CN103120594A - 波束形成方法和设备及执行波束形成方法的医学成像系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种波束形成方法和设备及执行波束形成方法的医学成像系统。波束形成设备包括：用于存储从先前测量的回波信号的波束形成系数获得的多个基向量的存储单元；用于计算将被施加到从目标对象反射的回波信号的权重的权重计算单元；用于将所述权重施加到从目标对象反射的回波信号，并用于合成施加了权重的信号的合成单元。

Description

波束形成方法和设备及执行波束形成方法的医学成像系统

本申请要求于2011年11月17日提交到韩国知识产权局的第10-2011-0120315号韩国专利申请的权益，所述申请的全部公开通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及一种波束形成方法、波束形成设备以及执行所述波束形成方法的医学成像系统。

背景技术

医学成像系统可使用固定的波束形成技术或自适应波束形成技术。固定的波束形成技术不论输入信号，使用汉明窗(Hamming Window)或汉宁窗(Hanning Window)，并还被称为“数据独立的波束形成”。自适应波束形成技术使用根据输入信号的波束形成系数，并还被称为“数据依赖的波束形成”。

发明内容

提供了一种波束形成方法、波束形成设备以及执行所述波束形成方法以便产生高清晰度的诊断图像的医学成像系统。

提供了一种记录有用于通过使用计算机执行所述波束形成方法的程序的非暂时性计算机可读记录介质。

另外方面将在下面的描述中部分地阐明，并且从描述中部分是清楚的，或者可通过本实施例的实施而得知。

根据本发明的一方面，一种波束形成设备包括：存储单元，用于存储从先前测量的回波信号的波束形成系数获得的多个基向量；权重计算单元，用于通过使用所述多个基向量计算将被施加到从目标对象反射的回波信号的权重；合成单元，用于将所述权重施加到从目标对象反射的回波信号，并用于合成施加了权重的信号。

根据本发明的另一方面，一种医学成像系统包括：波束形成设备，用于通过使用从先前测量的回波信号的波束形成系数获得的多个基向量，计算将被施加到从目标对象反射的回波信号的权重，用于将所述权重施加到从目标对象反射的回波信号，并用于合成施加了权重的信号；诊断图像产生单元，用于通过使用从波束形成设备输出的信号产生诊断图像。

根据本发明的另一方面，一种波束形成方法包括：通过使用从先前测量的回波信号的波束形成系数获得的多个基向量，计算将被施加到从目标对象反射的回波信号的权重；将所述权重施加到从目标对象反射的回波信号，并合成施加了权重的信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种记录有通过使用计算机执行所述波束形成方法的程序的计算机可读记录介质。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，这些和/或其它方面将会变得清楚并更容易被理解，其中：

图1是根据本发明的实施例的波束形成设备的示图；

图2示出根据本发明的实施例的特征向量和基向量的示例；

图3是示出根据本发明的另一实施例的波束形成设备的另一示例的示图；

图4是根据本发明的实施例的医学成像系统的示图；

图5是示出根据本发明的实施例的波束形成方法的流程图。

具体实施方式

现将详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例。

图1是根据本发明的实施例的波束形成设备100的示图。参照图1，波束形成设备100包括存储单元110、权重计算单元120、合成单元130。

图1仅示出波束形成设备100的与本实施例相关的配置元件。因此，对本领域的普通技术人员来说波束形成设备100还可包括除图1的配置元件以外的其它一般的配置元件是显然的。

此外，图1的波束形成设备100中的权重计算单元120和合成单元130可相应于一个或多个处理器。处理器可被实施为多个逻辑门的阵列，或者，可被实施为通用微处理器和存储器的结合，其中，所述存储器存储将由通用微处理器执行的程序。然而，对本领域的普通技术人员来说处理器可被实施为不同类型的硬件是显然的。

波束形成设备100通过使用从目标对象反射的回波信号(echo signal)形成接收波束。在此，目标对象可包括人体的腹部、心脏等，回波信号可以是从目标对象反射的超声波信号，但不限于此。

存储单元110存储从先前测量的回波信号的波束形成系数获得的多个基向量。波束形成系数可以是将被施加到每个通道或每个子阵列的权重。通道可以是接收回波信号的换能器(transducer)，子阵列可指示包括多个换能器的子孔径，但不限于此。

