CN113317873B - 用于检测和导航的双频超声仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测和导航的双频超声仪，包括：手持探头端，其包括旋转导管、高低频融合换能器、电机；超声前端设备，其包括FPGA芯片、发射电路、接收电路；成像设备，其包括数据存储模块、成像模块、图像显示模块。本发明结合了低频超声穿透力强，但是近场盲区大，高频超声分辨率高近场盲区小但是衰减速度快的特点，充分利用各自的优势，使得检测范围和检测分辨率可以兼顾，提高了仪器的适用范围和检测准确性；本发明不但可以单独提供高频图像和低频图像，提供给使用者多种信息，而且可以提供高低频融合图像，提高了图像的直观性和对比性；本发明使用便捷，操作简单，实时性好，对患者和医务人员无电离辐射，无电磁干扰，安全性好。

Description

用于检测和导航的双频超声仪

技术领域

本发明涉及医用检测与导航领域，特别涉及一种用于检测和导航的双频 超声仪。

背景技术

超声检测和导航仪器是手术辅助的重要设备，目前超声设备多为疾病诊 断类设备，而针对手术辅助的超声引导设备种类较少，并且在某些特殊的人 体组织环境，如骨科手术钻孔置钉过程中，对于钉道是否破损，钉道距离皮 质层距离，以及钉道附近有无重要血管神经等判断，还没有专用的超声设备。

常见的检测导航设备如超声电子气管镜，超声上消化道内镜常为使用高 频超声检测，检测人体腔道表面和浅层信息，而对于腔道较深的组织和结构 则无法显示，并且仪器为专用设备，应用范围小。

在骨科临床微创外科的时代，目前广泛使用采用计算机手术导航系统 (computerassisted surgery，CAS)辅助骨科置钉内固定手术，包括术前CT 导航成像，术中C型臂透视导航、术中CT三维成像导航等，显著提高了手 术的精确性和安全性，降低了手术风险。但是这些方式除了存在设备价格昂 贵、操作相对复杂、手术时间长等缺点，还存在其他各自的缺点：术前CT 影像导航将术前CT扫描数据用于术中参照点注册，体位的变化容易产生注册误差；C型臂透视导航参照二维图像进行三维操作，加上透视效果不佳， 螺钉置入的精确度较差；术中CT三维成像导航O型臂是目前唯一同时具有 获得术中即时高质量三维CT图像和全自动注册功能的导航系统，被公认是 目前脊柱外科领域最先进的导航技术，但其利用磁场作为空间定位系统的电 磁导航在手术室大量金属物体存在的环境下限制了其应用范围。上述CT和C 型臂设备都利用X射线透射的工作原理，患者和医务人员会暴露在电离辐射下，对患者和医务人员有一定的健康安全影响。

超声近年来逐渐用于手术引导的成像，其具有独特优势：超声波无电离 辐射，对患者和医务人员健康安全无影响、无电磁干扰，避免手术室中的电 磁干扰对成像的影响、可连续实时成像，不受术中移位的影响、费用低廉且 便于移动等。

当前超声引导的操作多用在穿刺活检、神经阻滞等操作，目前超声引导 并未广泛运用到临床，特别是骨科微创手术,主要原因包括超声在骨骼中穿透 力低，且分辨率和穿透力成反比，不能同时兼顾分辨率和穿透深度。因此对 骨科手术导航,特别是骨科钉道检测导航缺少专用设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种 用于检测和导航的双频超声仪。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于检测和导航 的双频超声仪，包括：

手持探头端，其包括旋转导管、设置在所述旋转导管末端的高低频融合 换能器以及用于驱动所述旋转导管转动的电机；

超声前端设备，其包括FPGA芯片、发射电路以及接收电路，所述超声 前端设备与所述高低频融合换能器配合能够实现低频超声波发射、高频超声 波发射、低频与高频超声波交替发射以及超声波回波信号接收的功能；

