的滤波器提取不同的信号成分。由组织反射生成的信号成分为超声回波信号中的线性成分，反映了组织结构特征，称为组织信
号，由造影剂反射得到的信号成分为超声回波信号中的非线性成分，反映了造影剂微泡的信息，称为造影信号。通过对线性成分和非线性成分分别进行解调、求包络、动态范围变换等信号处理可以得到组织参考图像和造影图像。在显示第一造影图像的同时，还可以在显示界面上显示组织参考图像。
75.第一造影图像能够反映造影微泡的灌注状态，基于第一造影图像反映出的造影微泡灌注状态可用于确定模式切换时间。例如，继续参照图3，在常规造影成像模式下，可以在显示界面上显示代表超分辨率造影成像模式的标识；用户可以在第一造影图像下观察微泡灌注状态，确认采集时机后，对代表超分辨率造影成像模式的标识进行选择，超声成像系统响应于对代表超分辨率造影成像模式的标识的选择指令，将造影成像模式从常规造型造影成像模式切换为超分辨率造影成像模式。此时，显示界面可以从图3所示的显示界面切换为图4所示的显示界面，通过对代表超分辨率造影成像模式的标识进行区别化显示，表示当前已进入超分辨率造影成像模式。此外，还可以在显示界面上显示超分辨率造影成像模式下的操作标识，例如用于开始和/或结束采集第二超声回波信号的操作标识，以及用于对超分辨率图像进行定量分析的操作标识等。
76.或者，也可以由超声成像系统根据第一造影图像反映出的造影微泡灌注状态，自动确定模式切换时间，超声成像系统可以根据第一造影图像识别造影微泡灌注状态，将识别到造影微泡灌注状态满足预设要求的时间确定为模式切换时间。例如，超声成像系统可以对造影剂灌注过程中采集到的第一造影图像进行持续监测，当检测到造影微泡灌注到目标组织时，将该时间确定为模式切换时间。或者，可以检测第一造影图像的造影强度，当造影强度高于预设阈值时，认为造影微泡灌注状态达到要求，并将此时间确定为模式切换时间。
77.在步骤s220，将造影成像模式从常规造影模式切换为超分辨率造影成像模式，在超分辨造影成像模式下，以第二帧率采集第二超声回波信号，并根据第二超声回波信号生成并显示第二造影图像。以及，在步骤s230，在显示第二造影图像的同时，对第二超声回波信号进行超分辨率数据处理，以得到超分辨率图像。在超分辨率造影成像模式下，在采集用于超分辨数据处理的第二超声回波信号时，根据第二超声回波信号生成并显示第二造影图像，便于用户根据第二造影图像观察当前微泡灌注状态，确定完成第二超声回波信号的采集的时间，增强超分辨率造影成像结果的可靠性。
78.较佳地，第二帧率高于第一帧率。第二帧率可以是超高帧率，例如，可以达到每秒100帧以上。为了完成超分辨率造影成像，需要对足够多的造影微泡定位结果进行累积。为此，本发明实施例采用较高帧率采集第二超声回波信号，可以在更短的时间内获得更多的造影微泡定位结果，并进行累积以得到超分辨率图像，从而减少了超分辨率造影成像所需的时间，增强了超分辨率图像的时间分辨率。在其他实施例中，第二帧率和第一帧率也可以相同，此时可以通过延长采集时间来获得良好的超分辨率造影成像结果。
79.示例性地，可以根据用户的操作指令提取用于进行超分辨率数据处理的第二回波信号；继续参照图4，在超分辨率造影成像模式下，在显示界面上显示超分辨率数据采集的操作控件，用户首次点击该操作控件时，可以点亮该操作控件，并开始采集用于进行超分辨率数据采集的第二超声回波信号；用户再次点击该操作控件时，操作控件熄灭，即完成用于进行超分辨率数据处理的第二超声回波信号的采集，开始基于采集到的第二超声回波信号
进行超分辨率数据处理。
80.或者，也可以自动开始或停止超分辨率造影成像的数据采集，例如，可以在采集时间达到预设时间时停止数据采集。用户可以根据计时器设置采集用于进行超分辨率造影成像的第二回波信号所需的时长。
81.超分辨率数据处理包括对目标组织内的造影微泡进行定位和跟踪，以根据造影微泡的位置信息生成超分辨率图像。示例性地，超分辨率数据处理具体包括识别并定位每帧超声数据中、每个造影微泡的位置，并跟踪造影微泡在不同帧超声数据中的位置变化。具体地，可以确定造影微泡在多帧超声数据中的位置信息和信号强度信息。其中，由于每个造影微泡会覆盖多个采样点，可以采用造影微泡的质心位置作为造影微泡的位置信息。通过在多帧超声数据中跟踪造影微泡，可以确定每个造影微泡移动的距离和方向，进而确定微泡信号在多帧超声数据中产生的帧间位移信息。
