CN111772679B - 一种超声成像的方法、装置、计算机设备及计算机可读介质 - Google Patents

一种超声成像的方法、装置、计算机设备及计算机可读介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及一种超声成像的方法、装置、设备及计算机可读介质，发射超声波；对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号；对所述BF1信号进行二次变迹；对相同空间位置的波束进行叠加，得到二次波束合成后的BF2信号。本发明实施例中，对多波束接收线上逐点聚焦的深度值进行校正，达到多波束空间位置对准、信号对齐的目的，最后将对齐的多波束进行叠加，实现较好的聚焦效果。该方法改善了聚焦效果，且极大的提高了帧率。将该方法用在超声梯形成像中，有效的改善了成像质量，拓展了成像范围。

Description

一种超声成像的方法、装置、计算机设备及计算机可读介质
技术领域
本发明实施例涉及超声图形的领域，特别涉及一种超声成像的方法、装置、计算机设备及计算机可读介质。
背景技术
超声成像因其具有安全、实时、便携、无创及成本低等优势，被广泛应用于临床医学诊断。而波束合成是超声成像系统中处于核心位置，对成像质量起着决定性的作用。波束合成中主瓣宽度和旁瓣幅度用来判断所形成波束质量的高低，通常主瓣的宽度越窄，那么成像的横向分辨率越高；旁瓣的幅度越小，那么成像的对比度就越大，并且伪影噪声越少。
传统常规成像的延时叠加，该算法简便，但是图像质量差，旁瓣等级较高，空间分辨率低。另外，较梯形成像方式而言，常规成像范围有限，对于疾病的诊断具有一定的局限性。一般会通过动态聚焦、幅度变迹和动态孔径三种方法来控制波束主瓣宽度与旁瓣幅度，虽然一定程度上改善了超声成像的质量，但是抑制了旁瓣，但是却是牺牲了一部分的主瓣为代价。
波束形成接收分为单波束和多波束接收，在运动器官的实时诊断中，单波束或双波束帧率低，使得成像的空间分辨率低，多波束接收可以极大的提高帧率，然而每次发射接受的多波束之间相位不对齐，这样叠加得到的RF信号同样具有较高的伪影噪声。多波束可以解决这些问题，但是较常规成像方式而言，梯形成像较复杂。
现有技术中，皆没有将多波束用到梯形成像中，而且梯形成像的报道较少。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种超声成像的方法、装置、计算机设备及计算机可读介质，以实现较好的聚焦效果，有效的改善了成像质量，拓展了成像范围。
第一方面，本发明实施例提供了一种超声成像的方法，所述方法包括：
发射超声波；
对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号；
对所述BF1信号进行二次变迹；
对相同空间位置的波束进行叠加，得到二次波束合成后的BF2信号。
在一些实施例中，所述对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号，包括：
采用梯形线阵相位校正或者梯形凸阵相位校正，对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号；
其中，所述梯形线阵相位校正包括：发射线的角间距相等，接收线角间距相等；或者，发射线间起始间隔相等，接收线间起始间隔相等；
所述梯形凸阵相位校正包括：发射线的角间距相等，接收线角间距相等；或者，发射线起点弧间距相等，接收线起点弧间距相等。
在一些实施例中，所述对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号，包括：
获取各波束的DX，DY，所述DX是发射焦点到各接收线的垂线距离；所述DY是各接收波束垂点到样本点的距离；
获取发射焦点到接收线上各点的距离；
获取每次发射各接收波束线上每个样本点的校正深度值Z；
延时计算时，用Z值对发射延时进行校正，获得各接收波束线的回波信号BF1。
在一些实施例中，所述获取各波束的DX，DY，包括：
梯形圆心到阵元的距离D；
发射线与z轴的夹角θ；
计算梯形圆心到发射起点的距离为ON；
计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam；
根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX。
在一些实施例中，所述计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam，包括：
Figure GDA0004059793820000031
其中，所述AngBeam为接收波束与发射线的夹角；所述TAng为梯形成像角度；所述nlines为发射线数；所述beam为波束数；所述step为移动步长，所述ibeam为波束号，范围在1～beam；
所述根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX，包括：
DX＝|(z_focus+ON(i))*sin(AngBeam)|
DY＝|(z_focus+ON(i))*cos(AngBeam)|-(z_sample+OM)；
其中，所述z_sample为样本点，所述z_focus为焦距，所述OM表示接收波束线起点到梯形圆心的距离；所述ON梯形圆心到发射起点的距离；所述AngBeam为接收波束与发射线的夹角；所述DX为发射焦点到各接收线的垂线；所述DY为各接收波束垂点到样本点的距离；
所述获取每次发射各接收波束线上每个样本点的校正深度值Z，包括：
Figure GDA0004059793820000032
其中，
Figure GDA0004059793820000033
为发射焦点到接收线上各点的距离，Z为校正深度值，B为波束数，N为发射线数，P为样本点数；