先前测量的回波信号可以是从预定的目标对象反射的回波信号，并且预定的目标对象可与关于由波束形成设备100执行波束形成的回波信号的目标对象相同，但不限于此。

例如，存储单元110可存储通过对先前测量的回波信号的波束形成系数执行主成分分析(PCA)而获得的基向量。

更详细地，可根据最小方差技术针对每个通道或每个子阵列计算先前测量的回波信号的波束形成系数。在此，根据最小方差技术计算的波束形成系数可以是最佳权重。

通过使用根据最小方差技术计算的波束形成系数的方差来执行PCA，多个特征向量可被获得，并且可将获得的特征向量中的一些作为基向量存储于存储单元110。

在此，存储于存储单元110中的基向量可相应于通过执行PCA而获得特征向量中的以特征值的大小的降序选择的预定数量的特征向量。用户可确定将存储于存储单元110中的基向量的数量，并且基向量的确定的数量可被存储于存储单元110。波束形成设备100的用户可以是包括医生、护士、医学成像专家等的医学专家，但不限于此，因此包括波束成像设备100的设计者等。

将参照图2详细描述通过执行PCA获得的特征向量和基向量。

存储单元110是一般的存储介质，其中，所述一般的存储介质包括硬盘驱动器(HDD)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存和存储卡。

权重计算单元120通过使用存储于存储单元110中的基向量来计算将被施加到从目标对象反射的回波信号的权重。由权重计算单元120计算的权重可被用作形成切趾函数的参数。另外，从目标对象反射的回波信号可以是射频(RF)数据。

权重计算单元120可通过使用存储于存储单元110的所有基向量计算权重，或可选择地，权重计算单元120可通过使用根据用户的确定的预定的数量的基向量来计算权重。

在此，为计算权重由权重计算单元120使用的回波信号可以是施加了用于波束形成的时延值的回波信号，但不限于此。用于波束形成的时延值可以是用于补偿由焦点和换能器之间的距离引起的误差的时延值。

下面的示例相应于由M个通道接收从目标对象反射的回波信号的情况，但不限于此，因此从目标对象反射的回波信号可由M个子阵列接收。

权重计算单元120可通过使用存储于存储单元110中的基向量中的小于M的预定的数量的基向量，来计算将被施加到从目标对象反射的回波信号的权重。

更详细地，权重计算单元120可将从目标对象反射的回波信号投影在存储于存储单元110中的多个基向量中的每个基向量上，并可通过使用投影的回波信号来计算权重。这将参照图3的权重计算单元120来进行详细描述。

如上所述，由于权重计算单元120通过使用被投影到基向量的回波信号来计算权重，因此回波信号的维数减少了，从而关于权重的计算的计算量可显著地减少。

合成单元130将由权重计算单元120计算的权重施加到从目标对象反射的回波信号，并随后合成施加了权重的信号。在此，合成单元130可将权重施加到施加了用于波束形成的时延值并且被投影到基向量的回波信号。

根据另一实施例，合成单元130通过使用存储于存储单元110中的基向量，来将由权重计算单元120计算的权重施加到从目标对象反射的回波信号。合成单元130可通过使用存储于存储单元110中的所有基向量，将权重施加到回波信号，或可选择地，合成单元130可通过使用根据用户的确定的预定的数量的基向量来将权重施加到回波信号。

此外，合成单元130可将关于基向量中的至少一些基向量的加权和施加到从目标对象反射的回波信号。在这种情况下，用于施加关于基向量中的至少一些基向量的加权和的权重可相应于由权重计算单元120计算的权重。

此外，合成单元130合成施加了权重的多个信号。合成单元130可输出根据施加了权重的信号的合成的结果形成的接收波束。

例如，合成单元130可将施加了权重的信号相加，从而形成一个接收波束。通过将施加了权重的信号相加，合成单元130可估计从焦点反射的超声波信号。

因此，波束形成设备100可形成用于产生高分辨率诊断图像的接收波束，同时波束形成设备100减少了计算量。

图2示出根据本发明的实施例的特征向量和基向量的示例。在图2中，示出了指示特征向量的曲线图21和指示基向量的曲线图22。

为便于描述，在图2中，假设通过使用根据最小方差技术计算的关于64个通道的波束形成系数来执行PCA，并且将40个基向量存储于存储单元110。然而，本发明的一个或多个实施例不限于此。