82.根据多个造影微泡的位置信息和信号强度信息，可以得到反映目标组织的微血管形态和分布的超分辨率密度图像。具体地，可以将采集到的多个信号强度信息，依据对应的多个位置信息进行累加，从而形成超分辨率密度图像。超分辨率密度图像可以通过不同灰度反映不同的造影微泡密度，也可以通过对造影微泡密度进行采用颜色编码，通过颜色编码反映造影微泡密度。
83.或者，可以根据多个帧间位移信息和第二帧率，得到成像目标的微血流速度图像。具体的，超声成像装置根据多个帧间位移数据和帧率，得到造影微泡的速度数据；之后，根据速度数据得到反映微血管的血流速度大小的超分辨率速度图像，根据超分辨率速度图像还可以观察微血管的血流分布。
84.示例性地，可以对速度信息进行彩色编码，以得到超分辨率速度图像。在同样的帧率下，造影微泡的帧间位移大小代表造影微泡运动速度的快慢，将单个造影微泡的帧间位移量用不同颜色表示并进行累积，即可得到超分辨率速度图像。
85.此外，超分辨率数据处理得到的超分辨率图像还可以包括超分辨率角度图像、超分辨率密度方向图像等。超分辨率角度图像能够显示微血流的速度方向，其中可以通过不同颜色表示不同方向，角度为正表示血流流向超声探头，角度为负表示血流远离超声探头。超分辨率密度方向图像可以视为双方向显示的超分辨率密度图像，其能够同时显示造影微泡的密度和血流方向，例如，红色表示流向超声探头(upward flow)，且红色的深浅表示造影微泡密度的大小；蓝色表示远离超声探头(downward flow)，且蓝色的深浅表示造影微泡密度的大小。
86.需要说明的是，本发明实施例的超分辨率数据处理可以生成超分辨率密度图像、超分辨率速度图像、超分辨率角度图像和超分辨率密度方向图像中的至少一种，也可以通过对造影微泡的定位和跟踪生成其他形式的超分辨率图像。并且，本发明实施例对于对造影微泡进行定位和跟踪、以及根据定位和跟踪的结果生成超分辨率图像的具体算法不做限制。
87.由于超分辨数据处理主要对多帧超声数据中的造影微泡进行定位和跟踪，所需的处理时间较长，因此，在对第二超声回波信号进行超分辨率数据处理的过程中，还可以在显示界面上显示超分辨率数据处理的处理进度，以提示用户剩余的处理时间。例如，可以以进度条的形式显示超分辨率数据处理的处理进度，或者，可以采用百分比的形式或其他任何
合适的方式显示超分辨率数据处理的处理进度。
88.根据本发明实施例，在对第二超声回波信号进行超分辨数据处理的过程中，还根据第二超声回波信号生成并显示第二造影图像。其中，生成第二造影图像的方法与生成第一造影图像的方法相同，即可以通过提取造影微泡产生的非线性散射信号，获得第二造影图像，其具体细节可以参照上文，在此不做赘述。可选地，在生成第二造影图像时，还可以通过从第二超声回波信号中提取组织线性散射信号，生成与第二造影图像对应的组织参考图像。
89.由于常规的造影成像所需的数据量少于超分辨率造影成像，因此，若第二帧率高于第一帧率，则可以采用抽帧的方式生成第二造影图像，即从第二超声回波信号中抽取部分数据帧，根据抽取的部分数据帧生成并显示第二造影图像，以避免浪费过多的运算资源。
90.进一步地，在从第二超声回波信号中抽取部分数据帧时，可以根据第一帧率对第二超声回波信号抽取部分视频帧，以使得两者的成像帧率关联。
91.进一步地，在从第二超声回波信号中抽取部分数据帧时，可以根据第一帧率对第二超声回波信号抽取部分视频帧，使得所述第一造影图像和所述第二造影图像的播放帧率的偏差小于预设阈值，例如使得使二者的播放帧率相同或相差较小，使得从常规造影模式切换为超分辨率造影成像模式的过程中，第一造影图像和第二造影图像的视觉效果更为流畅。
92.或者，在从第二超声回波信号中抽取部分数据帧以生成第二造影图像时，可以使得第二造影图像的帧率小于第一造影图像的帧率，以减少生成第二造影图像所需的运算资源。进一步地，在对第二超声回波信号进行超分辨率数据处理的过程中，还可以冻结显示第二造影图像，而不再实时生成并显示第二造影图像，从而将更多的运算资源投入到超分辨数据处理中，缩短超分辨数据处理的处理时间。
93.在生成超分辨率图像之后，在步骤s240，显示超分辨率图像。如上所述，超分辨率图像可以包括超分辨率密度图像、超分辨率速度图像等多种，可以将多种超分辨率图像同时显示，或者，也可以根据接收到的用户输入的选择指令，选择其中部分超分辨率图像进行显示。可选地，用户选择超分辨率图像的操作也可以在超分辨率数据处理之前进行，以减少不必要的运算量。
