CN112450973B - 一种基于行列寻址环形超声换能器的成像方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种基于行列寻址环形超声换能器的成像方法及装置，行列寻址环形超声换能器包括行阵元和列阵元，行阵元为环状。通过触发行阵元依次发射声波，产生具有目标倾斜度的第一柱面波，实现了多角度的柱面波复合的发射聚焦模式，实现仰角方向的发射聚焦；再由列阵元接收第一回波信号，实现在横向上的接收聚焦。通过触发列阵元依次发射声波，产生具有目标轴线位置的第二柱面波，实现了多虚拟点源发散波复合的发射聚焦模式，实现横向的发射聚焦；再由行阵元接收第二回波信号，实现在仰角方向上的接收聚焦。如此实现了仰角方向上的和横向的发射与接收聚焦，实现了快速成像技术在行列寻址环形超声换能器中的使用，提高了成像质量和速度。

Description

一种基于行列寻址环形超声换能器的成像方法及装置
技术领域
本申请涉及图像成像领域，具体涉及一种基于行列寻址环形超声换能器的成像方法及装置。
背景技术
超声换能器是一种应用于超声图像成像的设备，可以应用于内窥成像。超声换能器通过激励在超声换能器中分布的正负电极，进行信号的发送与接收，利用接收到的信号可以生成对应的超声图像。
目前，为了提高超声成像的速度以及质量，通常采用二维超声换能器以获得三维超声图像。二维超声换能器可以采用行列寻址技术，将正负电极按照垂直的行和列进行划分，得到行列分布的阵元。行列寻址二维超声换能器能够实现对于整排或者整列的阵元的激励，相较于一维超声换能器提高了超声成像质量和速度。
目前的行列寻址二维超声换能器大多是采用二维面阵的结构。行列寻址二维面阵超声换能器在内窥成像的应用中具有一定的局限性。相比较而言，行列寻址二维环形超声换能器具有较大的成像视角以及成像范围，能够满足内窥成像的需要。但是，部分应用于行列寻址二维面阵超声换能器的快速成像算法受限于二维面阵的分布结构，难以应用至行列寻址环形超声换能器中。如何将快速成像算法应用于行列寻址环形超声换能器是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种基于行列寻址环形超声换能器的成像方法及装置，能够快速地生成较高质量的三维成像图像。
为解决上述问题，本申请实施例提供的技术方案如下：
一种基于行列寻址环形超声换能器的成像方法，所述行列寻址环形超声换能器包括行阵元以及列阵元，所述行阵元为环状，所述方法包括：
触发各个所述行阵元依次发射声波，以产生具有目标倾斜度的第一柱面波；
采集各个所述列阵元接收的所述第一柱面波的第一回波信号；
对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据；
对各个所述目标倾斜度对应的第一成像数据进行相干叠加，得到第一三维图像数据；
触发各个所述列阵元依次发射声波，以产生具有目标轴线位置的第二柱面波；
采集各个所述行阵元接收的所述第二柱面波的第二回波信号；
对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据；
对各个所述目标轴线位置对应的第二成像数据进行相干叠加，得到第二三维图像数据；
将所述第一三维图像数据与所述第二三维图像数据进行相干叠加，得到三维成像图像。
在一种可能的实现方式中，所述触发各个所述行阵元依次发射声波，以产生具有目标倾斜度的第一柱面波，包括：
根据各个所述行阵元的高度以及目标倾斜度，计算各个所述行阵元对应的发射时刻；
在各个所述行阵元对应的发射时刻依次触发各个所述行阵元发射声波，以产生具有所述目标倾斜度的第一柱面波。
在一种可能的实现方式中，所述对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据，包括：
根据所述第一回波信号计算所述第一柱面波到达第一成像位置的第一时间与由所述第一成像位置到达第i个列阵元的第二时间之和，作为所述第i个列阵元对应的双向传播时间，i取1至n的整数，n为所述列阵元的数量；
根据各个所述列阵元对应的双向传播时间对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据。
在一种可能的实现方式中，所述触发各个所述列阵元依次发射声波，以产生具有目标轴线位置的第二柱面波，包括：
根据各个所述列阵元的位置与目标轴线位置的距离，计算各个所述列阵元对应的发射时刻；
在各个所述列阵元对应的发射时刻依次触发各个所述列阵元发射声波，以产生具有所述目标轴线位置的第二柱面波。
在一种可能的实现方式中，所述对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据，包括：
根据所述第二回波信号计算所述第二柱面波到达第二成像位置的第三时间与由所述第二成像位置到达第j个行阵元的第四时间之和，作为所述第j个行阵元对应的双向传播时间，j取1至m的整数，m为所述行阵元的数量；
