CN115063444A - 一种自适应接收变迹系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种自适应接收变迹系统及方法，属于超声波技术成像领域，提前预算每个位置的起点start和步长Len_i并获得孔径值Aper，非孔径复合模式时，通道数k从1到最大物理通道数N_CHN循环，并使k=k‑N_CHN/2+Aper/2；孔径复合模式时，通道数k从1到N_CHN*2循环，并使k=k‑N_CHN+Aper；再查表输出每个点的位置，判断实际查表Index长度是否大于存储表长，并对超出部分进行反折，对于Index小于1，则使Index=0，可以实现孔径的控制，最后按Index查表得变迹曲线，实现波束合成，本发明可实时计算变迹参数，自适应调整计算结果，显著减少了系统数据冗余并提升了系统。

Description

一种自适应接收变迹系统及方法
技术领域
本发明关于超声波成像技术领域，特别是有关于一种自适应接收变迹系统及方法。
背景技术
现在超声波成像技术已经得到了非常广泛的应用。通过对特定区域的声束扫描，对其背向散射的回波信号进行AD，波束合成，信号处理，就可以得到亮度信号图像，也就是常说的B（Brightness）超图；如果对一定扫描区域连续扫描多次，通过多次之间的变化，通过计算Doppler效应产生的频移，还能得到血流信号，也就是常说的C（Color）图像。在此之外还有能量、频谱等成像方式，本质上都属于这两种拓展应用。
无论哪一种方式，波束合成都是核心处理环节，该模块的通过对AD后的通道信号通过时移进行聚焦，并根据声场特性进行变迹处理加权合并，最终将二维平面类的声场信息转化为一维的信号流，即形成声束。声束的形成可以大大简化之后的信号处理和图像处理，使超声系统由多次空间信息处理转化逐线处理的简单数学变换。
随着上述功能的不断增多，以及临床对图像性能的持续提高需求，同时对成本控制要求不断提高，多波束和孔径复合等相互矛盾的功能同时出现。多波束的目标是为了在相同的时间得到更多的波束，这样可以基本保持图像质量的前提下，提高系统的帧率，代价就是系统的并行处理要求提高，这对软硬件性能有更高的要求但综合收益是更大，因此得到了广泛的应用。孔径复合则是降低成本的方式，常规扫描是一次发射一次接收形成一个或者多个波束，每次都是所有通道参与；而孔径复合则是两次发射两次接收形成一个或者多个波束，两次发射相同担接收通道不同，再将结果线性相加实现最大2倍物理通道的效果。这种方式可以在不增加硬件成本的前提下实现接近两倍物理通道的综合性能，但是会牺牲系统帧率。
由于上述需求的提出，对于波束合成的接收变迹要求也就有了更高的要求，既要支持多波束的要求，同时还需要考虑孔径复合的要求，传统的提前预存储的方式会产生大量的数据冗余，因此一种自适应实时变迹计算很有必要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种自适应接收变迹系统，包括：前端、信号处理模块、图像处理模块、图像融合显示模块及操作系统模块；前端在操作系统模块控制下完成特定频率发射，并接收回波信号进行AD转换及波束合成，并输出RF信号给信号处理模块，信号处理模块对RF信号进行B信号处理，形成B图像，传输给图像处理模块进行4D扫描形成B图像的4维图像，信号处理模块对RF信号进行C信号处理，形成C图像，信号处理模块对RF信号进行PW/CW信号处理，形成PW图像和CW图像，B图像及C图像通过操作系统模块控制最终在图像融合显示模块中融合后显示，实现B+C组合，B图像及PW/CW图像通过操作系统模块控制最终融合显示，实现B+PW/CW组合。其中，AD转换为模数转换，RF信号为射频信号，B信号处理是指将RF信号转化为人眼可识别的亮度信号，形成的B图像为二维灰阶图像，C信号处理是指做彩色多普勒处理，形成的C图像为彩色多普勒图像，PW/CW信号处理分别为脉冲波多普勒处理和连续波多普勒处理，该PW/CW图像分别为PW图像和CW图像，得到的PW图像为脉冲波多普勒图像，CW图像为连续波多普勒图像。
进一步地，前端进行波束合成中进行变迹处理。
进一步地，变迹处理通过汉宁窗完成。
进一步地，当前需要的孔径实际所在存储的变迹曲线的位置通过起点start和步长Len_i获得，步骤为：提前把每个深度的起点start和步长Len_i预计算好，每个位置获得对应的起点start、步长Len_i和孔径值Aper，非孔径复合模式时，通道数k从1到N_CHN循环，N_CHN是系统最大物理通道数，并使k=k-N_CHN/2+Aper/2；孔径复合模式时，使Len_i=Len_i/2，通道数k从1到N_CHN*2循环，并使k=k-N_CHN+Aper；处理完通道数k进行每个点的查表位置输出：Index=start+k*Len_i，若Index小于1，则指定Index=0，最后按Index查表获得变迹曲线。