指示特征向量的曲线图21示出通过对关于64个通道的波束形成系数执行PCA而获得的结果。参照曲线图21，根据特征值的大小排列了根据PCA的结果产生的特征向量。例如，特征向量索引为1的第1特征向量的特征值最大，并且随着特征向量的索引增大，相应的特征值减小。

指示基向量的曲线图22指示40个基向量。曲线图22示出了来自所述特征向量并且特征向量索引等于或小于40的第1特征向量到第40特征向量。在此，曲线图22的第1特征向量到第40特征向量可相应于存储于存储单元110中的基向量。此外，基向量可具有预定的维数，因此曲线图22根据维数索引示出了基向量。

存储单元110可存储40个基向量，权重计算单元120和合成单元130可通过使用根据用户的确定的40个或更少的基向量来计算并施加权重。

图3是示出根据本发明的另一实施例的波束形成设备100的另一示例的示图。参照图3，波束形成设备100包括时延值施加单元105、存储单元110、投影单元115、权重计算单元120和合成单元130。

图3仅示出波束形成设备100的与本实施例相关的配置元件。因此，对于本领域的普通技术人员来说波束形成设备100还可包括除图3的配置元件以外的其它一般的配置元件是显然的。

此外，图3的波束形成设备100中的时延值施加单元105、投影单元115、权重计算单元120和合成单元130可相应于一个或多个处理器。

图3的波束形成设备100相应于图1的波束形成设备100的示例。因此，图3的波束形成设备100不限于图3中示出的单元。此外，以上参照图1描述的内容还被应用到图3的波束形成设备100，因此，省略图3的波束形成设备的详细描述。

波束形成设备100通过使用从目标对象反射的回波信号形成接收波束。例如，波束形成设备100可如下面的等式1执行计算。

[等式1]

$z\left[n\right]=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_m\left[n\right]\·x_m[n-{\mathrm{\Δ}}_m[n\left]\right]$

其中，在等式1中，z[n]可指示深度方向上的目标对象的位置n处波束形成的结果。在此，深度方向上的位置n可以是焦点，并且根据波束形成的结果的z[n]可指示根据波束形成的结果形成的接收波束。

M可指示参与波束形成的接收通道的数目或参与波束形成的接收子阵列的数目。以下，假设M指示接收通道的数目，并且m指示M个接收通道中的第m个接收通道。然而，M也可指示接收子阵列的数目，并且m指示M个接收子阵列中第m个接收子阵列。

w_m[n]可指示在位置n处将被施加到第m个通道的波束形成系数。在此，波束形成系数可以是切趾窗或权重，并且第m个通道可以是第m个换能器。

x_m[n]可指示在位置n处被反射并由第m个通道接收的回波信号，Δ_m[n]可指示当在位置n和第m个通道之间对发送信号或接收信号进行传输时根据位置n和第m个通道之间的距离补偿的时延值。因此，x_m[n-Δ_m[n]]可以是回波信号，其中，所述回波信号在位置n处被反射，由第m个通道接收，并具有施加的时延值。

因此，波束形成设备100可通过使用关于多个通道数据的回波信号来形成一个RF扫描线。此外，波束形成设备100可考虑深度方向上的位置n将根据每个通道的时延值施加到从目标对象反射的回波信号，可将权重施加到施加了时延值的回波信号，可合成施加了权重的回波信号，波束形成设备100可根据合成的结果估计指示从位置n反射的超声波信号的接收波束。

向量形式的等式1被定义为下面的等式2。

[等式2]

$Z\left[n\right]=W^H\left[n\right]\·X_{\mathrm{\Δ}}\left[n\right]=X_{\mathrm{\Δ}}^T\left[n\right]\·W\left[n\right]$

