CN102871685B - 超声探头几何参数的校正方法和装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声探头几何参数的校正方法和装置及系统。该方法包括如下步骤：在超声系统中设置感兴趣区域为发射焦区，读取探头的待校正几何参数列表R；将各几何参数应用于发射和接收的波束合成，采集几何参数对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换；对感兴趣区域截止频率半径范围[D1，D2]内的频谱能量求和，得到几何参数列表R对应的能量值列表；在能量值列表中查找幅度最大的能量值对应的几何参数，作为所述探头校正后的最优几何参数，并将该最优几何参数作为所述探头的几何参数应用于所述超声系统后续的超声成像，其提高了超声图像质量。

Description

超声探头几何参数的校正方法和装置及系统

技术领域

本发明涉及超声设备技术领域，特别是涉及一种超声探头几何参数的校正方法和装置及系统。

背景技术

医学超声成像集成了超声物理学、现代电子学，信息学和生物医学等多学科的原理和技术手段，是继X线成像技术后，在医学中发展最迅速，应用最广泛的技术之一。影响超声图像质量的因素很多，包括换能器，主机系统以及显示器等等。其中，换能器是超声成像关键因素之一，是超声图像之源。再好的主机，如果换能器的性能不好，也不会得到好的超声图像。而在换能器中，其探头又是决定其性能的重要元器件。

影响超声图像质量的关键因素之一就是换能器的探头的几何参数(如阵元间距和曲率半径)。探头的几何参数直接和探头生产的工艺水平相关。好的工艺水平和严格的筛选标准可以将探头的几何参数控制在小的误差范围之类，但是这样会大大增加探头的生产成本，从而提高用户的购买成本。同时，探头的几何参数会影响到成像链路上的发射和接收的波束合成，如果探头的实际几何参数与主机系统设计所依据的均值参数有较大偏离，就会导致发射接收聚焦达不到最优，从而影响图像的对比度和横向分辨率，从而降低超声图像质量。

但是，目前,探头出厂前会测试每一个探头的几何参数，在误差范围之内的就算合格。探头生产厂商能够提供给超声成像系统生产厂商的是探头的设计规格书，里面会给出探头的几何参数的统计平均值和统计方差。因此，超声成像设备厂商无法得到每一个探头的实际几何参数。即便探头生产厂商能够提供每一个探头以及每一个探头所有基元的几何参数的测试报告，超声成像设备厂商目前也无法把每一个探头的测试参数录入成像系统。即便能够录入，也得保证所有的探头出厂在成像系统设计之前完成。这在实际的系统设计中是不现实的。

而且，现有技术中，不论是好的探头生产厂商还是弱一些的探头生产厂商，都没有给出一个好的主机系统与探头最优匹配问题的解决方案，因为探头生产厂商不可能生产出指标零偏差的探头。因此，超声主机生产厂商对探头与探头之间的差异以及探头本身基元与基元之间的差异也无能为力。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种超声探头几何参数的校正方法和装置及系统，其使得主机系统自适应各个探头的几何参数，使图像的信噪比和横向分辨率最优，从而提高超声图像质量。

为实现本发明目的而提供的一种超声探头几何参数的校正方法，包括如下步骤：

步骤S100，在超声探头设置在超声成像系统后，在超声系统中设置感兴趣区域为发射焦区，读取探头的待校正几何参数列表R；

步骤S200，依次读取几何参数列表R并将各几何参数应用于所述探头的发射和接收并进行波束合成，采集几何参数对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换；

步骤S300，对感兴趣区域截止频率半径范围[D1，D2]内的超声成像系统测量得到的频谱能量求和，得到几何参数列表R对应的能量值列表；

步骤S400，在能量值列表中查找幅度最大的能量值对应的几何参数，作为所述探头校正后的最优几何参数，并将该最优几何参数作为所述探头的几何参数应用于所述超声成像系统后续的超声成像。

较优地，作为一实施例，所述几何参数为超声探头曲率半径或者超声探头阵元间距，或者几何参数为超声探头曲率半径和阵元间距。

较优地，作为一实施例，所述几何参数为超声探头的曲率半径，其包括如下步骤：

步骤S100’，设置感兴趣区域为发射焦区，读取探头的待校正曲率半径列表ROC[0，…，N-1]，其中，N为整数；

步骤S200’，依次读取曲率半径列表ROC_i并将各曲率半径应用于发射和接收的波束合成，采集曲率半径对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换；

步骤S300’，将W_i(u,v)的原点变换到频率坐标的(L/2,S/2)处，然后对感兴趣区域内的截止频率半径范围[D1,D2]内的频谱能量求和，得到能量值Q(i)，D1和D2为预设值；

步骤S400’，对ROC_i求得所有的Q(i)后，i＝0,1,2,…,N-1，找出Q(i)中最大值对应的ROC_i作为最优的ROC_opt，将最优的ROC_opt作为所述探头的曲率半径应用于后续的超声成像。

较优地，作为一实施例，所述步骤S100’包括如下步骤：

步骤S110’，通过超声成像系统的超声诊断仪主机将感兴趣区域设置在深度上以发射焦点为中心、在宽度上以图像中心线为中心的预设范围内；

步骤S120’，通过超声诊断仪主机读取预先设置的探头曲率半径参数列表ROC_i；其中，i＝0,…N-1，N为整数。

较优地，作为一实施例，所述步骤S200’包括如下步骤：

步骤S210’，初始化循环参数i＝0；

步骤S220’，通过超声诊断仪主机读取曲率半径后，从i＝0到i＝N-1依次将ROC_i应用于发射和接收的波束合成并采集感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度A_i(l,s)，其中l＝0,1,2,…,L-1，s＝0,1,2,..,S-1，其中L为感兴趣区域内的扫查线数，S为深度方向上的点数；