本发明另提供一种自适应接收变迹方法，包括如下步骤：
S1：提前预计好每个深度的起点start和步长Len_i；
S2：获得当前深度的起点start、步长Len_i及孔径值Aper；
S3：判断是否为孔径复合模式，若是，则进行步骤S4，若否则进行步骤S5；
S4：使Len_i=Len_i/2，通道数k从1到N_CHN*2循环，并使k=k-N_CHN+Aper，跳至步骤S6；
S5：通道数k从1到N_CHN循环，并使k=k-N_CHN/2+Aper/2；
S6：查表输出当前需要的孔径实际所在存储的变迹曲线的位置：Index= start+k*Len_i；
S7：判断实际查表Index长度是否大于存储表长table_Len，若是，则进行步骤S8，若否，则跳至步骤S9；
S8：使Index=2*table_Len-Index，执行S9；
S9：判断Index是否小于1，若是，则进行步骤S10，若否，则跳至步骤S11；
S10：使Index=0，执行步骤S11；
S11：按Index查表获得变迹曲线；
S12：计算完成并存储数据。
进一步地，步骤S11之后，按照查表获得的变迹曲线计算孔径补偿。
本发明提供一种自适应接收变迹系统及方法，提前把每个深度的起点start和步长Len_i预计算好，每个位置获得对应的起点start、步长Len_i和孔径值Aper，非孔径复合模式时，通道数k从1到N_CHN循环，N_CHN是系统最大物理通道数，并使k=k-N_CHN/2+Aper/2；孔径复合模式时，使Len_i=Len_i/2，通道数k从1到N_CHN*2循环，并使k=k-N_CHN+Aper；处理完通道数k进行每个点的查表位置输出：Index=start+k*Len_i，判断实际查表Index长度是否大于存储表长table_Len，并对超出部分进行反折，对于Index小于1，则指定Index=0，可以实现孔径的控制，最后按Index查表获得变迹曲线，实现波束合成的效果，本发明可实时计算变迹参数，根据系统是否支持多波束和孔径复合，自适应调整得到相应的计算结果，相对于传统预先存储所有条件的变迹参数，本发明显著减少了系统数据冗余并提升了系统效率。
附图说明
图1为本发明一种自适应接收变迹系统架构图；
图2为本发明一种自适应接收变迹方法流程图。
1 前端 2 信号处理模块 3 图像处理模块
4 图像融合显示模块 5 操作系统模块。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
随着临床对图像性能的持续提高需求，同时要控制成本，对于波束合成的接收变迹要求也就有了更高的要求，既要支持多波束的要求，同时还要考虑孔径复合的要求，传统的提前预存储的方式会产生大量的数据冗余，针对上述问题，本发明提供一种自适应接收变迹系统及方法，参见图1，图1为本发明一种自适应接收变迹系统架构图，本发明提供的一种自适应接收变迹系统包括：前端1、信号处理模块2、图像处理模块3、图像融合显示模块4及操作系统模块5；前端1在操作系统模块5控制下完成特定频率发射，并接收回波信号进行AD转换及波束合成，并输出RF信号给信号处理模块2，信号处理模块2对RF信号进行B信号处理，形成B图像，传输给图像处理模块3进行4D扫描形成B图像的4维图像，信号处理模块2对RF信号进行C信号处理，形成C图像，信号处理模块2对RF信号进行PW/CW信号处理，形成PW图像和CW图像，B图像及C图像通过操作系统模块5控制最终在图像融合显示模块4中融合后显示，实现B+C组合，B图像及PW/CW图像通过操作系统模块5控制最终融合显示，实现B+PW/CW组合。其中，AD转换为模数转换，RF信号为射频信号，B信号处理是指将RF信号转化为人眼可识别的亮度信号，形成的B图像为二维灰阶图像，C信号处理是指做彩色多普勒处理，形成的C图像为彩色多普勒图像，PW/CW信号处理分别为脉冲波多普勒处理和连续波多普勒处理，该PW/CW图像分别为PW图像和CW图像，得到的PW图像为脉冲波多普勒图像，CW图像为连续波多普勒图像。
优选地，前端1进行波束合成中进行变迹处理。变迹是波束合成中非常重要的处理环节，目的是给不同通道以不同的加权，实现抑制旁瓣的作用，从而改善组织形态，比如空间分辨率改善与噪声改善。