根据各个所述行阵元对应的双向传播时间对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据。
一种基于行列寻址环形超声换能器的成像装置，所述行列寻址环形超声换能器包括行阵元以及列阵元，所述行阵元为环状，所述装置包括：
第一触发单元，用于触发各个所述行阵元依次发射声波，以产生具有目标倾斜度的第一柱面波；
第一采集单元，用于采集各个所述列阵元接收的所述第一柱面波的第一回波信号；
第一合成单元，用于对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据；
第一叠加单元，用于对各个所述目标倾斜度对应的第一成像数据进行相干叠加，得到第一三维图像数据；
第二触发单元，用于触发各个所述列阵元依次发射声波，以产生具有目标轴线位置的第二柱面波；
第二采集单元，用于采集各个所述行阵元接收的所述第二柱面波的第二回波信号；
第二合成单元，用于对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据；
第二叠加单元，用于对各个所述目标轴线位置对应的第二成像数据进行相干叠加，得到第二三维图像数据；
第三叠加单元，用于将所述第一三维图像数据与所述第二三维图像数据进行相干叠加，得到三维成像图像。
在一种可能的实现方式中，所述第一触发单元，包括：
第一计算子单元，用于根据各个所述行阵元的高度以及目标倾斜度，计算各个所述行阵元对应的发射时刻；
第一触发子单元，用于在各个所述行阵元对应的发射时刻依次触发各个所述行阵元发射声波，以产生具有所述目标倾斜度的第一柱面波。
在一种可能的实现方式中，所述第一合成单元，包括：
第二计算子单元，根据所述第一回波信号计算所述第一柱面波到达第一成像位置的第一时间与由所述第一成像位置到达第i个列阵元的第二时间之和，作为所述第i个列阵元对应的双向传播时间，i取1至n的整数，n为所述列阵元的数量；
第一合成子单元，用于根据各个所述列阵元对应的双向传播时间对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据。
在一种可能的实现方式中，所述第二触发单元，包括：
第三计算子单元，用于根据各个所述列阵元的位置与目标轴线位置的距离，计算各个所述列阵元对应的发射时刻；
第二触发子单元，用于在各个所述列阵元对应的发射时刻依次触发各个所述列阵元发射声波，以产生具有所述目标轴线位置的第二柱面波。
在一种可能的实现方式中，所述第二合成单元，包括：
第四计算子单元，用于根据所述第二回波信号计算所述第二柱面波到达第二成像位置的第三时间与由所述第二成像位置到达第j个行阵元的第四时间之和，作为所述第j个行阵元对应的双向传播时间，j取1至m的整数，m为所述行阵元的数量；
第二合成子单元，用于根据各个所述行阵元对应的双向传播时间对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据。
由此可见，本申请实施例具有如下有益效果：
本申请实施例提供的一种基于行列寻址环形超声换能器的成像方法及装置，行列寻址环形超声换能器包括行阵元和列阵元，行阵元为环状。通过触发行阵元依次发射声波，可以产生具有目标倾斜度的第一柱面波，并利用列阵元对第一柱面波的第一回波信号进行接收。对得到的第一回波信号进行波束合成，得到目标倾斜度对应的第一成像数据，再利用各个目标倾斜度对应的第一成像数据进行相干叠加，得到第一三维图像数据。通过采取多角度柱面波复合的发射聚焦模式，可以实现仰角方向上的发射聚焦以及横向的接收聚焦。通过触发列阵元依次发射声波，产生具有目标轴线位置的第二柱面波，并利用行阵元接收第二柱面波的第二回波信号，对第二回波信号进行波束合成，得到目标轴线位置对应的第二成像数据，对各个目标轴线位置对应的第二成像数据进行相干叠加，可以得到第二三维图像数据。通过采取多虚拟点源发散波复合的发射聚焦模式，可以实现横向上的发射聚焦和仰角方向上的接收聚焦。再将第一三维图像数据与第二三维图像数据进行相干叠加，得到三维成像图像。通过横向和仰角方向上的发射和接收聚焦，可以提高行列寻址环形超声换能器的生成的三维成像图像的质量。并且通过非聚焦波复合成像技术，实现了将快速成像算法应用于行列寻址环形超声换能器，可以提高行列寻址环形超声换能器的成像速度，实现较高质量的三维成像图像的快速生成。
附图说明
图1为本申请实施例提供的安装有行列寻址环形超声换能器的超声探头示意图；
