CN114081526A - 超声成像方法、装置、系统和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种超声成像方法、装置、系统和存储介质。所述方法包括:获取超声探头总的阵元数量和阵元指向性角;在预设的发射次数内,根据所述总的阵元数量和所述阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小;所述每次发射超声波时的发射孔径大小不同;基于各所述发射孔径大小向目标发射超声波,并接收每次发射的超声波在所述目标上进行反射后的各回波信号;对各所述回波信号进行波束合成,得到所述目标的超声图像。采用本方法能够提升成像速度和成像质量。
Description
技术领域
本申请涉及计算机技术领域,特别是涉及一种超声成像方法、装置、系统和存储介质。
背景技术
超声成像由于具有无损害、能够创建实时图像等优点,因此广泛应用于临床诊断中。其中,超声成像指的是利用超声声束扫描人体,并通过对人体的反射信号进行接收和处理,最终就可以获得人体体内器官的图像。
传统技术中,在利用超声成像获得人体的图像时,该图像获得过程是一个不断调节超声成像的过程。其中,在调节超声成像时,如果某一位置下的图像偏暗,那么就需要调节焦点的位置来提高该位置下成像的亮度;或者如果图像的中心区域和边缘区域的差别较大,那么就需要调节焦点的数量以改善图像整体的均匀性。总之,通过调节焦点的位置和数量等,最终可以使得到的超声图像的质量更高。
然而,采用上述技术进行超声成像,存在成像速度慢以及得到的图像质量不高的问题。
发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种能够提升成像速度以及提高得到的图像质量的超声成像方法、装置、系统和存储介质。
一种超声成像方法,该方法包括:
获取超声探头总的阵元数量和阵元指向性角;
在预设的发射次数内,根据上述总的阵元数量和上述阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小;上述每次发射超声波时的发射孔径大小不同;
基于各上述发射孔径大小向目标发射超声波,并接收每次发射的超声波在上述目标上进行反射后的各回波信号;
对各上述回波信号进行波束合成,得到上述目标的超声图像。
在其中一个实施例中,上述对各上述回波信号进行波束合成,得到上述目标的超声图像,包括:
对各上述回波信号进行信号补偿,并对补偿后的各回波信号进行波束合成,得到上述目标的超声图像。
在其中一个实施例中,上述对各上述回波信号进行信号补偿,包括:
根据各上述回波信号的接收时间和每个上述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各上述回波信号对应的增益补偿系数;
采用各上述回波信号对应的增益补偿系数分别对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
在其中一个实施例中,上述各回波信号与目标的深度相关,上述根据各上述回波信号的接收时间和每个上述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各上述回波信号对应的增益补偿系数,包括:
根据各上述回波信号的接收时间和每个上述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数;
根据上述目标的深度下的各回波信号,确定各上述回波信号的数字增益补偿系数;
上述采用各上述回波信号对应的增益补偿系数分别对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号,包括:
采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
在其中一个实施例中,上述采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号,包括:
采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数对各上述回波信号进行一级补偿,得到一级补偿后的各回波信号;
采用上述数字增益补偿系数对上述一级补偿后的各回波信号进行二级补偿,得到二级补偿后的各回波信号。
在其中一个实施例中,上述采用上述数字增益补偿系数对上述一级补偿后的各回波信号进行二级补偿,得到二级补偿后的各回波信号,包括:
对上述一级补偿后的各回波信号进行模数转换处理,得到各回波信号对应的数字信号;
采用上述数字增益补偿系数对上述各回波信号对应的数字信号进行二级补偿,得到二级补偿后的各回波信号。
在其中一个实施例中,上述根据各上述回波信号的接收时间和每个上述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数,包括:
计算上述回波信号的接收时间和对应的超声波的发射时间之间的时间差,并将上述时间差和预设的时间差阈值范围进行匹配,得到匹配结果;
根据上述匹配结果确定各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数。
在其中一个实施例中,上述预设的时间差阈值范围包括至少一个时间差阈值范围,其中的每个时间差阈值范围分别对应一个模拟增益补偿系数;上述根据上述匹配结果确定各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数,包括:
若上述时间差和上述至少一个时间差阈值范围中的一个时间差阈值范围匹配成功,则将匹配成功的时间差阈值范围对应的模拟增益补偿系数,确定为上述回波信号的模拟增益补偿系数;
若上述时间差和上述至少一个时间差阈值范围中的所有时间差阈值范围均匹配失败,则获取模拟器件的最大模拟增益补偿系数,并将上述最大模拟增益补偿系数确定为上述回波信号的模拟增益补偿系数。
在其中一个实施例中,上述预设的时间差阈值范围包括预设的时间差阈值,上述根据上述匹配结果确定各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数,包括:
若上述回波信号的时间差大于上述时间差阈值,则确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为正增益补偿系数;
若上述回波信号的时间差小于上述时间差阈值,则确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为负增益补偿系数;
若上述回波信号的时间差等于上述时间差阈值,则确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为1。
在其中一个实施例中,在上述采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号之前,上述方法还包括:
按照预设的数据存放规则,将各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数放入环形缓冲器;上述数据存放规则为按照上述回波信号对应的发射的超声波、上述回波信号对应的模拟增益补偿系数以及上述回波信号的顺序依次进行存放的规则;
上述采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号,包括:
从上述环形缓冲器中获取各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数,并采用各上述模拟增益补偿系数和上述数字增益补偿系数依次对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
在其中一个实施例中,上述采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数对各上述回波信号进行一级补偿,得到一级补偿后的各回波信号,包括:
从上述环形缓冲器中获取各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数,并采用各上述模拟增益补偿系数依次对各上述回波信号进行一级补偿,得到一级补偿后的各回波信号。
在其中一个实施例中,上述在预设的发射次数内,根据上述总的阵元数量和上述阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小,包括:
在预设的发射次数内,根据上述总的阵元数量和上述阵元指向性角,动态计算每次发射超声波时的两条发射边界线;
计算上述两条发射边界线与上述超声探头各阵元所在的曲线或直线的交点,得到两个交点以及上述两个交点所在的阵元;
获取上述两个交点所在的阵元之间包含的阵元的数量,并将上述包含的阵元的数量确定为上述发射孔径大小。
一种超声成像装置,该装置包括:
获取模块,用于获取超声探头总的阵元数量和阵元指向性角;
孔径确定模块,用于在预设的发射次数内,根据上述总的阵元数量和上述阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小;上述每次发射超声波时的发射孔径大小不同;
收发模块,用于基于各上述发射孔径大小向目标发射超声波,并接收每次发射的超声波在上述目标上进行反射后的各回波信号;
成像模块,用于对各上述回波信号进行波束合成,得到上述目标的超声图像。
一种超声成像系统,包括超声探头、电路处理模块、波束形成器以及图像形成器,
上述电路处理模块,用于获取超声探头总的阵元数量和阵元指向性角;在预设的发射次数内,根据上述总的阵元数量和上述阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小;基于各上述发射孔径大小控制上述超声探头向目标发射超声波,并控制上述超声探头接收每次发射的超声波在上述目标上进行反射后的各回波信号;
上述波束形成器和上述图像形成器,用于对各上述回波信号进行波束合成,得到上述目标的超声图像。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:
获取超声探头总的阵元数量和阵元指向性角;
在预设的发射次数内,根据上述总的阵元数量和上述阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小;上述每次发射超声波时的发射孔径大小不同;
基于各上述发射孔径大小向目标发射超声波,并接收每次发射的超声波在上述目标上进行反射后的各回波信号;
对各上述回波信号进行波束合成,得到上述目标的超声图像。
上述超声成像方法、装置、系统和存储介质,通过在预设的发射次数内,根据获取的超声探头的总的阵元数量和阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小,基于各发射孔径大小向目标发射超声波,并接收每次发射超声波在目标上进行反射后的各回波信号,并对各回波信号进行波束合成,得到目标的超声图像;其中,每次发射超声波时的发射孔径大小不同。在该方法中,由于可以通过超声探头总的阵元数量和阵元指向性角动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小,而不需要每次发射超声波时手动调节焦点的位置和数量,因此该方法在超声成像过程中可以提高成像速度,而且可以节省人力。另外,由于可以动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小,那么这样确定的每次发射超声波的孔径就可以最大限度利用现有阵元资源,从而可以使发射的信号更加准确,这样通过发射的超声波的回波信号得到的超声图像的质量就更高。
附图说明
图1为一个实施例中超声成像方法的应用环境图;
图2为一个实施例中超声成像方法的流程示意图;
图3为另一个实施例中超声成像方法的流程示意图;
图3a为另一个实施例中信号衰减与补偿的示例图;
图4为另一个实施例中超声成像方法的流程示意图;
图5为另一个实施例中环形缓冲器的示例图;
图6为另一个实施例中增益指令插入位置的示例图;
图7为另一个实施例中超声成像方法的流程示意图;
图7a为另一个实施例中凸阵探头计算发射孔径大小的示例图;
图7b为另一个实施例中线阵探头计算发射孔径大小的示例图;
图8为一个实施例中超声成像装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
传统的超声成像一般是采用发射聚焦,接着对接收的回波信号延迟叠加处理后进行波束合成,得到超声图像。具体成像过程是将图像区域划分成一根一根的线,然后将回波信号根据对目标点的时间偏移解析出这一根根线上的数据,为了保证图像质量必须要增加线的数量,这样阵元的发射次数也随之增加,最终导致图像的帧频变低,同时每次发射时焦点位置固定,图像近场、焦点附近以及远场的均匀性不好。同时为了保证图像质量,也会在成像过程中不断调整焦点的数量和焦点的位置,这样存在成像速度慢以及得到的图像质量不高的问题。基于此,本申请实施例提供一种超声成像方法、装置、系统和存储介质,可以解决上述技术问题。
本申请实施例提供的超声成像方法,可以应用于超声成像系统,参见图1所示,该超声成像系统包括超声探头、电路处理模块、波束形成器以及图像形成器。
其中,这里的超声探头也可以称为超声换能器,可以选择压电陶瓷类型、单晶体类型等的超声探头。
这里的电路处理模块用于获取超声探头总的阵元数量和阵元指向性角;在预设的发射次数内,根据总的阵元数量和阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小;基于各发射孔径大小控制超声探头向目标发射超声波,并控制超声探头接收每次发射的超声波在目标上进行反射后的各回波信号;
具体的,电路处理模块可以包括模拟前端电路、FPGA控制器、发射与接收电路以及A/D模数转换电路,另外,FPGA内部包括有处理器,可以获取超声探头总的阵元数量和阵元指向性角;在预设的发射次数内,根据总的阵元数量和阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小。其中模拟前端电路直接对超声探头施加激励脉冲,控制超声探头按照每次动态确定的发射孔径大小发射超声波,并且包含一个可变增益放大器,用于对超声探头接收的回波信号进行放大或者抑制,即可以对回波信号进行补偿,之后采用A/D模数转换电路进行数据转换;FPGA控制器可以控制发射与接收电路,同时FPGA控制器可以对A/D模数转换后的数据进行压缩然后将压缩后的数据传到波束形成器。这里的模拟前端电路、FPGA控制器、发射与接收电路以及A/D模数转换电路可以组成计算机设备。
波束形成器和图像形成器,用于对各回波信号进行波束合成,得到目标的超声图像。
具体的,波束形成器可以是由处理器实现,其可以包括对各回波信号的信号抽取、信号解析、数据插值三部分,波束形成器接收的各回波信号是经过压缩的数据,数据压缩是为了提高在单位时间内传输的数据量,所以第一步会对数据进行抽取解压,然后根据信号的特征采用带通滤波器将数据解析,最后对滤波后的数据进行插值计算,得到插值后的数据,并发送至图像形成器。这里的插值方式可以采用最邻近插值、二次插值、三次插值等自适应插值算法。
图像形成器也可以是由处理器实现,其可以接收来自波束形成器的数据,首先对图像进行复合,可以采用相干复合或者非相干复合,复合之后可以选择3x3\5x5\自适应滤波算法,最后将所得图像通过OpenGL或者DirectX来进行渲染,渲染之后可以将渲染的目标的图像展现给用户。
需要说明的是,本申请实施例的执行主体可以是超声成像系统,也可以是超声成像装置,以下就以超声成像系统作为执行主体来对本申请的技术方案进行说明。
在一个实施例中,提供了一种超声成像方法,本申请实施例涉及的是如何计算发射孔径大小,以及对接收的回波信号进行补偿,并根据补偿后的回波信号得到超声图像的具体过程。如图2所示,该方法可以包括以下步骤:
S202,获取超声探头总的阵元数量和阵元指向性角。
其中,这里的超声探头可以是凸阵探头,也可以是线阵探头等,超声探头包括的总的阵元数量可以根据实际情况预先设定好,并存储在本地,在需要使用时直接调用即可。
