CN113740850B - 一种可自定义的合成孔径超声成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可自定义的合成孔径超声成像系统，包括用于选择探头激发模式的激发模式选择模块和用于选择探头接收模式的接收模式选择模块，且激发模式与接收模式相对应，还包括用于设置阵元指向性修正系数的阵元指向性修正系数设置模块、用于选择激发声束编码方式的编码方式选择模块、用于设置声束偏转角度的声束偏转角度设置模块、用于设置成像时激发孔径总数的激发总孔径设置模块、用于设置成像时接收孔径总数的接收总孔径设置模块以及用于选择成像方法的成像方法选择模块。本发明可满足不同检测对象的超声成像需求，降低了伪缺陷信号出现的可能性，扩大了声束覆盖范围，可实现不同的成像效果，充分发挥合成孔径超声成像技术的性能和优势。

Description

一种可自定义的合成孔径超声成像系统及方法

技术领域

本发明属于超声成像技术领域，具体涉及一种可自定义的合成孔径超声成像系统及方法。

背景技术

目前，对于全聚焦超声仪器而言，其功能主要包括探头激发阵元的设置、激发波型的选择、激发模式的选择、成像分辨率的设置、成像区域的长度设置、成像区域的宽度设置、成像模式的选择等。在进行激发波型的选择时，可选择纵波或横波，在进行激发模式的选择时，可选择直射、非直射、端角，在进行成像模式的选择时，仅能选择单个阵元逐个激发（FMC）或所有阵元一起激发（PWI），且仅支持全部阵元同时接收的阵元接收模式，无法满足不同检测对象的合成孔径成像需求。此外，现有的超声仪器无法进行阵元指向性函数修正，因此不能有效降低伪缺陷出现的可能性，可能会导致误判，并且发射声束的覆盖范围有限，且无法选择具体的成像算法，因此无法充分发挥合成孔径超声成像技术的性能和优势。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种可自定义的合成孔径超声成像系统，用于解决上述现有超声成像仪器的局限性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种可自定义的合成孔径超声成像系统，包括：

激发模式选择模块、接收模式选择模块：所述的激发模式选择模块用于选择探头的激发模式，所述的接收模式选择模块用于选择探头的接收模式，且激发模式与接收模式之间相对应；

阵元指向性修正系数设置模块：所述的阵元指向性修正系数设置模块用于设置阵元指向性修正系数；

编码方式选择模块：所述的编码方式选择模块用于选择激发声束的编码方式；

声束偏转角度设置模块：所述的声束偏转角度设置模块用于设置声束偏转角度；

激发总孔径设置模块、接收总孔径设置模块：所述的激发总孔径设置模块用于设置成像时使用的激发孔径总数，所述的接收总孔径设置模块用于设置成像时使用的接收孔径总数；

成像方法选择模块：所述的成像方法选择模块用于选择所需的成像方法。

优选地，所述的系统还包括倾斜角和偏转角设置模块，所述的倾斜角和偏转角设置模块用于设置探头的倾斜角和偏转角，实现立体区域声束的偏转和聚焦。

优选地，所述的系统还包括激发子孔径设置模块、接收子孔径设置模块，所述的激发子孔径设置模块用于设置一次激发的阵元数量，所述的接收子孔径设置模块用于设置一次接收的阵元数量。

优选地，所述的系统还包括时间反转控制模块，所述的时间反转控制模块用于控制成像时是否使用时间反转功能。

优选地，所述的激发模式选择模块包括连续逐个激发子模块、连续串列激发子模块、连续串列逐个激发子模块、连续串列矩阵激发子模块、连续串列矩阵逐个激发子模块、离散逐个激发子模块、离散串列激发子模块、离散串列矩阵激发子模块；所述的接收模式选择模块包括连续逐个接收子模块、连续串列接收子模块、连续串列逐个接收子模块、连续串列矩阵接收子模块、连续串列矩阵逐个接收子模块、离散逐个接收子模块、离散串列接收子模块、离散串列矩阵接收子模块；所述的声束偏转角度设置模块包括初始角度设置子模块、结束角度设置子模块、角度进步设置子模块。