图2为本申请实施例提供的三维成像图像的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基于行列寻址环形超声换能器的成像方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的一种行列寻址环形超声换能器的阵元分布的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种行列寻址环形超声换能器的行阵元发射声波的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种行列寻址环形超声换能器的列阵元发射声波的示意图；
图7为本申请实施例提供的一种计算第一时间的示意图；
图8为本申请实施例提供的一种计算第二时间的示意图；
图9为本申请实施例提供的一种触发列阵元发射声波的示意图；
图10为本申请实施例提供的一种计算第三时间的示意图；
图11为本申请实施例提供的一种基于行列寻址环形超声换能器的成像装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。
为了便于理解和解释本申请实施例提供的技术方案，下面将先对本申请的背景技术进行说明。
发明人在对传统的超声换能器的成像技术进行研究后发现，现有的基于非聚焦波的快速成像技术包括合成孔径成像技术、平面波复合成像技术等，快速成像技术可以实现在保证较高成像质量的同时，大幅度提高成像的速度。而对于针对行列寻址二维面阵的超声换能器的快速成像技术，受限于二维面阵的结构，一般采用合成孔径成像技术以及行列方向上的平面波复合成像技术。合成孔径成像技术由于每次只由单排或者单列阵元完成，发射能量较低。并且，受限于行列寻址二维面阵的结构，在发射和接收的过程中仅能进行一个方向上的聚焦，生成的三维成像图像的质量较差。另外，如果利用全部阵元进行合成孔径成像，则需要多次信号发射，导致成像的速度较慢。
基于此，本申请实施例提供了一种基于行列寻址环形超声换能器的成像方法，其中，行列寻址环形超声换能器包括行阵元和列阵元，行阵元为环状。通过触发行阵元依次发射声波，可以产生具有目标倾斜度的第一柱面波，并利用列阵元对第一柱面波的第一回波信号进行接收。对得到的第一回波信号进行波束合成，得到目标倾斜度对应的第一成像数据，再利用各个目标倾斜度对应的第一成像数据进行相干叠加，得到第一三维图像数据。通过采取多角度柱面波复合的发射聚焦模式，实现仰角方向上的发射聚焦以及横向的接收聚焦。通过触发列阵元依次发射声波，产生具有目标轴线位置的第二柱面波，并利用行阵元接收第二柱面波的第二回波信号，对第二回波信号进行波束合成，得到目标轴线位置对应的第二成像数据，对各个目标轴线位置对应的第二成像数据进行相干叠加，可以得到第二三维图像数据。通过采取多虚拟点源发散波复合的发射聚焦模式，实现横向上的发射聚焦和仰角方向上的接收聚焦。再将第一三维图像数据与第二三维图像数据进行相干叠加，得到三维成像图像。通过横向和仰角方向上的发射和接收聚焦，可以提高行列寻址环形超声换能器的生成的三维成像图像的质量，并且通过非聚焦波复合成像技术，可以提高成像速度，实现较高质量的三维成像图像的快速生成。
为了便于理解本申请实施例提供的基于行列寻址环形超声换能器的成像方法，下面结合图1所示的场景示例进行说明。参见图1所示，该图为本申请实施例提供的安装有行列寻址环形超声换能器的超声探头示意图。其中，匹配层、外电极、压电晶片、内电极和背衬构成行列寻址环形超声换能器的基本结构。
在实际应用中，超声探头中可以安装行列寻址环形超声换能器，用于医疗领域中的内窥成像，获得例如消化道内成像、血管内成像等成像环境中的超声图像。行列寻址环形超声换能器包括行阵元和列阵元，行阵元为环状。通过分别依触发行阵元和列阵元发射声波，可以分别产生具有目标倾斜度的第一柱面波和具有目标轴线位置的第二柱面波。再分别利用列阵元和行阵元接收回波信号，并进行波束合成和相干叠加，可以得到三维成像图像。参见图2所示，该图为本申请实施例提供的三维成像图像的示意图。
本领域技术人员可以理解，图1所示的示意图仅是本申请的实施方式可以在其中得以实现的一个示例。本申请实施方式的适用范围不受到该示意图任何方面的限制。
为了便于理解本申请，下面结合附图对本申请实施例提供的一种基于行列寻址环形超声换能器的成像方法进行说明。
参见图3，该图为本申请实施例提供的一种基于行列寻址环形超声换能器的成像方法的流程图，如图3所示，该方法可以包括S301-S309：
首先需要说明的是，行列寻址环形超声换能器包括行阵元和列阵元。参见图4，该图为本申请实施例提供的一种行列寻址环形超声换能器的阵元分布的示意图。其中，行阵元与列阵元相互垂直，行阵元为环状。
S301：触发各个所述行阵元依次发射声波，以产生具有目标倾斜度的第一柱面波。
通过触发环形的行阵元，可以发射柱面波。参见图5，该图为本申请实施例提供的一种行列寻址环形超声换能器的行阵元发射声波的示意图。为了对成像空间进行较为准确地成像，实现对于仰角方向上的发射聚焦，可以通过不同的延时依次触发各个行阵元发射声波，形成具有不同倾斜度的柱面波。例如，以图5中的柱面波为例，可以先触发位于上方的行阵元，再依次按照触发时间触发位于下方的行阵元，得到具有对应的目标倾斜度的第一柱面波。