以及成像设备，其包括数据存储模块、成像模块以及图像显示模块，所 述成像设备与所述超声前端设备连接，通过所述成像模块利用所述超声前端 设备接收的超声波回波信号能够实现低频超声成像、高频超声成像以及高低 频超声融合成像。

低频超声穿透力强，但是近场盲区大，高频超声分辨率高近场盲区小但 是衰减速度快的特点，使用低频超声探测较远的组织结构，弥补高频超声衰 减大的影响。使用高频超声判断较近区域的组织结构，弥补低频超声近场盲 区不能精准探测的缺点，从而可以有效的提高检测深度。例如，对于骨科置 钉手术，低频超声可以探测骨孔外组织血管情况，高频超声可以探测骨孔内 部情况以及是否破损，并且可以区分松质骨和皮质骨的界限，从而能提高医 生置钉的准确性和成功率。鉴于此，传统的方案是将一个高频的换能器或者 低频的换能器组合，高频换能器后面一套发射接收系统，低频换能器一套发 射接收系统。但是此种方法使得探头部分体积变大(需要两个换能器)，而对 于进入人体检测的，通常直径越小应用范围越广，而且对于骨科手术的钉道 直径普遍较小。所以传统的方案对于这些应用不是一个很好的选择，另外两 套发射接收系统也使得硬件系统尺寸变大，成本增加。

本发明很好的解决了该问题，本发明采用单阵元多频换能器以及与之配 合的超声前端设备，通过一套发射接收系统实现低频和高频交替发射接收功 能，使得探头尺寸更小，提高了系统的应用范围，并且简化了超声发射接收 系统，能提供体积更小且可以多频工作的超声内窥检测设备。例如，对于骨 科手术，本发明可使用低频超声探测钉道骨头周壁外围的组织结构，使用高 频超声判断骨孔孔壁是否完整，可以有效的检测骨内钻钉的钉道内部形状和 是否破损情况，可以区分松质骨和皮质骨的界限，提高手术置钉的成功率。

优选的是，所述高低频融合换能器为单阵元多频换能器，其可发出的超 声波的频率范围至少包括2-5MHz和20-40MHz，且其具有超声波回波信号的 接收功能。

优选的是，所述手持探头端还包括旋转编码器，用于提供所述旋转导管 的旋转角度信息。

优选的是，所述超声前端设备还包括T/R电路，所述高低频融合换能器 接收的超声波回波信号经所述T/R电路输入到所述接收电路，经放大处理以 及低通滤波处理后被AD转换器转换为数字信号，然后传输到所述FPGA芯 片，实现超声波回波信号的采集。

所述超声前端设备还包括用于对所述电机进行控制的电机控制电路。

优选的是，所述FPGA芯片将超声波回波信号输送至所述成像设备的数 据存储模块中，然后通过所述成像模块进行处理得到超声图像，所述成像模 块进行低频超声成像和高频超声成像的方法相同，均包括以下步骤：

Ⅰ、对超声波回波信号进行带通滤波处理；

Ⅱ、对步骤Ⅰ得到的数据进行包络解调处理；

Ⅲ、对步骤Ⅱ得到的数据进数据压缩，然后进行归一化处理；

Ⅳ、将步骤Ⅲ得到的数据进行扫描转换形成360°图像，即为低频超声图 像或高频超声图像。

优选的是，所述成像模块进行高低频超声融合成像的方包括以下步骤：

1)将接收到的低频超声波回波信号数据和高频超声波回波信号数据分别 按以下步骤2)进行处理；

2)先对超声波回波信号数据进行带通滤波处理，然后进行包络解调处理， 再进数据压缩，最后进行归一化处理；

3)将分别经步骤2)处理得到的低频超声波回波信号数据和高频超声波 回波信号数据进行数据融合；

4)将步骤3)处理得到的数据进行扫描转换形成360°图像，即为高低频 超声融合图像。

优选的是，所述步骤3)中进行数据融合的方法包括以下步骤：

3-1)对低频超声波回波信号数据和高频超声波回波信号数据进行以下处 理：

按时间先后顺序，将低频超声波回波信号数据分割为N条采集线，记为 PLi，i＝1,2,...,N；每条采集线上，以从所述高低频融合换能器向外周的方向依 次采集M个数据点，采集线PLi上采集的数据记为如下矩阵： PLi＝[L₁,L₂…L_M]；