其中，在等式2中，Z[n]可指示波束形成结果，W[n]可指示权重，X_Δ[n]可指示施加了时延值的回波信号，上标H可指示厄密共轭转置，上标T可指示转置。

如上所述，波束形成设备100可通过将时延值和权重施加到从目标对象反射的回波信号来形成接收波束。在此，波束形成设备100减少了权重向量空间的维数，从而波束形成设备100几乎不会影响分辨率(在此，分辨率的水平相应于根据最小方差技术获得的水平)，并可显著地减少计算量。也就是说，波束形成设备100通过使用多个基向量计算权重，从而波束形成设备100可减少权重向量空间的维数。

时延值施加单元105将时延值施加到从目标对象反射的回波信号。根据本实施例的时延值可以是用于补偿由焦点和换能器之间的距离引起的误差的时延值。

现在将参照等式1描述上述过程。时延值施加单元105可通过将时延值Δ_m[n]施加到从目标对象反射的回波信号x_m[n]来输出x_m[n-Δ_m[n]]。以这样的方式，通过时延值施加单元105施加了时延值的回波信号可以是等式2的X_Δ[n]。

存储单元110存储从先前测量的回波信号的波束形成系数获得的基向量。在此，存储于存储单元110的基向量可指示基向量的组。

投影单元115将从目标对象反射的回波信号投影在存储于存储单元110的基向量中的至少一些基向量中的每个基向量上。在此，从目标对象反射的回波信号可以是施加了从时延值施加单元105输出的时延值的回波信号。

可由用户确定作为投影单元115的投影目标的基向量中的至少一些基向量的数量。在40个基向量存储于存储单元110的情况下，投影单元115将施加了时延值的回波信号投影在根据用户的确定的40个或更少的基向量中的每个基向量。

投影单元115将回波信号投影在按照根据用户的确定的基向量的数量的基向量上，从而回波信号的维数会减少。

关于由投影单元115执行的投影，更详细地，等式2的波束形成结果可被定义为下面的等式3。

[等式3]

$Z=X_{\mathrm{\Δ}}^{T}W=X_{\mathrm{\Δ}}^T{U}^T\mathrm{\α}$

其中，在等式3中，Z可指示波束形成结果，X_Δ可指示施加了时延值的回波信号，U可指示基向量，α可指示关于基向量的权重。如上所述，波束形成设备100中的权重可被定义为U和α的乘积(即，基向量的加权和)。

此外，等式3可被定义为等式4。

[等式4]

$Z=X_{\mathrm{\Δ}}^T{U}^T\mathrm{\α}={\mathrm{\α}}^T\left[{\mathrm{UX}}_{\mathrm{\Δ}}\right]={\mathrm{\α}}^T{X}_{\mathrm{\ΔU}}^T$

其中，在等式4中，X_ΔU可指示施加了时延值并且被投影在基向量中的每个基向量上的回波信号。

更详细地，指示基向量的U可被定义为等式5。

[等式5]

U＝[V₁，V₂，…，V_r]

其中，在等式5中，U可指示基向量的组，V可指示特征向量或基向量，r可指示根据用户的确定将被存储的基向量的数量。此外，在等式5中，基向量V可用作固定的窗。

参照图4和图5，施加了时延值并且被投影在基向量上的回波信号X_ΔU可通过投影在作为基向量的组的U上而被产生。

如上所述，波束形成设备100可通过将权重乘以施加了时延值并且被投影在基向量上的回波信号来执行波束形成。在子孔径为32的回波信号被投影在10个基向量上的情况下，回波信号的维数从32减少到10，从而为计算权重而执行的计算量可显著减少。

此外，投影单元115将方向向量(steering vector)投影在存储于存储单元110中的基向量中的至少一些基向量中的每个基向量上。在此，可由用户确定作为投影单元115的投影目标的基向量中的至少一些基向量的数量。因此，投影单元115可输出修改的方向向量。这将参照等式6和等式8进行详细描述。

如上所述，为了减少关于权重计算的计算量，波束形成设备100可将施加了时延值的回波信号投影到基向量，可将方向向量投影到基向量，并可通过使用投影的回波信号和投影的方向向量计算权重。

权重计算单元120通过使用存储于存储单元110的基向量计算将被施加到从目标对象反射的回波信号的权重。例如，权重计算单元120可通过使用由投影单元115投影的回波信号来计算权重。

