CN114092586A - 超声成像方法、设备、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

超声成像方法、设备、装置、计算机设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种超声成像方法、设备、装置、计算机设备和存储介质。该方法包括：超声成像设备基于预设的扫描策略，获取多个扫描区域的各像素点的回波信号，根据各像素点的回波信号进行波束合成，得到各扫描区域的合成图像，对各扫描区域的合成图像进行叠加处理，得到目标图像。本方法中，由于扫描策略中包括远场虚拟焦点轨迹和扫描间隔，采用远场虚拟焦点，将焦点放在图像区域外的部分，增大了声波的扫描范围，在成像区域一定的前提下，减少了扫描次数，且由于远场虚拟焦点距离发射声波的阵元很近，声波强度不会衰减严重，达到了在满足成像质量的前提下，提高了成像帧频，提升了显示效果。

Description

超声成像方法、设备、装置、计算机设备和存储介质
技术领域
本申请涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种超声成像方法、设备、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
超声诊断(ultrasonic diagnosis)是将超声检测技术应用于人体，通过测量了解生理或组织结构的数据和形态，发现疾病并做出提示的一种诊断方法。和其他影像学手段相比，超声诊断的实时性是其巨大优势。帧频是评价实时性显示的重要指标，帧频是指每秒钟放映或显示的帧或图像的数量。对于非视频类成像系统，帧频至少要达到30fps，低于这个帧频会出现明显的卡顿感。
超声诊断中，不同的诊断项和诊断模式对帧频有不同的要求。例如一些特定应用，如彩色血流多普勒显示，脉搏波速度计算等，这些应用对实时性要求更高，意味着更高的帧频才会有更流畅的效果。现有技术中主要使用多波束合成的方式来提高帧率，在传统的单波束合成的基础上，对每次扫描分别进行二线或四线的处理，基于多次线性扫描输出目标图像。
但是这种线性成像的算法改进，提高帧频的效果有限。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种在保证图像质量的前提下，提高帧频的超声成像方法、设备、装置、计算机设备和存储介质。
第一方面，提供一种超声成像方法，该方法包括：
基于预设的扫描策略，获取多个扫描区域的各像素点的回波信号；扫描策略包括远场虚拟焦点轨迹和扫描间隔；
根据各像素点的回波信号进行波束合成，得到各扫描区域的合成图像；
对各扫描区域的合成图像进行叠加处理，得到目标图像。
在其中一个实施例中，上述根据各像素点的回波信号进行波束合成，得到各扫描区域的合成图像，包括：
对各像素点的回波信号进行信号解调，得到各像素点的回波信号序列；
根据各像素点的回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果；
根据各扫描区域内各像素点的波束合成结果，得到各扫描区域的合成图像。
在其中一个实施例中，上述根据各像素点的回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果，包括：
获取当前探头类型，确定与探头类型对应的合成参数映射表，获取各像素点的目标合成参数；合成参数映射表用于指示各探头类型下像素点与合成参数的对应关系；
根据各像素点的目标合成参数和回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果。
在其中一个实施例中，上述目标合成参数包括探头阵元数量、延迟时间、像素点的角度权重、像素点的距离权重；根据各像素点的目标合成参数和回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果，包括：
根据探头阵元数量、延迟时间、像素点的角度权重、像素点的距离权重、以及回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果；
其中，延迟时间是根据各像素点的坐标、各探头阵元的坐标、以及光速确定的；像素点的角度权重是根据各像素点的回波方向与探头阵元的法向的夹角确定的；像素点的距离权重是根据各像素点的坐标和远场虚拟焦点的坐标确定的。
在其中一个实施例中，上述方法还包括：
根据各像素点的延迟时间、回波信号序列，基于预设的插值算法对各像素点的回波信号序列进行优化，得到各像素点的优化回波信号序列；
根据各像素点的目标合成参数和回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果，包括：