目标倾斜度是指柱面波与竖直方向的之间角度，也就是图5中的角α。
第一柱面波的倾斜度与触发各个行阵元的时刻相关，本申请实施例提供了一种触发各个所述行阵元依次发射声波，以产生具有目标倾斜度的第一柱面波的具体实施方式，请参见下文。
S302：采集各个所述列阵元接收的所述第一柱面波的第一回波信号。
第一柱面波在发射后，如果遇到成像物体后则会产生第一回波信号，第一回波信号可以从成像物体回传至行列寻址环形超声换能器，再通过列阵元就可以接收横向的第一柱面波的第一回波信号。采集各个列阵元接收到的第一柱面波的第一回波信号，可以得到对应的成像数据。
S303：对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据。
对第一回波信号进行波束合成，可以得到目标倾斜度对应的第一成像数据，第一成像数据可以表示对应于目标倾斜度的成像物体的一帧成像图像。
本申请实施例提供了一种对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据的具体实施方式，请参见下文。
S304：对各个所述目标倾斜度对应的第一成像数据进行相干叠加，得到第一三维图像数据。
为了提高成像质量，可以生成并发射不同目标倾斜度对应的第一柱面波，得到不同目标倾斜度对应的第一成像数据。再将各个目标倾斜度对应的第一成像数据进行相干叠加，得到质量较高的第一三维图像数据。
需要说明的是，在一次行阵元发射的过程中，只能形成一种目标倾斜度的第一柱面波。可以采用多次行阵元发射实现对于多个目标倾斜度的第一柱面波的发射，以及对对应的第一回波信号的接收和采集，生成各个目标倾斜度对应的第一成像数据。
S305：触发各个所述列阵元依次发射声波，以产生具有目标轴线位置的第二柱面波。
类似的，通过触发列阵元发射声波也可以生成柱面波。参见图6，该图为本申请实施例提供的一种行列寻址环形超声换能器的列阵元发射声波的示意图。为了对成像空间进行较为准确地成像，实现对于横向的发射聚焦，可以通过不同的延时依次触发各个列阵元发射声波，形成具有不同目标轴线位置的柱面波。
目标轴线位置为虚拟位置，可以是列阵元围成的环形的轴线位置，也可以是除列阵元围成的环形的轴线以外的任意的轴线位置。通过对列阵元进行不同时刻的依次触发，可以形成以目标轴线为轴线的第二柱面波。
第二柱面波对应的目标轴线位置与列阵元的发射时刻相关，本申请实施例提供了一种触发各个所述列阵元依次发射声波，以产生具有目标轴线位置的第二柱面波的具体实施方式，请参见下文。
S306：采集各个所述行阵元接收的所述第二柱面波的第二回波信号。
在发射第二柱面波后，当第二柱面波遇到成像物体后则会产生第二回波信号。第二回波信号可以从成像物体回传至行列寻址环形超声换能器，再通过行阵元就可以接收在仰角方向上的第二柱面波的第二回波信号。采集各个行阵元接收到的第二柱面波的第二回波信号，可以得到对应的成像数据。
S307：对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据。
对第二回波信号进行波束合成，可以得到目标轴线位置对应的成像物体的第二成像数据，第二成像数据可以表示对应于目标轴线位置的成像物体的一帧成像图像。
本申请实施例提供了一种对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据的具体实施方式，请参见下文。
S308：对各个所述目标轴线位置对应的第二成像数据进行相干叠加，得到第二三维图像数据。
为了提高成像质量，可以生成不同目标轴线位置对应的第二柱面波，得到不同目标轴线位置对应的第二成像数据。再将各个目标轴线位置对应的第二成像数据进行相干叠加，得到质量较高的第二三维图像数据。
需要说明的是，在一次列阵元发射的过程中，只能形成一种目标轴线位置的第二柱面波。可以采用多次列阵元发射实现对于多个目标轴线位置的第二柱面波的发射，以及对对应的第二回波信号的接收和采集，生成各个目标轴线位置对应的第二成像数据。
触发各个行阵元依次发射声波产生第一柱面波，得到第一三维图像数据的过程，也就是S301-S304，与触发各个列阵元依次发射声波产生第二柱面波，得到第二三维图像数据的过程，也就是S305-S308，是相互独立的。本申请实施例不限定得到第一三维图像数据与得到第二三维图像数据之间的顺序，可以先得到第一三维图像数据，之后得到第二三维图像数据；也可以先得到第二三维图像数据，之后得到第一三维图像数据。
S309：将所述第一三维图像数据与所述第二三维图像数据进行相干叠加，得到三维成像图像。
对于生成的第一三维图像数据与第二三维图像数据均是针对同一成像物体生成的三维图像数据。其中，第一三维图像数据与第二三维图像数据的发射和接收聚焦的方向不同，将得到的第一三维图像数据与第二三维图像数据进行相干叠加，可以生成较为准确的三维成像图像。
