CN106990172B - 一种超声检测与成像方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超声检测与成像方法及其系统，该方法包括：超声换能器各阵元向待检区域各预设焦点依次发射两个脉冲；控制超声换能器各阵元向预设焦点发射两个脉冲之间的时间差，使第一个脉冲激发的横波和第二个脉冲激发的纵波同时到达预设焦点；以及控制超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，使超声换能器各阵元发射的第一个脉冲激发的横波同时到达预设焦点，进而实现纵波和横波在预设焦点处同时聚焦；改变待检区域内预设焦点的位置，当待检区域内所有预设焦点聚焦后，则完成多波聚焦声束对待检区域的扫描过程；根据超声换能器各阵元依次接收到来自缺陷的回波信号得到待检区域的各预设焦点的检测信号，再将检测信号进行成像处理。

Description

一种超声检测与成像方法及其系统
技术领域
本发明涉及超声检测与成像技术领域，尤其涉及一种超声检测与成像方法及其系统。
背景技术
近年来，超声检测与成像取得了快速发展，相关仪器和设备已应用到超声检测的各个领域。然而，目前的超声成像检测设备和仪器几乎都只利用了介质中某一种类型的声波信息(如纵波或横波)进行聚焦和成像处理，即使是利用多种类型的声波进行成像，但也只是分别利用不同声波进行处理，不能同时利用多种波型进行聚焦与成像。利用一种声波信息进行聚焦与成像，检测信号的信噪比难以有较大程度的提高，对于细微缺陷的检测，或者在复杂结构中，利用单一波型的超声成像检测遇到了严重困难。
发明内容
本发明的目的，是为了克服现有技术超声成像检测设备和仪器存在的上述技术问题，提供了一种超声检测与成像方法及其系统。
为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种超声检测与成像方法。该方法包括：
由超声换能器各阵元向待检区域的各预设焦点依次发射两个脉冲；其中，所述脉冲用于激发横波或纵波；通过控制超声换能器各阵元向预设焦点发射两个脉冲之间的时间差，使得第一个脉冲激发的横波和第二个脉冲激发的纵波同时到达预设焦点；以及控制超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，使得超声换能器各阵元发射的第一个脉冲激发的横波同时到达预设焦点，从而使得纵波和横波在预设焦点处实现同时聚焦；改变待检区域内预设焦点的位置，当待检区域内的所有预设焦点进行聚焦后，则完成多波聚焦声束对待检区域的扫描过程；根据超声换能器各阵元依次接收到来自缺陷的回波信号得到待检区域各预设焦点的检测信号，再将检测信号进行成像处理。
优选地，上述成像处理步骤，包括：将超声换能器各阵元依次接收到来自缺陷的回波信号按照纵波时延叠加得到第一时间序列信号；以及将超声换能器各阵元依次接收到来自缺陷的回波信号按照横波时延叠加得到第二时间序列信号；将第一时间序列信号和第二时间序列信号，按照预定的延时规则进行叠加合成第三时间序列信号；将第三时间序列信号进行成像处理，得到待检区域的检测图像。
优选地，上述预定的延时规则是指按照纵波和横波从预设焦点传播到超声换能器阵元的时间差得到，按照预定的延时规则进行叠加得到的第三时间序列信号为预设焦点的检测信号。
优选地，成像处理通过第三时间序列信号的幅度来实现。
优选地，超声换能器各阵元向预设焦点发射两个脉冲之间的时间差，通过以下公式计算：
其中为第i个阵元发射的两个脉冲之间的时间差，ri为第i阵元到聚焦点P之间的距离，cp为介质中的纵波速度，cs为介质中的横波速度。
优选地，超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，通过以下公式计算：
其中为第i个阵元发射第一个脉冲的时间延迟，r1为第1个阵元到焦点之间的距离。
另一方面，本发明提供了一种超声检测与成像系统。该系统包括：超声换能器和处理设备；其中，处理设备包括控制模块、检测模块和成像处理模块；其中，控制模块用于通过控制超声换能器各阵元向预设焦点发射两个脉冲之间的时间差，使得第一个脉冲激发的横波和第二个脉冲激发的纵波同时到达预设焦点；以及控制超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，使得超声换能器各阵元发射的第一个脉冲激发的横波同时到达预设焦点，从而纵波和横波在预设焦点处实现同时聚焦；检测模块用于改变待检区域内预设焦点的位置，当待检区域内的所有预设焦点进行聚焦后，则完成多波聚焦声束对待检区域的扫描过程；成像处理模块用于根据超声换能器各阵元依次接收到来自缺陷的回波信号得到待检区域的各预设焦点的检测信号，再将检测信号进行成像处理。
优选地，成像处理模块，具体用于：将超声换能器各阵元依次接收到来自缺陷的回波信号按照纵波时延叠加得到第一时间序列信号；以及将超声换能器各阵元依次接收到来自缺陷的回波信号按照横波时延叠加得到第二时间序列信号；将第一时间序列信号和第二时间序列信号，按照预定的延时规则进行叠加合成第三时间序列信号；将第三时间序列信号进行成像处理，得到待检区域的检测图像。