根据各像素点的目标合成参数和优化回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果。
在其中一个实施例中，上述探头类型为凸阵探头；该方法还包括：
确定目标图像中各个像素点在第一坐标系中的坐标；第一坐标系的原点为成像区域中阵元阵列的外切线段的中点，第一坐标系的两个方向相互垂直；
根据第一坐标系与第二坐标系的转换关系，对目标图像各像素点在第一坐标系中的坐标进行坐标转换，得到坐标转换后的图像；第二坐标系的原点为凸阵探头的探头圆心。
在其中一个实施例中，上述扫描策略的确定方式，包括：
根据当前扫查项和扫查深度，确定目标帧频，并根据目标帧频，确定扫描次数；
根据扫查深度和成像区域，确定远场虚拟焦点轨迹；远场虚拟焦点轨迹的起点和终端分别位于成像区域的两条直线边界。
第二方面，提供一种超声成像设备，该设备包括：超声探头和处理器；
处理器，用于基于超声探头发出的声波信号，执行上述第一方面提供的超声成像方法。
第三方面，提供一种超声成像装置，该装置包括：
获取模块，用于基于预设的扫描策略，获取多个扫描区域的各像素点的回波信号；扫描策略包括远场虚拟焦点轨迹和扫描间隔；
计算模块，用于根据各像素点的回波信号进行波束合成，得到各扫描区域的合成图像；
确定模块，用于对各扫描区域的合成图像进行叠加处理，得到目标图像。
第四方面，提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行该计算机程序时实现上述第一方面任一所述的超声成像方法。
第五方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面任一所述的超声成像方法。
上述超声成像方法、设备、装置、计算机设备和存储介质，超声成像设备基于预设的扫描策略，获取多个扫描区域的各像素点的回波信号，根据各像素点的回波信号进行波束合成，得到各扫描区域的合成图像，对各扫描区域的合成图像进行叠加处理，得到目标图像。本方法中，由于扫描策略中包括远场虚拟焦点轨迹和扫描间隔，采用远场虚拟焦点，将焦点放在图像区域外的部分，增大了声波的扫描范围，在成像区域一定的前提下，减少了扫描次数，且由于远场虚拟焦点距离发射声波的阵元很近，声波强度不会衰减严重，达到了在满足成像质量的前提下，提高了成像帧频，提升了显示效果。
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为一个实施例中超声成像方法中单个扫描区域的示意图；
图4为一个实施例中超声成像方法中凸阵探头成像区域的示意图；
图5为一个实施例中超声成像方法中线阵探头成像区域的示意图；
图6为一个实施例中超声成像方法凸阵探头所有扫描区域的示意图；
图7为一个实施例中超声成像方法线阵探头所有扫描区域的示意图；
图8为一个实施例中超声成像方法的流程示意图；
图9为一个实施例中超声成像方法的流程示意图；
图10为一个实施例中超声成像方法的凸阵探头扫描参数示意图；
图11为一个实施例中超声成像方法的线阵探头扫描参数示意图；
图12为一个实施例中超声成像方法的凸阵探头扫描参数示意图；
图13为一个实施例中超声成像方法的线阵探头扫描参数示意图；
图14为一个实施例中超声成像方法的流程示意图；
图15为一个实施例中超声成像方法的传统拉格朗日插值法输出图像效果图；
图16为一个实施例中超声成像方法的预设插值方法输出图像效果图；
图17为一个实施例中超声成像方法的流程示意图；
图18为一个实施例中超声成像方法的流程示意图；
图19为一个实施例中超声成像方法的流程示意图；
图20为一个实施例中超声成像装置的结构框图；
图21为一个实施例中超声成像装置的结构框图；
图22为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
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。
本申请提供的超声成像方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。图1给出了一种超声成像设备，该设备包括处理器1和超声探头2，处理器1可以基于超声探头2采集到的数据执行本申请提供的超声成像方法。超声成像设备可以根据超声探头的不同，分为不同类型的超声成像设备，例如，基于线阵探头的超声成像设备，基于凸阵探头的超声成像设备，针对不同类型的超声成像设备，可以适应执行本申请提供的超声成像方法。