按时间先后顺序，将高频超声波回波信号数据分割为N条采集线，记为 PHi，i＝1,2,...,N，每条采集线上，以从所述高低频融合换能器向外周的方向依 次采集M个数据点，采集线PHi上采集的数据记为：PHi＝[H₁,H₂…H_M]；

3-2)采用固定加权系数融合法或梯度加权系数融合法或边界融合法对采 集线PLi和PHi进行对应融合，从而得到高低频超声波回波信号融合数据。

优选的是，其中，所述固定加权系数融合法具体为：

按照以下公式将PLi和PHi进行叠加得到第i条采集线的融合数据R_i：

R_i＝A*[L₁,L₂…L_M]+B*[H₁,H₂…H_M]；其中，A、B为常数，且A+B＝1。

按照上述公式将所有的采集线进行叠加得到所有的融合数据：R₁、R₂、...、 R_N，然后再将得到的所有融合数据按序组合即得到高低频超声波回波信号融 合数据。

优选的是，其中，所述梯度加权系数融合法具体为：

按照以下公式将PLi和PHi进行叠加得到第i条采集线的融合数据R_i：

R_i＝A*[L₁,L₂…L_M]+B*[H₁,H₂,…,H_M]；其中，A、B为矩阵，A＝[X₁,X₂...X_M]， B＝[Y₁,Y₂…Y_M]，其中，X₁,X₂...X_M和Y₁,Y₂…Y_M均为常数，且X₁+Y₁＝1， X₂+Y₂＝1，...，X_M+Y_M＝1；

按照上述公式将所有的采集线进行叠加得到所有的融合数据：R₁、R₂、...、 R_N，然后再将得到的所有融合数据按序组合即得到高低频超声波回波信号融 合数据。

优选的是，其中，所述边界融合法利用高频超声波回波信号数据设定低 频超声波回波信号数据的加权系数矩阵A，具体为：

A＝[X₁,X₂...X_M]，即加权系数矩阵A中包括M个值，与采集线PHi中的 M个数据点对应；

以高频超声波回波信号数据的采集线PHi中的最后一个有效值点为边界 点，记该边界点为H_j，该边界点在采集线PHi上的位置为第j个，将加权系 数矩阵A中的第1至第j值置为0，第j+1至第M个值置为1，也即X₁至X_j均为0，X_j+1至X_M均为1；

按照以下公式计算第i条采集线的融合数据R_i：R_i＝A*[L₁,L₂…L_M]；

按照上述公式计算所有的融合数据：R₁、R₂、...、R_N，然后再将得到的 所有融合数据按序组合即得到高低频超声波回波信号融合数据。

本发明的有益效果是：

本发明结合了低频超声穿透力强，但是近场盲区大，高频超声分辨率高 近场盲区小但是衰减速度快的特点，充分利用各自的优势，使得检测范围和 检测分辨率可以兼顾，提高了仪器的适用范围和检测准确性，同时可以检测 一些已有仪器无法检测的结构，如人体骨质结构；

本发明不但可以单独提供高频图像和低频图像，提供给使用者多种信息， 而且可以提供高低频融合图像，提高了图像的直观性和对比性；

本发明采用单阵元多频换能器以及与之配合的超声前端设备，通过一套 发射接收系统实现低频和高频交替发射接收功能，使得探头尺寸更小，提高 了系统的应用范围，并且简化了超声发射接收系统，能提供体积更小且可以 多频工作的超声内窥检测设备；