优选地，成像处理通过第三时间序列信号的幅度来实现。
本发明提供的一种超声检测与成像的方法及其系统，可较大程度地提高信噪比和图像分辨率，对目前的超声成像检测具有重要意义和应用背景。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种超声检测与成像方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种超声检测与成像系统结构示意图；
图3为图1所示超声检测与成像方法中一种超声多波聚焦控制方法示意图；
图4为图1所示超声检测与成像方法中另一种超声多波聚焦控制方法示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明实施例提供的一种超声检测与成像方法流程示意图。如图1所示，该超声检测与成像方法包括步骤S101-S103：
步骤S101，由超声换能器各阵元向待检区域的各预设焦点依次发射两个脉冲；通过控制超声换能器各阵元向预设焦点发射两个脉冲之间的时间差，使得第一个脉冲激发的横波和第二个脉冲激发的纵波同时到达预设焦点；以及控制超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，使得超声换能器各阵元发射的第一个脉冲激发的横波同时到达预设焦点，从而纵波和横波在预设焦点处实现同时聚焦。
如图3所示的例子，超声换能器某阵元发射的第一个脉冲A1产生的横波和第二个脉冲A2产生的纵波同时到达预设焦点P，超声换能器阵元i与聚焦点P之间的距离为ri，介质中的纵波和横波速度分别为cp和cs，两个脉冲之间的时间差的计算公式为：
图3所示的例子，用于说明通过控制超声换能器各阵元向预设焦点发射两个脉冲之间的时间差，使得第一个脉冲激发的横波和第二个脉冲激发的纵波同时到达预设焦点。
如图4所示的例子，通过阵列方式排列的超声换能器的所有阵元i(i∈[1,N])发射第一个脉冲Ai,1的时间延迟为所有阵元发射的第一个脉冲Ai,1所激发的横波同时到达预设焦点P，超声换能器阵元i发射第一个脉冲的时间延迟的计算公式为：
其中r1为第1个阵元到焦点之间的距离。图4所示的例子，用于说明控制超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，使得超声换能器各阵元发射的第一个脉冲激发的横波同时到达预设焦点，从而纵波和横波在预设焦点处实现同时聚焦。
步骤S102,当改变待检区域内预设焦点的位置，当待检区域内的所有预设焦点进行聚焦后，则完成多波聚焦声束对待检区域的扫描过程。
步骤S103，根据超声换能器各阵元依次接收到来自缺陷的回波信号得到待检区域的各预设焦点的检测信号，再将检测信号进行成像处理。
具体地，根据超声换能器各阵元依次接收到来自缺陷的回波信号得到待检区域的各预设焦点的检测信号，将超声换能器各阵元依次接收到来自缺陷的回波信号按照纵波时延叠加得到第一时间序列信号；以及将超声换能器各阵元依次接收到来自缺陷的回波信号按照横波时延叠加得到第二时间序列信号；将第一时间序列信号和第二时间序列信号，按照预定的延时规则进行叠加合成第三时间序列信号；将第三时间序列信号进行成像处理，得到待检区域的检测图像。
上述预定的延时规则是按照纵波和横波从预设焦点传播到超声换能器阵元的时间差来得到，按照预定的延时规则进行叠加得到的第三时间序列信号为预设焦点的检测信号。
上述成像处理步骤通过第三时间序列信号的幅度来实现。
本发明实施例提供的采用超声多波聚焦扫描和单一波型检测扫描相比，可以检测到更加细小的缺陷。另外，可较大程度地提高信噪比和图像分辨率，对目前的超声成像检测具有重要意义和应用背景。
图2为本发明实施例提供的一种超声检测与成像系统结构示意图。如图2所示，该超声检测与成像系统包括：超声换能器10和处理设备20；其中，处理设备20包括控制模块21、检测模块22和成像处理模块23。
控制模块21用于通过控制超声换能器10各阵元11向预设焦点发射两个脉冲之间的时间差，使得第一个脉冲激发的横波和第二个脉冲激发的纵波同时到达预设焦点，从而使得纵波和横波在预设焦点处实现同时聚焦；以及控制超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，使得超声换能器10各阵元11发射的第一个脉冲激发的横波同时到达预设焦点。
检测模块22用于改变待检区域内预设焦点的位置，当待检区域内的所有预设焦点进行聚焦后，则完成多波聚焦声束对待检区域的扫描过程。
成像处理模块23用于根据超声换能器10各阵元11依次接收到来自缺陷的回波信号得到待检区域的各预设焦点的检测信号，再将检测信号进行成像处理。
上述成像处理模块23具体用于：
将超声换能器10各阵元11依次接收到来自缺陷的回波信号按照纵波时延叠加得到第一时间序列信号；以及将超声换能器各阵元依次接收到来自缺陷的回波信号按照横波时延叠加得到第二时间序列信号；将第一时间序列信号和第二时间序列信号，按照预定的延时规则进行叠加合成第三时间序列信号；将第三时间序列信号进行成像处理，得到待检区域的检测图像。优选地，预定的延时规则是按照纵波和横波从预设焦点传播到超声换能器阵元的时间差来得到，按照预定的延时规则进行叠加得到的第三时间序列信号为预设焦点的检测信号。