下面将通过实施例并结合附图具体地对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。需要说明的是，本申请图2-图13实施例提供的超声成像方法，其执行主体为超声成像设备，也可以是超声成像装置，该超声成像装置可以通过软件、硬件或者软硬件结合的方式成为超声成像设备的部分或全部。下述方法实施例中，均以执行主体是超声成像设备为例来进行说明。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种超声成像方法，涉及的是超声成像设备基于预设的扫描策略，获取多个扫描区域的各像素点的回波信号，根据各像素点的回波信号进行波束合成，得到各扫描区域的合成图像，从而对各扫描区域的合成图像进行叠加处理，得到目标图像的过程，包括以下步骤：
S201、基于预设的扫描策略，获取多个扫描区域的各像素点的回波信号；扫描策略包括远场虚拟焦点轨迹和扫描间隔。
其中，远场虚拟焦点轨迹指的是基于超声成像设备的成像区域，确定的位于成像区域之外的虚拟焦点。以凸阵探头为例，可参考图3所示，图3阴影部分为成像区域，在成像区域外的一点为远场虚拟焦点。参考图4所示，图4左边为远场虚拟焦点的位置示意图，图4右边为近场虚拟焦点的位置示意图，可以看出远场虚拟焦点的扫描范围有效增大。可选地，以线阵探头为例，可参考图5，图5给出了线阵探头的远场虚拟焦点与成像区域，即阴影部分的位置示意图。
其中，超声成像设备的工作过程中，超声探头每次只进行一次扫描，一次扫描结束后再进行下一次扫描，相邻两次扫描的时间间隔称为扫描间隔。超声探头移动到一个虚拟焦点时执行一次扫描操作，因此获得一帧超声图像的时间等于扫描次数与扫描间隔的乘积。需要说明的是，一帧图像是将所有单次扫描结果复合后得到的，于是可以得到扫描次数、图像复合个数、焦点个数之间的相等对应关系。
在本实施例中，扫描次数可以根据超声成像设备的实际情况确定，扫描次数会影响最终的成像质量，扫描次数越多，成像质量越好。扫描次数的取值可以确定成像质量的档位，例如，成像质量低档对应扫描次数为20、成像质量中档对应扫描次数为30、成像质量高档对应扫描次数为50。相应的扫描间隔的确定方式可以根据实际情况的检测深度、帧频、扫描次数来确定。
可选地，扫描间隔的最小值tmin可以根据检测深度d来确定，理论上单次扫描至少需要的时间为：
Figure BDA0002789006490000061
其中，c为声速，根据上述单次扫描至少需要的时间，可以确定扫描间隔ts≥tmin。
可选地，扫描间隔的最大值tmax可以根据帧频f和扫描次数a来确定，如下式所示：
Figure BDA0002789006490000062
因此，扫描间隔的取值范围可以确定tmin≤ts≤tmax。需要说明的是，扫描间隔的具体取值可以根据超声成像设备的系统算法确定。
在本实施例中，在确定远场虚拟焦点轨迹和扫描间隔之后，才可以实现扫描操作，基于扫描间隔同时也可以确定当前超声成像设备的最大帧频。基于最小扫描间隔对应最大帧频的原理，最大帧频的确定公式如下式所示：
Figure BDA0002789006490000071
在本实施例中，为增大每一次的扫描范围，减少扫描次数和扫描间隔，将虚拟焦点构建在成像区域之外，即构建远场虚拟焦点，增大每一次的扫描范围，以凸阵探头为例，如图6所示，基于一定的成像区域，基于远场虚拟焦点轨迹，大概进行20次扫描即可覆盖整个成像区域，远小于传统超声成像中需要的发射次数，以线阵探头为例，参考图7，图7给出了线阵探头的远场虚拟焦点轨迹，该远场虚拟焦点轨迹与阵元阵列平行。因此，本实施例中采用远场虚拟焦点作为扫描焦点。相应的远场虚拟焦点轨迹在阵元阵列平行的地方呈均匀分布，如图6所示，基于确定的远场虚拟焦点轨迹和扫描间隔，执行扫描操作，获取每一次扫描区域的各像素点的回波信号。
S202、根据各像素点的回波信号进行波束合成，得到各扫描区域的合成图像。
其中，对各像素点的回波信号进行波束合成，可以得到各像素点的波束合成结果，根据每一次扫描得到的各像素点的波束合成结果，确定每一次扫描得到的扫描图像。
在本实施例中，在获取到各像素点的回波信号之后，可选地，还可以对各像素点的回波信号进行信号解调，获取各像素点的的回波信号序列，根据各像素点的回波信号序列，计算各像素点的波束合成结果。可选地，超声成像设备可以通过获取各像素点对应的合成参数，基于预设的合成参数、预设的波束合成函数和各像素点的回波信号序列，计算各像素点的波束合成结果。在得到扫描区域中所有像素点的波束合成结果，基于各像素点的波束合成结果，得到当前扫描区域的低分辨率图像，作为当前扫描区域的合成图像，本实施例对此不做限定。
S203、对各扫描区域的合成图像进行叠加处理，得到目标图像。
在本实施例中，基于每一次扫描均会得到各扫描区域中各像素点的波束合成结果，即每次扫描均会得到对应扫描区域的一张低分辨率图像，基于成像区域扫描完成后，将得到多个扫描区域对应的多张低分辨率图像，将这些低分辨率图像进行叠加，得到一帧高分辨率图像，即为目标图像。