例如，当第一三维图像数据为I1，第二三维图像数据为I2时，三维图像数据I3可以用I3＝I1+I2计算得到。
基于上述S301-S309的相关内容可知，通过触发行阵元依次发射声波，产生具有目标倾斜度的第一柱面波，实现了多角度的柱面波复合的发射聚焦模式，实现仰角方向的发射聚焦；再由列阵元接收第一回波信号，实现在横向上的接收聚焦。通过触发列阵元依次发射声波，产生具有目标轴线位置的第二柱面波，实现了多虚拟点源发散波复合的发射聚焦模式，实现横向的发射聚焦；再由行阵元接收第二回波信号，实现在仰角方向上的接收聚焦。如此实现了仰角方向上的和横向的发射与接收聚焦，提高了三维成像质量。实现了将非聚焦波复合成像技术在行列寻址环形超声换能器中的使用，提高了成像速度。
在一种可能的实现方式中，可以根据目标倾斜度确定各个行阵元的发射时刻。本申请实施例提供一种触发各个所述行阵元依次发射声波，以产生具有目标倾斜度的第一柱面波的具体实施方式，具体包括：
根据各个所述行阵元的高度以及目标倾斜度，计算各个所述行阵元对应的发射时刻；
在各个所述行阵元对应的发射时刻依次触发各个所述行阵元发射声波，以产生具有所述目标倾斜度的第一柱面波。
各个行阵元的发射时刻可以根据行阵元的高度和目标倾斜度确定。以图5中的柱面波为例，当原点所在位置的行阵元的发射时刻为0时，高度在h处的行阵元的发射时间为如公式(1)所示：
Figure BDA0002789507370000131
其中，α为目标倾斜度，c为声速。
根据各个行阵元的高度以及目标倾斜度，计算各个行阵元所对应的发射时刻。在各个行阵元对应的发射时刻依次触发行阵元发射声波，从而生成具有目标倾斜度的第一柱面波。
在本申请实施例中，通过各个行阵元的高度和本次所要生成的柱面波的目标倾斜度，确定各个行阵元对应的发射时刻。并根据各个行阵元的发射时刻触发行阵元，从而形成目标倾斜度的第一柱面波。
在一种可能的实现方式中，可以利用列阵元接收第一回波信号的时间来表示第一成像数据。本申请实施例提供了一种对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据的具体实施方式，具体包括：
根据所述第一回波信号计算所述第一柱面波到达第一成像位置的第一时间与由所述第一成像位置到达第i个列阵元的第二时间之和，作为所述第i个列阵元对应的双向传播时间，i取1至n的整数，n为所述列阵元的数量；
根据各个所述列阵元对应的双向传播时间对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据。
从第一柱面波到达第一成像位置，再由第一成像位置到达列阵元的过程为双向传播过程，利用双向传播时间可以表示第一成像数据。
其中，第一柱面波到达第一成像位置的第一时间可以由第一柱面波到第一成像位置的距离与声速的比值得到。参见图7，该图为本申请实施例提供的一种计算第一时间的示意图。虚线表示柱面波，高度为l，距y轴距离为r的点P表示第一成像位置。第一柱面波到达第一成像位置的第一时间如公式(2)所示：
Figure BDA0002789507370000141
其中，α为目标倾斜度，c为声速。
在行列寻址环形超声换能器上分布着位置不同的n个列阵元，第一成像位置散射的第一回波信号可以被多个列阵元接收。第一回波信号从第一成像位置到达第i个列阵元的第二时间，可以用第一成像位置与第i个列阵元之间的距离与声速的比值计算得到，其中，i取1至n的整数。参见图8所示，该图为本申请实施例提供的一种计算第二时间的示意图。若第一成像位置用与y轴垂直的平面内的极坐标(r,β)表示，第i个列阵元用极坐标(R,iΔθ)表示，则第二时间如公式(3)所示：
Figure BDA0002789507370000142
其中，R为列阵元围成的环形的半径；Δθ为相邻列阵元之间的角度差；r为P点到极坐标原点，也就是列阵元围成的环形的圆心的距离；β为P点到极坐标系x轴的角度；c为声速。
计算第一时间与第二时间的和，作为第i个列阵元对应的双向传播时间。再利用双向传播时间对第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据。第一成像数据可以如公式(4)所示：
Ia(r，β)＝RFcolumn(i，α，tec+tre) (4)
其中，RFcolumn(i，α)表示第i个列阵元接收到目标倾斜角为α对应的第一回波信号，tec+tre为第一时间与第二时间的和，也就是第i个列阵元对应的双向传播时间。
相对应的，对各个目标倾斜度对应的第一成像数据进行相干叠加得到的第一三维图像数据，可以如公式(5)表示：
I1(r，β)＝∑αRFcolumn(i，α，tec+tre) (5)
基于上述内容可知，通过分别计算第一时间和第二时间，可以得到第一柱面波从发射，再到第i个列阵元接收到第一回波信号的双向传播时间。利用双向传播时间可以表示第一成像数据。
