CN113640809A - 超声成像降噪方法及超声成像设备 - Google Patents

超声成像降噪方法及超声成像设备 Download PDF

Info

Publication number
CN113640809A
CN113640809A CN202110968664.7A CN202110968664A CN113640809A CN 113640809 A CN113640809 A CN 113640809A CN 202110968664 A CN202110968664 A CN 202110968664A CN 113640809 A CN113640809 A CN 113640809A
Authority
CN
China
Prior art keywords
noise reduction
beams
data
ultrasonic
noise
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110968664.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113640809B (zh
Inventor
郭威
吴方刚
刘峻杉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vinno Technology Suzhou Co Ltd
Original Assignee
Vinno Technology Suzhou Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vinno Technology Suzhou Co Ltd filed Critical Vinno Technology Suzhou Co Ltd
Priority to CN202110968664.7A priority Critical patent/CN113640809B/zh
Publication of CN113640809A publication Critical patent/CN113640809A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113640809B publication Critical patent/CN113640809B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/523—Details of pulse systems
    • G01S7/526—Receivers
    • G01S7/527—Extracting wanted echo signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/534—Details of non-pulse systems
    • G01S7/536—Extracting wanted echo signals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

本发明揭示了一种超声成像降噪方法及超声成像设备，降噪方法包括：判断所述超声成像设备符合预设前置条件时，输出实验波束触发信号，控制至少两个处于不同横向位置的超声单元分别发出实验波束执行空扫描；提取表征同一横向位置，且与所述实验波束对应的至少两组标定波束，分析所述标定波束分别在预设深度的探测数据，对应得到至少两组采样数据；根据预设离散关系式和所述采样数据计算得到标准噪声数据；利用所述标准噪声数据对超声成像过程执行降噪。本发明提供的超声成像降噪方法具有降噪速度快，自适应程度高的技术效果，同时算法过程更为简洁，充分利用了形成后波束的特点，应用于并行接收波束形成的超声成像中，降噪效果更为显著。