步骤S230’，对二维幅度数据A_i(l,s)进行二维傅里叶变换，得到频域表达W_i(u,v):

$W_i(u,v)=\frac{1}{\mathrm{LS}}\underset{1=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{s=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i(l,s)e^{-j2\mathrm{\π}(\frac{\mathrm{ul}}{L}+\frac{\mathrm{vs}}{S})}$

其中，u,v为坐标点。

较优地，作为一实施例，所述步骤S300’中，所述Q(i)的计算方法如下：

$\begin{array}{c}Q\left(i\right)=\left|\underset{u=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{v=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_i(u,v)H(u,v)\right|\\ H(u,v)=\left\{\begin{array}{cc}1,& D1\&le;D(u,v)\&le;D2\\ 0,& D(u,v)<D1\mathrm{orD}(u,v)>D2\end{array}\right.\end{array}$

D(u,v)为(u,v)点距离中心点的距离。

较优地，作为一实施例，所述几何参数为超声探头阵元间距，其包括如下步骤：

步骤S100”，设置感兴趣区域为发射焦区，读取探头的待校正阵元间距列表P[0，…，M-1]，其中，M为整数；

步骤S200”，依次读取阵元间距列表P_j并将各阵元间距应用于发射和接收的波束合成，采集阵元间距对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换；

步骤S300”，将W_j(u,v)的原点变换到频率坐标的(L/2,S/2)处，然后对感兴趣区域内的截止频率半径范围[D1,D2]内的频谱能量求和得到能量值Q(j)，D1和D2为预设值；

步骤S400”，对P_j求得所有的Q(j)后，j＝0,1,2,…,M-1，找出Q(j)中最大值对应的P_j作为最优的P_opt，将最优的P_opt作为所述探头成像的阵元间距应用于后续的超声成像。

较优地，作为一实施例，所述步骤S100”包括如下步骤：

步骤S110”，通过超声成像系统的超声诊断仪主机将感兴趣区域设置在深度上以发射焦点为中心、在宽度上以图像中心线为中心的预设范围内；

步骤S120”，通过超声诊断仪主机读取阵元间距参数列表P_j；其中，j＝0,…M-1，M为整数。

较优地，作为一实施例，所述步骤S200”包括如下步骤：

步骤S210”，初始化循环参数j＝0；

步骤S220”，通过超声诊断仪主机读取阵元间距后，从j＝0到j＝M-1依次将Pj应用于发射和接收的波束合成并采集感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度A_j(l,s)，其中l＝0,1,2,…,L-1，s＝0,1,2,..,S-1，其中L为感兴趣区域内的扫查线数，S为深度方向上的点数；

步骤S230”，对二维幅度数据A_j(l,s)进行二维傅里叶变换，得到频域W_j(u,v)：

$W_j(u,v)=\frac{1}{\mathrm{LS}}\underset{1=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{s=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_j(l,s)e^{-j2\mathrm{\&pi;}(\frac{\mathrm{ul}}{L}+\frac{\mathrm{vs}}{S})}$

其中，u,v为坐标点。

较优地，作为一实施例，所述Q(j)的计算方法如下：

$\begin{array}{c}Q\left(j\right)=\left|\underset{u=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{v=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_j(u,v)H(u,v)\right|\\ H(u,v)=\left\{\begin{array}{cc}1,& D1\&le;D(u,v)\&le;D2\\ 0,& D(u,v)<D1\mathrm{orD}(u,v)>D2\end{array}\right.\end{array}$

D(u,v)为(u,v)点距离中心点的距离。

较优地，作为一实施例，所述几何参数为超声探头曲率半径和阵元间距；其包括如下步骤：

步骤S100”’，设置感兴趣区域为发射焦区，读取探头的待校正曲率半径列表ROC[0，…，N-1]阵元间距参数列表P[0，…M-1]，其中，N、M为整数；

步骤S200”’，依次读取曲率半径列表ROC_i和阵元间距列表P_j，并将各曲率半径和阵元间距应用于发射和接收的波束合成，采集对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换；

步骤S300”’，将W_ij(u,v)的原点变换到频率坐标的(L/2,S/2)处，然后对感兴趣区域内的截止频率半径范围[D1,D2]内的频谱能量求和得到能量值Q(i,j)，D1和D2为预设值；

步骤S400”’，对ROC_i和P_j求得所有的Q(i,j)后，i＝0,1,2,…,N-1，j＝0,1,2,…,M-1，找出Q(i,j)中最大值对应的ROC_i和P_j作为最优的ROC_opt和P_opt，将最优的ROC_opt和P_opt作为所述探头的曲率半径和阵元间距应用于后续的超声成像。

