CN109350115A - 交错扫描双波束方法 - Google Patents

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张国峰
丁波
朱逸斐
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Abstract

一种交错扫描双波束方法，通过接收阵元阵列得到相应的多通道射频回波信号，经偏置波束合成后得到一帧数字聚焦图像，再将相邻两帧数字聚焦图像合并为更新后图像后生成更高清晰度或更高帧率的B图像视频。本发明无需对现有硬件进行任何改动即可通过信号处理实现分辨率显著提升，或在相同分辨率下实现帧率的显著提升，为医疗工作带来方便。

Description

交错扫描双波束方法
技术领域
本发明涉及的是一种超声图像处理领域的技术，具体是一种交错扫描双波束方法。
背景技术
超声波成像技术的帧率取决于探测深度、扫描线间距及发射次数。现有技术包括通过减少线数或通过多波束的方式提高帧率，但多波束的实现需要增加硬件资源和复杂度，并且增加系统功耗。
现有技术中包括如中国专利文献号CN100450443C公开的一种基于双波束及合成孔径的接收方法，通过发射器两次发射超声波后选中相对发射中心同一侧的各接收阵元的回波信号，经波束合成器生成两个半波束的数据；将两次半波束数据相加，得到在所述位置扫描的两个波束信号并进一步通过改变动态延时聚焦参数的方法来提高图像质量。但该技术实现需要更多能耗且接收到后必须通过更多计算才能得到高清图像。
中国专利文献号CN102727256B公开了一种基于虚拟阵元的双聚焦波束合成方法及装置，通过虚拟阵元技术，利用两次延时叠加进行多个重叠声场的相关有效信息的提取，但该技术需要额外的波束合成器才能实现。
中国专利文献号CN108309352A公开了一种余弦变换域超声成像方法，通过对各通道接收信号进行延时聚焦得到回波信号，再通过计算子带信号进行离散余弦变换等处理得到信号向量，进而得到每条扫描线的波束形成以提高图像对比度和空间分辨率，但该技术实现必须依赖余弦变换处理，其算术复杂度较高难以适应高帧率下的快速成像。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种交错扫描双波束方法，对硬件处理能力没有额外要求，基于现有的单波束扫描设备即可实现双波束扫描。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种交错扫描双波束方法，通过接收阵元阵列得到相应的多通道射频回波信号，经偏置波束合成后得到一帧数字聚焦图像，再将相邻两帧数字聚焦图像合并为更新后图像后生成更高清晰度或更高帧率的B图像视频。
所述的偏置是指：在每个回波接收周期内分别将聚焦参数向左或向右偏移相同的宽度，优选为偏移0.25倍的扫描线宽度，从而使得对应相邻两帧的数字聚焦图像之间相差0.5倍的扫描线宽度，从而经合并后能够达到双倍清晰度。
所述的聚焦参数具体是指：动态延时参数，通过调整该动态延时得到相应某个位置的扫描线。
所述的数字聚焦图像，通过将偏置后的扫描线的经波束合成后得到合成接收波束，再进行检波处理和数字扫描变换处理(DSC)后得到。
所述的偏置波束合成优选通过高速嵌入式芯片实现。
本发明涉及一种实现上述方法的系统，包括：预处理单元、波束合成单元、聚焦参数调整单元、检波单元、扫描变换处理单元以及奇偶帧合成单元，其中：预处理单元将回波信号进行放大和模数转换后输出至波束合成单元，波束合成单元根据聚焦参数调整单元周期性输出的聚焦参数进行偏置波束合成并将合成接收波束依次输出至检波单元进行检波，扫描变换处理单元根据检波后的包络信号进行图像合成并逐一输出至奇偶帧合成单元，奇偶帧合成单元根据收到的两帧相邻数字聚焦图像进行两两合并并输出双倍清晰度的高清图像以生成B图像视频。
技术效果
与现有技术相比，本发明无需对现有硬件进行任何改动即可通过信号处理实现分辨率显著提升，或在相同分辨率下实现帧率的显著提升，为医疗工作带来方便。
附图说明
图1为本发明原理示意图；
图2为实施例架构示意图；
图3为本发明偏置波束合成示意图；
图4为实施例双倍清晰度的高清图像合成原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例通过脉冲发射器输出脉冲至高压开关后由超声探头输出并接收反射回波，在波束合成时利用高速嵌入式芯片对多通道射频回波信号进行偏置处理。
如图2所示，本实施例具体包括：预处理单元、波束合成单元、聚焦参数调整单元、检波单元、扫描变换处理单元以及奇偶帧合成单元，其中：预处理单元将回波信号进行放大和模数转换后输出至波束合成单元，波束合成单元根据聚焦参数调整单元周期性输出的聚焦参数进行偏置波束合成并将合成接收波束依次输出至检波单元进行检波，扫描变换处理单元根据检波后的包络信号进行图像合成并逐一输出至奇偶帧合成单元，奇偶帧合成单元根据收到的两帧相邻数字聚焦图像进行两两合并并输出双倍清晰度的高清图像以生成B图像视频。
所述的高速嵌入式芯片优选采用FPGA(现场可编程门阵列)，通过使用和普通波束合成同样的系统资源和成本实现。
如图3和图4所示，以四通道回波信号为例，在一个周期下分别对所得到的四通道回波信号进行一次左偏0.25倍扫描线宽度和一次右偏0.25倍扫描线宽度；然后依次将得到的两组回波信号分别进行放大处理、模数转换以及波束合成并各自得到一帧聚焦图像，即偶数帧和奇数帧；然后循环地将相邻两帧进行合并叠加，以生成高清B图像视频。
如上述过程可见，由于相邻两帧合并后图像清晰度提高的同时帧率并未下降，因此本方法能够在不改变现有发射和接收部分硬件结构的前提下实现高清B图像的帧率翻倍。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (8)

1.一种交错扫描双波束方法，其特征在于，通过接收阵元阵列得到相应的多通道射频回波信号，经偏置波束合成后得到一帧数字聚焦图像，再将相邻两帧数字聚焦图像合并为更新后图像后生成更高清晰度或更高帧率的B图像视频。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的偏置是指：在每个回波接收周期内分别将聚焦参数向左或向右偏移相同的宽度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的偏置为偏移0.25倍的扫描线宽度，从而使得对应相邻两帧的数字聚焦图像之间相差0.5倍的扫描线宽度，从而经合并后能够达到双倍清晰度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的聚焦参数具体是指：动态延时参数，通过调整该动态延时得到相应某个位置的扫描线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的数字聚焦图像，通过将偏置后的扫描线的经波束合成后得到合成接收波束，再进行检波处理和数字扫描变换处理(DSC)后得到。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的B图像视频具有与多通道射频回波信号相同的帧率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的偏置波束合成通过高速嵌入式芯片实现。
8.一种实现上述任一权利要求所述方法的系统，其特征在于，包括：预处理单元、波束合成单元、聚焦参数调整单元、检波单元、扫描变换处理单元以及奇偶帧合成单元，其中：预处理单元将回波信号进行放大和模数转换后输出至波束合成单元，波束合成单元根据聚焦参数调整单元周期性输出的聚焦参数进行偏置波束合成并将合成接收波束依次输出至检波单元进行检波，扫描变换处理单元根据检波后的包络信号进行图像合成并逐一输出至奇偶帧合成单元，奇偶帧合成单元根据收到的两帧相邻数字聚焦图像进行两两合并并输出双倍清晰度的高清图像以生成B图像视频。
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