Description

超声成像降噪方法及超声成像设备
技术领域
本发明涉及超声成像技术领域，尤其涉及一种超声成像降噪方法及超声成像设备。
背景技术
超声成像中往往需要人为地调节成像焦点、成像深度、增益、动态范围等参数来提升图像质量，相比于其他成像模态，超声成像中的噪声是造成图像质量差的主要问题。现有超声成像设备中，往往配置旋钮等结构，操作者需要根据画面中出现的问题，手动调节超声成像的相关参数，进而减少噪声对图像的影响，但此种调节方式过分依赖于操作者经验，面对不同的操作环境也难以实现自适应，同时还具有调节过程漫长的缺陷，用户体验较差。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种超声成像降噪方法，以解决现有技术中超声成像图像质量差，降噪过程漫长且无法实现自适应的技术问题。
本发明的目的之一在于提供一种超声成像设备。
为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种超声成像降噪方法，应用于超声成像设备中，包括：判断所述超声成像设备符合预设前置条件时，输出实验波束触发信号，控制至少两个处于不同横向位置的超声单元分别发出实验波束执行空扫描；提取表征同一横向位置，且与所述实验波束对应的至少两组标定波束，分析所述标定波束分别在预设深度的探测数据，对应得到至少两组采样数据；根据预设离散关系式和所述采样数据计算得到标准噪声数据；利用所述标准噪声数据对超声成像过程执行降噪。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法具体包括：输出前置检测信号，控制所述超声单元执行近场扫描，并对应获取近场图像信息；对所述近场图像信息执行峰值检测，若所述近场图像信息包含至少两组超过预设阈值的峰值，且所述至少两组峰值的出现呈现周期性规律，则输出所述实验波束触发信号。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法具体包括：输出前置检测信号，控制所述超声单元执行近场扫描，并对应获取近场波束信息；对所述近场波束信息执行峰值检测，若所述近场波束信息包含至少两组超过预设阈值的幅值，且所述至少两组幅值的出现呈现周期性规律，则输出所述实验波束触发信号。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法还包括：查找所述标定波束分别对应的预设变迹系数；以所述变迹系数为权重，分别对所述采样数据执行幅度补偿，得到补偿数据；其中，所述变迹系数用于表征所述标定波束与所述实验波束的相对位置差；根据预设的离散关系式和所述补偿数据计算得到标准噪声数据。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法具体包括：分别计算所述补偿数据的绝对值，得到至少两个绝对噪声数据；筛选得到所述绝对噪声数据中的最大值，并以所述最大值作为所述标准噪声数据。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法具体包括：分别计算所述补偿数据的绝对值，得到至少两个绝对噪声数据；计算所述绝对噪声数据的标准差，并以所述标准差作为所述标准噪声数据。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法具体包括：设定具有预设长度的变迹参照函数；根据所述变迹参照函数，以及超声单元间的相对位置差，计算得到若干变迹系数；其中所述变迹参照函数为矩形窗、汉明窗函数和海宁窗函数中的一种或多种。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法具体包括：输出探测波束触发信号，控制若干超声单元发出探测波束；接收分别对应所述探测波束的若干回波信号，将所述回波信号执行波束形成，分别对应得到若干接收波束；在若干所述接收波束中，分别减去所述标准噪声数据，对应得到若干降噪波束；分别对若干所述降噪波束执行比例放大，并利用放大后的降噪波束进行超声成像。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法具体包括：输出探测波束触发信号，控制若干超声单元发出探测波束；接收分别对应所述探测波束的若干回波信号，将所述回波信号执行波束形成，分别对应得到若干接收波束；分别对所述接收波束和所述标准噪声数据执行对数压缩，并将压缩后的接收波束和标准噪声数据执行减法运算，对应得到若干降噪波束；分别对若干所述降噪波束执行比例放大，并利用放大后的降噪波束进行超声成像。
为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种超声成像设备，包括控制模块以及若干超声单元，所述超声单元配置为阵列排布；所述超声成像设备配置为搭载上述任一种技术方案所述的超声成像降噪方法进行降噪。
与现有技术相比，本发明提供的超声成像降噪方法，通过执行空扫描输出实验波束后，提取表征同一位置的至少两组标定波束，并对标定波束进行特殊的数据提取和处理，并以得到的标准噪声数据作为全局噪声阈值对超声成像过程执行降噪处理，具有降噪速度快，自适应程度高的技术效果；同时相比于单纯利用空扫描检测的画面中噪声数据执行降噪的现有技术而言，算法过程更为简洁，且充分利用了形成后波束的特点，应用于并行接收波束形成的超声成像中，降噪效果更为显著。
附图说明
图1是本发明一实施方式中超声成像设备的结构原理图；
图2是本发明一实施方式中超声成像降噪方法的步骤原理图；
图3是本发明一实施方式中超声成像降噪方法的第一实施例的步骤原理图；