本发明使用便捷，操作简单，实时性好，对患者和医务人员无电离辐射， 无电磁干扰，安全性好。

附图说明

图1为本发明的用于检测和导航的双频超声仪的结构示意图；

图2为本发明的可选一种实施例中的FPGA输出逻辑时序示意图；

图3-5为本发明的实施例中的超声波回波信号数据处理原理示意图。

附图标记说明：

1—手持探头端；2—超声前端设备；3—成像设备；10—高低频融合换能 器；11—旋转导管；12—电机；20—FPGA芯片；21—发射电路；22—接收 电路；23—T/R电路；24—电机控制电路；30—数据存储模块；31—成像模 块；32—图像显示模块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参 照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一 个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本实施例的一种用于检测和导航的双频超声仪，包括：

手持探头端1，其包括旋转导管11、设置在旋转导管11末端的高低频融 合换能器10以及用于驱动旋转导管11转动的电机12；

超声前端设备2，其包括FPGA芯片20、发射电路21以及接收电路22， 超声前端设备2与高低频融合换能器10配合能够实现低频超声波发射、高频 超声波发射、低频与高频超声波交替发射以及超声波回波信号接收的功能；

以及成像设备3，其包括数据存储模块30、成像模块31以及图像显示模 块32，成像设备3与超声前端设备2连接，通过成像模块31利用超声前端 设备2接收的超声波回波信号能够实现单独的低频超声成像、单独的高频超 声成像以及高低频超声融合成像。在优选的实施例中，成像设备3为计算机， 其内嵌数据存储模块30、成像模块31，图像显示模块32为计算机配置的显 示器。

在一种优选的实施例中，手持探头端1还包括旋转编码器，用于提供旋 转导管11的旋转角度信息。成像时手柄带动超声换能器旋转，从而配合后续 的成像模块31形成完整的360°超声图像。

在一种优选的实施例中，高低频融合换能器10为单阵元多频换能器，其 可发出的超声波的频率范围至少包括2-5MHz和20-40MHz，且其具有超声波 回波信号的接收功能。

本发明中，通过超声前端设备2与单阵元多频换能器配合，能够通过一 套发射接收系统实现低频和高频交替发射接收功能以及各自单独发射和接收 功能。例如，在一种可选的实施例中，FPGA_SELA、FPGA_POSA、 FPGA_NEGA、FPGA_EN端口连接FPGA I/O口。通过FPGA控制I/O口逻 辑电平输出从而实现交替发射低频(2-5MH_Z)和高频(20-40MH_Z)高压脉冲信号功能。FPGA输出逻辑时序如图2，通过控制FPGA_POSA,FPGA_NEGA 高低电平的时间,从而实现不同频率激励脉冲的发射，其脉冲频率计算公式:F ＝1/(T1+T2)；循环发射从而实现其高低频激励功能。

在一种优选的实施例中，超声前端设备2还包括T/R电路23，高低频融 合换能器10接收的超声波回波信号经T/R电路23输入到接收电路22，经放 大处理(在一种实施例中，可包括LNA低噪声放大器、VCA压控衰减器、 PGA可编程增益放大器进行放大处理)以及低通滤波处理后进入AD转换器 转换为数字信号，然后传输到FPGA芯片20，实现超声波回波信号的采集。

在一种优选的实施例中，超声前端设备2还包括用于对电机12进行控制 的电机控制电路24。FPGA芯片20对电机控制电路24进行控制，从而实现 对旋转导管11的旋转控制。

在一种优选的实施例中，FPGA芯片20将超声波回波信号输送至成像设 备3的数据存储模块30中，然后通过成像模块31进行处理得到超声图像， 其中，超声图像可为低频超声图像或高频超声图像或高低频超声融合图像， 用户根据需求进行选择。

其中，成像模块31进行低频超声成像和高频超声成像的方法相同，均包 括以下步骤：

Ⅰ、对超声波回波信号进行带通滤波处理；带通滤波器中心频率设置为对 应的发射频率，用于降低噪声，提高信噪比；例如低频发射采用2MHz脉冲 发射，则数据处理中高阶带通中心频率为2MHz,带限范围由实际效果设定。