所述延时计算时，用Z值对发射延时进行校正，获得各接收波束线的回波信号BF1，包括：
sE(τ)＝(Zijbm1(j)+dnijbm1)/c
其中，dnijbm1为接收阵元到聚焦样本点Pijbm1的距离，SE为阵元E接收到的回波数据时间，c为声速；
Figure GDA0004059793820000041
其中，S为回波信号，sele(τ)为子孔径中阵元ele接收到的回波信号，Wele为幅度变迹系数。
在一些实施例中，所述获取各波束的DX，DY，包括：
计算梯形凸阵圆心到凸阵圆心距离D；
计算常规凸阵发射扫描线与z轴的夹角θ；
计算发射起点到梯形圆心的距离Ts；
计算发射线与z轴的夹角angTx；
计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam；
根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX。
在一些实施例中，所述计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam，包括：
AngBeam＝|angRx(i，ibeam)-angTx(i)| (i＝1，2...nlines ibeam＝1，2...beam)，
其中，AngBeam为接收波束与发射波束的夹角，angRx为接收线与z轴的夹角，即Rs与z轴的夹角；
所述根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX，包括：
DX(i，j，ibeam)＝|(z_focus+Ts(i))*sin(AngBeam(i，ibeam))| (j＝1，2...P)
DY(i，j，ibeam)＝|(z_focus+Ts(i))*cos(AngBeam(i，ibeam))|-(z_sample(j)+Rs(i，ibeam))
其中，z_sample为样本点，z_focus为焦距，P为扫描线上总的样本数；
所述获取每次发射各接收波束线上每个样本点的校正深度值Z，包括：
Figure GDA0004059793820000051
其中，
Figure GDA0004059793820000052
为发射焦点到接收线上各点的距离，Z为校正深度值，B为波束数，N为发射线数，P为样本点数；
所述延时计算时，用Z值对发射延时进行校正，获得各接收波束线的回波信号BF1，包括：
sE(τ)＝(Zijbm1(j)+dnijbm1)/c
其中，SE为阵元E接收到的回波数据时间，c为声速；
Figure GDA0004059793820000053
其中，S为回波信号，sele(τ)为子孔径中阵元ele接收到的回波信号，Wele为幅度变迹系数。
第二方面，本发明实施例提供了一种超声成像的装置，所述装置包括：
发射模块，用于发射超声波；
校正模块，用于对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号；
变迹模块，用于对所述BF1信号进行二次变迹；
叠加模块，用于对相同空间位置的波束进行叠加，得到二次波束合成后的BF2信号。
第三方面，一种计算机设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。
第四方面，本发明实施例提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述方法。
本发明实施例的一种超声成像的方法、装置、计算机设备及计算机可读介质，发射超声波；对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号；对所述BF1信号进行二次变迹；对相同空间位置的波束进行叠加，得到二次波束合成后的BF2信号。本发明实施例中，对多波束接收线上逐点聚焦的深度值进行校正，达到多波束空间位置对准、信号对齐的目的，最后将对齐的多波束进行叠加，实现较好的聚焦效果。该方法改善了聚焦效果，且极大的提高了帧率。将该方法用在超声梯形成像中，有效的改善了成像质量，拓展了成像范围。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本发明实施例提供的一种超声成像的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种梯形线阵相位校正原理图；
图3为本发明实施例提供的一种梯形线阵延时计算原理图；
图4为本发明实施例提供的一种梯形凸阵相位校正原理图；
图5是本发明实施例提供的一种梯形凸阵延时计算原理图；
图6是本发明实施例提供的一种超声成像的装置的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的超声成像的装置的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种超声成像的方法的流程示意图。如图1所示，所述方法包括：
步骤101，发射超声波；
步骤102，对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的第一次波束合成(BeamForming1，BF1)信号；
可选的，所述对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号，包括：
采用梯形线阵相位校正或者梯形凸阵相位校正，对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号；
其中，所述梯形线阵相位校正包括：发射线的角间距相等，接收线角间距相等；或者，发射线间起始间隔相等，接收线间起始间隔相等；
所述梯形凸阵相位校正包括：发射线的角间距相等，接收线角间距相等；或者，发射线起点弧间距相等，接收线起点弧间距相等。