上述超声成像方法中，超声成像设备基于预设的扫描策略，获取多个扫描区域的各像素点的回波信号，根据各像素点的回波信号进行波束合成，得到各扫描区域的合成图像，对各扫描区域的合成图像进行叠加处理，得到目标图像。本方法中，由于扫描策略中包括远场虚拟焦点轨迹和扫描间隔，采用远场虚拟焦点，将焦点放在图像区域外的部分，增大了声波的扫描范围，在成像区域一定的前提下，减少了扫描次数，且由于远场虚拟焦点距离发射声波的阵元很近，声波强度不会衰减严重，达到了在满足成像质量的前提下，提高了成像帧频，提升了显示效果。
每扫描一次便可得到当前扫描区域的各像素点的回波信号，根据各像素点的回波信号进行波束合成，得到当前的扫描结果，在一个实施例中，如图8所示，上述根据各像素点的回波信号进行波束合成，得到各扫描区域的合成图像，包括：
S301、对各像素点的回波信号进行信号解调，得到各像素点的回波信号序列。
其中，超声检测就是以超声波为媒介来获取扫描区域信息的一种手段，回波信号相当于将扫描区域的信息搭载到以超声波为载波的调制后的信号，因此，在获取到各像素点的回波信号之后，需要对回波信号进行解调，从而获取扫描区域的信息。
在本实施例中，由于超声场的特征是压力和速度，常见的超声换能器测量声场压力作为实值信号，另一个正交分量速度必须由测量的压力信号推导出来。这种唯一的回波相当于在复数的压力-速度信号中没有负频率成分。为了去除负频率分量，重建正交信息，本实施例选择希尔伯特变换来进行解调，得到各像素点的回波信号序列。
S302、根据各像素点的回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果。
在本实施例中，在得到解调之后的各像素点的回波信号阵列后，根据各像素点的回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果。可选地，超声成像设备可以通过获取各像素点对应的合成参数，基于预设的合成参数、预设的波束合成函数和各像素点的回波信号序列，计算各像素点的波束合成结果；或者，超声成像设备还可以基于各像素点的坐标，计算各像素点的合成参数，根据计算得到的各像素点的合成参数、预设的波束合成函数和各像素点的回波信号序列，计算各像素点的波束合成结果，本实施例对此不做限定。
S303、根据各扫描区域内各像素点的波束合成结果，得到各扫描区域的合成图像。
在本实施例中，每进行一次扫描，便可得到扫描区域中所有像素点的波束合成结果，基于各像素点的波束合成结果，得到当前扫描区域的低分辨率图像，作为当前扫描区域的合成图像，本实施例对此不做限定。
在本实施例中，每次扫描得到的是各扫描区域的各像素点的波束合成结果，以像素点构建扫描区域的面，采用面向区域的波束合成，抛弃线的概念，每次扫描都对整个图像区域进行延时叠加，充分利用每次扫描的回波信号，得到更加准确的波束合成结果，避免了传统的波束合成算法只针对线上的目标点进行波束合成，浪费了其他反射点的回波信息的问题。
在根据各像素点的回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果过程中，由于在确定探头类型与远场虚拟焦点之后，便可确定计算参数，即计算参数为定值，为了减少过程中的重复计算，可以通过预设的合成参数映射表进行各像素点的波束合成计算。在一个实施例中，如图9所示，上述根据各像素点的回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果，包括：
S401、获取当前探头类型，确定与探头类型对应的合成参数映射表，获取各像素点的目标合成参数；合成参数映射表用于指示各探头类型下像素点与合成参数的对应关系。
其中，探头类型可以为凸阵探头、线阵探头等类型，不同类型的探头对应不同的第一坐标系。在探头类型对应的坐标系下，可以确定各像素点的坐标，基于各像素点的坐标，可以确定与各像素点对应的合成参数，其中，合成参数包括延迟时间、距离权重、角度权重、阵元数量等。
在本实施例中，在确定探头类型之后，从数据库中确定与当前探头类型对应的合成参数映射表，合成参数映射表中包括各像素点标识以及各像素点对应的合成参数，在计算过程中，根据各像素点标识获取与其对应的合成参数，进行计算，本实施例对此不做限定。
S402、根据各像素点的目标合成参数和回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果。
在本实施例中，根据各像素点的延迟时间、距离权重、角度权重、阵元数量，以及预设的波束合成函数，将各像素点的回波信号序列作为输入，便可计算得到各像素点的的波束合成结果。
其中，像素点T的波束合成函数pix(T)可以表示为：
Figure BDA0002789006490000101
其中，ωd(T)为像素点T的距离权重；ωa(T,i)为像素点T针对于第i个阵元的角度权重；Si(·)为第i个阵元上接收到的回波信号；Td为延迟时间；E为阵元数量，E、i均为自然数。