Ⅱ、对步骤Ⅰ得到的数据进行包络解调处理得到包络数据曲线，包络解调 也称包络检波，本实施例中采用的包络解调方式包括正交解调检波以及希尔 伯特变换法检波；

Ⅲ、对步骤Ⅱ得到的数据进数据压缩，然后进行归一化处理；

Ⅳ、将步骤Ⅲ得到的数据进行扫描转换形成360°图像，即为低频超声图 像或高频超声图像。

其中，成像模块31进行高低频超声融合成像的方包括以下步骤：

1)将接收到的低频超声波回波信号数据和高频超声波回波信号数据分别 按以下步骤2)进行处理；

2)先对超声波回波信号数据进行带通滤波处理，然后进行包络解调处理， 再进数据压缩，最后进行归一化处理；

3)将分别经步骤2)处理得到的低频超声波回波信号数据和高频超声波 回波信号数据进行数据融合，数据融合的方法具体包括以下步骤：

3-1)对低频超声波回波信号数据和高频超声波回波信号数据进行以下处 理：

按时间先后顺序(即图3中X方向)，将低频超声波回波信号数据分割 为N条采集线，记为PLi，i＝1,2,...,N；每条采集线上，以从高低频融合换能 器10向外周的方向(即图3中Y方向)依次采集M个数据点，采集线PLi 上采集的数据记为如下矩阵：PLi＝[L₁,L₂…L_M]；

按时间先后顺序，将高频超声波回波信号数据分割为N条采集线，记为 PHi，i＝1,2,...,N，每条采集线上，以从高低频融合换能器10向外周的方向依 次采集M个数据点，采集线PHi上采集的数据记为：PHi＝[H₁,H₂…H_M]；

3-2)采用固定加权系数融合法或梯度加权系数融合法或边界融合法对采 集线L_i和H_i进行对应融合，从而得到高低频超声波回波信号融合数据。

4)将步骤3)处理得到的数据进行扫描转换形成360°图像，即为高低频 超声融合图像，参照图4。

图3和图4中以低频超声波回波信号数据为例进行了示意。

以下再对三种融合法进行详细说明

一、固定加权系数融合法

具体为：

按照以下公式将PLi和PHi进行叠加得到第i条采集线的融合数据R_i：

R_i＝A*[L₁,L₂…L_M]+B*[H₁,H₂…H_M]；其中，A、B为常数，可根据探测的 组织不同可以进行改变，且A+B＝1。

按照上述公式将所有的采集线进行叠加得到所有的融合数据：R₁、R₂、...、 R_N，然后再将得到的所有融合数据按序组合即得到高低频超声波回波信号融 合数据。

二、梯度加权系数融合法

具体为：

按照以下公式将PLi和PHi进行叠加得到第i条采集线的融合数据R_i：

R_i＝A*[L₁,L₂…L_M]+B*[H₁,H₂,…,H_M]；其中，A、B为矩阵，A＝[X₁,X₂...X_M]， B＝[Y₁,Y₂…Y_M]，其中，X₁,X₂...X_M和Y₁,Y₂…Y_M均为常数，且X₁+Y₁＝1， X₂+Y₂＝1，...，X_M+Y_M＝1；可根据不同组织深度设置不同的值，从而实现不同 深度的数据权重不同，以实现梯度比重显示功能；

按照上述公式将所有的采集线进行叠加得到所有的融合数据：R₁、R₂、...、 R_N，然后再将得到的所有融合数据按序组合即得到高低频超声波回波信号融 合数据。

三、边界融合法

边界融合法主要用于骨科钉道中成像中，由于钻孔后钉道骨壁以内没有 需要显示的重要信息，并且钉道骨壁为强反射，高频超声波回波信号无法穿 过骨头，低频超声波回波信号则可穿过骨头，因此高频超声波回波信号中钉 道壁外部的回波信号很小，在高频超声波回波信号中形成一个明显的钉道壁 内、外部的一个分界位置，该分界位置之前回波信号明显，分界位置之后回 波信号很小。所以能以高频超声波回波信号中最后一个有效值点为边界点， 只需要在低频超声波回波信号中采集该边界点之后的信号即可(也即钉道骨壁以外的信号)，一般为钉道骨壁数据位置，具体有效数值需要不同情况自行 选定。即无需对钉道骨壁以内进行成像，只需要对钉道骨壁以外进行成像， 由于低频超声波回波信号才能穿过钉道骨壁，所以最终只需要采集低频超声 波回波信号中处于钉道骨壁外的信号即可，以下提供详细的方案。