本发明的另一个目的是提供一种可自定义的合成孔径超声成像方法，用于对待检测对象进行超声成像。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种可自定义的合成孔径超声成像方法，该方法通过所述的可自定义的合成孔径超声成像系统对待检测对象进行超声成像，包括如下步骤：

S1：选择探头类型，确定探头阵元排布；

S2：选择探头的激发模式，并根据激发模式，对应选择探头的接收模式；

S3：设置超声成像参数，包括阵元指向性修正系数、编码方式、声束偏转角度、激发孔径总数、接收孔径总数、成像方法；

S4：设置完成后进行超声成像。

优选地，在S2中，所述的激发模式包括连续逐个激发、连续串列激发、连续串列逐个激发、连续串列矩阵激发、连续串列矩阵逐个激发、离散逐个激发、离散串列激发、离散串列矩阵激发中的一种；所述的接收模式包括连续逐个接收、连续串列接收、连续串列逐个接收、连续串列矩阵接收、连续串列矩阵逐个接收、离散逐个接收、离散串列接收、离散串列矩阵接收中的一种。

优选地，在S3中，所述的超声成像参数还包括激发子孔径数、接收子孔径数，当S2中激发模式选择连续串列矩阵激发或离散串列矩阵激发，接收模式为连续串列矩阵接收或离散串列矩阵接收时，在S3中设置激发子孔径数、接收子孔径数。

优选地，在S3中，所述的编码方式包括Hadamard矩阵、S序列、延时编码序列中的一种；所述的声束偏转角度包括初始角度、结束角度、角度进步；所述的成像方法包括DAS算法、MV算法、SEAB算法、SEF算法中的一种。

优选地，在S3中，所述的超声成像参数还包括倾斜角和偏转角、时间反转，当S1中探头类型选择二维矩阵探头时，在S3中设置倾斜角和偏转角。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明通过采用多个选择模块和参数设置模块，可满足不同检测对象的合成孔径超声成像需求，降低了伪缺陷信号出现的可能性，可减少误判，扩大了声束的覆盖范围，选择不同的成像算法可实现不同的成像效果，充分发挥了合成孔径超声成像技术的性能和优势。

具体实施方式

下面将对本发明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做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。

一种可自定义的合成孔径超声成像系统，包括激发模式选择模块、接收模式选择模块、阵元指向性修正系数设置模块、编码方式选择模块、声束偏转角度设置模块、激发总孔径设置模块、接收总孔径设置模块、成像方法选择模块、倾斜角和偏转角设置模块、激发子孔径设置模块、接收子孔径设置模块、时间反转控制模块，其中：

激发模式选择模块用于选择探头的激发模式，激发模式选择模块包括连续逐个激发子模块、连续串列激发子模块、连续串列逐个激发子模块、连续串列矩阵激发子模块、连续串列矩阵逐个激发子模块、离散逐个激发子模块、离散串列激发子模块、离散串列矩阵激发子模块，具体而言：

连续逐个激发子模块用于定义激发的初始阵元、激发的结束阵元，实现探头中部分阵元的逐个激发。

连续串列激发子模块用于定义激发的初始阵元、一次激发的阵元数量、激发的结束阵元，实现探头中部分阵元的连续串列激发。

连续串列逐个激发子模块用于定义激发的初始阵元，一次激发的阵元数量，总激发的阵元数量，激发的结束阵元，实现探头中部分阵元的连续串列逐个激发。

连续串列矩阵激发子模块用于定义阵元矩阵中每一列激发的初始阵元、每次激发的阵元数量，实现探头中部分阵元的连续串列矩阵激发，适用于二维矩阵探头。

连续串列矩阵逐个激发子模块用于定义阵元矩阵中每一列激发的初始阵元、每次激发的阵元数量、总激发的阵元数量、每次激发的结束阵元，实现探头中部分阵元的连续串列矩阵逐个激发，适用于二维矩阵探头。