也就是说,在确定好超声探头之后,超声探头的声波波长和阵元的宽度也就可以确定出来,那么就可以根据上述阵元指向性角满足的关系式就可以计算得到阵元指向性角的最大角,小于或等于该最大角的角度均可以是阵元指向性角。
S204,在预设的发射次数内,根据上述总的阵元数量和上述阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小。
其中,这里预设的发射次数可以是用户根据需求输入的,例如可以是10次、20次、30次等等。这里每次发射超声波时的发射孔径大小不同,这里的发射孔径大小主要以阵元数量来表示,例如发射孔径内包括的阵元数量是5个,那么就可以认为该发射孔径大小是5。
另外,在上述预设发射次数内,每次发射超声波时,都会动态计算当次发射超声波时的发射孔径大小,也就是说,每次发射超声波时的孔径大小是不固定的,会根据实际的情况进行重新计算,以便可以充分利用阵元的有效资源。
在具体计算每次的发射孔径大小时,在预设的发射次数内,每次发射超声波会有一个虚拟焦点,通常超声探头也会有圆心(若是线阵,则圆心可以认为在无穷远处),那么就可以通过圆心的位置与虚拟焦点的位置以及从虚拟焦点向任意方向发射的超声波的位置,确定出每次发射超声波时发射边界线所在的阵元与圆心之间的夹角。之后,可以通过该夹角与阵元指向性角最大角之间的约束条件(一般这个夹角会小于等于阵元指向性角最大角),同时根据阵元的发射孔径大小的约束条件(一般发射孔径大小会小于等于总的阵元数量),确定出当次发射超声波时的发射孔径大小。通常每次发射超声波时的虚拟焦点的位置是不同的,那么就可以得到不同的发射孔径大小。
S206,基于各上述发射孔径大小向目标发射超声波,并接收每次发射的超声波在上述目标上进行反射后的各回波信号。
具体的,在预设的次数内计算出每次发射超声波时的发射孔径大小之后,以当次的发射孔径大小为例,可以激活该发射孔径大小范围内的所有阵元进行超声波发射,即向目标发射超声波,当次发射的超声波在目标上进行反射之后,会形成回波信号,该回波信号可以被超声探头上的所有阵元接收,也可以是被一部分阵元接收,总之,超声探头上的阵元可以接收当次发射的超声波对应的回波信号。对于其他发射次数内计算出发射孔径大小之后,也可以按照此方式进行超声波发射,并接收对应的回波信号,总之,最后可以接收到每次发射超声波后对应的回波信号。
上述通过在当次发射超声波时的发射孔径大小范围内激活所有阵元进行超声波发射,这样可以最大限度利用发射孔径大小范围内的阵元资源,保证当次发射的超声波信号最好,从而可以保证接收到的回波信号也会更准确。
另外,这里的目标可以是人体,也可以是动物或植物等。
S208,对各上述回波信号进行波束合成,得到上述目标的超声图像。
在本步骤中,在接收到每次发射的超声波对应的回波信号之后,可以对回波信号进行波束合成,即对各回波信号进行模数转换、信号抽取、信号解析以及信号插值等处理,得到各回波信号对应的数字图像,并对得到的各数字图像进行复合以及渲染等处理,最终就可以得到目标的超声图像。
上述超声成像方法中,通过在预设的发射次数内,根据获取的超声探头的总的阵元数量和阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小,基于各发射孔径大小向目标发射超声波,并接收每次发射超声波在目标上进行反射后的各回波信号,并对各回波信号进行波束合成,得到目标的超声图像;其中,每次发射超声波时的发射孔径大小不同。在该方法中,由于可以通过超声探头总的阵元数量和阵元指向性角动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小,而不需要每次发射超声波时手动调节焦点的位置和数量,因此该方法在超声成像过程中可以提高成像速度,而且可以节省人力。另外,由于可以动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小,那么这样确定的每次发射超声波的孔径就可以最大限度利用现有阵元资源,从而可以使发射的信号更加准确,这样通过发射的超声波的回波信号得到的超声图像的质量就更高。
在另一个实施例中,提供了另一种超声成像方法,本申请实施例涉及的是对上述各回波信号进行补偿之后进行波束合成得到超声图像的具体过程。在上述实施例的基础上,上述S208可以包括以下步骤:
对各上述回波信号进行信号补偿,并对补偿后的各回波信号进行波束合成,得到上述目标的超声图像。
在本步骤中,在接收到每次发射的超声波对应的回波信号之后,可以直接对当次的回波信号进行补偿,也可以是在接收到所有发射次数的超声波对应的回波信号之后,再对所有的回波信号进行补偿,当然可以是其他补偿方式。
这里在对回波信号进行补偿时,可以是只对回波信号进行模拟补偿,也可以是只对回波信号进行数字补偿,当然还可以是对回波信号同时进行模拟补偿和数字补偿,本实施例在此不作具体限定。
进一步地,在对回波信号进行补偿之后,就可以对回波信号进行波束合成,即对各回波信号进行模数转换、信号抽取、信号解析以及信号插值等处理,得到各回波信号对应的数字图像,并对得到的各数字图像进行复合以及渲染等处理,最终就可以得到目标的超声图像。
本实施例中的超声成像方法,由于在接收到回波时可以对回波信号进行补偿,那么在利用补偿后的回波信号得到超声图像时,可以进一步提升得到的超声图像的质量。
在另一个实施例中,提供了另一种超声成像方法,本申请实施例涉及的是如何根据回波信号的接收时间以及发射时间计算对应的增益补偿系数,并采用增益补偿系数对回波信号进行补偿的具体过程。在上述实施例的基础上,如图3所示,上述步骤中的对各回波信号进行信号补偿可以包括以下步骤:
S302,根据各上述回波信号的接收时间和每个上述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各上述回波信号对应的增益补偿系数。
在本步骤中,在每次发射超声波时,可以记录当次发射的超声波的发射时间,同时在接收到当次发射的超声波对应的回波信号之后,可以记录接收回波信号时的接收时间,这样就可以通过回波信号的接收时间和对应的发射的超声波的发射时间,计算出两者的时间差。
在上述计算出时间差之后,就可以根据时间差去确定增益补偿系数。可选的,这里采用的增益补偿系数包括模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数,那么可以采用如下步骤A1和A2分别确定模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数:
步骤A1,根据各上述回波信号的接收时间和每个上述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数。
在本步骤中,在计算出回波信号的接收时间与发射时间之间的时间差之后,可以根据该时间差确定模拟增益补偿系数。以一次回波信号的时间差为例,例如可以通过将该次回波信号的时间差与基准时间差阈值或阈值范围比较,通过比较结果确定该次回波信号对应的模拟增益补偿系数;当然还可以通过将该次回波信号的时间差与前后两次回波信号的时间差进行比较,通过这个比较结果来确定该次回波信号对应的模拟增益补偿系数;当然还可以通过其他方式进行确定,这里仅仅给出几种示例。
步骤A2,根据上述目标的深度下的各回波信号,确定各上述回波信号的数字增益补偿系数。
在本步骤中,由于在向目标发射超声波时,由于发射的超声波会在目标的不同深度上发生反射,这个可以反映到回波信号上,也就是说,上述各回波信号与目标的深度相关,即接收的各回波信号对应的深度可能是不同的。
具体的,在获得目标在各不同深度下的回波信号之后,由于回波信号的强度是和发射信号传输的衰减、噪声信号以及目标的深度等是相关的,那么就可以通过衰减、噪声信号以及目标的深度计算出回波信号的衰减程度,然后根据该衰减程度计算出相应的数字增益补偿系数。
示例地,假设超声波发射信号传输的衰减α近似均匀,那么发射信号的信号强度与超声波传播时间就可以成指数关系,在无噪声的理想情况下可以表示为公式(1):