94.示例性地，在显示超分辨率图像时，可以循环播放超分辨率图像，即动态呈现超分辨率图像的生长过程，从而使用户能够实时观察造影微泡的灌注状态。超分辨率造影成像是通过定位并跟踪孤立的造影微泡，并沿时间维度进行累积，因此循环播放的方式可以重复呈现微血管从稀疏到浓密的生长过程，并呈现微泡到达顺序。当显示多种超分辨率图像时，可以将多种超分辨率在时间维度上对齐显示或依次显示。
95.在显示超分辨率图像的同时，还可以同时显示目标组织的其他超声图像。其中，目标组织的其他超声图像包括以下至少一种：与超分辨率图像同时生成的第二造影图像、与第二造影图像对应的组织参考图像、灰阶图像和最大强度投影图像。其中，灰阶图像也称为b图像，所显示的灰阶图像可以是进入造影成像模式前，在灰阶成像模式下生成的目标组织的灰阶图像。最大强度投影图像是通过对当前造影图像与之前多帧造影图像进行比较，每个像素点保留多帧造影图像中最大的像素值，将其显示在当前造影图像中所得的图像，其优势是能够记录和显像在一段时间内造影微泡在微小血管内的流动轨迹来显像微小血管
结构。目标组织的其他超声图像还可以包括第一造影图像。通过同屏显示多种超声图像，能够使各种超声图像相互补充，弥补单一超声图像的局限性，提供目标组织全方位多角度的信息。
96.在将超分辨率图像与其他超声图像同屏显示时，可以在同一显示界面上分别显示超分辨率图像和目标组织的其他超声图像，图像间不进行混合叠加处理。或者，也可以将超分辨率图像叠加显示在目标组织的其他超声图像上，类似于将彩色血流图像叠加在组织结构图像上进行显示。
97.参见图5，当采用相互独立的显示方式时，可以在显示界面的图像显示区以平铺的形式同时显示超分辨率图像和目标组织的其他超声图像，图像间不进行混合叠加。独立显示的显示结果较为灵活，可以允许用户自由选择要显示的超声图像。另外，显示界面上显示的超声图像的位置、数量、大小等均允许用户自由调节，可以响应于接收到的操作指令调节超分辨率图像和/或其他超声图像的显示位置、数量、大小等。
98.参见图6，当采用叠加显示的方式时，可以将超分辨率图像以半透明的形式叠加显示在其他超声图像上，超分辨率图像的透明度可调，可以响应于接收到的操作指令调节超分辨率图像的透明度。用户可以通过显示界面上的操作控件自由选择用于与超分辨率图像进行叠加的超声图像，以及调节显示界面上显示的超声图像的位置、数量、大小等。
99.进一步地，在得到超分辨图像之后，还可以对超分辨率图像进行定量分析，并显示定量分析的分析结果。如上所述，在超分辨率造影成像模式下，可以在显示界面上显示用于对超分辨率图像进行定量分析的操作标识，可以通过该操作表示接收启动定量分析的操作指令；响应于启动定量分析的操作指令，对超分辨率图像进行定量分析，并呈现定量分析的分析结果，辅助用户进行诊断。
100.示例性地，对超分辨率图像进行定量分析包括对血管形态学参数进行定量分析、或对血流动力学参数进行定量分析。其中，血管形态学参数包括血管直径、血管密度、血管迂曲度等，血流动力学参数包括平均血流速度、血流量等。例如，可以通过对超分辨率图像进行图像识别和分割得到血管直径、血管密度、血管迂曲度等血管形态学参数，根据微泡运动速度可以得到血流速度、血流量等血流动力学参数。本发明实施例对定量分析的具体算法不做限制。
101.综上所述，本发明实施例的超分辨率超声成像方法200在采集用于超分辨数据处理的超声回波信号时，生成并显示第二造影图像，便于用户观察当前微泡灌注状态，使用户可以对超分辨率图像和第二造影图像进行观察对比，增强超分辨率造影成像结果的可靠性，以及获得更多诊断信息。
102.下面，将参考图7描述根据本发明另一实施例的超分辨率超声成像方法。图7是本发明实施例的超分辨率超声成像方法700的一个示意性流程图。
103.如图7所示，本发明一个实施例的超分辨率超声成像方法700包括如下步骤：
104.在步骤s710，向含有造影微泡的目标组织发射超声波，并接收所述超声波的超声回波信号；
105.在步骤s720，在采集所述超声回波信号的过程中，根据所述超声回波信号生成并显示造影图像；
106.在步骤s730，在显示所述造影图像的同时，对所述超声回波信号进行超分辨率数