离散逐个激发子模块用于定义离散激发的单个阵元，实现探头中离散阵元的逐个激发。

离散串列激发子模块用于定义离散激发的每个激发单元的初始阵元，每个激发单元激发的阵元数量，实现探头中阵元的离散串列激发。

离散串列矩阵激发子模块用于定义阵元矩阵中每一列激发的初始阵元、该列激发的阵元数量、每次激发的结束阵元，实现探头中部分阵元的离散串列矩阵激发，适用于二维矩阵探头。

接收模式选择模块用于选择探头的接收模式，接收模式选择模块包括连续逐个接收子模块、连续串列接收子模块、连续串列逐个接收子模块、连续串列矩阵接收子模块、连续串列矩阵逐个接收子模块、离散逐个接收子模块、离散串列接收子模块、离散串列矩阵接收子模块，且激发模式与接收模式之间相对应，具体而言：

连续逐个接收子模块用于定义接收的初始阵元、接收的结束阵元，实现探头中部分阵元的逐个接收。

连续串列接收子模块用于定义接收的初始阵元、一次接收的阵元数量、接收的结束阵元，实现探头中部分阵元的连续串列接收。

连续串列逐个接收子模块用于定义接收的初始阵元，一次接收的阵元数量，总接收的阵元数量，接收的结束阵元，实现探头中部分阵元的连续串列逐个接收。

连续串列矩阵接收子模块用于定义阵元矩阵中每一列接收的初始阵元、每次接收的阵元数量，实现探头中部分阵元的连续串列矩阵接收，适用于二维矩阵探头。

连续串列矩阵逐个接收子模块用于定义阵元矩阵中每一列接收的初始阵元、每次接收的阵元数量、总接收的阵元数量、每次接收的结束阵元，实现探头中部分阵元的连续串列矩阵逐个接收，适用于二维矩阵探头。

离散逐个接收子模块用于定义离散接收的单个阵元，实现探头中离散阵元的逐个接收。

离散串列接收子模块用于定义离散接收的每个激发单元的初始阵元，每个接收单元接收的阵元数量，实现探头中阵元的离散串列接收。

离散串列矩阵接收子模块可通过定义阵元矩阵中每一列接收的初始阵元、该列接收的阵元数量、每次接收的结束阵元，实现探头中部分阵元的离散串列矩阵接收，适用于二维矩阵探头。

阵元指向性修正系数控制模块用于设置阵元指向性修正系数，可降低伪缺陷出现的可能性。

编码方式选择模块用于选择激发声束的编码方式，可提升信号的信噪比、成像的分辨率以及帧速率。

声束偏转角度设置模块用于设置声束偏转角度，声束偏转角度设置模块包括初始角度设置子模块、结束角度设置子模块、角度进步设置子模块。

激发总孔径设置模块用于设置成像时使用的激发孔径总数，接收总孔径设置模块用于设置成像时使用的接收孔径总数。

成像方法选择模块用于选择所需的成像方法。

倾斜角和偏转角设置模块用于设置探头的倾斜角和偏转角，实现立体区域声束的偏转和聚焦。

激发子孔径设置模块用于设置一次激发的阵元数量；接收子孔径设置模块用于设置一次接收的阵元数量。

时间反转控制模块用于控制成像时是否使用时间反转功能。

以下具体说明一种可自定义的合成孔径超声成像方法，该方法通过上述可自定义的合成孔径超声成像系统对待检测对象进行超声成像，包括如下步骤：

S1：选择探头类型，确定探头阵元排布。

S2：选择探头的激发模式，激发模式包括连续逐个激发、连续串列激发、连续串列逐个激发、连续串列矩阵激发、连续串列矩阵逐个激发、离散逐个激发、离散串列激发、离散串列矩阵激发中的一种；

根据激发模式，对应选择探头的接收模式，接收模式包括连续逐个接收、连续串列接收、连续串列逐个接收、连续串列矩阵接收、连续串列矩阵逐个接收、离散逐个接收、离散串列接收、离散串列矩阵接收中的一种。