在一种可能的实现方式中，触发列阵元发射声波形的时刻可以根据列阵元的位置与目标轴线时间的距离计算得到。在本申请实施例提供中，触发各个所述列阵元依次发射声波，以产生具有目标轴线位置的第二柱面波，具体包括：
根据各个所述列阵元的位置与目标轴线位置的距离，计算各个所述列阵元对应的发射时刻；
在各个所述列阵元对应的发射时刻依次触发各个所述列阵元发射声波，以产生具有所述目标轴线位置的第二柱面波。
第二柱面波是以目标轴线位置作为轴线的，需要根据目标轴线位置与各个列阵元之间的距离确定各个列阵元的发射时间。参见图9，该图为本申请实施例提供的一种触发列阵元发射声波的示意图。其中，O为极坐标原点，为列阵元围成的环形的轴心。S为目标轴线位置，极坐标为
Figure BDA0002789507370000151
细虚线表示的是列阵元，第i个发射列阵元的极坐标为(R,jΔθ)。粗虚线表示的是未完全形成的第二柱面波。根据目标轴线位置与第i个列阵元之间的距离，确定第i个列阵元的发射时间如公式(6)所示：
Figure BDA0002789507370000161
其中，c是声速。
根据各个列阵元对应的发射时间依次触发各个列阵元发射声波，可以产生具有目标轴线位置的第二柱面波。
基于上述内容可知，通过确定列阵元与目标轴线位置之间的距离，确定列阵元发射声波的时间，按照各个列阵元确定的发射声波的时间，可以生成对应于目标轴线的第二柱面波。
在一种可能的实现方式中，可以利用行阵元接收到第二回波信号的时间表示第二成像数据。本申请实施例提供了一种对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据的具体实施方式，具体包括：
根据所述第二回波信号计算所述第二柱面波到达第二成像位置的第三时间与由所述第二成像位置到达第i个行阵元的第四时间之和，作为所述第i个行阵元对应的双向传播时间，i取1至m的整数，m为所述行阵元的数量；
根据各个所述行阵元对应的双向传播时间对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据。
列阵元发射的第二柱面波在发射至第二成像位置时，会被散射生成第二回波信号，第二回波信号会到达超声换能器，被不同的行阵元接收。通过计算从列阵元发射第二柱面波至行阵元接收第二回波信号的双向传播时间，可以进一步得到利用双向传播时间表示的第二成像数据。
其中，第二柱面波到达第二成像位置的第三时间可以由第二柱面波的发射位置与第二成像位置之间的距离与声速的比值计算得到。参见图10，该图为本申请实施例提供的一种计算第三时间的示意图。其中，实线表示形成的以S点为目标轴线位置的第二柱面波，第二成像位置为点P，极坐标为(γ,β)。第二柱面波到达第二成像位置的第三时间如公式(7)所示:
Figure BDA0002789507370000171
其中，
Figure BDA0002789507370000172
为目标轴线位置的极坐标，c为声速。
在行列寻址环形超声换能器上分布着位置不同的m个行阵元，第二成像位置散射的第二波信号可以被多个行阵元接收。第i个行阵元接收从第二成像位置到达第i个行阵元的第四时间可以用第二成像位置与第i个行阵元之间的距离与声速的比值计算得到，其中，i取1至m的整数。
对于高度为h的行阵元，第二回波信号从第二成像位置P点到达第i行阵元的第四时间如公式(8)所示：
Figure BDA0002789507370000173
其中，c为声速，r为第二成像位置与目标轴线位置的距离，l为第二成像位置的高度。
计算第三时间与第四时间的和，作为第i个行阵元对应的双向传播时间。再利用双向传播时间对第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据。第二成像数据可以如公式(9)所示：
Figure BDA0002789507370000174
其中，
Figure BDA0002789507370000175
表示高度为h的第i个行阵元接收到目标轴线位置
Figure BDA0002789507370000176
对应的第二回波信号，τec+τre为第三时间与第四时间的和，也就是第i个行阵元对应的双向传播时间。
相对应的，对各个目标轴线位置对应的第二成像数据进行相干叠加得到的第二三维图像数据，可以如公式(10)表示：
Figure BDA0002789507370000177
基于上述内容可知，通过分别计算第三时间和第四时间，可以得到第二柱面波从发射，再到第i个行阵元接收到第二回波信号的双向传播时间。利用双向传播时间可以表示第二成像数据。
基于上述方法实施例提供的基于行列寻址环形超声换能器的成像方法，本申请实施例还提供了一种基于行列寻址环形超声换能器的成像装置，下面将结合附图对该基于行列寻址环形超声换能器的成像装置进行说明。