据处理，以得到超分辨率图像，所述超分辨率数据处理包括对所述目标组织内的造影微泡进行定位和跟踪，以根据所述造影微泡的位置信息生成所述超分辨率图像；
107.在步骤s740，显示所述超分辨率图像。
108.类似于超分辨率超声成像方法200，超分辨率超声成像方法700在根据超声回波信号进行超分辨率数据处理时，生成并显示造影图像，使用户可以根据造影图像观察造影微泡的灌注状态。示例性地，参见图8，用户可以在造影成像模式下，选择开始进行超分辨率造影成像的数据采集，完成数据采集后，开始进行超分辨数据处理，并同时显示造影图像，而无需如超分辨率超声成像方法200中根据第一造影图像反映出的造影微泡灌注状态切换造影成像模式。除此之外，超分辨率超声成像方法200的许多具体细节可以应用于超分辨率超声成像方法700中。
109.示例性地，在根据超声回波信号实时生成并显示造影图像时，可以采用抽帧的方式，从超声回波信号中抽取部分数据帧，根据部分数据帧实时生成并显示造影图像。
110.示例性地，在对超声回波信号进行超分辨率数据处理的过程中，可以在显示界面上显示超分辨率数据处理的处理进度。在完成超分辨率数据处理后，可以对超分辨率图像进行定量分析，并显示定量分析的分析结果。其中，可以响应于启动定量分析的操作指令开始进行定量分析，也可以在完成数据处理后直接执行定量分析。
111.示例性地，在显示超分辨率图像时，可以在同一显示界面上分别显示超分辨率图像和目标组织的其他超声图像，或者，也可以将超分辨率图像叠加显示在目标组织的其他超声图像上。其中，超分辨率图像包括以下至少一种：超分辨率密度图像、超分辨率速度图像、超分辨率角度图像和超分辨率密度方向图像；其他超声图像包括以下至少一种：造影图像、与造影图像对应的组织参考图像、灰阶图像、最大强度投影图像。
112.本发明实施例的超分辨率超声成像方法700在采集用于超分辨数据处理的超声回波信号时，生成并显示造影图像，便于用户观察当前微泡灌注状态，使用户可以对超分辨率图像和造影图像进行观察对比，增强超分辨率造影成像结果的可靠性，以及获得更多诊断信息。
113.本发明实施例还提供一种超声成像系统，用于实现上述的超分辨率超声成像方法200或超分辨率超声成像方法700。现在重新参照图1，该超声成像系统可以实现为如图1所示的超声成像系统100，超声成像系统100可以包括超声探头110、发射电路112、接收电路114、处理器116以及显示器118，可选地，超声成像系统100还可以包括发射/接收选择开关120和波束合成模块122，发射电路112和接收电路114可以通过发射/接收选择开关120与超声探头110连接，各个部件的相关描述可以参照上文的相关描述，在此不做赘述。
114.以上仅描述了超声成像系统各部件的主要功能，更多细节参见对超分辨率超声成像方法200和超分辨率超声成像方法700进行的相关描述。本发明实施例的超声成像系统在采集用于超分辨数据处理的超声回波信号时，生成并显示造影图像，便于用户观察当前微泡灌注状态，使用户可以对超分辨率图像和造影图像进行观察对比，增强超分辨率造影成像结果的可靠性，以及获得更多诊断信息。
115.尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本发明的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本发明的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求
所要求的本发明的范围之内。
116.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
117.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。
118.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
119.类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
120.本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
121.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