可选的，所述对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号，包括：
获取各波束的DX，DY，所述DX是发射焦点到各接收线的垂线距离；所述DY是各接收波束垂点到样本点的距离；
获取发射焦点到接收线上各点的距离；
获取每次发射各接收波束线上每个样本点的校正深度值Z；
延时计算时，用Z值对发射延时进行校正，获得各接收波束线的回波信号BF1。
第一种实施例，采用梯形线阵相位校正，对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号。
其中，获取各波束的DX，DY，包括：
梯形圆心到阵元的距离D；
发射线与z轴的夹角θ；
计算梯形圆心到发射起点的距离为ON；
计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam；
根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX。
示例的，所述计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam，包括：
Figure GDA0004059793820000081
其中，所述AngBeam为接收波束与发射线的夹角；所述TAng为梯形成像角度；所述nlines为发射线数；所述beam为波束数；所述step为移动步长，所述ibeam为波束号，范围在1～beam；
所述根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX，包括：
DX＝|(z_focus+ON(i))*sin(AngBeam)|
DY＝|(z_focus+ON(i))*cos(AngBeam)|-(z_sample+OM)；
其中，所述z_sample为样本点，所述z_focus为焦距，所述OM表示接收波束线起点到梯形圆心的距离；所述ON梯形圆心到发射起点的距离；所述AngBeam为接收波束与发射线的夹角；所述DX为发射焦点到各接收线的垂线；所述DY为各接收波束垂点到样本点的距离；
所述获取每次发射各接收波束线上每个样本点的校正深度值Z，包括：
Figure GDA0004059793820000082
其中，
Figure GDA0004059793820000083
为发射焦点到接收线上各点的距离，Z为校正深度值，B波束数，N为发射线数，P为样本点数；
所述延时计算时，用Z值对发射延时进行校正，获得各接收波束线的回波信号BF1，包括：
sE(τ)＝(Zijbm1(j)+dnijbm1)/c
其中，dnijbm1为接收阵元到聚焦样本点Pijbm1的距离，SE为阵元E接收到的回波数据时间，c为声速；
Figure GDA0004059793820000084
其中，S为回波信号，sele(τ)为子孔径中阵元ele接收到的回波信号，Wele为幅度变迹系数。
例如，梯形线阵相位校正原理图如图2所示。
其中，发射线数为nlines，以第i次发射为例进行说明，i的范围1～nlines。接收波束数以4波束为例说明。TAng为梯形成像角度；F发射焦点位置；O为梯形圆心；Pijbmn样本点(成像深度)，表示第i次发射，第n个接收波束线上样本点j，j的范围1～P；Zijbmn为第i次发射，第n个接收波束线上样本点j处的校正聚焦深度；x，z为成像图的横轴和纵轴；θ为发射线偏转角；N为发射起点位置；M为接收波束起点位置；D为梯形圆心到线阵探头中心的垂直距离；DX为发射焦点到各接收线的垂线，DXijbmn表示第i次发射，发射焦点F到第n条接收波束线的垂直距离；DY为各接收波束垂点到样本点的距离，DYijbmn表示第i次发射，第n条接收波束线的垂点到各样本点的距离。
对于每次发射事件梯形圆心到发射焦点的距离OF各不不同，这就导致每次发射接受的多波束组的DX和DY组各不相等，也就是说每组接收波束的校正系值Z各不相同。下面以其中一次发射事件为例说明。
梯形线阵相位校正实现方法：
梯形线阵聚焦深度Z的校正是以理想的球面波为模型进行计算。本方法中采用128阵元(N_elements)，64通道(N_channel)系统。其中每次发射接受的波束数(beam)、移动步长(step)、线密度(发射线数nlines)可根据系统需求进行调节。
梯形圆心到阵元的距离D：
Figure GDA0004059793820000091
发射线与z轴的夹角θ：
Figure GDA0004059793820000092
梯形圆心到发射起点的距离为ON，根据根据公式(1)，公式(2)，由三角函数可知：
Figure GDA0004059793820000101
同理可以求得每次发射事件的接收波束起点位置到梯形圆心的距离OM。ON决定了OM各组不相等，也就决定了校正值Z有nlines组。因为ON，OM具有对称性，因此只需存储一半的校正值Z，其中N，M皆为动点。
1)DX，DY
首先，从发射焦点向各接收波束线做垂线，垂线到O的距离为DY，垂点到发射焦点的距离为DX，由于每次发射事件ON不等，因此每次发射接收的各波束DX，DY不相等。
接收波束与发射线的夹角AngBeam：
Figure GDA0004059793820000102
移动步长step为1时，为常规单波数梯形成像。step与最终的线密度有关，step越大线密度越高，但是多波束叠加的数量就减少，他们的关系如下：
波束叠加数×step＝beam
则由三角函数可得：
DX＝|(z_focus+ON(i))*sin(AngBeam)|
DY＝|(z_focus+ON(i))*cos(AngBeam)|-(z_sample+OM) 公式(5)
其中z_sample为样本点，z_focus为焦距，OM(i，j)表示接收波束线起点到梯形圆心的距离。ON决定了DX，DY具有nlines组。
2)发射焦点到接收线上各点的距离