较优地，作为一实施例，所述步骤S100”’包括如下步骤：

步骤S110”’，通过超声成像系统的超声诊断仪主机将感兴趣区域设置在深度上以发射焦点为中心、在宽度上以图像中心线为中心的预设范围内；

步骤S120”’，通过超声诊断仪主机读取探头曲率半径列表ROC_i和阵元间距参数列表P_j。

较优地，作为一实施例，所述步骤S200”’包括如下步骤：

步骤S210”’，初始化循环参数i＝0，j＝0；

步骤S220”’，通过超声诊断仪主机读取探头曲率半径和阵元间距后，从i＝0到i＝N-1以及从j＝0到j＝M-1两两组合将(ROC_i,P_j)应用于发射和接收的波束合成并采集感兴趣区域内的I、Q数据并对I、Q数据求幅度A_ij(l,s)，其中l＝0,1,2,…,L-1，s＝0,1,2,..,S-1，其中L为感兴趣区域内的扫查线数，S为深度方向上的点数；

步骤S230”’，对二维幅度数据A_ij(l,s)进行二维傅里叶变换，得到频域表达W_ij(u,v):

$W_{\mathrm{ij}}(u,v)=\frac{1}{\mathrm{LS}}\underset{1=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{s=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_{\mathrm{ij}}(l,s)e^{-j2\mathrm{\&pi;}(\frac{\mathrm{ul}}{L}+\frac{\mathrm{vs}}{S})}$

其中，u,v为坐标点。

较优地，作为一实施例，所述Q(i,j)的计算方法如下：

$\begin{array}{c}Q(i,j)=\left|\underset{u=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{v=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_{\mathrm{ij}}(u,v)H(u,v)\right|\\ H(u,v)=\left\{\begin{array}{cc}1,& D1\&le;D(u,v)\&le;D2\\ 0,& D(u,v)<D1\mathrm{orD}(u,v)>D2\end{array}\right.\end{array}$

D(u,v)为(u,v)点距离中心点的距离。

为实现本发明目的还提供一种超声成像的探头几何参数的校正装置，其连接到超声成像系统的超声探头，包括设置模块，几何参数列表存储模块，采集模块，频谱能量求和模块和参数选取模块，其中：

所述设置模块，用于在超声探头设置在超声成像系统后，在超声系统中设置感兴趣区域为发射焦区；

所述几何参数列表存储模块，用于存储预设的探头的待校正几何参数列表；

所述采集模块，用于依次读取几何参数列表R并将各几何参数应用于所述探头的发射和接收并进行波束合成，采集几何参数对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换；

所述频谱能量求和模块，用于对感兴趣区域截止频率半径范围[D1，D2]内的频谱能量求和，得到几何参数列表R对应的能量值列表；

所述参数选取模块，用于在能量值列表中查找幅度最大的能量值对应的几何参数，作为所述探头校正后的最优几何参数，并将该最优几何参数作为所述探头的几何参数应用于所述超声成像系统后续的超声成像。

较优地，作为一可实施例，所述几何参数或者为超声探头曲率半径、或者为超声探头阵元间距，或者为几何参数为超声探头曲率半径和阵元间距。

为实现本发明目的还提供一种超声成像系统，包括超声诊断仪主机，图像显示设备，超声探头，还包括所述的超声成像的探头几何参数的校正装置。

本发明的有益效果是：

本发明的超声探头几何参数的校正方法和装置及系统，根据探头出厂时几何参数的误差范围，校正得到让图像最优的几何参数，这样，超声成像系统在工作的时候，会自适应各个探头的几何参数使图像的信噪比和横向分辨率最优，从而提高超声图像质量。

附图说明

以下结合具体附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。

图1为实施例一的超声探头几何参数的校正方法流程图；

图2为感兴趣区域截止频率半径范围[D1，D2]示意图；

图3(a)～(c)为感兴趣区域设置示意图；

图4为实施例二超声探头几何参数的校正方法流程图；

图5为实施例三超声探头几何参数的校正方法流程图；

图6为本发明实施例的超声成像的探头几何参数的校正装置结构示意图；

图7为本发明实施例的超声成像系统结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例的一种超声探头几何参数的校正方法，包括如下步骤：

步骤S100，在超声探头设置在超声成像系统后，在超声系统中设置感兴趣区域为发射焦区，读取探头的待校正几何参数列表R；

步骤S200，依次读取几何参数列表R并将各几何参数应用于发射和接收的波束合成，采集几何参数对应的感兴趣区域内的I(In-phase，同相分量)、Q(Quadrature，正交分量)数据，并对I、Q数据求幅度，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换；

采集感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度是现有超声成像系统的一种现有技术，因此，在本发明实施例中，不再一一详细描述。

步骤S300，对感兴趣区域截止频率半径范围[D1，D2]内的频谱能量求和，得到几何参数列表R对应的能量值列表；

步骤S400，在能量值列表中查找幅度最大的能量值对应的几何参数，作为所述探头校正后的最优几何参数，并将该最优几何参数作为所述探头的几何参数应用于所述超声成像系统后续的超声成像。

下面以几何参数为超声探头曲率半径或者超声探头阵元间距，或者几何参数为超声探头曲率半径和阵元间距对本发明实施例的超声探头几何参数的校正方法进行详细说明。

实施例一：

参见图1，本发明实施例的一种超声探头几何参数的校正方法，包括如下步骤：

步骤S100’，设置感兴趣区域为发射焦区，读取探头的待校正曲率半径列表ROC[0，…，N-1]，其中，N为整数；

作为一种可实施方式，较佳地，所述步骤S100’包括如下步骤：

步骤S110’，通过超声成像系统的超声诊断仪主机将感兴趣区域设置在深度上以发射焦点为中心、在宽度上以图像中心线为中心的预设范围内；

作为一种可实施方式，感兴趣区域的位置在深度上以发射焦点为中心，在宽度方向上以图像中心线为中心，即在深度上以发射焦点为中心、在宽度上以图像中心线为中心的预设范围内。感兴趣区域的形状根据图像区的形状而调整。感兴趣区域的设置参考图3(a)，当图像区为线阵图像时，感兴趣区域的形状为方形；参考图3(b)，当图像区为弧形时，感兴趣区域的形状为弧形；参考图3(c),当图像区为扇形时，感兴趣区域的形状为扇形。