S(h)=S(0)eα (1),其中,S(h)表示与目标的深度h相关的信号强度,S(0)表示深度为0,即初始信号强度,α是信号传输的衰减,h是目标的深度,与超声波传输时间成正比,也可以称为超声波传输时间。
在加上信号传输过程中的噪声信号之后,即真实的信号强度与超声波传输时间之间可以表示为如下公式(2):
那么通过上述公式(1)和(2)就可以计算出数字增益补偿系数,可以表示为如下公式(3):
在上述公式(3)中,信号传输的衰减α可以预先设定好,为已知值,同时噪声信号ε也可以设定好作为已知值,那么数字增益补偿系数就只是跟目标的深度相关,即通过回波信号的强度可以获知目标的不同深度,就可以通过公式(3)计算得到不同深度的回波信号对应的数字增益补偿系数。
S304,采用各上述回波信号对应的增益补偿系数分别对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
相应地,在上述确定出各回波信号的模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数之后,就可以采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。对于该步骤,可选的,可以采用如下步骤B1-B2对各回波信号进行补偿:
步骤B1,采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数对各上述回波信号进行一级补偿,得到一级补偿后的各回波信号。
步骤B2,采用上述数字增益补偿系数对上述一级补偿后的各回波信号进行二级补偿,得到二级补偿后的各回波信号。
其中,一级补偿指的是采用模拟增益补偿系数对回波信号进行一次模拟补偿,二级补偿指的是在对回波信号进行模拟补偿之后,再采用数字增益补偿系数进行一次数字补偿,即为第二次补偿,记为二级补偿。
在步骤B1和B2中,可以是采用各回波信号对应的模拟增益补偿系数与各回波信号进行数学运算处理,得到各回波信号进行一级补偿后的回波信号。这里的数学运算处理可以是做乘积等处理。
当然,在进行一级补偿处理之后,由于各回波信号此时还是模拟信号,一般在模拟补偿时,不会补偿太多,防止将噪声也一并放大,影响补偿结果的精度。在此基础上,可以进行二级数字补偿,可选的,上述步骤B2可以包括:
对上述一级补偿后的各回波信号进行模数转换处理,得到各回波信号对应的数字信号;采用上述数字增益补偿系数对上述各回波信号对应的数字信号进行二级补偿,得到二级补偿后的各回波信号。
也就是说,在进行二级数字补偿之前,可以将一级补偿后的回波信号采用模数转换模块进行模数转换处理,得到各回波信号对应的数字信号,之后再利用上述计算得到的数字增益补偿系数与各数字信号进行数学运算处理,对数字信号进行补偿,得到二级补偿后的各回波信号。这里的数学运算处理与上述相同,可以是做乘积等处理。这里在数字域对回波信号进行更进一步地补偿,可以使补偿的结果更精确,即得到的补偿后的回波信号更准确,噪声更少,那么最终通过各补偿后的回波信号得到的超声图像质量也自然是更高的。
需要说明的是,参见图3a所示,通常目标的深度越远,发射信号的衰减越大,成像的质量也就越低,即远场图像的质量越低,那么为了保证远场图像的均匀性,可以采用这里的模拟补偿加数字补偿,(图3a中示出的是采用数字补偿的过程),即也是采用一个与目标的深度/或者说时间相关的增益补偿曲线对回波信号进行补偿。通过模拟补偿和数字补偿,可以保证远场与近场图像的均匀性,在无焦点的情况下保证超声图像的质量不会降低。
本实施例中的超声成像方法,可以根据回波信号的接收时间和发射时间计算增益补偿系数,并采用增益补偿系数对回波信号进行补偿,这样采用补偿系数对回波信号进行补偿的方式比较简单有效,从而可以提高后续采用回波信号进行成像的速度。进一步地,采用模拟增益系数和数字增益系数分别对回波信号进行两级补偿,这样可以使对回波信号的补偿更加精确,从而可以提高通过回波信号得到的超声图像的图像质量。更进一步地,在数字补偿时可以先对模拟回波信号进行模数转换,这样可以更精确地对转换后的回波信号进行数字补偿,从而可以保证超声图像的远场与近场的均匀性,进一步保证超声图像的图像质量。
在另一个实施例中,提供了另一种超声成像方法,本申请实施例涉及的是如何根据回波信号的接收时间以及发射时间计算对应的增益补偿系数的一种可能的实施方式。在上述实施例的基础上,如图4所示,上述步骤A1可以包括以下步骤:
S402,计算上述回波信号的接收时间和对应的超声波的发射时间之间的时间差,并将上述时间差和预设的时间差阈值范围进行匹配,得到匹配结果。
在本步骤中,预设的时间差阈值范围可以是一个时间差阈值范围,也可以是多个时间差阈值范围;当然这里预设的时间差阈值范围也可以是一个单独的时间差阈值。不论是时间差阈值范围还是时间差阈值,均可以根据实际情况预先设定好。
具体的,这里在计算出各回波信号的接收时间与发射时间之间的时间差之后,可以将各回波信号的时间差分别和预设的时间差阈值范围进行匹配,或者将各回波信号的时间差分别和预设的时间差阈值进行匹配,总之最终可以得到匹配结果。
S404,根据上述匹配结果确定各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数。
在本步骤中,在上述得到各回波信号的时间差的匹配结果之后,以一个回波信号为例来进行说明,以下给出两种根据匹配结果确定模拟增益补偿系数的可能的实施方式。
一种可能的实施方式中,假设上述的时间差阈值范围包括至少一个时间差阈值范围,其中每个时间差阈值范围分别对应一个设定好的模拟增益补偿系数。这里以AFE5832芯片中的时间补偿模块的模拟增益补偿系数为例,模拟增益补偿系数的调节档位范围为[0,288],共289个档位,每个档位之间的步进为0.125db,这里的模拟增益补偿系数可以和时间相关,例如模拟增益补偿系数2对应时间2等等。
那么在上述将时间差和至少一个时间差阈值范围进行匹配时,可选的,若上述时间差和上述至少一个时间差阈值范围中的一个时间差阈值范围匹配成功,则将匹配成功的时间差阈值范围对应的模拟增益补偿系数,确定为上述回波信号的模拟增益补偿系数;若上述时间差和上述至少一个时间差阈值范围中的所有时间差阈值范围均匹配失败,则获取模拟器件的最大模拟增益补偿系数,并将上述最大模拟增益补偿系数确定为上述回波信号的模拟增益补偿系数。
也就是说,若计算的时间差和某一个时间差阈值范围匹配成功,即该时间差落入该某一个时间差阈值范围内,那么就可以将该某一个时间差阈值范围对应的模拟增益补偿系数作为该计算的时间差对应的模拟增益补偿系数,即该一个回波信号对应的模拟增益补偿系数。若计算的时间差未落入任意一个时间差阈值范围内,即超出所有时间差阈值范围,那么可以认为时间差匹配失败,就可以将上述AFE5832芯片(即模拟器件)的模拟增益补偿系数的调节档位范围中的最大值,即通过步进计算到288档位上的值作为该回波信号的模拟增益补偿系数。
通过这种时间差和多个时间差阈值范围进行匹配的方式,可以细化时间差的匹配过程,从而得到的时间差的匹配结果更加准确,进而得到的回波信号的模拟增益系数就更准确,那么对回波信号的模拟补偿就更准确。
以下给出另一种可能的实施方式,在另一种可能的实施方式中,假设上述预设的时间差阈值范围包括预设的时间差阈值,即该预设的时间差阈值范围为一个时间差阈值,那么在匹配得到匹配结果后,可选的,若上述回波信号的时间差大于上述时间差阈值,则确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为正增益补偿系数;若上述回波信号的时间差小于上述时间差阈值,则确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为负增益补偿系数;若上述回波信号的时间差等于上述时间差阈值,则确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为1。