图2中以一次发射事件接收的第一条波束线上近场的样本点Pijbm1和接收的第4条波束线上远场的样本点Pjjbm4进行说明，则焦点F到样本点P的距离计算公式如下：
Figure GDA0004059793820000103
通过式(6)，即可计算得到射焦点到接收线上各点的距离drijbmn。
3)校正值Z
Figure GDA0004059793820000111
其中，
Figure GDA0004059793820000112
为发射焦点到接收线上各点的距离，Z为校正深度值，B为波束数，N为发射线数，P为样本点数。
通过式(7)即可得到每次发射各接收波束线上每个样本点的校正深度值Z，共nlines组。延时计算时，使用对应的Z值，即可接收到相位一致的多波束BF1。其中当样本深度值z_sample小于z_focus时使用’-’；当样本深度值z_sample大于z_focus时使用’+’。
4)梯形线阵延时距离的计算
延时距离的计算方法如图3所示，P是接收波束线上的样本点。以一次发射事件，4波束接收进行说明。如图所示，其中E为一个阵元。M为第一条接收波束线(bm1)的接收起点，对于聚焦点Pijbm1进行相位校正，校正值为Zijbm1。
dnijbm1为阵元E到聚焦样本点Pijbm1距离如式(8)所示：
Figure GDA0004059793820000113
因此可以通过公式(8)计算阵元E接收到点Pijbm1的回波时间，如公式(9)所示：
sE(τ)＝(Zijbm1(j)+dnijbm1)/c 公式(9)
sE(τ)为一次发射事件的一条接收波束上的一个聚焦点，阵元E接收到的回波数据时间，同理通过公式(8)、(9)幅度变迹，累加求和后即可得到相位校正后所有波束线的回波信号，如下式所示：
Figure GDA0004059793820000114
S(i，j)为一条接收波束线上一个样本点的接收回波信号，sele(τ)为子孔径中阵元ele接收到的回波，Wele为幅度变迹系数。通过式(10)即可得到相位对齐的多波束回波信号BF1。
BF1的信号经过二次变迹，对有效声场外的数据进行抑制，再进行BF2即可得到最终的回波数据。其中BF1信号的线数与beam有关，发射1次接收beam次，则发射nlines次，共接收到得到nlines×beam条波束。
具体的，线阵校正案例：
阵元数N_elements＝128
通道N_channel＝64
T型角度为30*/180*pi，单位弧度(rad)
发射线数nlines＝125
阵元间距pitch＝0.3mm
接收波束beam＝4
移动步长step＝2
发射焦点z_focus＝100mm
线阵案例都是以第一次发射接收的4波束为例说明，其它波束及发射线校正情况相同；
1)
Figure GDA0004059793820000121
2)
Figure GDA0004059793820000122
θ范围为-0.2618～0.2618，-0.2618为第一条发射线与中心轴的夹角，0.2618为最后一条发射线与中心轴的夹角。
3)
Figure GDA0004059793820000123
以第一条发射线为例，θ＝-0.1618，则梯形圆心到发射起点的距离ON＝71.0956/cos(-0.2618)＝73.6036mm
4)接收波束与发射线的夹角
Figure GDA0004059793820000124
4个接收波束线与发射线的夹角AngBeam分别为：-0.0032、-0.0011、0.0011、0.0032
5)以第一条发射线为例，ON＝73.6036mm
DX＝|(z_focus+ON(i))*sin(AngBeam)|
DY＝|(z_focus+ON(i))*cos(AngBeam)|-(z_sample+OM)
则4波束的DX分别为：0.5555、0.1910、0.1910、0.5555，单位mm
假设样本点为z_samaple＝1000，即P为1000，系统采样率为40MHz，声速为1540m/s，则深度为19.25mm
OM为接收波束起点到O点的距离，计算同ON，这里以第一次发射接收的4波束为例，OM＝D/(cos(AngBeam-0.2618))，结果分别为：73.6671、73.6253、73.5819、73.5409
所以4波束的DY分别为：80.6856、80.7282、80.7716、80.8118
6)发射焦点到接收线P的距离
Figure GDA0004059793820000131
4波束相应P点到发射焦点的距离：80.6875、80.7284、80.7717、80.8137
7)
Figure GDA0004059793820000132
因为z_sample深度为19.25mm，发射焦点为100mm，z_sample＜z_focus，所以第一次发射的4波束深度为19.25处的校正值分别为19.3125、19.2716、19.2283、19.1863。
第二种实施例，采用梯形凸阵相位校正，对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号。
其中，获取各波束的DX，DY，包括：
计算梯形凸阵圆心到凸阵圆心距离D；
计算常规凸阵发射扫描线与z轴的夹角θ；
计算发射起点到梯形圆心的距离Ts；
计算发射线与z轴的夹角angTx；
计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam；
根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX。
可选的，所述获取各波束的DX，DY，包括：
计算梯形凸阵圆心到凸阵圆心距离D；
计算常规凸阵发射扫描线与z轴的夹角θ；
计算发射起点到梯形圆心的距离Ts；
计算发射线与z轴的夹角angTx；
计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam；