本发明实施例只是给出了若干实施例，图像区还可以有其他形状，感兴趣区域的形状与图像区形状一致。

步骤S120’，通过超声诊断仪主机读取预先设置的探头曲率半径参数列表ROC_i；其中，i＝0,…N-1，N为整数。

设置好感兴趣区域后，通过超声诊断仪主机读取曲率半径参数列表ROC_i。

ROC列表由探头生产的工程参数决定，或者利用最小曲率半径，经预设步长增加得到，即由如下两种方式产生：

方式1ROC₀ROC₁…ROC_N-1,直接由经验内部工程参数给出ROC列表

方式2ROC_i＝ROC_min+i*ROC_STEP，给出最小ROC _min和步长ROC_STEP，生成ROC列表

其中ROC_min<＝ROC_i<＝ROC_max，i＝0,1,2,…,N-1，ROC_min和ROC_max为探头出厂时给出的曲率半径统计最小值和最大值。

步骤S200’，依次读取曲率半径列表ROC_i并将各曲率半径应用于发射和接收的波束合成，采集曲率半径对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换；

较佳地，作为一种可实施方式，所述步骤S200’包括如下步骤：

步骤S210’，初始化循环参数i＝0；

步骤S220’，通过超声诊断仪主机读取曲率半径后，从i＝0到i＝N-1依次将ROC_i应用于发射和接收的波束合成并采集感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度A_i(l,s)，其中l＝0,1,2,…,L-1，s＝0,1,2,..,S-1，其中L为感兴趣区域内的扫查线数，S为深度方向上的点数；

步骤S230’，对二维幅度数据A_i(l,s)进行二维傅里叶变换，得到频域表达W_i(u,v):

$W_i(u,v)=\frac{1}{\mathrm{LS}}\underset{1=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{s=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i(l,s)e^{-j2\mathrm{\&pi;}(\frac{\mathrm{ul}}{L}+\frac{\mathrm{vs}}{S})}---\left(1\right)$

其中，u,v为坐标点；

步骤S300’，将W_i(u,v)的原点变换到频率坐标的(L/2,S/2)处，然后对感兴趣区域内的截止频率半径范围[D1,D2]内的超声成像系统测量得到的频谱能量求和，得到能量值Q(i)，D1和D2为预设值，其由预设的内部工程参数给出。

对Q(i)的计算方法如下：

$\begin{array}{c}Q\left(i\right)=\left|\underset{u=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{v=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_i(u,v)H(u,v)\right|\\ H(u,v)=\left\{\begin{array}{cc}1,& D1\&le;D(u,v)\&le;D2\\ 0,& D(u,v)<D1\mathrm{orD}(u,v)>D2\end{array}\right.\end{array}---\left(2\right)$

如图2所示，D(u,v)为(u,v)点距离中心点的距离。

步骤S400’，对ROC_i求得所有的Q(i)后，i＝0,1,2,…,N-1，找出Q(i)中最大值对应的ROC_i作为最优的ROC_opt，将最优的ROC_opt作为所述探头的曲率半径应用于后续的超声成像，以得到最优的图像质量。

较佳地，作为一种可实施方式，这种校正对同一探头只需做一次即可。

实施例二

本发明实施例还提供一种超声探头阵元间距的自动校正方法，如图4所示，包括如下步骤：

步骤S100”，设置感兴趣区域为发射焦区，读取探头的待校正阵元间距列表P[0，…，M-1]，其中，M为整数；

作为一种可实施方式，较佳地，所述步骤S100”包括如下步骤：

步骤S110”，通过超声成像系统的超声诊断仪主机将感兴趣区域设置在深度上以发射焦点为中心、在宽度上以图像中心线为中心的预设范围内；

如图3所示，通过超声诊断仪主机将感兴趣区域的位置设置在深度上以发射焦点为中心，在宽度方向上以图像中心线为中心的预设范围内。感兴趣区域的形状根据图像区的形状而调整。

感兴趣区域的设置参考图3。

步骤S120”，通过超声诊断仪主机读取阵元间距参数列表P_j；其中，j＝0,…M-1，M为整数。

设置好感兴趣区域后，通过超声诊断仪主机读取阵元间距参数列表P_j。阵元间距P列表由工程参数决定，或者利用最小阵元间距，经预设步长增加得到，即由如下两种方式产生：

方式1P₀P₁…P_M-1,直接由工程参数给出阵元间距列表

方式2P_j＝P_min+j*P_STEP，给出最小P_min和预设步长，生成P列表

其中P_min<＝Pj<＝P_max，j＝0,1,2,…,M-1，P_min和P_max由探头出厂时给出的阵元间距统计最小值和最大值决定。

步骤S200”，依次读取阵元间距列表P_j并将各阵元间距应用于发射和接收的波束合成，采集阵元间距对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换；