也就是说,可以从上述AFE5832芯片的模拟增益补偿系数的调节档位范围中选取一个较为合适的档位,并通过步进计算出该档位对应的模拟增益补偿系数,同时可以相应确定一个时间差阈值。那么在匹配时,可以是比较计算的时间差和时间差阈值的大小,若计算的时间差大于时间差阈值,则说明该回波信号的深度较远,那么信号强度必然衰减很多,对应的远场图像质量必然很低,那么就可以给这个回波信号一个正的增益补偿系数,提高信号强度,进而提高远场图像质量。若计算的时间差小于时间差阈值,则说明该回波信号的深度较近,可能是属于近场,那么其对应的信号强度可能会过强,造成图像不均匀,那么可以给这个回波信号一个负的增益补偿系数,降低信号强度,进而提高近场图像质量。若计算的时间差等于时间差阈值,那么说明此时的信号强度比较合适,可以将1作为这个回波信号的增益补偿系数,即不对该回波信号进行增强或降低。
这里通过时间差和时间差阈值的方式进行匹配,可以简化时间差的匹配过程,从而可以加快对回波信号进行补偿的速度,进而可以提高通过回波信号进行超声成像的速度。
对于其他的回波信号,均可以采用上述两种实施方式进行时间差匹配,在此不再一一列举。
本实施例中的超声成像方法,可以计算回波信号的接收时间和发射时间的时间差,并通过时间差和时间差阈值范围的匹配结果来确定回波信号的模拟增益补偿系数。在本实施例中,通过时间差和时间差阈值范围的匹配过程确定回波信号的模拟增益补偿系数,可以简化模拟增益补偿系数的计算过程,从而可以节省对回波信号的补偿时间,进而可以提高通过回波信号进行成像的速度。
在另一个实施例中,提供了另一种超声成像方法,本申请实施例涉及的是如何将模拟增益补偿系数放入环形缓冲器中的具体过程。在上述实施例的基础上,在上述采用模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数对回波信号进行补偿之前,上述方法还可以包括以下步骤C1:
步骤C1,按照预设的数据存放规则,将各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数放入环形缓冲器;上述数据存放规则为按照上述回波信号对应的发射的超声波、上述回波信号对应的模拟增益补偿系数以及上述回波信号的顺序依次进行存放的规则。
在本步骤中,一般超声探头在工作状态下,其中的阵元存在三种状态发射、接收、空闲,三种状态的转换可以通过FPGA控制器来进行转换,同时也可以通过FPGA控制器来发送可变增益器的控制指令,为了避免频繁的内存分配与释放导致的系统开销增加和内存碎片增多,最终导致系统运行缓慢,这里采用环形缓冲器来进行存储阵元控制指令,环形缓冲器中存放指令的示意图可以参见如图5所示,其中每组信号的存放规则依次为发射指令、增益指令、接收指令、空闲。这里的增益指令中可以包括上述的时间差阈值范围以及每个时间差阈值范围对应的模拟增益补偿系数,即将模拟增益补偿系数存放在环形缓冲器中。具体插入增益指令的位置可以参见图6所示。
在将上述各回波信号的模拟增益补偿系数插入到环形缓冲器中之后,就可以对各回波信号进行一级补偿,具体在补偿时,可选的,可以从上述环形缓冲器中获取各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数,并采用各上述模拟增益补偿系数和上述数字增益补偿系数依次对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。在具体采用模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数进行具体补偿时,可选的,可以从上述环形缓冲器中获取各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数,并采用各上述模拟增益补偿系数依次对各上述回波信号进行一级补偿,得到一级补偿后的各回波信号。也就是说,在对各回波信号进行补偿时,可以依次从环形缓冲器中选取出各回波信号对应的增益指令,并从中匹配得到模拟增益补偿系数,然后对回波信号进行模拟补偿,得到一级补偿后的回波信号,之后再进行数字增益补偿系数的二级补偿。
本实施例中的超声成像方法,可以按照预设的数据存放规则,将各回波信号的模拟增益补偿系数放入环形缓冲器,在对回波信号进行补偿时,可以从环形缓冲器中取出各模拟增益补偿系数,并对各回波信号进行模拟补偿。在本实施例中,由于采用环形缓冲器存放增益补偿系数,这样可以避免在信号补偿过程中频繁添加内存以及删除内存导致的系统卡顿的问题,从而可以有效提高系统的运行效率,进而保证成像速度以及成像质量。
在另一个实施例中,提供了另一种超声成像方法,本申请实施例涉及的是如何通过总的阵元数量和阵元指向性角动态计算每次发射超声波时的发射孔径大小的具体过程。在上述实施例的基础上,如图7所示,上述S204可以包括以下步骤:
S702,在预设的发射次数内,根据上述总的阵元数量和上述阵元指向性角,动态计算每次发射超声波时的两条发射边界线。
S704,计算上述两条发射边界线与上述超声探头各阵元所在的曲线或直线的交点,得到两个交点以及上述两个交点所在的阵元。
S706,获取上述两个交点所在的阵元之间包含的阵元的数量,并将上述包含的阵元的数量确定为上述发射孔径大小。
在S702-S706中,这里以超声探头分为凸阵探头和线阵探头进行说明,首先说明凸阵探头的实施方式。
参见图7a所示,P点是探头圆心,坐标为(0,-R),Fi是声波的虚拟焦点,E是PFi延长线与超声探头阵列中相交的阵元,同时PE是阵元E的法线,E0和E127是两端边界上阵元编号,FiE0是阵元决定的最左边的孔径边界,FiE127是阵元决定的最右边的孔径边界,θ是阵元指向性所对应的最大角。假设PFi是声波的传播的主方向,以PFi为中心线,声波以Fi为起点,FiEi是其中一个发射方向,声波方向在一定范围内关于PFi线对称。有效孔径的大小需要满足一下两个条件:
1)孔径大小需要在E0和E127之间,即小于等于最大阵元数量,也可理解为有效孔径边界在FiE0和FiE127之间;
2)根据阵元指向性,满足∠FiEiP在±θ之间。
参见上述图7a所示,超声探头的几何半径为R,根据超声探头的几何半径R,阵元指向性最大角θ,以及焦点位置坐标Fi(xp,zp),那么可以得到如下公式(4)用于判断是否存在无效阵元:
q=xp 2+(zp+R)2-R2sin2θ>0 (4)
结合图7a,q指的是判别式(4)的判别结果,指的是判断在以P点为圆心、Rsinθ为半径的圆内,焦点是否在该圆内;上述公式(4)为焦点Fi在以P点为圆心、Rsinθ为半径的圆外,此时存在无效阵元。
当q<0时,焦点在圆内,此时所有的阵元都满足阵元指向性要求,这里发射遵循的要求是,在满足上述1)、2)的条件下尽可能多的阵元进行发射。所以在q<0的情况下可以将阵元全部激活进行发射,而在q>0的情况下,存在无效阵元,因此需要计算有效孔径,即发射孔径大小。
以下给出根据图7a求解凸阵探头下的有效孔径的计算过程:
5、联立两个发射边界线所在的直线方程与以P点为圆心的圆方程,求解两条发射边界线与圆的交点,即为这里有效孔径的边界阵元,方程组如下所示:
在公式(5)中,z-zp=kl(x-xp)为左发射边界线的方程;z-zp=kr(x-xp)为右发射边界线的方程;x2+(z+R)2=R2为以P点为圆心的圆方程,其中的z为因变量,x为自变量。
通过求解上述方程组(5),可以得到左右两条发射边界线与圆的两个交点,圆的下边界即是阵元所在的边界,那么这里的交点即是两条发射边界线与阵列的交点,那么就可以得到两个交点所在的阵元,然后通过这两个阵元的编号就可以获得这两个阵元之间包括的阵元的数量,该包括的阵元的数量就是当次发射超声波时的发射孔径大小。
以上针对一个虚拟焦点位置而言,当虚拟焦点位置发生变化,偏转角β0和以及虚拟焦点的坐标均会变化,那么自然后面计算的交点也会变化,从而计算的发射孔径大小就会变化,也就可以算出每次发射超声波时的发射孔径大小。
以下针对线阵探头进行说明:
请参见图7b所示,求取线阵下的有效孔径大小(即发射孔径大小)。线阵的情况可以看成凸阵的几何圆心在无穷远处,即上述公式(4)中的R趋近无穷大,所以PFi与Z轴的偏转角β0趋近0,根据凸阵有效孔径的解法第4步可知最终的斜率和偏转角可以由如下公式(6)计算:
其中,R趋近无穷大时,即此时的偏转角为阵元指向性对应的最大角θ。最后将根据有效边界线的斜率和焦点位置求解与X轴(即阵元所在的直线)的交点位置,如果超出了E0和E127之间,则需要将其调整到E0和E127之间的范围内,即可以将总的阵元数量作为当前发射孔径大小。
本实施例中的超声成像方法,可以在预设的发射次数内,根据总的阵元数量和阵元指向性角动态计算每次发射超声波时的两条发射边界线,同时计算上述这两条发射边界线与各阵元所在曲线或直线的交点,得到两个交点及其所在的阵元,并将这两个阵元之间包含的阵元数量作为发射孔径大小。在本实施例中,由于可以根据阵元指向性和声波主瓣特性计算发射孔径大小,这样可以改善声波栅瓣的影响,即可以最大限度的利用现有的阵元资源,这样发射的超声波信号强度最合适,那么相应得到的回波信号也就比较合适,进而得到的图像质量也就更高。
应该理解的是,虽然图2、3、4、7的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,图2、3、4、7中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段,这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中,如图8所示,提供了一种超声成像装置,包括:获取模块10、孔径确定模块11、收发模块12和补偿成像模块13,其中:
获取模块10,用于获取超声探头总的阵元数量和阵元指向性角;
孔径确定模块11,用于在预设的发射次数内,根据上述总的阵元数量和上述阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小;上述每次发射超声波时的发射孔径大小不同;
收发模块12,用于基于各上述发射孔径大小向目标发射超声波,并接收每次发射的超声波在上述目标上进行反射后的各回波信号;
成像模块13,用于对各上述回波信号进行波束合成,得到上述目标的超声图像。
关于超声成像装置的具体限定可以参见上文中对于超声成像方法的限定,在此不再赘述。
在另一个实施例中,提供了另一种超声成像装置,在上述实施例的基础上,上述成像模块13可以包括补偿成像单元,该补偿成像单元,用于对各上述回波信号进行信号补偿,并对补偿后的各回波信号进行波束合成,得到上述目标的超声图像。
在另一个实施例中,提供了另一种超声成像装置,在上述实施例的基础上,上述补偿成像单元可以包括补偿系数确定子单元和补偿子单元,其中:
补偿系数确定子单元,用于根据各上述回波信号的接收时间和每个上述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各上述回波信号对应的增益补偿系数;
补偿子单元,用于采用各上述回波信号对应的增益补偿系数分别对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
可选的,上述各回波信号与目标的深度相关,上述补偿系数确定子单元,具体用于根据各上述回波信号的接收时间和每个上述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数;根据上述目标的深度下的各回波信号,确定各上述回波信号的数字增益补偿系数;
可选的,上述补偿子单元,具体用于采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
可选的,上述补偿子单元,具体用于采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数对各上述回波信号进行一级补偿,得到一级补偿后的各回波信号;采用上述数字增益补偿系数对上述一级补偿后的各回波信号进行二级补偿,得到二级补偿后的各回波信号。
可选的,上述补偿子单元,具体用于对上述一级补偿后的各回波信号进行模数转换处理,得到各回波信号对应的数字信号;采用上述数字增益补偿系数对上述各回波信号对应的数字信号进行二级补偿,得到二级补偿后的各回波信号。
在另一个实施例中,提供了另一种超声成像装置,在上述实施例的基础上,上述补偿系数确定子单元,具体用于计算上述回波信号的接收时间和对应的超声波的发射时间之间的时间差,并将上述时间差和预设的时间差阈值范围进行匹配,得到匹配结果;根据上述匹配结果确定各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数。
可选的,上述预设的时间差阈值范围包括至少一个时间差阈值范围,其中的每个时间差阈值范围分别对应一个模拟增益补偿系数;上述补偿系数确定子单元,具体用于在上述时间差和上述至少一个时间差阈值范围中的一个时间差阈值范围匹配成功的情况下,将匹配成功的时间差阈值范围对应的模拟增益补偿系数,确定为上述回波信号的模拟增益补偿系数;在上述时间差和上述至少一个时间差阈值范围中的所有时间差阈值范围均匹配失败的情况下,获取模拟器件的最大模拟增益补偿系数,并将上述最大模拟增益补偿系数确定为上述回波信号的模拟增益补偿系数。
可选的,上述补偿系数确定子单元,具体用于在上述回波信号的时间差大于上述时间差阈值的情况下,确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为正增益补偿系数;在上述回波信号的时间差小于上述时间差阈值的情况下,确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为负增益补偿系数;在上述回波信号的时间差等于上述时间差阈值的情况下,确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为1。
在另一个实施例中,提供了另一种超声成像装置,在上述实施例的基础上,在上述补偿子单元采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数对各上述回波信号进行一级补偿,得到一级补偿后的各回波信号之前,上述装置还可以包括系数放入模块,该系数放入模块,用于按照预设的数据存放规则,将各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数放入环形缓冲器;上述数据存放规则为按照上述回波信号对应的发射的超声波、上述回波信号对应的模拟增益补偿系数以及上述回波信号的顺序依次进行存放的规则;
相应地,上述补偿子单元,具体用于从上述环形缓冲器中获取各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数,并采用各上述模拟增益补偿系数和上述数字增益补偿系数依次对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
可选的,上述补偿子单元,具体用于从上述环形缓冲器中获取各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数,并采用各上述模拟增益补偿系数依次对各上述回波信号进行一级补偿,得到一级补偿后的各回波信号。
在另一个实施例中,提供了另一种超声成像装置,在上述实施例的基础上,上述孔径确定模块11可以包括边界计算单元、交点计算单元和孔径确定单元,其中:
边界计算单元,用于在预设的发射次数内,根据上述总的阵元数量和上述阵元指向性角,动态计算每次发射超声波时的两条发射边界线;
交点计算单元,用于计算上述两条发射边界线与上述超声探头各阵元所在的曲线或直线的交点,得到两个交点以及上述两个交点所在的阵元;
孔径确定单元,用于获取上述两个交点所在的阵元之间包含的阵元的数量,并将上述包含的阵元的数量确定为上述发射孔径大小。
关于超声成像装置的具体限定可以参见上文中对于超声成像方法的限定,在此不再赘述。
上述超声成像装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中,提供了一种超声成像系统,包括超声探头、电路处理模块、波束形成器以及图像形成器,
上述电路处理模块,用于获取超声探头总的阵元数量和阵元指向性角;在预设的发射次数内,根据上述总的阵元数量和上述阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小;基于各上述发射孔径大小控制上述超声探头向目标发射超声波,并控制上述超声探头接收每次发射的超声波在上述目标上进行反射后的各回波信号;