根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX。
示例的，所述计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam，包括：
AngBeam＝|angRx(i，ibeam)-angTx(i)| (i＝1，2...nlines ibeam＝1，2...beam)，
其中，AngBeam为接收波束与发射波束的夹角，angRx为接收线与z轴的夹角，即Rs与z轴的夹角；
所述根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX，包括：
DX(i，j，ibeam)＝|(z_focus+Ts(i))*sin(AngBeam(i，ibeam))| (j＝1，2...P)
DY(i，j，ibeam)＝|(z_focus+Ts(i))*cos(AngBeam(i，ibeam))|-(z_sample(j)+Rs(i，ibeam))
其中，z_sample为样本点，z_focus为焦距，P为扫描线上总的样本数；
所述获取每次发射各接收波束线上每个样本点的校正深度值Z，包括：
Figure GDA0004059793820000141
其中，B波束数，N为发射线数；
所述延时计算时，用Z值对发射延时进行校正，获得各接收波束线的回波信号BF1，包括：
sE(τ)＝(Zijbm1(j)+dnijbm1)/c
其中，SE为阵元E接收到的回波数据时间，c为声速；
Figure GDA0004059793820000151
其中，S为回波信号，sele(τ)为子孔径中阵元ele接收到的回波信号，Wele为幅度变迹系数。
例如，同梯形线阵，梯形凸阵分为两种：第一种发射线间角相等，第二种发射点弧间距相等，本发明以第二种方式进行说明，因此发射线间角不相等。第一种方式的实现原理同第二种。
梯形凸阵相位校正不同于常规凸阵，校正值Z的组数同线密度数，如果线密度nlines，接收波束数为B，深度(点数)P，常规成像只需存储一组校正系数大小为B*P，而梯形成像需要存储nlines组，大小为B*P*nlines，存储大小为常规成像的N倍。
(1)梯形凸阵相位校正原理
梯形凸阵相位校正原理图如图4所示。
其中，发射线数为nlines，以第i次发射为例进行说明，i的范围1～nlines。接收波束数以4波束为例说明。O为凸阵圆心；O’为梯形圆心；R凸阵半径；D为梯形凸阵圆心到凸阵圆心距离；TAng为梯形角度；F发射焦点位置；Pijbmn样本点(成像深度)，表示第i次发射，第n个接收波束线上样本点j，j的范围1～p；θ为常规凸阵发射扫描线与z轴的夹角；Zijbmn校正聚焦深度，表示第i次发射，第n个接收波束线上样本点j处的校正聚焦深度；DXijbmn表示第i次发射，发射焦点F到第n条接收波束线的垂直距离；DY为各接收波束垂点到样本点的距离，DYijbmn表示第i次发射，第n条接收波束线的垂点到各样本点的距离；x，z为成像图的横轴和纵轴。
对于每一次的发射事件，梯形凸阵圆心O’到发射起点的距离各不相等，因此O’F各不相等。这就导致每次发射接受的多波束组的DX和DY组各不相等，也就是说每组接收波束的校正系值Z各不相同。下面以其中一次发射事件为例说明。
(2)梯形凸阵相位校正实现方法
梯形凸阵阵聚焦深度Z的校正是以理想的球面波为模型进行计算。本方法中采用128阵元(N_elements)，64通道(N_channel)系统。其中每次发射接受的波束数(beam)、移动步长(step)、线密度(发射线数nlines)可根据系统需求进行调节。
梯形凸阵发射弧间距相等，与常规扫描不同，常规扫描发射线对应圆形O，因此发射起点到凸阵圆心的距离等于凸阵半径R；梯形凸阵发射弧间距相等，发射起点到梯形圆心的距离各不相等，导致接收波束线起点到梯形圆心的距离各不相等，这也就决定了校正值Z具有nlines组。
梯形圆心到到凸阵圆心的距离D：
Figure GDA0004059793820000161
常规凸阵发射扫描线线与z轴的夹角θ：
Figure GDA0004059793820000162
发射起点到梯形圆心的距离Ts：
Figure GDA0004059793820000163
Ts具有对称性，根据公式(13)，同理可以计算得到接收线起点到梯形凸阵圆心的距离Rs，这里不进行详细表述，可参考上式推理过程。
梯形成像发射线与z轴的夹角，即Ts与z轴的夹角：
Figure GDA0004059793820000164
angTx具有对称性，根据公式(14)，同理可以计算得到梯形成像接收线与z轴的夹角angRx，即Rs与z轴的夹角。这里不进行详细表述，可参考上式推理过程。
1)DX，DY
首先，从发射焦点向各接收波束线做垂线，垂线到O’的距离为DY，垂点到发射焦点的距离为DX，由于每次发射事件Ts各不等，因此每次发射接收的各波束DX，DY各不相等。
接收波束与发射波束的夹角：
AngBeam＝|angRx(i，ibeam)-angTx(i)| (i＝1，2...nlines ibeam＝1，2...beam)，公式(15)
则由三角函数可得：
DX(i，j，ibeam)＝|(z_focus+Ts(i))*sin(AngBeam(i，ibeam))| (j＝1，2...P)
DY(i，j，ibeam)＝|(z_focus+Ts(i))*cos(AngBeam(i，ibeam))|-(z_sample(j)+Rs(i，ibeam))公式(16)
其中z_sample为样本点，z_focus为焦距。Ts决定了DX，DY具有nlines组。
2)发射焦点到接收线上各点的距离
图5中以一次发射事件接收的第一条波束线上近场的样本点Pijbm1和接收的第4条波束线上远场的样本点Pijbm4进行说明，则焦点F到样本点P的距离计算公式如下：
Figure GDA0004059793820000171