较佳地，作为一种可实施方式，所述步骤S200”包括如下步骤：

步骤S210”，初始化循环参数j＝0；

步骤S220”，通过超声诊断仪主机读取阵元间距后，从j＝0到j＝M-1依次将Pj应用于发射和接收的波束合成并采集感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度A_j(l,s)，其中l＝0,1,2,…,L-1，s＝0,1,2,..,S-1，其中L为感兴趣区域内的扫查线数，S为深度方向上的点数；

步骤S230”，对二维幅度数据A_j(l,s)进行二维傅里叶变换，得到频域W_j(u,v)：

$W_j(u,v)=\frac{1}{\mathrm{LS}}\underset{1=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{s=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_j(l,s)e^{-j2\mathrm{\&pi;}(\frac{\mathrm{ul}}{L}+\frac{\mathrm{vs}}{S})}---\left(3\right)$

其中，u,v为坐标点；

步骤S300”，将W_j(u,v)的原点变换到频率坐标的(L/2,S/2)处，然后对感兴趣区域内的截止频率半径范围[D1,D2]内的频谱能量求和得到能量值Q(j)，D1和D2为预设值，其由内部工程参数给出。

Q(j)的计算方法如下：

$\begin{array}{c}Q\left(j\right)=\left|\underset{u=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{v=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_j(u,v)H(u,v)\right|\\ H(u,v)=\left\{\begin{array}{cc}1,& D1\&le;D(u,v)\&le;D2\\ 0,& D(u,v)<D1\mathrm{orD}(u,v)>D2\end{array}\right.\end{array}---\left(4\right)$

如图2所示，D(u,v)为(u,v)点距离中心点的距离。

步骤S400”，对P_j求得所有的Q(j)后，j＝0,1,2,…,M-1，找出Q(j)中最大值对应的P_j作为最优的P_opt，将最优的P_opt作为所述探头的阵元间距应用于后续的超声成像，以得到最优的图像质量。

较佳地，作为一种可实施方式，这种校正对同一探头只需做一次即可。

实施例三：

本发明实施例进一步提供一种同时校正超声探头曲率半径和阵元间距的方法，如图5所示，包括如下步骤：

步骤S100”’，设置感兴趣区域为发射焦区，读取探头的待校正曲率半径列表ROC[0，…，N-1]阵元间距参数列表P[0，…M-1]，其中，N、M为整数；

作为一种可实施方式，较佳地，所述步骤S100”’包括如下步骤：

步骤S110”’，通过超声成像系统的超声诊断仪主机将感兴趣区域设置在深度上以发射焦点为中心、在宽度上以图像中心线为中心的预设范围内；

如图3所示，通过超声诊断仪主机将感兴趣区域的位置设置在深度上以发射焦点为中心，在宽度方向上以图像中心线为中心的预设范围内。感兴趣区域的形状根据图像区的形状而调整。

步骤S120”’，通过超声诊断仪主机读取探头曲率半径列表ROC_i和阵元间距参数列表P_j。

设置好感兴趣区域后，超声诊断仪主机读取探头曲率半径列表ROC_i和阵元间距参数列表P_j。

曲率半径ROC列表和阵元间距P列表由工程参数决定，或者利用最小阵元间距，经预设步长增加得到，即由如下两种方式产生：

方式1直接由内部工程参数给出阵元间距列表

ROC₀ROC₁…ROC_N-1,

P₀P₁…P_M-1,

方式2给出最小P和ROC以及P步长和ROC步长，生成ROC和P列表

ROC_i＝ROC_min+i*ROC_STEP

P_j＝P_min+j*P_STEP，

其中ROC_min<＝ROC_i<＝ROC_max，P_min<＝P_j<＝P_max，i＝0,1,2,…,N-1，j＝0,1,2,…,M-1，其中ROC_min和ROC_max由探头出厂时给出的ROC统计最小值和最大值决定，P_min和P_max由探头出厂时给出的阵元间距统计最小值和最大值决定。

步骤S200”’，依次读取曲率半径列表ROC_i和阵元间距列表P_j，并将各曲率半径和阵元间距应用于发射和接收的波束合成，采集对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换；

较佳地，作为一种可实施方式，所述步骤S200”’包括如下步骤：

步骤S210”’，初始化循环参数i＝0，j＝0；

步骤S220”’，通过超声诊断仪主机读取探头曲率半径和阵元间距后，从i＝0到i＝N-1以及从j＝0到j＝M-1两两组合将(ROC_i,P_j)应用于发射和接收的波束合成并采集感兴趣区域内的I、Q数据并对I、Q数据求幅度A_ij(l,s)，其中l＝0,1,2,…,L-1，s＝0,1,2,..,S-1，其中L为感兴趣区域内的扫查线数，S为深度方向上的点数；

步骤S230”’，对二维幅度数据A_ij(l,s)进行二维傅里叶变换，得到频域表达W_ij(u,v):

$W_{\mathrm{ij}}(u,v)=\frac{1}{\mathrm{LS}}\underset{1=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{s=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_{\mathrm{ij}}(l,s)e^{-j2\mathrm{\&pi;}(\frac{\mathrm{ul}}{L}+\frac{\mathrm{vs}}{S})}---\left(5\right)$

其中，u,v为坐标点。

步骤S300”’，将W_ij(u,v)的原点变换到频率坐标的(L/2,S/2)处，然后对感兴趣区域内的截止频率半径范围[D1,D2]内的频谱能量求和得到能量值Q(i,j)，D1和D2为预设值，其由预设的内部工程参数给出。