图4是本发明一实施方式中超声成像降噪方法的第二实施例的步骤原理图；
图5是本发明另一实施方式中超声成像降噪方法的步骤原理图；
图6是本发明另一实施方式中超声成像降噪方法的第一实施例的步骤原理图；
图7是本发明另一实施方式中超声成像降噪方法的第二实施例的步骤原理图；
图8是本发明一实施方式中超声成像降噪方法进行变迹参数预设的步骤原理图；
图9是本发明再一实施方式中超声成像降噪方法的第一实施例的步骤原理图；
图10是本发明再一实施方式中超声成像降噪方法的第二实施例的步骤原理图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
需要说明的是，术语“包括”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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
利用超声进行成像的方案中，若想得到一张素质较高的探测图像，往往需要综合考虑成像焦点、成像深度、增益、动态范围等一系列参数，同时超声成像由于探测环境的限制，往往会伴随较大的噪声问题，除了固有的散斑噪声以外，热噪声、电磁噪声和量化噪声等同样会在采样和模数转换的过程中被纳入计算之中，从而影响图像质量。
针对波束形成这种在超声探头接收到回波信号后，利用时间对应关系重建空间位置上具有指向性的超声波束，进而生成图像的技术方案，特别是并行接收波束形成这种，在一次聚焦超声发射后，在发射覆盖区域对应地重建多条重合或不重合的超声波束，进而生成图像的技术方案而言，发射接收的过程、重建(或称形成)波束的过程，以及最终生成图像的过程，往往会层递地受到噪声的影响而降低图像质量。由此可见，减小噪声影响的前提下，充分发挥超声成像，特别是执行并行接收波束形成方案的超声成像的优势，是亟待解决的问题，也是本发明提供的技术方案的目的。
本发明一实施方式提供一种超声成像设备，如图1所示，包括主控模块11以及若干超声单元，主控模块11连接超声单元以控制超声单元进行超声信号的收发，进而主控模块11采集接收得到的信号进行处理，以生成超声图像。超声信号的发射方式可以采用平面波成像，也即主控模块11可以配置为控制所有超声单元同步发射，如此生成形如平面的发射波阵面；当然发射方式还可以采用合成孔径成像，也即主控模块11配置为控制单个或少量超声单元依次发射，本发明并不限制超声信号的发射方式。
在本实施方式中，超声单元配置为阵列排布，形成超声单元阵列12，如此生成上述发射波阵面，具体地，超声单元阵列中可以配置64、96、128、192、256或其他数量的超声单元，单个超声单元可以同时具备收发超声波的功能，也可以部分用于发射超声波，部分用于接收回波，也即如图1所示，超声单元阵列12配置为包括超声发射单元121和超声接收单元122。当然本发明对于上述配置不做限制。
进一步地，为了实现高质量成像，减少噪声对图像质量的干扰，本发明提供的超声成像设备进一步包括，分别与所述主控模块11连接的波束形成模块13、数据处理模块14和图像处理模块15。
其中，所述主控模块11被进一步配置为，用于输出实验波束和/或探测波束触发信号，控制超声单元阵列12发出相应波束，并对应接收回波信号，具体地，所述实验波束在本实施方式中定义为进行噪声数据计算过程中控制并发射的波束，所述探测波束在本实施方式中定义为进行实际超声成像过程中控制并发射的波束；
波束形成模块13用于接收回波信号并执行波束形成，从而得到若干标定波束和/或接收波束，具体地，所述标定波束在本实施方式中定义为进行噪声数据计算过程中接收并分析得到的波束，所述接收波束在本实施方式中定义为进行实际超声成像过程中接收并分析得到的波束；
数据处理模块14用于根据所述标定波束计算得到标准噪声数据，存储所述标准噪声数据，以及计算标准噪声数据所需的离散关系式相关数据，并利用所述标准噪声数据对接收波束进行降噪计算，具体地，标准噪声数据的计算过程执行数据处理模块14内部存储的超声成像降噪方法，相关数据的存储可以由数据处理模块14实现，也可以分别设置计算部、存储部等结构，本发明并不对此进行限制；
图像处理模块15用于根据降噪后的波束数据，或具有其他形式或内容的必要数据，执行超声成像并输出，具体地，可以传输至上位机或其他终端设备，也可以通过显示屏直接显示；
对于上述模块，虽然在图1和文字表述中均将其分别列出并叙述，但并不代表本发明局限于分体式的模块化设计，任何集成或进一步细分所产生的技术方案均在本发明的保护范围内。同时本实施方式中以主控模块11连接各个功能性模块实现探测、计算和成像，但本发明其他实施方式中，当然可以采用其他接线方式实现上述技术效果。
进一步地，超声成像设备还包括与主控模块11相连的前置条件判断模块16，用于判断超声成像设备是否符合预设的噪声计算过程的启动条件和/或探测成像过程的启动条件。在本实施方式中，所述噪声计算过程的启动条件被配置为，检测到超声成像设备至少超声单元阵列12部分被涂布有耦合剂且处于空扫描状态；所述探测成像过程的启动条件被配置为，检测到成像目标(或称待检测对象)。当然上述启动条件并不均作为实现本发明的必要技术特征，在本实施方式中，仅对噪声计算过程的启动条件进行预设和判断。
执行判断的过程在本实施方式中被具体配置为，主控模块11向超声单元阵列12输出前置检测信号并对应接收到相关数据，数据被前置条件判断模块16接收进行分析判断，主控模块11接收到判断结果后选择地输出实验波束触发信号和/或探测波束触发信号。
为进一步实现本发明预期的技术效果，本发明一实施方式中提供一种超声成像降噪方法，如图2所示，包括：
步骤21，判断超声成像设备符合预设前置条件时，输出实验波束触发信号，控制至少两个处于不同横向位置的超声单元分别发出实验波束执行空扫描；