通过式(17)，即可计算得到射焦点到接收线上各点的距离drijbmn。
3)校正值Z
Figure GDA0004059793820000172
Z值共nlines组，延时计算时，每个接收波束使用其对应的Z值，即可接收到相位一致的多波束RF1，经二次变迹，多波束叠加即可得到RF2。
4)梯形凸阵延时距离的计算
梯形凸阵延时距离计算方法如图5所示，动态聚焦样本点P在波束线上移动，以一次发射事件，4波束接收进行说明。M为第一条接收波束线(bm1)的接收起点，E为一个阵元，对于聚焦点Pijbm1进行相位校正，校正值为Zijbm1。
在△OO’E中，由三角函数可得O’E
Figure GDA0004059793820000181
在△MO’E中，由三角函数可得到ME
由此可得dnijbm1到阵元接收E的距离为：
Figure GDA0004059793820000182
因此可以由公式(20)可以得到阵元E接收到点Pijbm1的回波时间，如公式(21)所示：
sE(τ)＝(Zijbm1(j)+dnijbm1)/c 公式(21)
sE(τ)为一次发射事件的一条接收波束上的一个聚焦点，阵元E接收到的回波数据时间，同理通过公式(20)、(21)幅度变迹，累加求和后即可得到相位校正后所有波束线的回波信号，如下式所示：
Figure GDA0004059793820000183
S(i，j)为一条接收波束线上一个样本点的接收回波信号，sele(τ)为子孔径中阵元ele接收到的回波，Wele为幅度变迹系数。通过式(22)即可得到相位对齐的多波束回波信号BF1。
BF1的信号经过二次变迹，对有效声场外的数据进行抑制，在进行BF2即可得到最终的回波数据。其中BF1信号的线数与beam有关，发射1次接收beam次，则发射nlines次，共接收到得到nlines×beam条波束。
具体的，同线阵，以第一次发射的4波束为例
阵元数N_elements＝128
通道N_channel＝64
T型角度为90*/180*pi，单位弧度(rad)
发射线数nlines＝125
阵元间距pitch＝0.48mm
凸阵半径R＝60mm
接收波束beam＝4
移动步长step＝2
发射焦点z_focus＝100mm
凸阵案例以第一次发射的4波束为例进行说明，其它情况相同。
具体计算公式参考2公式补充
1)D＝23.2373mm。
2)θ范围为-0.5080～0.5080，-0.5080为第一条发射线与中心轴的夹角，0.5080为最后一条发射线与中心轴的夹角。
3)第一条发射线起点到T型圆心的距离Ts(1)＝41.2750
4)第一条发射线与z轴的夹角
T型圆心到发射线起点距离O’N＝Ts(1)＝41.2750mm
所以，第一条发射线与z轴的夹角angTx(1)＝-0.2306
5)T型凸阵第一次发射，接收的4波束与z轴夹角angRx计算原理同angTx
凸阵发发射线的角间距为
Figure GDA0004059793820000191
凸阵接收线角间距为0.0082/step＝0.0041
则常规凸阵第一次发射，接收扫描线与z轴的夹角为
Figure GDA0004059793820000192
结果为-0.5142、-0.5101、-0.5060、-0.5019
则T型圆心到接收线起点距离Rx为：
41.3773、41.3096、41.2422、41.1752，Rx计算同Tx
所以angRx为-0.2343、-0.2319、-0.2294、-0.2269，angRx计算同angTx
所以T型凸阵第一次发射，接收线与发射线的夹角AngBeam为：
AngBeam＝|angRx(i，ibeam)-angTx(i)| (i＝1，2...nlines ibeam＝1，2...beam)，
结果为：0.0037、0.0013、0.0012、0.0037
6)DX，DY
DX(i，j，ibeam)＝|(z_focus+Ts(i))*sin(AngBeam(i，ibeam))| (j＝1，2...P)
DY(i，j，ibeam)＝|(z_focus+Ts(i))*cos(AngBeam(i，ibeam))|-(z_sample(j)+Rs(i，ibeam))
DX分别为0.5227、0.1837、0.1695、0.5227
DY分别为80.6467、80.7153、80.7827、80.8488
7)发射焦点到样本点P的距离
Figure GDA0004059793820000201
4波束分别为80.6484、80.7155、80.7829、80.8505
8)校正值
因为z_sample＜z_focus所以校正值为100-dr，分别为19.3516、19.2845、19.2171、19.1495。
步骤103，对所述BF1信号进行二次变迹；
其中，二次变迹，即对接收的多波束进行幅度变迹。权重系数与焦点发射焦点位置，以及距离波束中心的远近有关。离发射焦点较远的点权重系数较大，离发射焦点较近的点权重系数较小；离发射波束中心近权重大，离发射中心远，权重小。
步骤104，对相同空间位置的波束进行叠加，得到二次波束合成后的BF2信号。
其中，叠加是：累加求和的过程。
本发明实施例的一种超声成像的方法，发射超声波；对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号；对所述BF1信号进行二次变迹；对相同空间位置的波束进行叠加，得到二次波束合成后的BF2信号。本发明实施例中，对多波束接收线上逐点聚焦的深度值进行校正，达到多波束空间位置对准、信号对齐的目的，最后将对齐的多波束进行叠加，实现较好的聚焦效果。该方法改善了聚焦效果，且极大的提高了帧率。将该方法用在超声梯形成像中，有效的改善了成像质量，拓展了成像范围。
实施例二
参考图6，图6是本发明实施例提供的一种超声成像的装置的结构示意图。如图6所示，所述装置包括：
发射模块601，用于发射超声波；