边界融合法利用高频超声波回波信号数据设定低频超声波回波信号数据 的加权系数矩阵A，具体为：

A＝[X₁,X₂...X_M]，即加权系数矩阵A中包括M个值，与采集线H_i中的M 个数据点对应；

以高频超声波回波信号数据的采集线PHi中的最后一个有效值点为边界 点，记该边界点为H_j，该边界点在采集线PHi上的位置为第j个，将加权系 数矩阵A中的第1至第j值置为0，第j+1至第M个值置为1，也即X₁至X_j均为0，X_j+1至X_M均为1；例如，采集线PHi上由内向外(也就是从高低频 融合换能器10向钉道骨壁的方向)总采集了2048个数据点，边界点为第100 个点，即H₁₀₀，也就是第1至第100个数据点为钉道骨壁内部的数据点，可 直接剔除；第101至第2048个数据点为钉道骨壁内部的成像数据，为所需要 的成像数据点，参照图5；所以A＝[0,0,0...1,1,1...1]，A中第1-100个值均为0， 其余均为1；

按照以下公式计算第i条采集线的融合数据R_i：R_i＝A*[L₁,L₂…L_M]；

按照上述公式计算所有的融合数据：R₁、R₂、...、R_N，然后再将得到的 所有融合数据按序组合即得到高低频超声波回波信号融合数据。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方 式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领 域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范 围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (8)

1.一种用于检测和导航的双频超声仪，其特征在于，包括：

手持探头端，其包括旋转导管、设置在所述旋转导管末端的高低频融合换能器以及用于驱动所述旋转导管转动的电机；

超声前端设备，其包括FPGA芯片、发射电路以及接收电路，所述超声前端设备与所述高低频融合换能器配合能够实现低频超声波发射、高频超声波发射、低频与高频超声波交替发射以及超声波回波信号接收的功能；

以及成像设备，其包括数据存储模块、成像模块以及图像显示模块，所述成像设备与所述超声前端设备连接，通过所述成像模块利用所述超声前端设备接收的超声波回波信号能够实现低频超声成像、高频超声成像以及高低频超声融合成像；

所述成像模块进行高低频超声融合成像的方法包括以下步骤：

1）将接收到的低频超声波回波信号数据和高频超声波回波信号数据分别按以下步骤2）进行处理；

2）先对超声波回波信号数据进行带通滤波处理，然后进行包络解调处理，再进数据压缩，最后进行归一化处理；

3）将分别经步骤2）处理得到的低频超声波回波信号数据和高频超声波回波信号数据进行数据融合；

4）将步骤3）处理得到的数据进行扫描转换形成360°图像，即为高低频超声融合图像；

所述步骤3）中进行数据融合的方法包括以下步骤：

3-1）对低频超声波回波信号数据和高频超声波回波信号数据进行以下处理：

按时间先后顺序，将低频超声波回波信号数据分割为N条采集线，记为PLi，i=1,2,...,N；每条采集线上，以从所述高低频融合换能器向外周的方向依次采集M个数据点，采集线PLi上采集的数据记为如下矩阵：PLi=[L₁,L₂…L_M]；

按时间先后顺序，将高频超声波回波信号数据分割为N条采集线，记为PHi，i=1,2,...,N，每条采集线上，以从所述高低频融合换能器向外周的方向依次采集M个数据点，采集线PHi上采集的数据记为：PHi=[H₁,H₂…H_M]；