上述波束形成器和上述图像形成器,用于对各上述回波信号进行波束合成,得到上述目标的超声图像。
在一个实施例中,上述电路处理模块,具体用于对各上述回波信号进行信号补偿;上述波束形成器和上述图像形成器,具体用于对补偿后的各回波信号进行波束合成,得到上述目标的超声图像。
在一个实施例中,上述电路处理模块,具体用于根据各上述回波信号的接收时间和每个上述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各上述回波信号对应的增益补偿系数;采用各上述回波信号对应的增益补偿系数分别对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
在一个实施例中,上述电路处理模块,具体用于根据各上述回波信号的接收时间和每个上述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数;根据上述目标的深度下的各回波信号,确定各上述回波信号的数字增益补偿系数;采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数对各上述回波信号进行一级补偿,得到一级补偿后的各回波信号;采用上述数字增益补偿系数对上述一级补偿后的各回波信号进行二级补偿,得到二级补偿后的各回波信号。
在一个实施例中,上述电路处理模块,具体用于采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
在一个实施例中,上述电路处理模块,具体用于对上述一级补偿后的各回波信号进行模数转换处理,得到各回波信号对应的数字信号;采用上述数字增益补偿系数对上述各回波信号对应的数字信号进行二级补偿,得到二级补偿后的各回波信号。
在一个实施例中,上述电路处理模块,具体用于计算上述回波信号的接收时间和对应的超声波的发射时间之间的时间差,并将上述时间差和预设的时间差阈值范围进行匹配,得到匹配结果;根据上述匹配结果确定各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数。
在一个实施例中,上述电路处理模块,具体用于若上述时间差和上述至少一个时间差阈值范围中的一个时间差阈值范围匹配成功,则将匹配成功的时间差阈值范围对应的模拟增益补偿系数,确定为上述回波信号的模拟增益补偿系数;若上述时间差和上述至少一个时间差阈值范围中的所有时间差阈值范围均匹配失败,则获取模拟器件的最大模拟增益补偿系数,并将上述最大模拟增益补偿系数确定为上述回波信号的模拟增益补偿系数。
在一个实施例中,上述电路处理模块,具体用于若上述回波信号的时间差大于上述时间差阈值,则确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为正增益补偿系数;若上述回波信号的时间差小于上述时间差阈值,则确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为负增益补偿系数;若上述回波信号的时间差等于上述时间差阈值,则确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为1。
在一个实施例中,上述电路处理模块,具体用于按照预设的数据存放规则,将各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数放入环形缓冲器;上述数据存放规则为按照上述回波信号对应的发射的超声波、上述回波信号对应的模拟增益补偿系数以及上述回波信号的顺序依次进行存放的规则;从上述环形缓冲器中获取各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数,并采用各上述模拟增益补偿系数和上述数字增益补偿系数依次对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
在一个实施例中,上述电路处理模块,具体用于从上述环形缓冲器中获取各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数,并采用各上述模拟增益补偿系数依次对各上述回波信号进行一级补偿,得到一级补偿后的各回波信号。
在一个实施例中,上述电路处理模块,具体用于在预设的发射次数内,根据上述总的阵元数量和上述阵元指向性角,动态计算每次发射超声波时的两条发射边界线;计算上述两条发射边界线与上述超声探头各阵元所在的曲线或直线的交点,得到两个交点以及上述两个交点所在的阵元;获取上述两个交点所在的阵元之间包含的阵元的数量,并将上述包含的阵元的数量确定为上述发射孔径大小。
在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:
获取超声探头总的阵元数量和阵元指向性角;在预设的发射次数内,根据上述总的阵元数量和上述阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小;上述每次发射超声波时的发射孔径大小不同;基于各上述发射孔径大小向目标发射超声波,并接收每次发射的超声波在上述目标上进行反射后的各回波信号;对各上述回波信号进行波束合成,得到上述目标的超声图像。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
对各上述回波信号进行信号补偿,并对补偿后的各回波信号进行波束合成,得到上述目标的超声图像。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
根据各上述回波信号的接收时间和每个上述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各上述回波信号对应的增益补偿系数;采用各上述回波信号对应的增益补偿系数分别对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
根据各上述回波信号的接收时间和每个上述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数;根据上述目标的深度下的各回波信号,确定各上述回波信号的数字增益补偿系数;采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
采用各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数对各上述回波信号进行一级补偿,得到一级补偿后的各回波信号;采用上述数字增益补偿系数对上述一级补偿后的各回波信号进行二级补偿,得到二级补偿后的各回波信号。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
对上述一级补偿后的各回波信号进行模数转换处理,得到各回波信号对应的数字信号;采用上述数字增益补偿系数对上述各回波信号对应的数字信号进行二级补偿,得到二级补偿后的各回波信号。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
计算上述回波信号的接收时间和对应的超声波的发射时间之间的时间差,并将上述时间差和预设的时间差阈值范围进行匹配,得到匹配结果;根据上述匹配结果确定各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
若上述时间差和上述至少一个时间差阈值范围中的一个时间差阈值范围匹配成功,则将匹配成功的时间差阈值范围对应的模拟增益补偿系数,确定为上述回波信号的模拟增益补偿系数;若上述时间差和上述至少一个时间差阈值范围中的所有时间差阈值范围均匹配失败,则获取模拟器件的最大模拟增益补偿系数,并将上述最大模拟增益补偿系数确定为上述回波信号的模拟增益补偿系数。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