122.本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本发明实施例的一些模块的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
123.应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利
要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
124.以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述方法包括：向含有造影剂微泡的目标组织发射第二超声波，接收所述第二超声波的第二超声回波信号；对所述第二超声回波信号进行至少两种形式的超分辨率数据处理，以得到至少两种形式的超分辨率图像，所述超分辨率数据处理包括对所述目标组织内的造影微泡进行定位和跟踪，以根据所述造影微泡的位置信息生成所述超分辨率图像；同时显示所述至少两种形式的超分辨率图像。2.根据权利要求1所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述超分辨率图像包括以下至少两种：超分辨率密度图像、超分辨率速度图像、超分辨率角度图像和超分辨率密度方向图像。3.根据权利要求1或2所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述方法还包括：根据接收到的选择指令，在多种形式的超分辨率图像中选择所述至少两种形式的超分辨率图像进行显示。4.根据权利要求1或2所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述方法还包括：响应于接收到的操作指令调节所述超分辨率图像的显示位置、数量、或大小。5.根据权利要求1或2所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述同时显示所述至少两种形式的超分辨率图像，包括：动态呈现所述至少两种形式的超分辨率图像的生长过程。6.根据权利要求1或2所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，还包括：在对所述第二超声回波信号进行超分辨率数据处理的过程中，显示所述超分辨率数据处理的处理进度。7.根据权利要求1-6中任一项所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，还包括：对所述超分辨率图像进行定量分析，并显示所述定量分析的分析结果。8.根据权利要求7所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述对所述超分辨率图像进行定量分析，包括：响应于启动所述定量分析的操作指令，对所述超分辨率图像进行所述定量分析。9.根据权利要求7或8所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述对所述超分辨率图像进行定量分析，包括：对血管形态学参数进行定量分析，和/或对血流动力学参数进行定量分析。10.根据权利要求1-9中任一项所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述第二超声回波信号生成并显示第二造影图像，在显示所述第二造影图像的同时，对所述第二超声回波信号进行所述超分辨率数据处理。11.根据权利要求10所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述方法还包括：在同一显示界面上分别显示所述超分辨率图像和所述目标组织的其他超声图像，所述其他超声图像包括以下至少一种：所述第二造影图像、与所述第二造影图像对应的组织参考图像、灰阶图像、最大强度投影图像。12.根据权利要求10所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述显示所述超分辨率图像包括：