在本实施例中，基于合成参数映射表进行各像素点的波束合成计算，可以大大减少运算时间，提高图像重建的效率，再加上采用GPU，利用并行计算来对每次发射获取的回波信号进行处理，这样计算一帧图像的时间等于计算一个发射的时间，可以实现实时成像。
在一个实施例中，上述目标合成参数包括探头阵元数量、延迟时间、像素点的角度权重、像素点的距离权重；根据各像素点的目标合成参数和回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果，包括：
根据探头阵元数量、延迟时间、像素点的角度权重、像素点的距离权重、以及回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果；
其中，延迟时间是根据各像素点的坐标、各探头阵元的坐标、以及光速确定的；像素点的角度权重是根据各像素点的回波方向与探头阵元的法向的夹角确定的；像素点的距离权重是根据各像素点的坐标和远场虚拟焦点的坐标确定的。
在本实施例中，假设最终图像的尺寸为M×N，针对像素点T(m,n)的波束合成结果如下：
Figure BDA0002789006490000111
其中，ωd(T)为像素点T的距离权重；ωa(T,i)为像素点T针对于第i个阵元的角度权重；Si(·)为第i个阵元上接收到的回波信号；Td为延迟时间；E为阵元数量，E、i均为自然数。
其中，延迟时间Td的计算公式如下：
Figure BDA0002789006490000112
其中，c为声速，td为发射距离；rdi为像素点T到阵元i的接收距离。
其中，发射距离td、像素点到阵元i的接收距离rdi的计算公式分别如下：
td＝id+n*Δd
Figure BDA0002789006490000113
其中，id为初始距离；Δd为像素点之间的间隔，各像素点之间的间隔为定值；(Tx,Ty)为当前像素点T在成像区域的坐标；(eix,eiy)为第i个阵元的坐标；n为像素点T的序号，n为自然数。
远场虚拟焦点F与探头圆心O所在直线OF作为声波传播的主方向，声波传播的有效范围关于该方向对称，且随着传播深度的加深，逐渐聚焦。主方向上的声波能量最高，因此距离该方向越近的目标点，接收到的声波能量更多，权重越大，但随着深度的加深，有效范围将逐渐缩小。因此像素点T的距离权重ωd(T)的定义如下：
Figure BDA0002789006490000114
其中，nconst为常数，用于目标点距离权重的调整，d1为像素点T到主方向OF的距离，d2为垂足D的位置深度，以凸阵探头为例，d1、d2示意图具体可参考图10所示；以线阵探头为例，d1、d2示意图具体可参考图11所示；。其中d1、d2的计算方式可通过构建OF直线方程，基于像素点T的坐标计算得到。
ωa(T,i)为回波角度权重，像素点T反射的声波会向四面八方发射，假设接收阵元为Ei，当目标点T到阵元Ei的方向，即回波方向垂直于阵元Ei时，此时阵元Ei接收到的回波信号最强，同理，回波方向与阵元法向的夹角θ越大时，阵元接收到的信号越弱，对于每个像素点，要计算其所有接收阵元的角度权重。其中回波方向与阵元法向的最大较大不超过阵列指向性角度
Figure BDA0002789006490000122
大于该角度时，该阵元将无法从当前目标点接收到回波信号，以凸阵探头为例，可参考图12所示；以线阵探头为例，具体可参考图13所示；此时，ωa(T,i)的计算公式如下：
Figure BDA0002789006490000121
在本实施例中，针对每一个像素点计算发射距离和每个阵元的接收距离，同时也能计算每个像素点的距离权重以及每个阵元上的角度权重，这样再计算每次发射的波束合成结果时，不用多次重复计算复杂的数值操作，只需按照像素点的索引在参数表上查找取值，最后进行简单的数值运算即可，减少了计算像素点波束合成过程中的计算量。
由于回波信号序列为离散数据，因此当延迟时间在两个相邻回波信号之间时，需要利用插值来计算回波信号，得到优化后的回波信号序列。在一个实施例中，如图14所示，上述方法还包括：
S501、根据各像素点的延迟时间、回波信号序列，基于预设的插值算法对各像素点的回波信号序列进行优化，得到各像素点的优化回波信号序列。
其中，常用的插值方法为拉格朗日插值法，适用于实数序列。本实施例中，回波信号经过希尔伯特变换得到的是复数信号，若使用拉格朗日插值方法，会有较大的插值噪声，且传统的拉格朗日插值方法是对理想的回波信号进行近似，在无法获取回波信号的精确频率的情况下，根据可以获取到的回波信号的其他可以获取到的已知参数进行插值计算，例如，对回波信号的精确频率进行频率偏移，基于回波信号的中心频率对插值函数进行改写，计算回波信号的中心频率的近似值，从而根据改写后的插值函数进行插值计算，得到各像素点的优化回波信号序列。