更详细地，权重计算单元120可通过使用等式6来计算权重。

[等式6]

$\mathrm{\α}=\frac{R_{\mathrm{\Δu}}^{-1}{e}_m}{e_m^H{R}_{\mathrm{\Δu}}^{-1}{e}_m}$

其中，在等式6中，α可指示权重，R_ΔU可以是X_ΔU的样本协方差矩阵，e_m可指示修改的方向向量。

当权重计算单元120计算样本协方差矩阵R_ΔU的逆时，权重计算单元120可执行对角线加载技术(diagonal loading technique)或轴向平滑技术(axialsmoothing technique)，以便保证稳定。

在等式6中，可通过使用等式7定义R_ΔU，可通过使用等式8定义e_m。

[等式7]

$R_{\mathrm{\Δu}}=E\left[X_{\mathrm{\ΔU}}{X}_{\mathrm{\ΔU}}^T\right]$

其中，在等式7中，样本协方差矩阵R_ΔU可被定义为关于X_ΔU的转置和X_ΔU的期望值。在此，可通过以子阵列为单位处理X_ΔU并随后将平均值反映到X_ΔU来获得等式7中的样本协方差矩阵R_ΔU。

[等式8]

e_m＝Ue

其中，在等式8中，可通过将方向向量e投影在基向量的组U上来获得修改的方向向量e_m。在此，方向向量e用于控制从换能器传输到目标对象的信号的相位。因此，当假设用于波束形成的时延值已经针对方向被施加到的回波信号时，方向向量e可相应于1。

以这样的方式，权重计算单元120通过使用由投影单元115投影在基向量上的回波信号和方向向量来计算权重，从而计算量会显著减少。

合成单元130通过使用存储于存储单元110中的基向量来将权重施加到从目标对象反射的回波信号，并合成施加了权重的信号，其中，由权重计算单元120计算所述权重。例如，合成单元130将由权重计算单元120计算的权重施加到由投影单元115投影的回波信号。

可通过使用等式3和等式4来执行合成单元130的权重施加，其中，权重α乘以施加了时延值并被投影到多个基向量中的每个基向量的回波信号X_ΔU，但不限于此。

以这样的方式，投影单元115将回波信号投影到基向量，合成单元130将权重施加到投影的回波信号，从而波束形成设备100可对从目标对象反射的回波信号执行多窗操作。

此外，合成单元130合成施加了权重的信号。根据合成单元130的合成的结果，如通过等式1和等式2所定义，可输出响应于波束形成结果而形成的接收波束z或Z[n]。

通过这样做，波束形成设备100可执行波束形成，同时计算量显著地减少。

以下，现将参照由M个通道中的每个接收从目标对象反射的回波信号的情况，来详细地描述由波束形成设备100执行的波束形成。然而，本发明的一个或多个实施例不限于此，因此可由M个子阵列中的每个接收从目标对象反射的回波信号。

例如，可通过使用等式9来定义从目标对象反射的回波信号X。

[等式9]

X＝[X₁，X₂，…，X_M]

其中，在等式9中，X₁可指示由第一通道接收的回波信号，X₂可指示由第二通道接收的回波信号，X_M可指示由第M通道接收的回波信号。

时延值施加单元105将时延值Δ施加到从目标对象反射的回波信号X。例如，可通过使用等式10来定义由时延值施加单元105施加了时延值的回波信号X_Δ。

[等式10]

X_Δ＝[X_Δ1，X _Δ2，…，X_ΔM]

其中，在等式10中，X_Δ1可指示施加了时延值Δ1的由第一通道接收的回波信号，X_Δ2可指示施加了时延值Δ2的由第二通道接收的回波信号，X_ΔM可指示施加了时延值Δm的由第M通道接收的回波信号。

存储单元110存储从先前测量的回波信号的波束形成系数获得的基向量。在此，存储于存储单元110中的基向量可指示基向量的组，可通过使用等式11定义基向量的组U。

[等式11]

U ＝[V₁，V₂，…，V_r]