校正模块602，用于对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号；
可选的，所述校正模块602，用于：
采用梯形线阵相位校正或者梯形凸阵相位校正，对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号；
其中，所述梯形线阵相位校正包括：发射线的角间距相等，接收线角间距相等；或者，发射线间起始间隔相等，接收线间起始间隔相等；
所述梯形凸阵相位校正包括：发射线的角间距相等，接收线角间距相等；或者，发射线起点弧间距相等，接收线起点弧间距相等。
可选的，所述校正模块602，用于：
获取各波束的DX，DY，所述DX是发射焦点到各接收线的垂线距离；所述DY是各接收波束垂点到样本点的距离；
获取发射焦点到接收线上各点的距离；
获取每次发射各接收波束线上每个样本点的校正深度值Z；
延时计算时，用Z值对发射延时进行校正，获得各接收波束线的回波信号BF1。
可选的，所述获取各波束的DX，DY，包括：
梯形圆心到阵元的距离D；
发射线与z轴的夹角θ；
计算梯形圆心到发射起点的距离为ON；
计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam；
根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX。
可选的，所述获取各波束的DX，DY，包括：
计算梯形凸阵圆心到凸阵圆心距离D；
计算常规凸阵发射扫描线与z轴的夹角θ；
计算发射起点到梯形圆心的距离Ts；
计算发射线与z轴的夹角angTx；
计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam；
根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX。
变迹模块603，用于对所述BF1信号进行二次变迹；
叠加模块604，用于对相同空间位置的波束进行叠加，得到二次波束合成后的BF2信号。
本发明实施例的一种超声成像的装置，发射超声波；对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号；对所述BF1信号进行二次变迹；对相同空间位置的波束进行叠加，得到二次波束合成后的BF2信号。本发明实施例中，对多波束接收线上逐点聚焦的深度值进行校正，达到多波束空间位置对准、信号对齐的目的，最后将对齐的多波束进行叠加，实现较好的聚焦效果。该方法改善了聚焦效果，且极大的提高了帧率。将该方法用在超声梯形成像中，有效的改善了成像质量，拓展了成像范围。
实施例三
参考图7，图7是本发明实施例提供的超声成像的装置的硬件结构示意图，如图7所示，超声成像的装置70包括：
一个或多个处理器71以及存储器72，图7中以一个处理器71为例。
处理器71和存储器72可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。
存储器72作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的超声成像的方法对应的程序指令/模块。处理器71通过运行存储在存储器72中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行控制器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的超声成像的方法。
存储器72可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据超声成像装置的使用所创建的数据等。此外，存储器72可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器72可选包括相对于处理器71远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至超声成像的装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器72中，当被所述一个或者多个处理器71执行时，执行上述任意方法实施例中的超声成像的方法，例如，执行以上描述的图1-图5中的方法；实现图6中的模块601-604的功能。
上述产品可执行本申请实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的方法。
本申请实施例提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如图7中的一个处理器71，可使得上述一个或多个处理器可执行上述任意方法实施例中的超声成像的方法，例如，执行以上描述的图1-图5中的方法；实现图6中的模块601-604的功能。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施例的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施例可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种超声成像的方法，其特征在于，所述方法包括：
发射超声波；
对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号，包括：获取各波束的DX，DY，所述DX是发射焦点到各接收线的垂线距离；所述DY是各接收波束垂点到样本点的距离；获取发射焦点到接收线上各点的距离；获取每次发射各接收波束线上每个样本点的校正深度值Z；延时计算时，用Z值对发射延时进行校正，获得各接收波束线的回波信号BF1；其中，所述获取各波束的DX，DY，包括：计算梯形圆心到阵元的距离D；计算发射线与z轴的夹角θ；计算梯形圆心到发射起点的距离为ON；计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam；根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX；