S3：设置超声成像参数，包括阵元指向性修正系数、编码方式、声束偏转角度、激发孔径总数、接收孔径总数、激发子孔径数、接收子孔径数、倾斜角和偏转角、成像方法、时间反转，其中：

阵元指向性修正系数应根据检测对象的不同材质进行设置，声波传播受到阵元指向性的影响，同样距离不同角度的缺陷反射幅度不同，造成不同方位的缺陷成像幅度不均匀，缺陷相对阵列中心偏角越大，回波幅度越低，阵元指向性用来表征阵元辐射声场能量的角度分布特征，不同的材质有不同的纵波和横波声速，进而会影响阵元指向性的具体修正数值，通过设置阵元指向性系数进行补偿，可改善对大偏角缺陷的成像能力；

编码方式可选择Hadamard矩阵、S序列、延时编码序列中的一种或其他编码方式，根据待检测对象、探头类型等因素确定，选择不同的编码方法，可提升信号的信噪比、成像的分辨率以及帧速率；

声束偏转角度包括初始角度、结束角度、角度进步；

激发总孔径数为成像时使用的激发孔径总数，接收总孔径数为成像时使用的接收孔径总数；

激发子孔径数、接收子孔径数应根据需求设置，当S2中激发模式选择连续串列矩阵激发或离散串列矩阵激发，接收模式为连续串列矩阵接收或离散串列矩阵接收时，才设置激发子孔径数、接收子孔径数；

倾斜角和偏转角应根据需求设置，当S1中探头类型选择二维矩阵探头时，才设置倾斜角和偏转角，二维矩阵探头可进行弧面区域的检测，可实现立体区域声束的偏转和聚焦，提高缺陷的检出率，在设置倾斜角和偏转角后，系统可通过设置一定的时序激发形成相应的角度。

成像方法包括DAS算法（Delay-And-Sum延时叠加）、MV算法（Minimum Variance最小方差）、SEAB算法（Signal-subspace Eigenvalues Adaptive Beam forming自适应波束形成）、SEF算法（Signal-subspace Eigenvalues Adaptive Beam forming 基于信号子空间特征值自适应波束形成）中的一种。

时间反转应根据需求设置，当待检测对象由于空间结构导致工件密度以及超声波的声速发生变化，造成声束弯曲，聚焦点发散，导致成像模糊失真时，通过时间反转可修正传输介质对信号的畸变，形成聚焦，同时提升成像的分辨率和信噪比。

S4：设置完成后进行超声成像。

实施例：

S1：选择探头类型为二维矩阵探头，探头阵元排布为12*8，假设探头的阵元为M_i,j，其中：i为探头长度方向的阵元排布，最大值为12，j为探头宽度方向的阵元排布，最大值为8。

S2：选择探头的激发模式为连续串列矩阵激发，并设置每列初始激发阵元为第1个阵元；根据激发模式，对应选择探头的接收模式为连续串列矩阵接收，并设置每列初始接收阵元为第1个阵元。

S3：设置超声成像参数，具体而言：阵元指向系数设置为0.8；编码方式选择延时编码序列；偏转初始角度设置为40°，结束角度设置为70°，角度步进设置为0.5°；激发孔径总数设置为80；接收孔径总数设置为96；激发子孔径数设置为10；接收子孔径数设置为12；倾斜角设置为10°，偏转角设置为30°；成像方法选择SEAB；选择启用时间反转。

S4：设置完成后进行超声成像。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可自定义的合成孔径超声成像系统，其特征在于：包括：