其中，在等式11中，V₁可指示第一基向量，V₂可指示第二基向量，V_r可指示第r基向量。在此，可由用户确定r，并且r可以是等于或大于1的整数。

投影单元115将从目标对象反射的回波信号投影在存储于存储单元110的基向量中的至少一些基向量中的每个基向量上。

在此，假设用户希望通过使用存储于存储单元110中的r个基向量中的k个基向量来执行波束形成。对此，可由用户确定k，并且k可以是等于或大于1的整数。此外，k可等于或大于r并小于M。也是就说，在本实施例中使用的基向量的数量小于通道的数量。

因此，可通过使用等式12定义施加了延时值并且被投影单元115投影在k个基向量上的回波信号X_ΔU，其中，所述k个基向量来自存储于存储单元110的基向量。

[等式12]

X_ΔU＝[X_ΔU1，X_ΔU2，…，X_ΔUk]

其中，在等式12中，X_ΔU1可指示被投影在第一基向量V₁上的回波信号，X_ΔU2可指示被投影在第二基向量V₂上的回波信号，X_ΔUk可指示被投影在第k基向量V_k上的回波信号。

参照等式10和等式12，从目标对象反射的回波信号X_Δ具有维数M，但投影单元115投影的回波信号X_ΔU具有维数k。如上面参照等式11和等式12所述，k小于M，从而由于投影单元115的投影而回波信号的维数会减少。

此外，投影单元115将方向向量投影在存储于存储单元110的基向量中的至少一些基向量中的每个基向量上。因此，可通过使用等式13来定义由投影单元115投影在存储于存储单元110中的基向量中的k个基向量的方向向量em。

[等式13]

e_m＝[e_m1，e_m2，…，e_mk]

其中，在等式13中，e_m1可指示被投影在第一基向量V₁上的方向向量，e_m2可指示被投影在第二基向量V₂上的方向向量，e_mk可指示被投影在第k基向量V_k上的方向向量。

权重计算单元120通过使用由投影单元115投影的回波信号和方向向量来计算权重。例如，可通过使用等式14来定义权重计算单元120。

[等式14]

${\mathrm{\α}}^T=[{\mathrm{\α}}_1^T,{\mathrm{\α}}_2^T,...,{\mathrm{\α}}_k^T]$

其中，在等式14中，α₁可指示将被施加到被投影在第一基向量V₁上的回波信号的权重，α₂可指示将被施加到被投影在第二基向量V₂上的回波信号的权重，α_k可指示将被施加到被投影在第k基向量V_k上的回波信号的权重。在此，可通过使用等式12的X_ΔUk和等式13的e_mk来计算α_k。

合成单元130将权重α^T分别施加到施加了时延值并被投影到基向量上的回波信号，并随后合成施加了权重α^T的信号。例如，合成单元130将权重α^T施加到施加了时延值并被投影到基向量上的回波信号X_ΔU，并且可通过使用等式15来定义施加了权重α^T的信号的合成的结果。

[等式15]

${\mathrm{\α}}^T{X}_{\mathrm{\ΔU}}={\mathrm{\α}}_1^T{X}_{\mathrm{\ΔU}1}+{\mathrm{\α}}_2^T{X}_{\mathrm{\ΔU}2}+...+{\mathrm{\α}}_k^T{X}_{\mathrm{\ΔUk}}$

因此，合成单元130的合成的结果可相应于根据波束形成结果形成的接收波束。

以这样的方式，波束形成设备100可以以减少的计算量来执行波束形成，同时保证诊断图像的分辨率。

图4是根据本发明的实施例的医学成像系统400的示图。参照图4，医学成像系统400包括波束形成设备100，一个或多个换能器410、诊断图像产生单元420、显示单元430、存储单元440和输出单元450。

图4的波束形成设备100相应于图1和图3中示出的波束形成设备100的示例，因此参照图1和图3的前述描述还被应用到图4的医学成像系统400，这里省略重复的描述。

根据本实施例的医学成像系统400提供目标对象的诊断图像。例如，医学成像系统400显示指示目标对象的诊断图像，或将相应于目标对象的诊断图像的信号输出到显示关于目标对象的诊断图像的外部装置。在此，诊断图像可以是超声波图像，但不限于此。