步骤22，提取表征同一横向位置，且与实验波束对应的至少两组标定波束，分析标定波束分别在预设深度的探测数据，对应得到至少两组采样数据；
步骤23，根据预设的离散关系式和采样数据计算得到标准噪声数据；
步骤24，利用标准噪声数据对超声成像过程进行降噪。
并行接收波束成像的原理在于，通过同时或依次控制不同横向位置的超声单元发射波束，对应接收回波信号执行波束形成，某一横向位置所接收到的多条波束复合形成一条最终用于成像的波束，多个横向位置对应的多条成像波束进行处理形成一帧超声图像，本发明则是利用了回波信号进行波束形成后产生的波束分析得到标准噪声数据，进而用该标准噪声数据对后续成像进行降噪。
空扫描状态下由于没有成像目标的影响，接收到的回波信号可以认定为仅包含背景噪声，由于背景噪声在不同横向位置处的数据分布情况较为平均，离散的背景噪声数据难以计算得到一个可以概括整体环境噪声情况的数据，且若对超声单元阵列12中所有接收到的回波数据对应的波束进行计算再得到噪声数据，则需要延长空扫描和降噪数据计算的时间，因此在本实施方式中，通过控制布置于不同横向位置处的至少两个超声单元发出实验波束，对应提取在同一位置接收到的至少两组标定波束并分析，能够大幅提升效率，当然本发明并不局限于此种实施方式，在其他实施方式中，主控模块11被配置为控制四个设置于不同横向位置的超声单元发射实验波束，对应接收四组标定波束进行分析。在其他实施方式中，当然可以对不同位置得到的噪声数据进行加权运算，从而得到所述标准噪声数据。
进一步地，在本实施方式中，所述横向被定义为超声单元阵列12所在平面上的任一方向，所述深度则定义垂直于超声单元阵列12所在平面的方向，超声单元沿所述深度方向执行发射，当然在其他实施方式中，深度的定义和/或超声单元发射方向可以与所述平面成角度设置。
超声成像设备涂布有耦合剂的情况下，由于耦合剂和超声单元阵列12(或称超声探头表面)发生多重反射，导致采集到的回波信号不能表征噪声环境，因此步骤22所述的预设深度在本实施方式中被定义为远场，即扫查区域中下1/3位置的区域，如此能够计算得到更为准确的标准噪声数据。
以采样数据作为不同发射位置在同一接收位置处的多个噪声数据，并利用对应的加权关系可以求得足以概括当前噪声情况的标准噪声数据，继续利用该标准噪声数据对后续成像过程，特别是处理接收波束、复合成像波束的过程进行降噪，如此所产生的多种实施方式均在本发明的保护范围内，本领域技术人员可以根据需要进行后续步骤的调整。
在本发明中，对上述步骤21进行细化，能够产生如图3和图4所示的本实施方式的两种实施例，其中本实施方式的第一实施例如图3所示，第二实施例如图4所示。
具体地，第一实施例提供的超声成像降噪方法包括：
步骤211，输出前置检测信号，控制超声单元执行近场扫描，并对应获取近场图像信息；
步骤212，对近场图像信息执行峰值检测，若近场图像信息包含至少两组超过预设阈值的峰值，且至少两组峰值的出现呈现周期性规律，则输出实验波束触发信号，控制至少两个处于不同横向位置的超声单元分别发出实验波束执行空扫描；
步骤22，提取表征同一横向位置，且与实验波束对应的至少两组标定波束，分析标定波束分别在预设深度的探测数据，对应得到至少两组采样数据；
步骤23，根据预设的离散关系式和采样数据计算得到标准噪声数据；
步骤24，利用标准噪声数据对超声成像过程进行降噪。
在超声单元阵列12表面涂布耦合剂后，接收到的回波信号在近场区域的部分会产生较大的数值波动，图像中近场区域会出现多条高回声横条纹，反映到近场图像信息中则会呈现出连续地、峰值超出预设阈值的、至少两组波峰，因此本实施方式中通过比较峰值与预设阈值的数值关系，并检测波峰的出现是否呈现周期性规律，从而确定耦合剂是否涂布完毕，并根据耦合剂涂布判断信号决定是否输出实验波束触发信号。
对于上述呈现周期性规律的判断，定义所述至少两组峰值包括第一峰值和第二峰值，则：计算第一峰值和超声单元阵列之间的第一深度差，以及第二峰值和第一峰值之间的第二深度差；将第一深度差和第二深度差作差，得到相对差值；比较相对差值与预设的最大误差之间的关系，若相对差值大于所述最大误差，则判定所述峰值的出现不呈现周期性规律，若小于等于所述最大误差，则判定所述峰值的出现呈现周期性规律。也即优选地，所述至少两组峰值的出现位置为等间隔。
当然根据不同工况，还可以具有如下判断方式，即：计算第一峰值和超声单元阵列之间的第一深度差，以及第二峰值和第一峰值之间的第二深度差；将第一深度差和第二深度差作商，得到相对倍数；比较相对倍数与预设的标准倍数之间的关系，若相对倍数不等于所述标准倍数，则判定所述峰值的出现不呈现周期性规律，若等于所述标准，则判定所述峰值的出现呈现周期性规律。
所述最大误差表征判定是否涂抹耦合剂过程中，所允许的最大误差值，该最大误差可以进行预设，以实现全局自动化效果，当然根据操作者需求或耦合剂的性质进行调整，本发明在此不进行限制。对于所述标准倍数，在实际工况中可能是定值，也可能根据峰值与超声单元阵列之间距离的变化而线性或非线性变化，操作者当然可以根据需要进行调整和预设。
本实施方式的第二实施例提供的超声成像降噪方法包括：
步骤211’，输出前置检测信号，控制超声单元执行近场扫描，并对应获取近场波束信息；
步骤212’，对近场波束信息执行峰值检测，若近场波束信息包含至少两组超过预设阈值的幅值，且至少两组幅值的出现呈现周期性规律，则输出实验波束触发信号，控制至少两个处于不同横向位置的超声单元分别发出实验波束执行空扫描；
步骤22，提取表征同一横向位置，且与实验波束对应的至少两组标定波束，分析标定波束分别在预设深度的探测数据，对应得到至少两组采样数据；