参见图11，该图为本申请实施例提供的一种基于行列寻址环形超声换能器的成像装置的结构示意图。所述行列寻址环形超声换能器包括行阵元以及列阵元，所述行阵元为环状，如图11所示，该基于行列寻址环形超声换能器的成像装置包括：
第一触发单元1101，用于触发各个所述行阵元依次发射声波，以产生具有目标倾斜度的第一柱面波；
第一采集单元1102，用于采集各个所述列阵元接收的所述第一柱面波的第一回波信号；
第一合成单元1103，用于对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据；
第一叠加单元1104，用于对各个所述目标倾斜度对应的第一成像数据进行相干叠加，得到第一三维图像数据；
第二触发单元1105，用于触发各个所述列阵元依次发射声波，以产生具有目标轴线位置的第二柱面波；
第二采集单元1106，用于采集各个所述行阵元接收的所述第二柱面波的第二回波信号；
第二合成单元1107，用于对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据；
第二叠加单元1108，用于对各个所述目标轴线位置对应的第二成像数据进行相干叠加，得到第二三维图像数据；
第三叠加单元1109，用于将所述第一三维图像数据与所述第二三维图像数据进行相干叠加，得到三维成像图像。
在一种可能的实现方式中，所述第一触发单元1101，包括：
第一计算子单元，用于根据各个所述行阵元的高度以及目标倾斜度，计算各个所述行阵元对应的发射时刻；
第一触发子单元，用于在各个所述行阵元对应的发射时刻依次触发各个所述行阵元发射声波，以产生具有所述目标倾斜度的第一柱面波。
在一种可能的实现方式中，所述第一合成单元1103，包括：
第二计算子单元，根据所述第一回波信号计算所述第一柱面波到达第一成像位置的第一时间与由所述第一成像位置到达第i个列阵元的第二时间之和，作为所述第i个列阵元对应的双向传播时间，i取1至n的整数，n为所述列阵元的数量；
第一合成子单元，用于根据各个所述列阵元对应的双向传播时间对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据。
在一种可能的实现方式中，所述第二触发单元1105，包括：
第三计算子单元，用于根据各个所述列阵元的位置与目标轴线位置的距离，计算各个所述列阵元对应的发射时刻；
第二触发子单元，用于在各个所述列阵元对应的发射时刻依次触发各个所述列阵元发射声波，以产生具有所述目标轴线位置的第二柱面波。
在一种可能的实现方式中，所述第二合成单元1107，包括：
第四计算子单元，用于根据所述第二回波信号计算所述第二柱面波到达第二成像位置的第三时间与由所述第二成像位置到达第j个行阵元的第四时间之和，作为所述第j个行阵元对应的双向传播时间，j取1至m的整数，m为所述行阵元的数量；
第二合成子单元，用于根据各个所述行阵元对应的双向传播时间对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据。
通过采取多虚拟点源发散波复合的发射聚焦模式，可以实现横向上的发射聚焦和仰角方向上的接收聚焦。再将第一三维图像数据与第二三维图像数据进行相干叠加，得到三维成像图像。通过横向和仰角方向上的发射和接收聚焦，可以提高行列寻址环形超声换能器的生成的三维成像图像的质量。并且通过非聚焦波复合成像技术，实现了将快速成像算法应用于行列寻址环形超声换能器，可以提高行列寻址环形超声换能器的成像速度，实现较高质量的三维成像图像的快速生成。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，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那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于行列寻址环形超声换能器的成像方法，其特征在于，所述行列寻址环形超声换能器包括行阵元以及列阵元，所述行阵元为环状，所述方法包括：
触发各个所述行阵元依次发射声波，以产生具有目标倾斜度的第一柱面波；所述目标倾斜度是指所述第一柱面波与竖直方向之间的角度；
采集各个所述列阵元接收的所述第一柱面波的第一回波信号；
对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据；
对各个所述目标倾斜度对应的第一成像数据进行相干叠加，得到第一三维图像数据；
触发各个所述列阵元依次发射声波，以产生具有目标轴线位置的第二柱面波；
采集各个所述行阵元接收的所述第二柱面波的第二回波信号；
对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据；
对各个所述目标轴线位置对应的第二成像数据进行相干叠加，得到第二三维图像数据；