一个或多个换能器410与目标对象交换信号。一个或多个换能器410可以是一维阵列换能器，但不限于此，因此可以是二维阵列换能器或三维阵列换能器。

一个或多个换能器410将传输信号发送到目标对象并接收从目标对象反射的回波信号。

波束形成设备100通过使用从先前测量的回波信号的波束形成系数获得的多个基向量，计算将被施加到从目标对象反射的回波信号的权重，将计算的权重施加到从目标对象反射的回波信号，合成施加了权重的信号。

在此，可将从先前测量的回波信号的波束形成系数获得的基向量存储于波束形成设备100或存储单元440。因此，波束形成设备100可通过使用存储的基向量中的至少一些基向量来执行波束形成。在此，可由用户确定基向量中的至少一些基向量的数量。

如上所述，波束形成设备100通过使用基向量来计算权重，并将所述权重施加到回波信号，从而波束形成设备100可以以减少的计算量执行波束形成。

此外，一个或多个换能器410和波束形成设备100可被包括在探头(probe)中，但不限于此，因此波束形成设备100可被包括在医学成像系统400的主体中，一个或多个换能器410可被包括在探头中。

诊断图像产生单元420通过使用从波束形成设备100输出的信号来产生诊断图像。诊断图像产生单元420可包括数字信号处理器(DSP)(未示出)和数字扫描变换器(DSC)(未示出)。DSP对从波束形成设备100输出的信号执行信号处理操作。DSC对通过使用执行了信号处理操作的信号而形成的图像数据执行扫描变换，因此产生诊断图像。

显示单元430显示由诊断图像产生单元420产生的诊断图像。例如，显示单元430包括：医学成像系统400中布置的包括显示面板、鼠标、液晶显示(LCD)屏、监视器等的所有输出装置。

然而，对本领域的普通技术人员来说医学成像系统400可不具有显示单元430但可具有输出单元450是显然的，其中，所述输出单元450将由诊断图像产生单元420产生的诊断图像输出到外部显示装置(未示出)。

存储单元440存储由诊断图像产生单元420产生的诊断图像和在医学成像系统400的操作期间产生的数据。对本领域的普通技术人员来说存储单元440包括所有以下项是显然的：硬盘驱动器(HDD)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存和存储卡。

输出单元450可经由有线或无线网络、或有线的串行通信，与外部装置交换数据。在此，网络包括互联网、局域网(LAN)、无线LAN、广域网(WAN)、个人局域网(PAN)等，但不限于此，因此可包括能够发送和接收信息的不同类型的网络，外部装置可包括位于远处的另一医学成像系统、通用计算机系统、传真等。

此外，对本领域的普通技术人员来说存储单元440和输出单元450还可包括图像读取和搜索功能，并随后可成为一体(诸如，图片存档及通信系统(PCAS)的类型)是显然的。

如上所述，波束形成设备100在执行波束形成中不要求大计算量，因此医学成像系统400可实时产生高分辨率的诊断图像。

图5是示出根据本发明的实施例的波束形成方法的流程图。参照图5，波束形成方法包括由图1、图3和图4中示出的波束形成设备100或医学成像系统400按时间顺序处理的多个操作。因此，虽然以下省略了以上描述的关于图1、图3和图4中示出的波束形成设备100或医学成像系统400的特征，但可将所述特征应用到图5的波束形成方法。

在操作501，权重计算单元120通过使用从先前测量的回波信号的波束形成系数获得的多个基向量，来计算将被施加到从目标对象反射的回波信号的权重。

在操作502，合成单元130将在操作501计算的权重施加到从目标对象反射的回波信号，并合成施加了权重的信号。

根据另一实施例，在操作502，合成单元130通过使用从先前测量的回波信号的波束形成系数获得的基向量，来将在操作501计算的权重施加到从目标对象反射的回波信号，并合成施加了权重的信号。

如上所述，根据本发明的一个或多个实施例，波束形成方法可执行波束形成，以便实时获得高分辨率的诊断图像。

此外，根据本发明的一个或多个实施例，可显著地减少为实时获得高分辨率的诊断图像而执行波束形成的计算量。

本发明的实施例可被写成计算机程序并可被实施在使用计算机可读记录介质执行所述程序的通用数字计算机中。另外，可通过各种手段将用于本发明的实施例的数据结构写入计算机可读记录介质。计算机可读记录介质的示例包括磁存储介质(例如，ROM、软盘、硬盘等)、光记录介质(例如，CD-ROM或DVD)等。