优选地，变迹处理通过汉宁窗完成，汉宁窗可使旁瓣相互抵消，消去高频干扰。当然，变迹处理也可通过其他窗完成，本发明对此不作限制。
进一步地，变迹处理通过代码完成，该代码如下：
a=4096*hanning(8192)；
win=16；
b=round(0.5:1:win-0.5)/N_CHN*8192；
out=a(b)；
其中，a为存储的变迹曲线，假定a变迹曲线的精度为8192点精度，由于曲线对称，为节省空间，只存储一半长度，对于超过一半长度的地址进行反折，因此对8192点精度量化后取值为4096，win为当前需要的孔径，N_CHN是系统最大物理通道数，b是通过计算获得的当前需要的孔径实际所在存储的该变迹曲线的位置，round为一个四舍五入函数，0.5:1:win-0.5的值是0.5/1.5/2.5…/15.5，那么round(0.5:1:win-0.5)就是1/2/3/…/16，out为查表输出。其中，a变迹曲线的精度为8192只是举了例子来说明代码的处理过程，对a变迹曲线的精度本发明不作限制。代码中的hanning函数也可换成hamming函数或者Gauss函数，或者其他功能类似的函数。
优选地，当前需要的孔径实际所在存储的变迹曲线的位置通过起点start和步长Len_i获得，步骤为：提前把每个深度的起点start和步长Len_i预计算好，每个位置获得对应的起点start、步长Len_i和孔径值Aper，非孔径复合模式时，通道数k从1到N_CHN循环，N_CHN是系统最大物理通道数，并使k=k-N_CHN/2+Aper/2；孔径复合模式时，使Len_i=Len_i/2，通道数k从1到N_CHN*2循环，并使k=k-N_CHN+Aper；处理完通道数k进行每个点的查表位置输出：Index=start+k*Len_i，判断实际查表Index长度是否大于存储表长table_Len，并对超出部分进行反折，若Index小于1，则指定Index=0，最后按Index查表获得变迹曲线。相对于传统预先存储所有条件的变迹参数，本发明可实时计算变迹参数，根据系统是否支持多波束和孔径复合，自适应调整得到相应的计算结果，显著减少了系统数据冗余并提升了系统效率。
本发明另提供一种自适应接收变迹方法，参见图2，图2为本发明一种自适应接收变迹方法流程图，包括如下步骤：
S1：提前预计好每个深度的起点start和步长Len_i；
S2：获得当前深度的起点start、步长Len_i及孔径值Aper；
S3：判断是否为孔径复合模式，若是，则进行步骤S4，若否则进行步骤S5；
S4：使Len_i=Len_i/2，通道数k从1到N_CHN*2循环，并使k=k-N_CHN+Aper，跳至步骤S6；其中，Len_i=Len_i/2是对步长做除2处理，实现2倍孔径所需要的数据；
S5：通道数k从1到N_CHN循环，并使k=k-N_CHN/2+Aper/2；
S6：查表输出当前需要的孔径实际所在存储的变迹曲线的位置：Index= start+k*Len_i；
S7：判断实际查表Index长度是否大于存储表长table_Len，若是，则进行步骤S8：若否，则跳至步骤S9；
S8：使Index=2*table_Len-Index，执行S9；
S9：判断Index是否小于1，若是，则进行步骤S10，若否，则跳至步骤S11；
S10：使Index=0，执行步骤S11；Index=0可实现孔径的控制；
S11：按Index查表获得变迹曲线；
S12：计算完成并存储数据。
table_Len为存储的表长度，比如我们存了0~4095个点数据，这时候table_Len就是4096的总长度。由于只存了半条高精度曲线，所以实际查表会大于表长的情况，需要对超出的情况进行反折。
本方法可实时计算变迹参数，根据系统是否支持多波束和孔径复合，自适应调整得到相应的计算结果，显著减少了系统数据冗余并提升了系统效率。
进一步地，步骤S11之后，按照查表获得的变迹曲线计算孔径补偿。假定系统通道是64，那么我们得到所有的通道的值，把这64个通道值加起来，求和得到sum1；而每个数据最大值可能是2^n(n是系统最大存储位宽)，所以所有通道最大值是sum0=64*2^n，孔径补偿就是sum0/sum1，这样不管我们开多大的孔径（有效通道）输出数据在幅度上都是一个级别，避免前后亮度差异太大。