本发明实施例可以检测到更加细小的缺陷，以及较大程度地提高信噪比和图像分辨率，对目前的超声成像检测具有重要意义和应用背景。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超声检测与成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
由超声换能器各阵元向待检区域的各预设焦点依次发射两个脉冲；其中，所述脉冲用于激发横波和纵波，通过控制超声换能器各阵元向预设焦点发射两个脉冲之间的时间差其中为第i个阵元发射的两个脉冲之间的时间差，ri为第i阵元到聚焦点P之间的距离，cp为介质中的纵波速度，cs为介质中的横波速度，使得所述第一个脉冲激发的横波和所述第二个脉冲激发的纵波同时到达预设焦点；以及控制超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，使得超声换能器各阵元发射的第一个脉冲激发的横波同时到达预设焦点，从而纵波和横波在预设焦点处实现同时聚焦；
改变待检区域内预设焦点的位置，当待检区域内的所有预设焦点进行聚焦后，则完成多波聚焦声束对待检区域的扫描过程；
根据超声换能器各阵元依次接收到的来自缺陷的回波信号得到待检区域的各预设焦点的检测信号，再将检测信号进行成像处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成像处理步骤，包括：
将超声换能器各阵元依次接收到的来自缺陷的回波信号按照纵波时延叠加得到第一时间序列信号；以及
将超声换能器各阵元依次接收到的来自缺陷的回波信号按照横波时延叠加得到第二时间序列信号；
将所述第一时间序列信号和所述第二时间序列信号，按照预定的延时规则进行叠加合成第三时间序列信号；
将所述第三时间序列信号进行成像处理，得到待检区域的检测图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定的延时规则是按照纵波和横波从预设焦点传播到超声换能器阵元的时间差来得到，按照所述预定的延时规则进行叠加得到的第三时间序列信号为预设焦点的检测信号。
4.根据权利要求2-3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述成像处理步骤通过第三时间序列信号的幅度来实现。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，通过以下公式计算：
其中为第i个阵元发射第一个脉冲的时间延迟，r1为第1个阵元到焦点之间的距离，cs为介质中的横波速度。
6.一种超声检测与成像系统，其特征在于，包括：超声换能器(10)和处理设备(20)；其中，处理设备(20)包括控制模块(21)、检测模块(22)和成像处理模块(23)；
所述控制模块(21)，用于通过控制超声换能器(10)各阵元(11)向预设焦点发射两个脉冲之间的时间差其中为第i个阵元发射的两个脉冲之间的时间差，ri为第i阵元到聚焦点P之间的距离，cp为介质中的纵波速度，cs为介质中的横波速度，使得所述第一个脉冲激发的横波和所述第二个脉冲激发的纵波同时到达预设焦点；以及控制超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，使得超声换能器(10)各阵元(11)发射的第一个脉冲激发的横波同时到达预设焦点；
所述检测模块(22)，用于改变待检区域内预设焦点的位置，当待检区域内的所有预设焦点进行聚焦后，则完成多波聚焦声束对待检区域的扫描过程；
所述成像处理模块(23)，用于根据超声换能器(10)各阵元依次接收到来自缺陷的回波信号得到待检区域的各预设焦点的检测信号，再将检测信号进行成像处理。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述成像处理模块(23)，包括：
将超声换能器各阵元依次接收来自缺陷的回波信号按照纵波时延叠加得到第一时间序列信号；以及
将超声换能器各阵元依次接收来自缺陷的回波信号按照横波时延叠加得到第二时间序列信号；
将所述第一时间序列信号和所述第二时间序列信号，按照预定的延时规则进行叠加合成第三时间序列信号；
将所述第三时间序列信号进行成像处理，得到待检区域的检测图像。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述预定的延时规则是按照纵波和横波从预设焦点传播到超声换能器阵元的时间差来得到，按照所述预定的延时规则进行叠加得到的第三时间序列信号为预设焦点的检测信号。
9.根据权利要求7-8中任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述成像处理模块(23)通过第三时间序列信号的幅度来实现。
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