S502、根据各像素点的目标合成参数和优化回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果。
在本实施例中，根据插值计算后的各像素点的优化回波信号序列，和各像素点的目标合成参数，计算各像素点的波束合成结果，与上述步骤S402类似的，这里不做赘述。可选地，基于本实施例提供的插值方法与传统拉格朗日插值法得到的图像效果对比图可参考图15和图16所示，图15给出了基于传统拉格朗日插值法得到的输出图像；图16给出了基于本实施例提供的插值方法得到的输出图像，经对比，可以发现，使用本实施例提供的插值方法，图像质量有了明显的提高。
在本实施例中，基于本实施例提供的插值计算方法，有效避免了无法获取回波信号的精确频率的问题，基于可以获取到的已知参数进行回波信号的插值计算，可以提高插值精度，降低插值噪声，使最终获得的图像质量更高。
当超声成像设备的探头为凸阵探头时，在得到目标图像之后还需要对目标图像进行坐标转换。在一个实施例中，如图17所示，上述探头类型为凸阵探头；该方法还包括：
S601、确定目标图像中各个像素点在第一坐标系中的坐标；第一坐标系的原点为成像区域中阵元阵列的外切线段的中点，第一坐标系的两个方向相互垂直。
其中，各像素点所在的第一坐标系的坐标原点为，成像区域内阵元阵列外切线段的中点，横轴即为阵元阵列外切线，纵轴为过原点的垂直于外切线的垂线。在本实施例中，根据第一坐标系，确定第一坐标系中各像素点的第一坐标。
S602、根据第一坐标系与第二坐标系的转换关系，对目标图像各像素点在第一坐标系中的坐标进行坐标转换，得到坐标转换后的图像；第二坐标系的原点为凸阵探头的探头圆心。
其中，第二坐标系的原点为凸阵探头的探头圆心，横轴为过原点的水平线，纵轴为过原点垂直于横轴的垂线。第一坐标系与第二坐标系的转换关系可以预先设定。
在本实施例中，根据预设的第一坐标系与第二坐标系的坐标转换关系，将各像素点的第一坐标，转换为第二坐标系下的第二坐标，得到坐标转换后的图像。
在本实施例中，将目标图像转换到指定的坐标系上，可以更直观的将扫描结果展示给医生或者其他工作人员，且，由于扫描转换后数据量会增大，在得到目标图像之后才进行坐标转换，减少成像过程中的计算量。
在基于超声成像设备进行扫描之前还需要确定超声成像设备的扫描策略，在一个实施例中，如图18所示，上述扫描策略的确定方式，包括：
S701、根据当前扫查项和扫查深度，确定目标帧频，并根据目标帧频，确定扫描次数。
其中，扫查项指的是当前需要执行的扫查项目，例如，腹部超声、心脏彩超、血管彩超、骨骼与肌肉系统等；扫查深度指的是根据扫查项以及当前病人的病况确定的扫查的可见深度。
在本实施例中，根据当前确定的扫查项，以及确定的扫查深度，确定当前超声设备的目标帧频，可选地，确定目标帧频的方法包括多种。示例地，可以根据当前扫查项和扫查深度，自定义一个小于最大帧频值的帧频作为目标帧频；或者，还可以根据当前扫查项和扫查深度，确定当前最大帧频为目标帧频；或者，还可以根据当前扫查项、扫查深度、以及当前超声成像设备的运行参数，基于超声设备内置的算法，设备自适应确定最优的帧频作为目标帧频。在确定目标帧频之后，根据目标帧频可以确定单帧图像的扫描次数，本实施例对此不做限定。
S702、根据扫查深度和成像区域，确定远场虚拟焦点轨迹；远场虚拟焦点轨迹的起点和终端分别位于成像区域的两条直线边界。
其中，成像区域指的是超声成像设备的探头的完整成像区域，在确定超声成像设备之后，便可确定成像区域，在本实施例中，在确定成像区域和扫查深度之后，可以确定虚拟焦点轨迹，示例地，本实施例中的虚拟焦点为远场虚拟焦点，即，该虚拟焦点的轨迹处于成像区域之外，虚拟焦点的轨迹起点和终端即为成像区域的两条直线边界。
在本实施例中，确定成像区域之外的远场虚拟焦点，相较于成像区域之内的近场虚拟焦点，增大了单次声波的扫描范围，减少了成像区域的总扫描次数。
为了更好的说明上述方法，如图19所示，本实施例提供一种超声成像方法，具体包括：
S101、根据当前扫查项和扫查深度，确定目标帧频，并根据目标帧频，确定扫描次数；
S102、根据扫查深度和成像区域，确定远场虚拟焦点轨迹；
S103、基于目标帧频和远场虚拟焦点轨迹，获取多个扫描区域的各像素点的回波信号；
S104、对各像素点的回波信号进行信号解调，得到各像素点的回波信号序列；
S105、获取当前探头类型，确定与探头类型对应的合成参数映射表，获取各像素点的目标合成参数；
S106、根据各像素点的延迟时间、回波信号序列，基于预设的插值算法对各像素点的回波信号序列进行优化，得到各像素点的优化回波信号序列；
S107、根据各像素点的目标合成参数和优化回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果；