Q(i,j)的计算方法如下：

$\begin{array}{c}Q(i,j)=\left|\underset{u=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{v=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_{\mathrm{ij}}(u,v)H(u,v)\right|\\ H(u,v)=\left\{\begin{array}{cc}1,& D1\&le;D(u,v)\&le;D2\\ 0,& D(u,v)<D1\mathrm{orD}(u,v)>D2\end{array}\right.\end{array}---\left(6\right)$

如图2所示，D(u,v)为(u,v)点距离中心点的距离。

步骤S400”’，对ROC_i和P_j求得所有的Q(i,j)后，i＝0,1,2,…,N-1，j＝0,1,2,…,M-1，找出Q(i,j)中最大值对应的ROC_i和P_j作为最优的ROC_opt和P_opt，将最优的ROC_opt和P_opt作为所述探头曲率半径和阵元间距应用于后续的超声成像，以得到最优的图像质量。

较佳地，作为一种可实施方式，这种校正对同一探头只需做一次即可。

相应地，基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种超声成像的探头几何参数的校正装置100，其连接到超声成像系统的超声探头200，如图6所示，包括设置模块110，几何参数列表存储模块120，采集模块130，频谱能量求和模块140和参数选取模块150，其中：

所述设置模块110，用于在超声探头设置在超声成像系统后，在超声系统中设置感兴趣区域为发射焦区；

所述几何参数列表存储模块120，用于存储预设的探头的待校正几何参数列表；

所述采集模块130，用于依次读取几何参数列表R并将各几何参数应用于所述探头的发射和接收并进行波束合成，采集几何参数对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换；

所述频谱能量求和模块140，用于对感兴趣区域截止频率半径范围[D1，D2]内的超声成像系统测量得到的频谱能量求和，得到几何参数列表R对应的能量值列表；

所述参数选取模块150，用于在能量值列表中查找幅度最大的能量值对应的几何参数，作为所述探头校正后的最优几何参数，并将该最优几何参数作为所述探头的几何参数应用于所述超声成像系统后续的超声成像。

较佳地，作为一种可实施方式，本发明实施例中的超声成像的探头几何参数的校正装置100，所述几何参数或者为超声探头曲率半径、或者为超声探头阵元间距，或者为几何参数为超声探头曲率半径和阵元间距。

较佳地，作为一种可实施方式，本发明实施例中的超声成像的探头几何参数的校正装置，其校正工作过程与实施例一、二、三相同，因此，在本发明实施例中，不再一一详细描述。

相应地，基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种超声成像系统，如图7所示，其包括超声诊断仪主机300，图像显示设备400，超声探头200，还包括本发明实施例所述的超声成像的探头几何参数的校正装置100。

所述超声成像系统中的校正装置校正工作过程与本发明实施例中的校正装置校正过程相同，因此，在本发明实施例中，不再一一详细描述。

较佳地，作为一种可实施方式，所述校正装置100设置在所述超声诊断仪主机300中。

本发明的超声探头几何参数的校正方法和装置及系统，根据探头出厂时几何参数的误差范围，无须将各探头各基元的几何参数存放在探头存储器中，超声成像系统通过校正得到让图像最优的几何参数，一方面减少了探头的控制成本及次品率，一方面实现成像系统和探头的最佳匹配，使图像的信噪比和横向分辨率最优，从而提高超声图像质量。

最后，需要说明的是，在本专利文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体，其意在涵盖而非排他性包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备，不仅包括这些要素，而且还包括没有明确列出而本领域技术人员能够知晓的其他要素，或者还包括为这些过程、方法、物品或者设备所公知的必不可少的要素。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种超声探头几何参数的校正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S100，在超声探头设置在超声成像系统后，在超声系统中设置感兴趣区域为发射焦区，读取探头的待校正几何参数列表R；所述几何参数为超声探头曲率半径或者超声探头阵元间距，或者几何参数为超声探头曲率半径和阵元间距；

步骤S200，依次读取几何参数列表R并将各几何参数应用于发射和接收的波束合成，采集几何参数对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换；

步骤S300，对感兴趣区域截止频率半径范围[D1，D2]内的频谱能量求和，得到几何参数列表R对应的能量值列表；

步骤S400，在能量值列表中查找幅度最大的能量值对应的几何参数，作为所述探头校正后的最优几何参数，并将该最优几何参数作为所述探头的几何参数应用于所述超声成像系统后续的超声成像。

2.根据权利要求1所述的超声探头几何参数的校正方法，其特征在于，所述几何参数为超声探头的曲率半径，其包括如下步骤：

步骤S100’，设置感兴趣区域为发射焦区，读取探头的待校正曲率半径列表ROC_i，其中，i＝0,…N-1，N为整数；

步骤S200’，依次读取曲率半径列表ROC_i并将各曲率半径应用于发射和接收的波束合成，采集曲率半径对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度A_i(l,s)，对感兴趣区域内的幅度数据A_i(l,s)做二维傅里叶变换得到频域W_i(u,v)：

$W_i(u,v)=\frac{1}{\mathrm{LS}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{s=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i(l,s)e^{-j2\mathrm{\&pi;}(\frac{\mathrm{ul}}{L}+\frac{\mathrm{vs}}{S})}$

其中，u,v为坐标点，L为感兴趣区域内的扫查线数，S为深度方向上的点数,l＝0,1,2,…,L-1，s＝0,1,2,..,S-1；

步骤S300’，将W_i(u,v)的原点变换到频率坐标的(L/2,S/2)处，然后对感兴趣区域内的截止频率半径范围[D1,D2]内的频谱能量求和，得到能量值Q(i)，D1和D2为预设值；其中L为感兴趣区域内的扫查线数，S为深度方向上的点数；