激发模式选择模块、接收模式选择模块：所述的激发模式选择模块用于选择探头的激发模式，所述的接收模式选择模块用于选择探头的接收模式，且激发模式与接收模式之间相对应；

阵元指向性修正系数设置模块：所述的阵元指向性修正系数设置模块用于设置阵元指向性修正系数；

编码方式选择模块：所述的编码方式选择模块用于选择激发声束的编码方式；

声束偏转角度设置模块：所述的声束偏转角度设置模块用于设置声束偏转角度；

激发总孔径设置模块、接收总孔径设置模块：所述的激发总孔径设置模块用于设置成像时使用的激发孔径总数，所述的接收总孔径设置模块用于设置成像时使用的接收孔径总数；

成像方法选择模块：所述的成像方法选择模块用于选择所需的成像方法；

所述的系统还包括时间反转控制模块，所述的时间反转控制模块用于控制成像时是否使用时间反转功能。

2.根据权利要求1所述的可自定义的合成孔径超声成像系统，其特征在于：所述的系统还包括倾斜角和偏转角设置模块，所述的倾斜角和偏转角设置模块用于设置探头的倾斜角和偏转角，实现立体区域声束的偏转和聚焦。

3.根据权利要求1所述的可自定义的合成孔径超声成像系统，其特征在于：所述的系统还包括激发子孔径设置模块、接收子孔径设置模块，所述的激发子孔径设置模块用于设置一次激发的阵元数量，所述的接收子孔径设置模块用于设置一次接收的阵元数量。

4.根据权利要求1所述的可自定义的合成孔径超声成像系统，其特征在于：所述的激发模式选择模块包括连续逐个激发子模块、连续串列激发子模块、连续串列逐个激发子模块、连续串列矩阵激发子模块、连续串列矩阵逐个激发子模块、离散逐个激发子模块、离散串列激发子模块、离散串列矩阵激发子模块；所述的接收模式选择模块包括连续逐个接收子模块、连续串列接收子模块、连续串列逐个接收子模块、连续串列矩阵接收子模块、连续串列矩阵逐个接收子模块、离散逐个接收子模块、离散串列接收子模块、离散串列矩阵接收子模块；所述的声束偏转角度设置模块包括初始角度设置子模块、结束角度设置子模块、角度进步设置子模块。

5.一种可自定义的合成孔径超声成像方法，其特征在于：该方法通过权利要求1至4中任意一项权利要求所述的可自定义的合成孔径超声成像系统对待检测对象进行超声成像，包括如下步骤：

S1：选择探头类型，确定探头阵元排布；

S2：选择探头的激发模式，并根据激发模式，对应选择探头的接收模式；

S3：设置超声成像参数，包括阵元指向性修正系数、编码方式、声束偏转角度、激发孔径总数、接收孔径总数、成像方法；

S4：设置完成后进行超声成像。

6.根据权利要求5所述的可自定义的合成孔径超声成像方法，其特征在于：在S2中，所述的激发模式包括连续逐个激发、连续串列激发、连续串列逐个激发、连续串列矩阵激发、连续串列矩阵逐个激发、离散逐个激发、离散串列激发、离散串列矩阵激发中的一种；所述的接收模式包括连续逐个接收、连续串列接收、连续串列逐个接收、连续串列矩阵接收、连续串列矩阵逐个接收、离散逐个接收、离散串列接收、离散串列矩阵接收中的一种。

7.根据权利要求6所述的可自定义的合成孔径超声成像方法，其特征在于：在S3中，所述的超声成像参数还包括激发子孔径数、接收子孔径数，当S2中激发模式选择连续串列矩阵激发或离散串列矩阵激发，接收模式为连续串列矩阵接收或离散串列矩阵接收时，在S3中设置激发子孔径数、接收子孔径数。

8.根据权利要求5所述的可自定义的合成孔径超声成像方法，其特征在于：在S3中，所述的编码方式包括Hadamard矩阵、S序列、延时编码序列中的一种；所述的声束偏转角度包括初始角度、结束角度、角度进步；所述的成像方法包括DAS算法、MV算法、SEAB算法、SEF算法中的一种。

9.根据权利要求5所述的可自定义的合成孔径超声成像方法，其特征在于：在S3中，所述的超声成像参数还包括倾斜角和偏转角、时间反转，当S1中探头类型选择二维矩阵探头时，在S3中设置倾斜角和偏转角。