将所述第一三维图像数据与所述第二三维图像数据进行相干叠加，得到三维成像图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述触发各个所述行阵元依次发射声波，以产生具有目标倾斜度的第一柱面波，包括：
根据各个所述行阵元的高度以及目标倾斜度，计算各个所述行阵元对应的发射时刻；
在各个所述行阵元对应的发射时刻依次触发各个所述行阵元发射声波，以产生具有所述目标倾斜度的第一柱面波。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据，包括：
根据所述第一回波信号计算所述第一柱面波到达第一成像位置的第一时间与由所述第一成像位置到达第i个列阵元的第二时间之和，作为所述第i个列阵元对应的双向传播时间，i取1至n的整数，n为所述列阵元的数量；
根据各个所述列阵元对应的双向传播时间对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述触发各个所述列阵元依次发射声波，以产生具有目标轴线位置的第二柱面波，包括：
根据各个所述列阵元的位置与目标轴线位置的距离，计算各个所述列阵元对应的发射时刻；
在各个所述列阵元对应的发射时刻依次触发各个所述列阵元发射声波，以产生具有所述目标轴线位置的第二柱面波。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据，包括：
根据所述第二回波信号计算所述第二柱面波到达第二成像位置的第三时间与由所述第二成像位置到达第j个行阵元的第四时间之和，作为所述第j个行阵元对应的双向传播时间，j取1至m的整数，m为所述行阵元的数量；
根据各个所述行阵元对应的双向传播时间对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据。
6.一种基于行列寻址环形超声换能器的成像装置，其特征在于，所述行列寻址环形超声换能器包括行阵元以及列阵元，所述行阵元为环状，所述装置包括：
第一触发单元，用于触发各个所述行阵元依次发射声波，以产生具有目标倾斜度的第一柱面波；所述目标倾斜度是指所述第一柱面波与竖直方向之间的角度；
第一采集单元，用于采集各个所述列阵元接收的所述第一柱面波的第一回波信号；
第一合成单元，用于对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据；
第一叠加单元，用于对各个所述目标倾斜度对应的第一成像数据进行相干叠加，得到第一三维图像数据；
第二触发单元，用于触发各个所述列阵元依次发射声波，以产生具有目标轴线位置的第二柱面波；
第二采集单元，用于采集各个所述行阵元接收的所述第二柱面波的第二回波信号；
第二合成单元，用于对所述第二回波信号进行波束合成，得到所述目标轴线位置对应的第二成像数据；
第二叠加单元，用于对各个所述目标轴线位置对应的第二成像数据进行相干叠加，得到第二三维图像数据；
第三叠加单元，用于将所述第一三维图像数据与所述第二三维图像数据进行相干叠加，得到三维成像图像。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一触发单元，包括：
第一计算子单元，用于根据各个所述行阵元的高度以及目标倾斜度，计算各个所述行阵元对应的发射时刻；
第一触发子单元，用于在各个所述行阵元对应的发射时刻依次触发各个所述行阵元发射声波，以产生具有所述目标倾斜度的第一柱面波。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一合成单元，包括：
第二计算子单元，根据所述第一回波信号计算所述第一柱面波到达第一成像位置的第一时间与由所述第一成像位置到达第i个列阵元的第二时间之和，作为所述第i个列阵元对应的双向传播时间，i取1至n的整数，n为所述列阵元的数量；
第一合成子单元，用于根据各个所述列阵元对应的双向传播时间对所述第一回波信号进行波束合成，得到所述目标倾斜度对应的第一成像数据。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二触发单元，包括：
第三计算子单元，用于根据各个所述列阵元的位置与目标轴线位置的距离，计算各个所述列阵元对应的发射时刻；
第二触发子单元，用于在各个所述列阵元对应的发射时刻依次触发各个所述列阵元发射声波，以产生具有所述目标轴线位置的第二柱面波。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二合成单元，包括：
第四计算子单元，用于根据所述第二回波信号计算所述第二柱面波到达第二成像位置的第三时间与由所述第二成像位置到达第j个行阵元的第四时间之和，作为所述第j个行阵元对应的双向传播时间，j取1至m的整数，m为所述行阵元的数量；
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