对所述BF1信号进行二次变迹；
对相同空间位置的波束进行叠加，得到二次波束合成后的BF2信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号，包括：
采用梯形线阵相位校正或者梯形凸阵相位校正，对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号；
其中，所述梯形线阵相位校正包括：发射线的角间距相等，接收线角间距相等；或者，发射线间起始间隔相等，接收线间起始间隔相等；
所述梯形凸阵相位校正包括：发射线的角间距相等，接收线角间距相等；或者，发射线起点弧间距相等，接收线起点弧间距相等。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam，包括：
Figure FDA0004066684400000011
其中，所述AngBeam为接收波束与发射线的夹角；所述TAng为梯形成像角度；所述nlines为发射线数；所述beam为波束数；所述step为移动步长，所述ibeam为波束号，范围在1～beam；
所述根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX，包括：
DX＝|(z_focus+ON(i))*sin(AngBeam)|
DY＝|(z_focus+ON(i))*cos(AngBeam)|-(z_sample+OM)；
其中，所述z_sample为样本点，所述z_focus为焦距，所述OM表示接收波束线起点到梯形圆心的距离；所述ON梯形圆心到发射起点的距离；所述AngBeam为接收波束与发射线的夹角；所述DX为发射焦点到各接收线的垂线；所述DY为各接收波束垂点到样本点的距离；
所述获取每次发射各接收波束线上每个样本点的校正深度值Z，包括：
Figure FDA0004066684400000021
其中，
Figure FDA0004066684400000022
为发射焦点到接收线上各点的距离，Z为校正深度值，B为波束数，N为为发射线数，P为样本点数；
所述延时计算时，用Z值对发射延时进行校正，获得各接收波束线的回波信号BF1，包括：
sE(τ)＝(Zijbm1(j)+dnijbm1)/c
其中，dnijbm1为接收阵元到聚焦样本点Pijbm1的距离，SE为阵元E接收到的回波数据时间，c为声速；
Figure FDA0004066684400000023
其中，S为回波信号，sele(τ)为子孔径中阵元ele接收到的回波信号，Wele为幅度变迹系数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取各波束的DX，DY，还可采用如下替换方式实现，包括：
计算梯形凸阵圆心到凸阵圆心距离D；
计算常规凸阵发射扫描线与z轴的夹角θ；
计算发射起点到梯形圆心的距离Ts；
计算发射线与z轴的夹角angTx；
计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam；
根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算接收波束与发射波束的夹角AngBeam，包括：
AngBeam＝|angRx(i，ibeam)-angTx(i)| (i＝1，2...nlines ibeam＝1，2...beam)，
其中，AngBeam为接收波束与发射波束的夹角，angRx为接收线与z轴的夹角，即Rs与z轴的夹角；
所述根据所述AngBeam得到各接收波束垂点到样本点的距离DY及发射焦点到接收波束线的垂直距离DX，包括：
DX(i,j,ibeam)＝|(z_focus+Ts(i))*sin(AngBeam(i,ibeam))| (j＝1,2...P)
DY(i,j,ibeam)＝|(z_focus+Ts(i))*cos(AngBeam(i,ibeam))|-(z_sample(j)+Rs(i,ibeam))
其中，z_sample为样本点，z_focus为焦距，P为扫描线上总的样本数；
所述获取每次发射各接收波束线上每个样本点的校正深度值Z，包括：
Figure FDA0004066684400000031
其中，
Figure FDA0004066684400000032
为发射焦点到接收线上各点的距离，Z为校正深度值，B为波束数，N为发射线数，P为样本点数；
所述延时计算时，用Z值对发射延时进行校正，获得各接收波束线的回波信号BF1，包括：
sE(τ)＝(Zijbm1(j)+dnijbm1)/c
其中，SE为阵元E接收到的回波数据时间，c为声速；
Figure FDA0004066684400000041
其中，S为回波信号，sele(τ)为子孔径中阵元ele接收到的回波信号，Wele为幅度变迹系数。
6.一种超声成像的装置，其特征在于，采用权利要求1至5中任一项所述的方法，所述装置包括：
发射模块，用于发射超声波；
校正模块，用于对多波束的超声波中每个点的Z值进行校正，获取相位对齐的BF1信号；
变迹模块，用于对所述BF1信号进行二次变迹；
叠加模块，用于对相同空间位置的波束进行叠加，得到二次波束合成后的BF2信号。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
8.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1至5中任一所述方法。
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