步骤S400’，对ROC_i求得所有的Q(i)后，i＝0,1,2,…,N-1，找出Q(i)中最大值对应的ROC_i作为最优的ROC_opt，将最优的ROC_opt作为所述探头的曲率半径应用于后续的超声成像。

3.根据权利要求2所述的超声探头几何参数的校正方法，其特征在于，所述步骤S100’包括如下步骤：

步骤S110’，通过超声成像系统的超声诊断仪主机将感兴趣区域设置在深度上以发射焦点为中心、在宽度上以图像中心线为中心的预设范围内；

步骤S120’，通过超声诊断仪主机读取预先设置的探头曲率半径参数列表ROC_i；其中，i＝0,…N-1，N为整数。

4.根据权利要求3所述的超声探头几何参数的校正方法，其特征在于，所述步骤S200’包括如下步骤：

步骤S210’，初始化循环参数i＝0；

步骤S220’，通过超声诊断仪主机读取曲率半径后，从i＝0到i＝N-1依次将ROC_i应用于发射和接收的波束合成并采集感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度A_i(l,s)，其中l＝0,1,2,…,L-1，s＝0,1,2,..,S-1，其中L为感兴趣区域内的扫查线数，S为深度方向上的点数；

步骤S230’，对二维幅度数据A_i(l,s)进行二维傅里叶变换，得到频域表达W_i(u,v)：

$W_i(u,v)=\frac{1}{\mathrm{LS}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{s=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i(l,s)e^{-j2\mathrm{\&pi;}(\frac{\mathrm{ul}}{L}+\frac{\mathrm{vs}}{S})}$

其中，u,v为坐标点。

5.根据权利要求4所述的超声探头几何参数的校正方法，其特征在于，所述步骤S300’中，所述Q(i)的计算方法如下：

$Q\left(i\right)=\left|\underset{u=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{v=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_i(u,v)H(u,v)\right|$

$H(u,v)=\left\{\begin{array}{cc}1,& D1\&le;D(u,v)\&le;D2\\ 0,& D(u,v)<D1\mathrm{orD}(u,v)>D2\end{array}\right.$

D(u,v)为(u,v)点距离中心点的距离。

6.根据权利要求1所述的超声探头几何参数的校正方法，其特征在于，所述几何参数为超声探头阵元间距，其包括如下步骤：

步骤S100”，设置感兴趣区域为发射焦区，读取探头的待校正阵元间距列表P_j，其中，j＝0,…M-1，M为整数；

步骤S200”，依次读取阵元间距列表P_j并将各阵元间距应用于发射和接收的波束合成，采集阵元间距对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度A_j(l,s)，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换得到频域W_j(u,v)，

$W_j(u,v)=\frac{1}{\mathrm{LS}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{s=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_j(l,s)e^{-j2\mathrm{\&pi;}(\frac{\mathrm{ul}}{L}+\frac{\mathrm{vs}}{S})}$

其中，u,v为坐标点，L为感兴趣区域内的扫查线数，S为深度方向上的点数,l＝0,1,2,…,L-1，s＝0,1,2,..,S-1；

步骤S300”，将W_j(u,v)的原点变换到频率坐标的(L/2,S/2)处，然后对感兴趣区域内的截止频率半径范围[D1,D2]内的频谱能量求和得到能量值Q(j)，D1和D2为预设值；其中L为感兴趣区域内的扫查线数，S为深度方向上的点数；

步骤S400”，对P_j求得所有的Q(j)后，j＝0,1,2,…,M-1，找出Q(j)中最大值对应的P_j作为最优的P_opt，将最优的P_opt作为所述探头的阵元间距应用于后续的超声成像。

7.根据权利要求6所述的超声探头几何参数的校正方法，其特征在于，所述步骤S100”包括如下步骤：

步骤S110”，通过超声成像系统的超声诊断仪主机将感兴趣区域设置在深度上以发射焦点为中心、在宽度上以图像中心线为中心的预设范围内；

步骤S120”,通过超声诊断仪主机读取阵元间距参数列表P_j；其中，j＝0,…M-1，M为整数。

8.根据权利要求7所述的超声探头几何参数的校正方法，其特征在于，所述步骤S200”包括如下步骤：

步骤S210”，初始化循环参数j＝0；

步骤S220”，通过超声诊断仪主机读取阵元间距后，从j＝0到j＝M-1依次将P_j应用于发射和接收的波束合成并采集感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度A_j(l,s)，其中l＝0,1,2,…,L-1，s＝0,1,2,..,S-1，其中L为感兴趣区域内的扫查线数，S为深度方向上的点数；

步骤S230”，对二维幅度数据A_j(l,s)进行二维傅里叶变换，得到频域W_j(u,v)：

$W_j(u,v)=\frac{1}{\mathrm{LS}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{s=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_j(l,s)e^{-j2\mathrm{\&pi;}(\frac{\mathrm{ul}}{L}+\frac{\mathrm{vs}}{S})}$

其中，u,v为坐标点。

9.根据权利要求8所述的超声探头几何参数的校正方法，其特征在于，所述Q(j)的计算方法如下：

$Q\left(i\right)=\left|\underset{u=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{v=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_i(u,v)H(u,v)\right|$