S108、根据各扫描区域内各像素点的波束合成结果，得到各扫描区域的合成图像。
在本实施例中，由于扫描策略中包括远场虚拟焦点轨迹和扫描间隔，采用远场虚拟焦点，将焦点放在图像区域外的部分，增大了声波的扫描范围，在成像区域一定的前提下，减少了扫描次数，采用面向区域的波束合成，避免了浪费其他反射点的回波信息，且由于远场虚拟焦点距离发射声波的阵元很近，声波强度不会衰减严重，达到了在满足成像质量的前提下，提高了成像帧频，提升了显示效果。在对各像素点进行波束合成过程中，根据预设的合成参数映射表，进行波束合成的运算，减少了重复计算，提高图像重建的效率，且，进一步，对回波信号序列进行插值优化，减少了插值噪声，使插值结果更加准确。
上述实施例提供的超声成像方法，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
应该理解的是，虽然图2-19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2-19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1所示，提供一种超声成像设备，该设备包括：超声探头和处理器；
处理器，用于基于超声探头发出的声波信号，执行上述图2-图11实施例提供的超声成像方法。
上述实施例提供的超声成像设备，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图20所示，提供了一种超声成像装置，包括：获取模块01、计算模块02和确定模块03，其中：
获取模块01，用于基于预设的扫描策略，获取多个扫描区域的各像素点的回波信号；扫描策略包括远场虚拟焦点轨迹和扫描间隔；
计算模块02，用于根据各像素点的回波信号进行波束合成，得到各扫描区域的合成图像；
确定模块03，用于对各扫描区域的合成图像进行叠加处理，得到目标图像。
在一个实施例中，计算模块02，用于对各像素点的回波信号进行信号解调，得到各像素点的回波信号序列；根据各像素点的回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果；根据各扫描区域内各像素点的波束合成结果，得到各扫描区域的合成图像。
在一个实施例中，计算模块02，用于获取当前探头类型，确定与探头类型对应的合成参数映射表，获取各像素点的目标合成参数；合成参数映射表用于指示各探头类型下像素点与合成参数的对应关系；根据各像素点的目标合成参数和回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果。
在一个实施例中，上述目标合成参数包括探头阵元数量、延迟时间、像素点的角度权重、像素点的距离权重；计算模块02，用于根据探头阵元数量、延迟时间、像素点的角度权重、像素点的距离权重、以及回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果；
其中，延迟时间是根据各像素点的坐标、各探头阵元的坐标、以及光速确定的；像素点的角度权重是根据各像素点的回波方向与探头阵元的法向的夹角确定的；像素点的距离权重是根据各像素点的坐标和远场虚拟焦点的坐标确定的。
在一个实施例中，计算模块02，还用于根据各像素点的延迟时间、回波信号序列，基于预设的插值算法对各像素点的回波信号序列进行优化，得到各像素点的优化回波信号序列；根据各像素点的目标合成参数和优化回波信号序列，计算得到各像素点的波束合成结果。
在一个实施例中，上述探头类型为凸阵探头；如图21所示，上述超声成像装置还包括转换模块04；
转换模块04，用于确定目标图像中各个像素点在第一坐标系中的坐标；第一坐标系的原点为成像区域中阵元阵列的外切线段的中点，第一坐标系的两个方向相互垂直；根据第一坐标系与第二坐标系的转换关系，对目标图像各像素点在第一坐标系中的坐标进行坐标转换，得到坐标转换后的图像；第二坐标系的原点为凸阵探头的探头圆心。
在一个实施例中，上述获取模块01，还用于根据当前扫查项和扫查深度，确定目标帧频，并根据目标帧频，确定扫描次数；根据扫查深度和成像区域，确定远场虚拟焦点轨迹；远场虚拟焦点轨迹的起点和终端分别位于成像区域的两条直线边界。
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，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图22所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种超声成像方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图22中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