步骤23，根据预设的离散关系式和采样数据计算得到标准噪声数据；
步骤24，利用标准噪声数据对超声成像过程进行降噪。
除了通过第一实施例中的近场图像信息进行检测以外，通过比较近场波束信息和远场波束信息，具体而言比较两者的强弱，同样可以判断耦合剂是否涂布，在本实施方式中，处于简化判断步骤的考虑，配置将采集得到的近场波束信息中的幅值与预设阈值进行比较，以达到上述效果。在此需要注意地，近场图像信息的强度波形始终为正值，近场波束信息的强度波形为在一定范围内波动的正负值，因此本实施例中通过该正负值的幅值与预设阈值进行比较判断。此外，所述幅值的出现是否呈现周期性规律的判断过程可根据操作者需要进行特殊配置，也可以替换地实施前文所述判断峰值的出现是否呈现周期性规律的方案。
对于所述预设阈值，在本实施方式中可以将其设定为灰度级为100(灰度级范围为0-255)。对于进一步确定空扫描状态的方法，本实施方式中配置为通过检测回波信号的幅度，在所述幅度没有连续预设时间段超过预设阈值时，判定当前为空扫描状态，也即超声成像设备无成像目标，预设时间段优选为0.1s，预设阈值设定为灰度级为100(灰度级范围0-255)。当然空扫描的判断和耦合剂涂布的判断方法仅作为参考，本领域技术人员可以替换地采用能够达到相同技术效果的方法。
为进一步提升标准噪声数据的准确性，本发明提供另一种实施方式，如图5至图7所示。
如图5所示，在该实施方式中，超声成像降噪方法具体包括：
步骤21，判断超声成像设备符合预设前置条件时，输出实验波束触发信号，控制至少两个处于不同横向位置的超声单元分别发出实验波束执行空扫描；
步骤22，提取表征同一横向位置，且与实验波束对应的至少两组标定波束，分析标定波束分别在预设深度的探测数据，对应得到至少两组采样数据；
步骤231，查找标定波束分别对应的预设变迹系数；
步骤232，以变迹系数为权重，分别对采样数据执行幅度补偿，得到补偿数据；
步骤233，根据预设的离散关系式和补偿数据计算得到标准噪声数据；
步骤24，利用标准噪声数据对超声成像过程进行降噪。
标定波束对应不同横向位置的超声单元，在成像过程中形成的声场，除了包括决定图像分辨率的主瓣以外，还包括产生伪像的旁瓣，旁瓣的存在会降低图像的信噪比导致图像分辨率低，因此本实施方式中对不同横向位置的超声单元分配不同的变迹系数，也赋予不同标定波束以不同的变迹系数，从而进一步提高图像质量。作为附加说明地，在本实施方式中，变迹系数用于表征标定波束与实验波束的相对位置差。
具体而言，本实施方式中利用“超声单元—变迹系数—标定波束—采样数据”的对应关系，以变迹系数对采样数据进行幅度补偿，进而利用离散关系式和补偿后的数据进行计算，得到标准噪声数据。当然变迹系数的数值需要根据超声单元的横向上的相对位置关系计算或选取，并不限定不同横向位置上的超声单元一定具有不同的变迹系数。此外，优选地，幅度补偿配置为将采样数据与对应的变迹系数执行乘法运算，以计算得到的乘积作为补偿数据。
该实施方式进一步提供两种实施例，第一实施例如图6所示，第二实施例如图7所示。其中，第一实施例具体包括：
步骤21，判断超声成像设备符合预设前置条件时，输出实验波束触发信号，控制至少两个处于不同横向位置的超声单元分别发出实验波束执行空扫描；
步骤22，提取表征同一横向位置，且与实验波束对应的至少两组标定波束，分析标定波束分别在预设深度的探测数据，对应得到至少两组采样数据；
步骤231，查找标定波束分别对应的预设变迹系数；
步骤232，以变迹系数为权重，分别对采样数据执行幅度补偿，得到补偿数据；
步骤2331，分别计算补偿数据的绝对值，得到至少两个绝对噪声数据；
步骤2332，筛选得到绝对噪声数据中的最大值，并以该最大值作为标准噪声数据；
步骤24，利用标准噪声数据对超声成像过程进行降噪。
空扫描状态下由于没有成像目标，理想状态下产生的回波信号数值为0，因此空扫描状态下得到的采样数据实际上是在大于和小于0之间浮动的正负值，取该正负值的绝对值并筛选得到最大值，以该最大值作为标准噪声数据能够达到更强力的降噪效果。执行上述实施例得到的标准噪声数据表现为：
Cutoff1＝max(abs(a1s1,a2s2,a2s3,a1s4))；
其中，Cutoff1是执行上述第一实施例得到的标准噪声数据，max()为求最大值的函数，abs()为求绝对值函数，s1、s2、s3、s4分别为四组标定波束对应的采样数据，a1为s1和s4的变迹系数(或称权重)，a2为s2和s3的变迹系数。由此可见，不同位置的超声单元对应的变迹系数可以相同。
该实施方式的第二实施例提供的超声成像降噪方法具体包括：
步骤21，判断超声成像设备符合预设前置条件时，输出实验波束触发信号，控制至少两个处于不同横向位置的超声单元分别发出实验波束执行空扫描；
步骤22，提取表征同一横向位置，且与实验波束对应的至少两组标定波束，分析标定波束分别在预设深度的探测数据，对应得到至少两组采样数据；
步骤231，查找标定波束分别对应的预设变迹系数；
步骤232，以变迹系数为权重，分别对采样数据执行幅度补偿，得到补偿数据；
步骤2331，分别计算补偿数据的绝对值，得到至少两个绝对噪声数据；
步骤2332’，计算绝对噪声数据的标准差，并以该标准差作为标准噪声数据；
步骤24，利用标准噪声数据对超声成像过程进行降噪。
标准差反映多个绝对噪声数据的离散程度，能够计算得出更为准确地标准噪声数据。执行上述实施例得到的标准噪声数据表现为：
Cutoff2＝std(abs(a1s1,a2s2,a2s3,a1s4))；
其中，Cutoff2是执行上述第二实施例得到的标准噪声数据，std()为求标准差函数，abs()为求绝对值函数，s1、s2、s3、s4分别为四组标定波束对应的采样数据，a1为s1和s4的变迹系数(或称权重)，a2为s2和s3的变迹系数。