本发明提供一种自适应接收变迹系统及方法，提前把每个深度的起点start和步长Len_i预计算好，每个位置获得对应的起点start、步长Len_i和孔径值Aper，非孔径复合模式时，通道数k从1到N_CHN循环，N_CHN是系统最大物理通道数，并使k=k-N_CHN/2+Aper/2；孔径复合模式时，使Len_i=Len_i/2，通道数k从1到N_CHN*2循环，并使k=k-N_CHN+Aper；处理完通道数k进行每个点的查表位置输出：Index=start+k*Len_i，判断实际查表Index长度是否大于存储表长table_Len，并对超出部分进行反折，对于Index小于1，则指定Index=0，可以实现孔径的控制，最后按Index查表获得变迹曲线，实现波束合成的效果，本发明可实时计算变迹参数，根据系统是否支持多波束和孔径复合，自适应调整得到相应的计算结果，相对于传统预先存储所有条件的变迹参数，本发明显著减少了系统数据冗余并提升了系统效率。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种自适应接收变迹系统，其特征在于，该自适应接收变迹系统包括：前端、信号处理模块、图像处理模块、图像融合显示模块及操作系统模块；该前端在该操作系统模块控制下完成特定频率发射，并接收回波信号进行AD转换及波束合成，并输出RF信号给该信号处理模块，该信号处理模块对该RF信号进行B信号处理，形成B图像，传输给该图像处理模块进行4D扫描形成该B图像的4维图像，该信号处理模块对该RF信号进行C信号处理，形成C图像，该信号处理模块对该RF信号进行PW/CW信号处理，形成PW图像和CW图像，该B图像及该C图像通过该操作系统模块控制最终在图像融合显示模块中融合后显示，实现B+C组合，该B图像及该PW/CW图像通过该操作系统模块控制最终融合显示，实现B+PW/CW组合；
其中，AD转换为模数转换，RF信号为射频信号，B信号处理是指将RF信号转化为人眼可识别的亮度信号，形成的B图像为二维灰阶图像，C信号处理是指做彩色多普勒处理，形成的C图像为彩色多普勒图像，PW/CW信号处理分别为脉冲波多普勒处理和连续波多普勒处理，该PW/CW图像分别为PW图像和CW图像，得到的PW图像为脉冲波多普勒图像，CW图像为连续波多普勒图像。
2.根据权利要求1所述的一种自适应接收变迹系统，其特征在于，该前端进行波束合成中进行变迹处理。
3.根据权利要求2所述的一种自适应接收变迹系统，其特征在于，该变迹处理通过汉宁窗完成。
4.据权利要求2所述的一种自适应接收变迹系统，其特征在于，当前需要的孔径实际所在存储的变迹曲线的位置通过起点start和步长Len_i获得，步骤为：提前把每个深度的起点start和步长Len_i预计算好，每个位置获得对应的起点start、步长Len_i和孔径值Aper，非孔径复合模式时，通道数k从1到N_CHN循环，N_CHN是系统最大物理通道数，并使k=k-N_CHN/2+Aper/2；孔径复合模式时，使Len_i=Len_i/2，通道数k从1到N_CHN*2循环，并使k=k-N_CHN+Aper；处理完通道数k进行每个点的查表位置输出：Index=start+k*Len_i，若Index小于1，则指定Index=0，最后按Index查表获得变迹曲线。
5.一种自适应接收变迹方法，其特征在于，该自适应接收变迹方法包括如下步骤：
S1：提前预计好每个深度的起点start和步长Len_i；
S2：获得当前深度的起点start、步长Len_i及孔径值Aper；
S3：判断是否为孔径复合模式，若是，则进行步骤S4，若否则进行步骤S5；
S4：使Len_i=Len_i/2，通道数k从1到N_CHN*2循环，并使k=k-N_CHN+Aper，跳至步骤S6；
S5：通道数k从1到N_CHN循环，并使k=k-N_CHN/2+Aper/2；
S6：查表输出当前需要的孔径实际所在存储的变迹曲线的位置：Index= start+k*Len_i；
S7：判断实际查表Index长度是否大于存储表长table_Len，若是，则进行步骤S8，若否，则跳至步骤S9；
S8：使Index=2*table_Len-Index，执行S9；
S9：判断Index是否小于1，若是，则进行步骤S10，若否，则跳至步骤S11；
S10：使Index=0，执行步骤S11；
S11：按Index查表获得变迹曲线；
S12：计算完成并存储数据。
6.根据权利要求5所述的一种自适应接收变迹方法，其特征在于，步骤S11之后，按照查表获得的变迹曲线计算孔径补偿。
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