将所述超分辨率图像叠加显示在所述目标组织的其他超声图像上，所述其他超声图像包括以下至少一种：所述第二造影图像、与所述第二造影图像对应的组织参考图像、灰阶图像、最大强度投影图像。13.根据权利要求12所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，还包括响应于接收到的操作指令调节所述超分辨率图像的透明度。14.根据权利要求10所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述根据所述第二超声回波信号生成并显示第二造影图像，包括：从所述第二超声回波信号中抽取部分数据帧，根据所述部分数据帧生成并显示所述第二造影图像。15.根据权利要求10所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述根据所述第二超声回波信号生成并显示第二造影图像，包括：在对所述第二超声回波信号进行超分辨率数据处理的过程中，冻结显示所述第二造影图像。16.根据权利要求1-15中任一项所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，在向目标组织发射所述第二超声波之前，所述方法还包括：向所述含有造影剂微泡的目标组织发射第一超声波，接收所述第一超声波的第一超声回波信号；根据所述第一超声回波信号实时生成并显示第一造影图像，所述第一造影图像用于反映造影微泡灌注状态。17.根据权利要求16所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述第二超声回波信号的帧率高于所述第一超声回波信号的帧率。18.根据权利要求16所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述第一造影图像识别造影微泡灌注状态；当识别到所述造影微泡灌注状态满足预设要求时，向目标组织发射所述第二超声波。19.一种超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述方法包括：根据接收到的用户输入的选择指令，在多种形式的超分辨率图像中选择至少一种形式的超分辨率图像；向含有造影剂微泡的目标组织发射第二超声波，接收所述第二超声波的第二超声回波信号；对所述第二超声回波信号进行至少一种形式的超分辨率数据处理，以得到所述至少一种形式的超分辨率图像，所述超分辨率数据处理包括对所述目标组织内的造影微泡进行定位和跟踪，以根据所述造影微泡的位置信息生成所述超分辨率图像；显示所述至少一种形式的超分辨率图像。20.根据权利要求19所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述超分辨率图像包括以下至少一种：超分辨率密度图像、超分辨率速度图像、超分辨率角度图像和超分辨率密度方向图像。21.根据权利要求19或20所述的超分辨率超声成像方法，其特征在于，所述方法还包括：响应于接收到的操作指令调节所述超分辨率图像的显示位置、数量、或大小。
22.一种超声成像系统，其特征在于，所述超声成像系统包括：超声探头，所述超声探头包括多个换能器阵元，所述多个换能器阵元排布为二维阵列；发射电路，用于激励所述超声探头向含有造影微泡的目标组织发射超声波；接收电路，用于控制所述超声探头接收所述超声波的回波，以得到超声回波信号；处理器，用于执行权利要求1-21中任一项所述的超分辨率超声成像方法，以得到超分辨率图像；显示器，用于显示所述超分辨率图像。

技术总结
一种超分辨率超声成像方法和超声成像系统，所述方法包括：在常规造影成像模式下，实时生成并显示第一造影图像，所述第一造影图像反映出的微泡灌注状态用于确定模式切换时间；基于所述模式切换时间，将造影成像模式从所述常规造影模式切换为超分辨率造影成像模式，采集第二超声回波信号，以生成并显示第二造影图像，并在显示所述第二造影图像的同时对第二超声回波信号进行超分辨率数据处理，以得到超分辨率图像；显示所述超分辨率图像。本发明在采集用于超分辨数据处理的超声回波信号时，生成并显示第二造影图像，便于用户观察微泡灌注状态，使用户可以对超分辨率图像和第二造影图像进行观察对比，获得更多诊断信息。获得更多诊断信息。获得更多诊断信息。


技术研发人员：欧阳亚丽 桑茂栋 朱磊
受保护的技术使用者：深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司
技术研发日：2022.04.08
技术公布日：2023/10/19