对于上述预设变迹函数的过程，在本实施方式中进一步提供一种方法，如图8所示，包括：
步骤31，设定具有预设长度的变迹参照函数；
步骤32，根据变迹参照函数，以及超声单元间的相对位置差，计算得到若干变迹系数。
变迹参照函数作为丈量超声单元之间横向位置关系的步长，在本实施方式中，用以表征实验波束和标定波束之间的位置差，可以配置为矩形窗、海明窗函数(Hamming)和汉宁窗函数(Hanning)中的一种或多种，当然在其他实施方式中，本领域技术人员还可以选择其他窗函数，或根据物理原则选择其他标准，同样可以形成所述变迹系数。同时，步骤31和步骤32在该实施方式中的具体先后位置可以根据本领域技术人员需要进行调整，设置于步骤231之前的任一位置均能够达到本发明预期的技术效果。
图9和图10提供了本发明再一实施方式中超声成像降噪方法的两个实施例，具体地，图9示出了该实施方式中的第一实施例，包括：
步骤21，判断超声成像设备符合预设前置条件时，输出实验波束触发信号，控制至少两个处于不同横向位置的超声单元分别发出实验波束执行空扫描；
步骤22，提取表征同一横向位置，且与实验波束对应的至少两组标定波束，分析标定波束分别在预设深度的探测数据，对应得到至少两组采样数据；
步骤23，根据预设的离散关系式和采样数据计算得到标准噪声数据；
步骤232，以变迹系数为权重，分别对采样数据执行幅度补偿，得到补偿数据；
步骤241，输出探测波束触发信号，控制若干超声单元发出探测波束；
步骤242，接收分别对应探测波束的若干回波信号，将回波信号执行波束形成，分别对应得到若干接收波束；
步骤243，在若干接收波束中，分别减去标准噪声数据，对应得到若干降噪波束；
步骤244，分别对若干降噪波束执行比例放大，并利用放大后的降噪波束进行超声成像。
超声成像过程在该实施方式中包括发射探测波束，接收回波信号，回波信号波束形成得到接收波束，如此再对接收波束进行降噪处理并用于后续成像。在该实施方式中，降噪处理的方式为将接收波束与前述过程得到的标准噪声数据进行减法运算，以差值对应的波束作为降噪波束。如：
Beamline_new＝Beamline-Cutoff；
其中，Beamline为接收波束，Beamline_new为降噪波束，Cutoff为标准噪声数据，结合前一实施方式可知，标准噪声数据Cutoff可以为所述Cutoff1或Cutoff2，也可以为执行其他超声成像降噪方法计算得出的标准噪声数据。
当然执行减法运算也可以接收波束复合形成成像波束数据进行，作差后在进行比例放大和后续成像处理动作，同样能够达到预期技术效果。如：
Sig_final＝Sig(abs(Sig)≥Cutoff)-Cutoff；
其中，Sig_final为降噪后的成像波束，Sig为未降噪的成像波束，Cutoff为所述标准噪声数据，abs(Sig)≥Cutoff为执行上述运算的条件，表示在未降噪的成像波束Sig的数据绝对值大于等于标准噪声数据Cutoff的情况下执行上述减法运算。
当然，减法运算可以选择接收波束和成像波束其一进行，也可以对两种波束均进行减法运算，此处可根据本领域技术人员需要进行调整。
该实施方式的第二实施例所提供的超声成像降噪方法具体包括：
步骤21，判断超声成像设备符合预设前置条件时，输出实验波束触发信号，控制至少两个处于不同横向位置的超声单元分别发出实验波束执行空扫描；
步骤22，提取表征同一横向位置，且与实验波束对应的至少两组标定波束，分析标定波束分别在预设深度的探测数据，对应得到至少两组采样数据；
步骤23，根据预设的离散关系式和采样数据计算得到标准噪声数据；
步骤232，以变迹系数为权重，分别对采样数据执行幅度补偿，得到补偿数据；
步骤241，输出探测波束触发信号，控制若干超声单元发出探测波束；
步骤242，接收分别对应探测波束的若干回波信号，将回波信号执行波束形成，分别对应得到若干接收波束；
步骤243’，分别对接收波束和标准噪声数据执行对数压缩，并将压缩后的接收波束和标准噪声数据执行减法运算，对应得到若干降噪波束；
步骤244，分别对若干降噪波束执行比例放大，并利用放大后的降噪波束进行超声成像。
在执行该实施方式第二实施例的步骤243’时，需要注意地，由于减法运算对应的被减数是执行对数压缩后的接收波束，因此标准噪声数据同样需要执行对数压缩，计算得到对应的dB值，从而用于计算。如：
Sig_log_final＝Sig_log(Sig_log≥20log10(Cutoff))-20log10(Cutoff)；
其中，Sig_log_final为降噪后的成像波束，Sig_log为未降噪且经过对数压缩后的成像波束，Cutoff为所述标准噪声数据，20log10(Cutoff)为所述标准噪声数据执行对数压缩后的dB值，Sig_log≥20log10(Cutoff)为执行上述运算的条件，表示在未降噪且经过对数压缩的成像波束Sig_log的数据大于等于标准噪声数据的dB值20log10(Cutoff)的情况下执行上述减法运算。
进一步地，为了保证算法的鲁棒性，本发明提供的超声成像降噪方法，可以配置为在一幅图像的远场位置部分的多个位置/像素点上进行上述操作，对不同采样点(即所述采样数据对应在波束上的位置)的结果取平均值或者取最大值作为阈值进行噪声消减操作。对于无重叠的并行接收波束形成成像，可以配置为利用横向上相邻的接收波束，取代上述在同一位置分析得到的标定波束，进行算法操作。对于多角度平面波成像，可以配置为利用同一位置的多角度平面波的单角度波束，取代上述在同一位置分析得到的标定波束，进行算法操作。对于合成孔径成像，可以配置为利用同一位置的不同大小接收孔径对应的波束，取代上述在同一位置分析得到的标定波束，进行算法操作。