应理解，这里描述的示例性实施例应被理解为仅是描述意义的，而不是为了限制目的。每个实施例中的特征或方面的描述通常应被理解为可用于其它实施例中的其它类似的特征或方面。

Claims (16)

1.一种波束形成设备包括：

存储单元，用于存储从先前测量的回波信号的波束形成系数获得的多个基向量；

权重计算单元，用于通过使用所述多个基向量计算将被施加到从目标对象反射的回波信号的权重；

合成单元，用于将所述权重施加到从目标对象反射的回波信号，并用于合成施加了权重的信号。

2.如权利要求1所述的波束形成设备，还包括：投影单元，用于将从目标对象反射的回波信号投影在所述多个基向量中的至少一些基向量中的每个基向量上；

其中，权重计算单元通过使用投影的回波信号计算权重，

合成单元将所述权重施加到投影的回波信号，并随后合成施加了权重的信号。

3.如权利要求2所述的波束形成设备，其中，投影单元将方向向量投影在所述多个基向量中的至少一些基向量中的每个基向量上，

权重计算单元通过使用投影的回波信号和投影的方向向量来计算权重，

合成单元将所述权重施加到投影的回波信号，并随后合成施加了权重的信号。

4.如权利要求2所述的波束形成设备，其中，所述多个基向量中的至少一些基向量的数量能够由用户确定。

5.如权利要求1所述的波束形成设备，其中，存储单元存储通过对先前测量的回波信号的波束形成系数执行主成分分析(PCA)而获得的多个基向量。

6.如权利要求1所述的波束形成设备，其中，合成单元将加权和施加到从目标对象反射的回波信号，并合成施加了加权和的信号，其中，所述加权和是关于多个基向量中的至少一些基向量的。

7.一种医学成像系统，包括：

波束形成设备，用于通过使用从先前测量的回波信号的波束形成系数获得的多个基向量，计算将被施加到从目标对象反射的回波信号的权重，用于将所述权重施加到从目标对象反射的回波信号，并用于合成施加了权重的信号；

诊断图像产生单元，用于通过使用从波束形成设备输出的信号产生诊断图像。

8.如权利要求7所述的医学成像系统，还包括存储单元，用于存储所述多个基向量，

其中，波束形成设备通过使用所述多个基向量中的至少一些基向量执行波束形成。

9.如权利要求8所述的医学成像系统，其中，所述多个基向量中的至少一些基向量的数量能够由用户确定。

10.如权利要求7所述的医学成像系统，其中，波束形成设备将从目标对象反射的回波信号投影在所述多个基向量中的至少一些基向量中的每个基向量上，通过使用投影的回波信号计算权重，并将所述权重施加到投影的回波信号。

11.一种波束形成方法，包括：

通过使用从先前测量的回波信号的波束形成系数获得的多个基向量，计算将被施加到从目标对象反射的回波信号的权重；

将所述权重施加到从目标对象反射的回波信号，并合成施加了权重的信号。

12.如权利要求11所述的波束形成方法，所述方法还包括：将从目标对象反射的回波信号投影在所述多个基向量中的至少一些基向量中的每个基向量上，

其中，计算权重的步骤包括：通过使用投影的回波信号计算权重，

合成的步骤包括：将所述权重施加到投影的回波信号，并随后合成施加了权重的信号。

13.如权利要求12所述的波束形成方法，所述方法还包括：将方向向量投影在所述多个基向量中的至少一些基向量中的每个基向量上，

其中，计算权重的步骤包括：通过使用投影的回波信号和投影的方向向量来计算权重。

14.如权利要求12所述的波束形成方法，其中，所述多个基向量中的至少一些基向量的数量能够由用户确定。

15.如权利要求11所述的方法，其中，通过对先前测量的回波信号的波束形成系数执行主成分分析(PCA)获得所述多个基向量。

16.如权利要求11所述的方法，其中，合成的步骤包括：将加权和施加到从目标对象反射的回波信号，并合成施加了加权和的信号，其中，所述加权和是关于所述多个基向量中的至少一些基向量的。

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