$H(u,v)=\left\{\begin{array}{cc}1,& D1\&le;D(u,v)\&le;D2\\ 0,& D(u,v)<D1\mathrm{orD}(u,v)>D2\end{array}\right.$

D(u,v)为(u,v)点距离中心点的距离。

10.根据权利要求1所述的超声探头几何参数的校正方法，其特征在于，所述几何参数为超声探头曲率半径和阵元间距；其包括如下步骤：

步骤S100”’，设置感兴趣区域为发射焦区，读取探头的待校正曲率半径列表ROC_i和阵元间距参数列表P_j，其中，i＝0,…N-1，j＝0,…M-1，N、M为整数；

步骤S200”’，依次读取曲率半径列表ROC_i和阵元间距列表P_j，并将各曲率半径和阵元间距应用于发射和接收的波束合成，采集对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度A_ij(l,s)，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换得到频域W_ij(u,v)：

$W_{\mathrm{ij}}(u,v)=\frac{1}{\mathrm{LS}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{s=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_{\mathrm{ij}}(l,s)e^{-j2\mathrm{\&pi;}(\frac{\mathrm{ul}}{L}+\frac{\mathrm{vs}}{S})}$

其中，u,v为坐标点；

步骤S300”’，将W_ij(u,v)的原点变换到频率坐标的(L/2,S/2)处，然后对感兴趣区域内的截止频率半径范围[D1,D2]内的超声成像系统测量得到的频谱能量求和得到能量值Q(i,j)，D1和D2为预设值；其中L为感兴趣区域内的扫查线数，S为深度方向上的点数；

步骤S400”’，对ROC_i和P_j求得所有的Q(i,j)后，i＝0,1,2,…,N-1，j＝0,1,2,…,M-1，找出Q(i,j)中最大值对应的ROC_i和P_j作为最优的ROC_opt和P_opt，将最优的ROC_opt和P_opt作为所述探头的曲率半径和阵元间距应用于后续的超声成像。

11.根据权利要求10所述的超声探头几何参数的校正方法，其特征在于，所述步骤S100”’包括如下步骤：

步骤S110”’，通过超声成像系统的超声诊断仪主机将感兴趣区域设置在深度上以发射焦点为中心、在宽度上以图像中心线为中心的预设范围内；

步骤S120”’，通过超声诊断仪主机读取探头曲率半径列表ROC_i和阵元间距参数列表P_j。

12.根据权利要求11所述的超声探头几何参数的校正方法，其特征在于，所述步骤S200”’包括如下步骤：

步骤S210”’，初始化循环参数i＝0，j＝0；

步骤S220”’，通过超声诊断仪主机读取探头曲率半径和阵元间距后，从i＝0到i＝N-1以及从j＝0到j＝M-1两两组合将(ROC_i,P_j)应用于发射和接收的波束合成并采集感兴趣区域内的I、Q数据并对I、Q数据求幅度A_ij(l,s)，其中l＝0,1,2,…,L-1，s＝0,1,2,..,S-1，其中L为感兴趣区域内的扫查线数，S为深度方向上的点数；

步骤S230”’，对二维幅度数据A_ij(l,s)进行二维傅里叶变换，得到频域表达W_ij(u,v)：

$W_{\mathrm{ij}}(u,v)=\frac{1}{\mathrm{LS}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{s=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_{\mathrm{ij}}(l,s)e^{-j2\mathrm{\&pi;}(\frac{\mathrm{ul}}{L}+\frac{\mathrm{vs}}{S})}$

其中，u,v为坐标点。

13.根据权利要求12所述的超声探头几何参数的校正方法，其特征在于，所述Q(i,j)的计算方法如下：

$Q\left(i\right)=\left|\underset{u=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{v=0}{\overset{S-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_i(u,v)H(u,v)\right|$

$H(u,v)=\left\{\begin{array}{cc}1,& D1\&le;D(u,v)\&le;D2\\ 0,& D(u,v)<D1\mathrm{orD}(u,v)>D2\end{array}\right.$

D(u,v)为(u,v)点距离中心点的距离。

14.一种超声成像的探头几何参数的校正装置，其连接到超声成像系统的超声探头，其特征在于，包括设置模块，几何参数列表存储模块，采集模块，频谱能量求和模块和参数选取模块，其中：

所述设置模块，用于在超声探头设置在超声成像系统后，在超声系统中设置感兴趣区域为发射焦区；

所述几何参数列表存储模块，用于存储预设的探头的待校正几何参数列表R；

所述采集模块，用于依次读取几何参数列表R并将各几何参数应用于发射和接收的波束合成，采集几何参数对应的感兴趣区域内的I、Q数据，并对I、Q数据求幅度，对感兴趣区域内的幅度数据做二维傅里叶变换；所述几何参数或者为超声探头曲率半径、或者为超声探头阵元间距，或者为几何参数为超声探头曲率半径和阵元间距；

所述频谱能量求和模块，用于对感兴趣区域截止频率半径范围[D1，D2]内的超声成像系统测量得到的频谱能量求和，得到几何参数列表R对应的能量值列表；

所述参数选取模块，用于在能量值列表中查找幅度最大的能量值对应的几何参数，作为所述探头校正后的最优几何参数，并将该最优几何参数作为所述探头的几何参数应用于所述超声成像系统后续的超声成像。

15.一种超声成像系统，包括超声诊断仪主机，图像显示设备，超声探头，其特征在于，还包括如权利要求14所述的超声成像的探头几何参数的校正装置。