若上述回波信号的时间差大于上述时间差阈值,则确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为正增益补偿系数;若上述回波信号的时间差小于上述时间差阈值,则确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为负增益补偿系数;若上述回波信号的时间差等于上述时间差阈值,则确定上述回波信号对应的模拟增益补偿系数为1。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
按照预设的数据存放规则,将各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数放入环形缓冲器;上述数据存放规则为按照上述回波信号对应的发射的超声波、上述回波信号对应的模拟增益补偿系数以及上述回波信号的顺序依次进行存放的规则;从上述环形缓冲器中获取各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数,并采用各上述模拟增益补偿系数和上述数字增益补偿系数依次对各上述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
从上述环形缓冲器中获取各上述回波信号对应的模拟增益补偿系数,并采用各上述模拟增益补偿系数依次对各上述回波信号进行一级补偿,得到一级补偿后的各回波信号。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
在预设的发射次数内,根据上述总的阵元数量和上述阵元指向性角,动态计算每次发射超声波时的两条发射边界线;计算上述两条发射边界线与上述超声探头各阵元所在的曲线或直线的交点,得到两个交点以及上述两个交点所在的阵元;获取上述两个交点所在的阵元之间包含的阵元的数量,并将上述包含的阵元的数量确定为上述发射孔径大小。
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,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory,DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种超声成像方法,其特征在于,所述方法包括:
获取超声探头总的阵元数量和阵元指向性角;
在预设的发射次数内,根据所述总的阵元数量和所述阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小;
基于各所述发射孔径大小向目标发射超声波,并接收每次发射的超声波在所述目标上进行反射后的各回波信号;
对各所述回波信号进行波束合成,得到所述目标的超声图像。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对各所述回波信号进行波束合成,得到所述目标的超声图像,包括:
对各所述回波信号进行信号补偿,并对补偿后的各回波信号进行波束合成,得到所述目标的超声图像。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述对各所述回波信号进行信号补偿,包括:
根据各所述回波信号的接收时间和每个所述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各所述回波信号对应的增益补偿系数;
采用各所述回波信号对应的增益补偿系数分别对各所述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述各回波信号与目标的深度相关,所述根据各所述回波信号的接收时间和每个所述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各所述回波信号对应的增益补偿系数,包括:
根据各所述回波信号的接收时间和每个所述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各所述回波信号对应的模拟增益补偿系数;
根据所述目标的深度下的各回波信号,确定各所述回波信号的数字增益补偿系数;
所述采用各所述回波信号对应的增益补偿系数分别对各所述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号,包括:
采用各所述回波信号对应的模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数对各所述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述根据各所述回波信号的接收时间和每个所述回波信号对应的超声波的发射时间,确定各所述回波信号对应的模拟增益补偿系数,包括:
计算所述回波信号的接收时间和对应的超声波的发射时间之间的时间差,并将所述时间差和预设的时间差阈值范围进行匹配,得到匹配结果;
根据所述匹配结果确定各所述回波信号对应的模拟增益补偿系数。
6.根据权利要求4-5任意一项所述的方法,其特征在于,在所述采用各所述回波信号对应的模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数对各所述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号之前,所述方法还包括:
按照预设的数据存放规则,将各所述回波信号对应的模拟增益补偿系数放入环形缓冲器;所述数据存放规则为按照所述回波信号对应的发射的超声波、所述回波信号对应的模拟增益补偿系数以及所述回波信号的顺序依次进行存放的规则;
所述采用各所述回波信号对应的模拟增益补偿系数和数字增益补偿系数对各所述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号,包括:
从所述环形缓冲器中获取各所述回波信号对应的模拟增益补偿系数,并采用各所述模拟增益补偿系数和所述数字增益补偿系数依次对各所述回波信号进行补偿,得到补偿后的各回波信号。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的方法,其特征在于,所述在预设的发射次数内,根据所述总的阵元数量和所述阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小,包括:
在预设的发射次数内,根据所述总的阵元数量和所述阵元指向性角,动态计算每次发射超声波时的两条发射边界线;
计算所述两条发射边界线与所述超声探头各阵元所在的曲线或直线的交点,得到两个交点以及所述两个交点所在的阵元;
获取所述两个交点所在的阵元之间包含的阵元的数量,并将所述包含的阵元的数量确定为所述发射孔径大小。
8.一种超声成像装置,其特征在于,所述装置包括:
获取模块,用于获取超声探头总的阵元数量和阵元指向性角;
孔径确定模块,用于在预设的发射次数内,动态根据所述总的阵元数量和所述阵元指向性角,确定每次发射超声波时的发射孔径大小;
收发模块,用于基于各所述发射孔径大小向目标发射超声波,并接收每次发射的超声波在所述目标上进行反射后的各回波信号;
成像模块,用于对各所述回波信号进行波束合成,得到所述目标的超声图像。
9.一种超声成像系统,包括超声探头、电路处理模块、波束形成器以及图像形成器,其特征在于,
所述电路处理模块,用于获取超声探头总的阵元数量和阵元指向性角;在预设的发射次数内,根据所述总的阵元数量和所述阵元指向性角,动态确定每次发射超声波时的发射孔径大小;基于各所述发射孔径大小控制所述超声探头向目标发射超声波,并控制所述超声探头接收每次发射的超声波在所述目标上进行反射后的各回波信号;
所述波束形成器和所述图像形成器,用于对各所述回波信号进行波束合成,得到所述目标的超声图像。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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