3-2）采用固定加权系数融合法或梯度加权系数融合法或边界融合法对采集线PLi和PHi进行对应融合，从而得到高低频超声波回波信号融合数据。

2.根据权利要求1所述的用于检测和导航的双频超声仪，其特征在于，所述高低频融合换能器为单阵元多频换能器，其可发出的超声波的频率范围包括2-5MHz和20-40MHz，且其具有超声波回波信号的接收功能。

3.根据权利要求2所述的用于检测和导航的双频超声仪，其特征在于，所述手持探头端还包括旋转编码器，用于提供所述旋转导管的旋转角度信息。

4.根据权利要求3所述的用于检测和导航的双频超声仪，其特征在于，所述超声前端设备还包括T/R电路，所述高低频融合换能器接收的超声波回波信号经所述T/R电路输入到所述接收电路，经放大处理以及低通滤波处理后被AD转换器转换为数字信号，然后传输到所述FPGA芯片，实现超声波回波信号的采集。

5.根据权利要求4所述的用于检测和导航的双频超声仪，其特征在于，所述FPGA芯片将超声波回波信号输送至所述成像设备的数据存储模块中，然后通过所述成像模块进行处理得到超声图像，所述成像模块进行低频超声成像和高频超声成像的方法相同，均包括以下步骤：

Ⅰ、对超声波回波信号进行带通滤波处理；

Ⅱ、对步骤Ⅰ得到的数据进行包络解调处理；

Ⅲ、对步骤Ⅱ得到的数据进数据压缩，然后进行归一化处理；

Ⅳ、将步骤Ⅲ得到的数据进行扫描转换形成360°图像，即为低频超声图像或高频超声图像。

6.根据权利要求5所述的用于检测和导航的双频超声仪，其特征在于，其中，所述固定加权系数融合法具体为：

按照以下公式将PLi和PHi进行叠加得到第i条采集线的融合数据R_i：

R_i=A*[L₁,L₂…L_M]+B*[H₁,H₂…H_M]；其中，A、B为常数，且A+B=1；

按照上述公式将所有的采集线进行叠加得到所有的融合数据：R₁、R₂、...、R_N，然后再将得到的所有融合数据按序组合即得到高低频超声波回波信号融合数据。

7.根据权利要求5所述的用于检测和导航的双频超声仪，其特征在于，其中，所述梯度加权系数融合法具体为：

按照以下公式将PLi和PHi进行叠加得到第i条采集线的融合数据R_i：

R_i=A*[L₁,L₂…L_M]+B*[H₁,H₂,…,H_M]；其中，A、B为矩阵，A=[X₁,X₂...X_M]，B=[Y₁,Y₂…Y_M]，其中，X₁,X₂...X_M和Y₁,Y₂…Y_M均为常数，且X₁+Y₁=1，X₂+Y₂=1，...，X_M+Y_M=1；

按照上述公式将所有的采集线进行叠加得到所有的融合数据：R₁、R₂、...、R_N，然后再将得到的所有融合数据按序组合即得到高低频超声波回波信号融合数据。

8.根据权利要求5所述的用于检测和导航的双频超声仪，其特征在于，其中，所述边界融合法利用高频超声波回波信号数据设定低频超声波回波信号数据的加权系数矩阵A，具体为：

A=[X₁,X₂...X_M]，即加权系数矩阵A中包括M个值，与采集线PHi中的M个数据点对应；

以高频超声波回波信号数据的采集线PHi中的最后一个有效值点为边界点，记该边界点为H_j，该边界点在采集线PHi上的位置为第j个，将加权系数矩阵A中的第1至第j值置为0，第j+1至第M个值置为1，也即X₁至X_j均为0，X_j+1至X_M均为1；

按照以下公式计算第i条采集线的融合数据R_i：R_i=A*[L₁,L₂…L_M]；

按照上述公式计算所有的融合数据：R₁、R₂、...、R_N，然后再将得到的所有融合数据按序组合即得到高低频超声波回波信号融合数据。

Images