此外，对于本发明提供的超声成像降噪方法对应的多种实施方式和实施例，其步骤的先后顺序可以根据本领域技术人员需要、在不影响实现技术效果的前提下进行调整，同时需要注意地，不能孤立的看待本发明提供的多个超声成像降噪方法，每个实施方式或实施例的步骤当然可以进行组合和/或替换，如此产生的新的实施方式应包含在本发明的保护范围内。
综上，本发明提供的超声成像降噪方法，通过执行空扫描输出实验波束后，提取表征同一位置的至少两组标定波束，并对标定波束进行特殊的数据提取和处理，并以得到的标准噪声数据作为全局噪声阈值对超声成像过程执行降噪处理，具有降噪速度快，自适应程度高的技术效果；同时相比于单纯利用空扫描检测的画面中噪声数据执行降噪的现有技术而言，算法过程更为简洁，且充分利用了形成后波束的特点，应用于并行接收波束形成的超声成像中，降噪效果更为显著。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声成像降噪方法，应用于超声成像设备中，其特征在于，包括：
判断所述超声成像设备符合预设前置条件时，输出实验波束触发信号，控制至少两个处于不同横向位置的超声单元分别发出实验波束执行空扫描；
提取表征同一横向位置，且与所述实验波束对应的至少两组标定波束，分析所述标定波束分别在预设深度的探测数据，对应得到至少两组采样数据；
根据预设离散关系式和所述采样数据计算得到标准噪声数据；
利用所述标准噪声数据对超声成像过程执行降噪。
2.根据权利要求1所述的超声成像降噪方法，其特征在于，所述方法具体包括：
输出前置检测信号，控制所述超声单元执行近场扫描，并对应获取近场图像信息；
对所述近场图像信息执行峰值检测，若所述近场图像信息包含至少两组超过预设阈值的峰值，且所述至少两组峰值的出现呈现周期性规律，则输出所述实验波束触发信号。
3.根据权利要求1所述的超声成像降噪方法，其特征在于，所述方法具体包括：
输出前置检测信号，控制所述超声单元执行近场扫描，并对应获取近场波束信息；
对所述近场波束信息执行峰值检测，若所述近场波束信息包含至少两组超过预设阈值的幅值，且所述至少两组幅值的出现呈现周期性规律，则输出所述实验波束触发信号。
4.根据权利要求1所述的超声成像降噪方法，其特征在于，所述方法还包括：
查找所述标定波束分别对应的预设变迹系数；
以所述变迹系数为权重，分别对所述采样数据执行幅度补偿，得到补偿数据；其中，所述变迹系数用于表征所述标定波束与所述实验波束的相对位置差；
根据预设的离散关系式和所述补偿数据计算得到标准噪声数据。
5.根据权利要求4所述的超声成像降噪方法，其特征在于，所述方法具体包括：
分别计算所述补偿数据的绝对值，得到至少两个绝对噪声数据；
筛选得到所述绝对噪声数据中的最大值，并以所述最大值作为所述标准噪声数据。
6.根据权利要求4所述的超声成像降噪方法，其特征在于，所述方法具体包括：
分别计算所述补偿数据的绝对值，得到至少两个绝对噪声数据；
计算所述绝对噪声数据的标准差，并以所述标准差作为所述标准噪声数据。
7.根据权利要求4所述的超声成像降噪方法，其特征在于，所述方法具体包括：
设定具有预设长度的变迹参照函数；
根据所述变迹参照函数，以及超声单元间的相对位置差，计算得到若干变迹系数；其中所述变迹参照函数为矩形窗、汉明窗函数和海宁窗函数中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的超声成像降噪方法，其特征在于，所述方法具体包括：
输出探测波束触发信号，控制若干超声单元发出探测波束；
接收分别对应所述探测波束的若干回波信号，将所述回波信号执行波束形成，分别对应得到若干接收波束；
在若干所述接收波束中，分别减去所述标准噪声数据，对应得到若干降噪波束；
分别对若干所述降噪波束执行比例放大，并利用放大后的降噪波束进行超声成像。
9.根据权利要求1所述的超声成像降噪方法，其特征在于，所述方法具体包括：
输出探测波束触发信号，控制若干超声单元发出探测波束；
接收分别对应所述探测波束的若干回波信号，将所述回波信号执行波束形成，分别对应得到若干接收波束；
分别对所述接收波束和所述标准噪声数据执行对数压缩，并将压缩后的接收波束和标准噪声数据执行减法运算，对应得到若干降噪波束；
分别对若干所述降噪波束执行比例放大，并利用放大后的降噪波束进行超声成像。
10.一种超声成像设备，其特征在于，包括控制模块以及若干超声单元，所述超声单元配置为阵列排布；所述超声成像设备配置为搭载权利要求1-9任一项所述的超声成像降噪方法进行降噪。
CN202110968664.7A 2021-08-23 2021-08-23 超声成像降噪方法及超声成像设备 Active CN113640809B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110968664.7A CN113640809B (zh) 2021-08-23 2021-08-23 超声成像降噪方法及超声成像设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110968664.7A CN113640809B (zh) 2021-08-23 2021-08-23 超声成像降噪方法及超声成像设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113640809A true CN113640809A (zh) 2021-11-12
CN113640809B CN113640809B (zh) 2023-08-25