基于预设的扫描策略，获取多个扫描区域的各像素点的回波信号；扫描策略包括远场虚拟焦点轨迹和扫描间隔；
根据各像素点的回波信号进行波束合成，得到各扫描区域的合成图像；
对各扫描区域的合成图像进行叠加处理，得到目标图像。
上述实施例提供的计算机设备，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
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：
基于预设的扫描策略，获取多个扫描区域的各像素点的回波信号；扫描策略包括远场虚拟焦点轨迹和扫描间隔；
根据各像素点的回波信号进行波束合成，得到各扫描区域的合成图像；
对各扫描区域的合成图像进行叠加处理，得到目标图像。
上述实施例提供的计算机可读存储介质，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
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：
基于预设的扫描策略，获取多个扫描区域的各像素点的回波信号；所述扫描策略包括远场虚拟焦点轨迹和扫描间隔；
根据各所述像素点的回波信号进行波束合成，得到各所述扫描区域的合成图像；
对各所述扫描区域的合成图像进行叠加处理，得到目标图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各所述像素点的回波信号进行波束合成，得到各所述扫描区域的合成图像，包括：
对各所述像素点的回波信号进行信号解调，得到各所述像素点的回波信号序列；
根据各所述像素点的回波信号序列，计算得到各所述像素点的波束合成结果；
根据各所述扫描区域内各所述像素点的波束合成结果，得到各所述扫描区域的合成图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各所述像素点的回波信号序列，计算得到各所述像素点的波束合成结果，包括：
获取当前探头类型，确定与所述探头类型对应的合成参数映射表，获取各所述像素点的目标合成参数；所述合成参数映射表用于指示各探头类型下像素点与合成参数的对应关系；
根据各所述像素点的目标合成参数和回波信号序列，计算得到各所述像素点的波束合成结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述目标合成参数包括探头阵元数量、延迟时间、像素点的角度权重、像素点的距离权重；所述根据各所述像素点的目标合成参数和回波信号序列，计算得到各所述像素点的波束合成结果，包括：
根据所述探头阵元数量、所述延迟时间、所述像素点的角度权重、所述像素点的距离权重、以及所述回波信号序列，计算得到各所述像素点的波束合成结果。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据各所述像素点的延迟时间、回波信号序列，基于预设的插值算法对各所述像素点的回波信号序列进行优化，得到各所述像素点的优化回波信号序列；
所述根据各所述像素点的目标合成参数和回波信号序列，计算得到各所述像素点的波束合成结果，包括：
根据各所述像素点的目标合成参数和所述优化回波信号序列，计算得到各所述像素点的波束合成结果。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述扫描策略的确定方式，包括：
根据当前扫查项和扫查深度，确定目标帧频，并根据所述目标帧频，确定所述扫描次数；
根据所述扫查深度和成像区域，确定所述远场虚拟焦点轨迹；所述远场虚拟焦点轨迹的起点和终端分别位于所述成像区域的两条直线边界。
7.一种超声成像设备，其特征在于，所述设备包括超声探头和处理器；
所述处理器，用于基于所述超声探头发出的声波信号，执行上述权利要求1-6所述的超声成像方法。
8.一种超声成像装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于基于预设的扫描策略，获取多个扫描区域的各像素点的回波信号；所述扫描策略包括远场虚拟焦点轨迹和扫描间隔；
计算模块，用于根据各所述像素点的回波信号进行波束合成，得到各所述扫描区域的合成图像；
确定模块，用于对各所述扫描区域的合成图像进行叠加处理，得到目标图像。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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6中任一项所述的方法的步骤。
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