Family

ID=78423412

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110968664.7A Active CN113640809B (zh) 2021-08-23 2021-08-23 超声成像降噪方法及超声成像设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113640809B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101427929A (zh) * 2007-10-23 2009-05-13 迈瑞控股（香港）有限公司 多阶段数字超声波束形成器
CN103536315A (zh) * 2012-07-13 2014-01-29 美国西门子医疗解决公司 频谱多普勒超声成像中的自动多普勒选通定位
WO2014144324A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Seno Medical Instruments, Inc. Noise suppression in an optoacoustic system
CN104272134A (zh) * 2012-02-29 2015-01-07 克里斯塔韦尔医学影像有限公司 超声成像系统中的杂波抑制
CN105431749A (zh) * 2013-03-15 2016-03-23 蝴蝶网络有限公司 单片式超声成像装置、系统及方法
CN107550517A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 百胜集团 对超声信号执行回溯动态发射对焦波束形成的方法和系统
CN108403148A (zh) * 2018-04-16 2018-08-17 武汉维视医学影像有限公司 一种基于mv自适应波束形成的超声ct成像方法
CN109283536A (zh) * 2018-09-01 2019-01-29 哈尔滨工程大学 一种多波束测深声呐水体成像波束形成算法
CN109393664A (zh) * 2018-11-07 2019-03-01 歌尔科技有限公司 一种具有降噪功能的手环及降噪方法
CN110393549A (zh) * 2019-05-27 2019-11-01 聚融医疗科技(杭州)有限公司 一种自动调节超声图像增益的方法及装置
CN113156444A (zh) * 2021-06-02 2021-07-23 杭州电子科技大学 一种基于运动补偿的多波束声呐高精度成像方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101427929A (zh) * 2007-10-23 2009-05-13 迈瑞控股（香港）有限公司 多阶段数字超声波束形成器
CN104272134A (zh) * 2012-02-29 2015-01-07 克里斯塔韦尔医学影像有限公司 超声成像系统中的杂波抑制
CN103536315A (zh) * 2012-07-13 2014-01-29 美国西门子医疗解决公司 频谱多普勒超声成像中的自动多普勒选通定位
WO2014144324A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Seno Medical Instruments, Inc. Noise suppression in an optoacoustic system
CN105431749A (zh) * 2013-03-15 2016-03-23 蝴蝶网络有限公司 单片式超声成像装置、系统及方法
CN107550517A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 百胜集团 对超声信号执行回溯动态发射对焦波束形成的方法和系统
CN108403148A (zh) * 2018-04-16 2018-08-17 武汉维视医学影像有限公司 一种基于mv自适应波束形成的超声ct成像方法
CN109283536A (zh) * 2018-09-01 2019-01-29 哈尔滨工程大学 一种多波束测深声呐水体成像波束形成算法
CN109393664A (zh) * 2018-11-07 2019-03-01 歌尔科技有限公司 一种具有降噪功能的手环及降噪方法
CN110393549A (zh) * 2019-05-27 2019-11-01 聚融医疗科技(杭州)有限公司 一种自动调节超声图像增益的方法及装置
CN113156444A (zh) * 2021-06-02 2021-07-23 杭州电子科技大学 一种基于运动补偿的多波束声呐高精度成像方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵大丹: "超声相控阵成像关键算法研究" *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113640809B (zh) 2023-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hall et al. Minimum variance ultrasonic imaging applied to an in situ sparse guided wave array
US4470303A (en) Quantitative volume backscatter imaging
IL281888B2 (en) An image reconstruction method based on non-linear mapping
JP4864353B2 (ja) 適応性超音波イメージング・システム
FR2964551A1 (fr) Procede d'echographie et sonde pour suppression du bruit electromagnetique
Liu et al. Detecting Gaussian signals in the presence of interferers using the coprime sensor arrays with the min processor
CN110840488B (zh) 一种基于剪切波的成像方法、系统及装置
JP2016532105A (ja) 広周波数帯域音響ホログラフィ
JP2020519346A (ja) 超音波診断画像における反響アーチファクト打ち消し
Engholm et al. Imaging and suppression of Lamb modes using adaptive beamforming
US5014250A (en) Acoustic detection device
JP2011212440A (ja) 超音波信号取得及び処理の方法及び装置
CN113640809B (zh) 超声成像降噪方法及超声成像设备
RU2305297C2 (ru) Устройство с корреляционным формирователем характеристики направленности для обнаружения сигналов и определения направления на их источник
Laroche et al. An inverse approach for ultrasonic imaging by total focusing point for close reflectors separation
CN111466951A (zh) 超声衰减图像的生成方法、装置、超声设备及存储介质
AU2022283744A1 (en) Method and system for processing beamformed data
CN111278363A (zh) 超声成像设备、系统及其超声造影成像的图像增强方法
CN114415187A (zh) 基于子空间斜投影的强稳健性最小方差超声波束形成方法
CN109187771B (zh) 一种融合特征值分解的低复杂度最小方差超声成像方法
CN110431443B (zh) 用于对超声图像杂波进行滤波的方法和系统
JP2022164443A (ja) 超音波診断装置及び医用画像処理装置
JP3777576B2 (ja) 位置推定方法および装置
Engholm et al. Using 2-D arrays for sensing multimodal lamb waves
EP4318038A1 (en) Method and system for evaluating ultrasound data for the purpose of ultrasound attenuation estimation in a medium

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 215123 5th floor, building a, 4th floor, building C, No. 27, Xinfa Road, Suzhou Industrial Park, Jiangsu Province

Applicant after: Feiyinuo Technology Co.,Ltd.

Address before: 215123 5th floor, building a, 4th floor, building C, No. 27, Xinfa Road, Suzhou Industrial Park, Jiangsu Province

Applicant before: Feiyinuo Technology (Suzhou) Co.,Ltd.

Address after: 215123 5th floor, building a, 4th floor, building C, No. 27, Xinfa Road, Suzhou Industrial Park, Jiangsu Province

Applicant after: Feiyinuo Technology (Suzhou) Co.,Ltd.

Address before: 215123 5th floor, building a, 4th floor, building C, No. 27, Xinfa Road, Suzhou Industrial Park, Jiangsu Province

Applicant before: VINNO TECHNOLOGY (SUZHOU) Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant