CN116997297A - 用于基于交错数据采集和重建算法降低超声成像探头中的电力消耗的处理电路、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

超声成像设备中采用交错数据采集方案来减少收集视频数据时设备的发射点火所消耗的电功率的量。根据本公开的减少电力消耗减小了电池尺寸、重量和成本；减少了热量产生；减少了探头中对散热材料的需求并延长了探头的正常运行时间。采用重建算法从交错数据生成图像，其质量与通过传统(非交错)图像采集获得的视频相当。

Description

用于基于交错数据采集和重建算法降低超声成像探头中的电 力消耗的处理电路、系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35USC§119(e)要求于2021年3月19日递交的、题为“用于基于交错数据采集和重建算法降低超声成像探头中的电力消耗的处理电路、系统和方法(PROCESSINGCIRCUITRY,SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING ELECTRICAL POWER CONSUMPTION IN ANULTRASOUND IMAGING PROBE BASED ON INTERLACED DATA ACQUISITION ANDRECONSTRUCTION ALGORITHM)”的、序列号为63/163,702的美国临时申请的优先权权益。在先申请的公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分并且通过引用以其整体并入本申请的公开内容中。
背景技术
超声成像广泛应用于医学和无损测试领域。传统的超声成像设备体积大且成本高，因此存在针对便携式的低成本手持超声设备的需求。
发明内容
与其他手持式电子设备一样，需要限制便携式超声探头中的电力消耗，从而减少对电池的需求，并减轻与操作期间探头内产生的热量相关的问题。电力消耗的减少可以转化为探头的成本、尺寸和重量的降低，同时提供更大的便利性和临床有效性。具体优势包括：1)减小电池尺寸、重量和成本；2)减少热量产生；3)减少探头中对散热材料的需求(进一步减小设备尺寸、重量和成本)；4)延长探头正常运行时间。
一些实施例使用交错数据采集方案和计算机化图像重建算法的组合来减少在收集视频数据时超声成像探头中的发射点火(transmit firings)所消耗的电功率的量。根据一些实施例的重建算法的目标是从交错数据产生在质量上与通过传统(非交错)图像采集获得的视频相当的视频。
根据以下详细描述，本公开的附加方面和优点对于本领域技术人员来说将变得显而易见，其中仅示出和描述了本公开的说明性实施例。实施例不限于本文明确描述的那些，并且与实施例相关的几个细节能够在各个显而易见的方面进行修改，所有这些都不脱离本公开。因此，附图和说明书本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。
附图说明
实施例的一些特征在所附权利要求中具体阐述。通过参考下面利用实施例的原理的详细描述以及附图(本文中也称为“图”)，将获得对实施例的特征和优点的更好理解，在附图中：
图1是根据公开的实施例的具有选择性可改变特性的成像设备的框图。
图2是根据公开的实施例的具有选择性可改变特性的成像系统的图。
图3A是根据一些公开的实施例的具有选择性可改变特性的成像设备的示意图。
图3B是根据一个实施例的图3A的成像设备的内部组件的示意图。
图4是根据本文描述的原理的示例的弯曲换能器阵列的侧视图。
图5是根据本文描述的原理的示例的换能器的顶视图。
图6是根据本文描述的原理的示例的成像设备和帧的扫描线的等距视图。
图7示出了根据本文描述的原理的示例的扫描线的形成。
图8描绘了根据本文描述的原理的示例的接收信道。
图9A示出了根据一些公开的实施例的全扫描配置。
图9B和图9C示出了根据公开的实施例的交错扫描配置。
图10示出了来自使用帧内插值来填充缺失数据的从交错数据创建的超声视频的示例传统图像帧。
图11示出了根据公开的实施例的来自使用重建算法从交错数据创建的超声视频的示例图像帧。
图12示出了根据公开的实施例的重建算法的高级框图。
图13示出了根据公开的实施例的被描绘为递归过程的重建算法。
图14示出了根据公开的实施例的算法的框图，示出了如何使用新的奇数降低功率帧来更新先前的重建帧，以及在后续迭代中如何使用偶数降低功率帧来再次更新重建帧。
图15示出了根据公开的实施例的包括块和宏块的降低功率帧的示例图，其中宏块用于局部块匹配以实现运动补偿帧间预测。
图16是根据第一实施例的方法的流程图。
图17是根据第二实施例的方法的流程图。
具体实施方式
实施例的一个目标是减少产生在超声成像中使用的发射(Tx)点火所需的电功率消耗，同时保持图像质量。减少产生Tx点火所需的电力消耗的直接好处包括：(1)减少电池尺寸、重量和成本；2)减少热量产生；3)减少探头中对散热材料的需求(进一步减小设备尺寸、重量和成本)；以及4)延长探头正常运行时间。
一般而言，实施例涉及成像设备，并且更具体地涉及具有电子可配置超声换能器元件和相关联的图像重建电路的成像设备。非侵入式成像设备可用于对人体或动物体的内部组织、骨骼、血流或器官进行成像。
成像设备的一些实施例可包括硬件和/或软件，以控制成像设备的换能器元件的选择性激活和停用，以实现超声波形的发射和接收模式，从而使得能够从对象生成图像，同时实现功率节省。
在一些实施例中，本文提到的例如在诸如水、肉、透镜等的介质中的“超声波形”可以指的是对每个发射换能器元件的波形的补偿。尽管根据一些实施例，换能器元件(例如换能器元件组)有时可以一起点火(fire)，但是它们通常可以彼此分开被点火(例如，以转向)。
需要注意的是，本文所使用的“元件像素”是指单个MUT(即，具有单个隔膜或薄膜的设备)，而换能器“元件”可以指一像素或组合在一起并表现得像一个整体的MUT组(元件像素组)。“元件像素”与本文所使用的“像素”不同，后者指的是通常理解的数字帧或图像内的像素。
成像设备的一些实施例可以另外包括硬件和/或软件以接收从要成像的对象反射的超声能量，并且将接收到的超声能量转换成电信号。
成像设备的一些实施例还可以包括硬件和/或软件以构造要成像的对象的图像、引起图像的显示、和/或显示图像。
为了执行成像，成像设备可将超声波形朝向要成像的对象发射到身体组织中，并接收从对象反射的超声能量。这样的成像设备可以包括一个或多个换能器元件，并且其可以利用光声或超声效应来起作用。这样的换能器元件可以用于成像，并且可以进一步用于其他应用。例如，换能器元件可用于医学成像、管道中的流量测量、扬声器和麦克风阵列、碎石术、用于治疗目的的局部组织加热、以及高强度聚焦超声(HIFU)手术。
在实施例的上下文中，虽然明确指出了超声波形、超声波、超声压力波和/或超声的使用，但是实施例并不具体限于超声，并且在其范围内包括生成和处理波，这些波可以在身体中传播、从身体的对象反射回来、并被解码/分析/处理以允许生成与该对象有关的信息，例如在显示设备上生成与对象相对应的图像。
传统上，成像设备(例如医学成像中使用的超声成像仪)使用压电(PZT)材料或其他压电陶瓷和聚合物复合材料。这种成像设备可以包括用于容纳具有PZT材料的换能器的外壳，以及在显示单元上形成和显示图像的其他电子器件。为了制造块状(bulk)PZT元件或换能器，可以将厚的压电材料板切割成大的矩形PZT元件。这些矩形PZT元件的制造成本可能很高，因为制造过程涉及精确切割通常为矩形的厚PZT或陶瓷材料，并将其以精确的间距安装在衬底上。此外，换能器的阻抗比换能器的发射/接收电子器件的阻抗高得多，这会影响性能。
更进一步，这种厚块状PZT元件可能需要非常高的电压脉冲，例如100伏(V)或更高，以产生传输信号。这种高驱动电压导致高功率耗散，因为换能器中的功率耗散与驱动电压的平方成正比。这种高功率耗散在成像设备内产生热量，使得需要冷却装置。这些冷却装置增加了成像设备的制造成本和重量，这使得成像设备的操作更加繁重。
更进一步，用于换能器的发射/接收电子器件可能位于远离换能器本身的位置，因此在换能器和发射/接收电子器件之间需要微同轴电缆。一般来说，电缆具有用于延迟和阻抗匹配的精确长度，并且通常需要额外的阻抗匹配网络来通过电缆将换能器有效连接到电子器件。
本公开的实施例可以在利用压电微机械超声换能器(pMUT)或电容性微机械超声换能器(cMUT)技术的成像设备的上下文中使用，如本文进一步详细描述的。
一般来说，MUT(例如cMUT和pMUT)包括隔膜(附着在其边缘或探头内部某个点的薄膜)，而“传统”块状PZT元件通常由固体材料块组成。
利用各种半导体晶圆制造操作，可以在衬底上有效地形成压电微机械超声换能器(pMUT)。半导体晶圆目前的尺寸有6英寸、8英寸和12英寸，能够容纳数百个换能器阵列。这些半导体晶圆最初是硅衬底，在其上执行各种处理操作。这种操作的示例是SiO2层(也称为绝缘氧化物)的形成。执行各种其他操作，例如添加金属层以用作互连和接合焊盘，以允许与其他电子器件连接。机器操作的另一示例是空腔的蚀刻。与具有大体积压电材料的传统换能器相比，构建在半导体衬底上的pMUT元件体积更小，制造成本更低，并且电子器件和换能器之间的互连更简单且性能更高。因此，它们为使用其的成像设备的操作频率提供了更大的灵活性，并且有可能生成更高质量的图像。
在一些实施例中，成像设备可包括专用集成电路(ASIC)，其包括一个或多个发射驱动器、用于处理与接收到的从要成像的对象反射回的超声能量(回波信号)相对应的电能的感测电路、以及用于控制各种其他操作的其他处理电路。ASIC可以形成在另一半导体晶圆上，或者形成在同一半导体晶圆上。该ASIC可以放置在靠近pMUT元件的位置，以减少寄生损耗。作为具体示例，ASIC可以距包括pMUT元件的换能器阵列50微米(μm)或更小。在更广泛的示例中，2个晶圆或2个管芯之间的间隔可能小于100μm，其中每个晶圆包括许多管芯，并且管芯包括换能器晶圆中的换能器和ASIC晶圆中的ASIC。在一些实施例中，ASIC具有相对于包括pMUT元件的pMUT换能器的匹配覆盖区(footprint)，并且因此可以被堆叠以用于与pMUT换能器管芯的晶圆到晶圆互连，例如ASIC晶圆与换能器管芯堆叠或ASIC管芯本身通过互连与换能器管芯堆叠。或者，也可以使用低温压电材料溅射和与ASIC处理兼容的其他低温处理，将换能器开发在ASIC晶圆顶部作为单个器件。
根据一个实施例，无论ASIC和换能器在何处互连，两者都可以具有相似的覆盖区。更具体地，根据后一实施例，ASIC的覆盖区可以是pMUT覆盖区的整数倍或除数。
无论成像设备在其换能器中使用pMUT元件还是cMUT元件，根据一些实施例的成像设备可以包括多个发射信道和多个接收信道。发射信道用于使用元件响应的频率的电压脉冲来驱动换能器元件。这导致从元件发射超声波形，该波形将被引导向要成像的对象，例如引导向身体内的器官。在一些示例中，具有换能器元件阵列的成像设备可以使用成像设备和身体之间的凝胶来与身体进行机械接触。超声波形向对象(即器官)传播，并且波形的一部分以接收/反射的超声能量的形式反射回换能器元件，其中接收的超声能量可以在成像设备内转换成电能。然后，接收到的超声能量可以由多个接收信道进一步处理，以将接收到的超声能量转换为电信号，并且电信号可以由其他电路处理，以基于电信号形成用于显示的对象的图像。
这些发射和接收信道会消耗功率，并且在具有许多信道(以生成高质量图像)的仪器中，功率可能会导致成像设备中积聚过多热量。如果成像设备的温度升高超过特定值，则可能会影响成像设备的操作，可能对操作者造成危险，可能对患者造成危险，并且可能超出定义一个或多个温度上限的监管规范。
超声成像设备的实施例包括换能器阵列、以及包括例如专用集成电路(ASIC)的控制电路、以及发射和接收波束形成电路、以及可选的附加控制电子器件。规范限制了最大允许成像设备温度，这反过来又限制了成像设备中可以容纳哪些电子电路以及可以如何操作成像设备。这种限制会对所实现的图像质量(包括图像的帧速率)产生负面影响。此外，成像设备可以是电池供电的，在这种情况下，在具有许多发射/接收信道的仪器中，电池可能会快速耗尽，因为每个信道在使用时都会消耗能量。
结合实施例的特征的成像设备可以有利地减少或解决这些和其他技术问题。具体地，成像设备可以被配置为以控制功率耗散而不超过成像设备的温度极限同时保持所需的图像质量的方式控制发射(Tx)点火(从换能器元件发射超声波形)。用于形成图像的接收信道和/或发射信道的数量可电子选择性地调整(可以选择性地激活、断电或置于低功率)，以便节省功率，例如在较少数量的信道是可接受的情况下，也就是说，较少数量的信道仍然可以产生有用的显示图像。作为具体示例，多个发射和/或接收信道中的每一个可以例如由成像设备的控制电路动态控制，以降低功率，或者可以完全断电。另外，每个信道的其他特性也可配置以降低功耗。这种先进的控制允许成像设备在安全温度阈值内操作，并且可以在不牺牲所需的图像质量的情况下这样做。当使用电池为成像设备供电时，较低的功耗还可以延长电池寿命。
在实施例中，成像设备可以包括手持式外壳，其中容纳有换能器和相关电子电路，例如控制电路和可选的计算设备。成像设备还可以包含为电子电路供电的电池。如上所述，成像设备消耗的功率量可以增加成像设备的温度。为了确保成像设备的令人满意的使用和令人满意的成像设备性能，成像设备的外壳或主体的温度应当保持在阈值温度以下。根据一些实施例的成像设备可以被电子地配置为降低功率和温度，尽管与产生可比较的图像质量的现有成像设备相比获得了高质量图像。
因此，一些实施例涉及利用2D阵列中的pMUT元件或cMUT元件的高性能、低功率和低成本便携式成像设备。在一些实施例中，这样的换能器元件阵列耦合到成像设备的专用集成电路(ASIC)。
在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了具体细节以便提供对本公开的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在没有这些细节的情况下也可以实践本公开。此外，本领域技术人员将认识到，下面描述的本公开的示例可以以多种方式来实现，例如过程、控制电路的一个或多个处理器(处理电路)、计算设备、系统、设备或有形计算机可读介质上的方法一个或多个处理器(或处理电路)。
本领域技术人员应当认识到：(1)可以可选地执行某些制造操作；(2)操作可以不限于本文阐述的特定顺序；(3)某些操作可以以不同的顺序执行，包括同时执行。
图中所示的元件/组件是示例性实施例的说明并且旨在避免模糊本公开。本说明书中对“一个示例”、“优选示例”、“示例”、“多个示例”、“实施例”、“一些实施例”或“多个实施例”的提及表示结合示例所描述的特定特征、结构、特性或功能被包括在本公开的至少一个示例中并且可以在多于一个示例中。说明书中各个地方出现的短语“在一个示例中”、“在一示例中”、“在示例中”、“在一实施例中”、“在一些实施例中”或“在实施例中”不一定全部指代相同的一个或多个示例。术语“包括”、“包含”、“具有”和“含有”应理解为开放术语，并且以下的任何列表都是示例，并不意味着限制于所列出的项目。本文使用的任何标题仅用于组织目的，并不用于限制说明书或权利要求的范围。此外，在说明书中的各个地方使用某些术语是为了说明而不应被解释为限制。
现在转向附图，图1是具有控制器或控制电路106的成像设备100的框图，控制器或控制电路106控制选择性地可改变的信道(108、110)并且具有根据本文描述的原理在计算设备112上执行的成像计算。如上所述，成像设备100可用于生成人体或动物体的内部组织、骨骼、血流或器官的图像。因此，成像设备100可以将信号发射到身体中并接收来自被成像的身体部分的反射信号。这样的成像设备可以包括pMUT或cMUT，其可以被称为收发器或成像器，其可以基于光声或超声效应。成像设备100也可以用于对其他对象成像。例如，该成像设备可以用于医学成像；管道、扬声器和麦克风阵列中的流量测量；碎石术；用于治疗的局部组织加热；和高强度聚焦超声(HIFU)手术。
除了用于人类患者之外，成像设备100还可以用于获取动物的内部器官的图像。此外，除了对内部器官进行成像之外，成像设备100还可以用于如多普勒模式成像中那样确定动脉和静脉中的血流的方向和速度，并且还可以用于测量组织硬度。
成像设备100可用于执行不同类型的成像。例如，成像设备100可以用于执行一维成像(也称为A扫描)、二维成像(也称为B扫描)、三维成像(也称为C扫描)以及多普勒成像。成像设备100可以切换到不同的成像模式，包括但不限于线性模式和扇区模式(sectormode)，并且可以在程序控制下被电子地配置。
为了促进这样的成像，成像设备100包括一个或多个超声换能器102，每个换能器102包括超声换能器元件104的阵列。每个超声换能器元件104可以被实现为任何合适的换能器元件，例如pMUT或cMUT元件。换能器元件104操作以1)生成将穿过身体或其他质量体(mass)的超声压力波，以及2)接收离开要成像的身体或其他质量体内的对象的反射波(接收到的超声能量)。在一些示例中，成像设备100可以被配置为同时发射和接收超声波形或超声压力波(简称压力波)。例如，控制电路106可以被配置为控制某些换能器元件104向正在成像的目标对象发送压力波，同时其他换能器元件104接收从目标对象反射的压力波/超声能量，并且基于此响应于接收到的波/接收到的超声能量/接收到的能量产生电荷。
在一些示例中，每个换能器元件104可以被配置为以与中心频率相关联的特定频率和带宽以及可选地以附加的中心频率和带宽来发射或接收信号。这样的多频率换能器元件104可以被称为多模态元件104并且可以扩展成像设备100的带宽。换能器元件104可以能够以任何合适的中心频率(例如大约0.1至约100兆赫)发射或接收信号。换能器元件104可被配置为以处于约3.5至约5兆赫范围内的一个或多个中心频率发射或接收信号。
为了生成压力波，成像设备100可包括多个发射(Tx)信道108和多个接收(Rx)信道110。发射信道108可包括驱动换能器102的多个组件，即，换能器元件104的阵列，具有其响应的频率的电压脉冲。这使得超声波形从换能器元件104向要成像的对象发射。
根据一些实施例，超声波形可包括基本上同时从成像设备的一个或多个相应换能器元件发射的一个或多个超声压力波。
超声波形向要成像的对象传播，并且波形的一部分被反射回换能器102，换能器102通过压电效应将其转换成电能。接收信道110收集由此获得的电能，对其进行处理，并将其发送到例如计算设备112，计算设备112显影或生成可以显示的图像。
在一些示例中，虽然成像设备100中的发射信道108和接收信道110的数量可以保持不变，它们耦合到的换能器元件104的数量可以变化。在一个实施例中，发射信道和接收信道到换能器元件的耦合可以由控制电路106控制。在一些示例中，例如如图1所示，控制电路可以包括发射信道108和接收信道110。例如，换能器102的换能器元件104可以形成为具有N列和M行的二维空间阵列。在特定示例中，换能器元件104的二维阵列可以具有128列和32行。在该示例中，成像设备100可以具有多达128个发射信道108和多达128个接收信道110。在该示例中，每个发射信道108和接收信道110可以耦合到多个或单个换能器元件104。例如，根据成像模式(例如，多个换能器在同一空间方向发射超声波的线性模式，或者多个换能器在不同空间方向发射超声波的扇区模式)，每列换能器元件104可以耦合到单个发射信道108和单个接收信道(110)。在该示例中，发射信道108和接收信道110可以接收复合信号，该复合信号组合在相应列内的每个换能器元件104处接收到的信号。在另一示例中，即，在不同的成像模式期间，每个换能器元件104可以耦合到其专用发射信道108和其专用接收信道110。在一些实施例中，换能器元件104可以耦合到发射信道108和接收信道110两者。例如，换能器元件104可适于产生并发射超声脉冲，然后以将反射的超声能转换成电能的形式检测该脉冲的回波。
这些发射和接收信道(108、110)在操作期间消耗功率。在具有许多信道用于生成高质量图像的高端仪器中，功率可能会导致成像设备100中积聚过多的热量。过多的热量可能会让患者感到不舒服，并且在某些情况下对成像设备100被放置在其上用于成像的患者造成危险。这种过多的热量对于成像设备100的操作者来说也是个问题。此外，过多的热量可能损坏成像设备100的组件，导致成像设备100无效，或者甚至可能无法操作。因此，发射信道108和接收信道110可以选择性地适应(或选择性地调整)以1)降低功耗，2)防止过多的热量积聚，以及3)实时(即动态地)优化成像性能和功耗需求。
选择性地调整信道(108、110)可以包括以交错方式交替Tx空间传输(或点火)的模式、将信道(108、110)置于断电状态、或将它们置于较低功率状态。允许信道(108、110)的调节通过在成像设备100表现出阈值热量时有时关闭耗电(和发热)组件来防止过多的热量积聚。关于信道的选择性调整的更多细节将在下面进一步提供。
控制电路106可以被实现为被配置为执行本文描述的功能的任何一个或多个电路。例如，控制电路106可以被实现为或以其他方式包括专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统、处理器和存储器、电压源、电流源、一个或多个放大器、一个或多个数模转换器、一个或多个模数转换器等。
说明性计算设备112可以被实现为包括任何合适的计算设备，其包括任何合适的组件，例如处理器、存储器、通信电路、电池、显示器等。在一个实施例中，计算设备112可以与控制电路106、换能器102等集成到单个封装或单个芯片、或单个片上系统(SoC)中，例如如图1的实施例中所建议的。在其他实施例中，一些或所有计算设备可以处于与控制电路和换能器等分离的封装中，例如如下面将进一步详细描述的图2的实施例中所建议的。
每个换能器元件可以具有任何合适的形状，例如正方形、矩形、椭圆形或圆形。换能器元件可以布置成沿正交方向布置的二维阵列，例如如本文所述的N列和M行，或者可以布置成不对称(或交错)直线阵列。
换能器元件104可以具有相关联的发射信道的相关联的发射驱动器电路，以及相关联的接收信道的低噪声放大器。因此，发射信道可以包括发射驱动器，并且接收信道可以包括一个或多个低噪声放大器。例如，虽然未明确示出，但是发射信道和接收信道可以各自包括复用和地址控制电路，以使得特定换能器元件和换能器元件组能够被激活、去激活或置于低功率模式。应当理解，换能器可以布置成除了正交的行和列之外的图案，例如布置成圆形方式，或者布置成基于将从其生成的超声波形的范围的其他图案。
图2是根据实施例的包括具有选择性可配置特性的成像系统的成像环境的图。图2的成像系统可以包括成像设备202和计算系统222，计算系统222包括计算设备216和耦合到计算设备的显示器220，如下面将进一步详细描述的。
如图2所示，根据一个实施例，并且与图1的实施例不同，计算设备216可以与成像设备202在物理上分离。例如，与成像设备202的组件相比，计算设备216和显示设备220可以被布置在单独的设备内(在此上下文中，所示的计算系统222与成像设备202在物理上分离)。计算系统222可以包括移动设备，例如蜂窝电话或平板电脑，或者固定计算设备，其可以向用户显示图像。在另一示例中，例如如图1所示，显示设备、计算设备和相关联的显示器可以是成像设备202(未示出)的一部分。也就是说，成像设备100、计算设备216和显示设备220可以被布置在单个外壳内。
在一些实施例中，本文所指的“计算设备”可以被配置为生成信号以使得对象的图像显示在显示器上。在一些实施例中，信号的生成可以包括实施交错算法，如下面将进一步描述的。
如图所示，成像系统包括成像设备202，成像设备202被配置为在发射模式/过程中生成压力波210并经由发射信道(图1、108)向诸如心脏214的对象发射压力波210。内部器官或要成像的其他对象可以将压力波210的一部分反射向成像设备202，成像设备202可以经由换能器(诸如图1的换能器102)、接收信道(图1、110)、控制电路(图1、106)接收反射压力波。换能器可以在接收模式/过程中基于接收到的超声能量来生成电信号。发射模式或接收模式可适用于可被配置为发射或接收(但在不同时间)的成像设备的上下文中。然而，如先前所指出的，根据实施例的一些成像设备可以适于同时处于发射模式和接收模式两者。系统还包括计算设备216，计算设备216通过通信信道(例如所示的无线通信信道218)与成像设备100通信，但是实施例也在其范围内涵盖计算系统和成像设备之间的有线通信。成像设备100可将信号传送至计算设备216，计算设备216可具有一个或多个处理器来处理所接收的信号以完成对象的图像的形成。计算系统222的显示设备220然后可以使用来自计算设备的信号来显示对象的图像。
根据一些实施例的成像设备可以包括便携式设备和/或手持设备，其适于通过通信信道无线地(使用无线通信协议，例如IEEE 802.11或Wi-Fi协议、蓝牙协议(包括蓝牙低功耗)、毫米波通信协议或本领域技术人员已知的任何其他无线通信协议)传送信号或通过诸如电缆(诸如USB2、USB 3、USB 3.1以及USB-C)的有线连接或诸如微电子设备上与计算设备的互连传送信号。在系绳或有线连接的情况下，成像设备可以包括将在图3A的上下文中进一步详细描述的端口，用于接收要与计算设备通信的电缆的电缆连接。在无线连接的情况下，成像设备100可以包括无线收发器以与计算设备216通信。
应当理解，在各种实施例中，本公开的不同方面可以在不同的组件中执行。例如，在一个实施例中，成像设备可以包括电路(例如信道)以使得超声波形通过其换能器被发送和接收，而计算设备可以适于控制这样的电路以在成像设备的换能器元件处使用电压信号生成超声波形，并且进一步处理接收到的超声能量以从中导出对象的图像。在这样的实施例中，计算设备可以管理/控制成像设备的电力使用，可以如下文更详细讨论的使用帧构建对象的图像，可以选择和配置发射和接收信道等。
在另一实施例中，成像设备可以包括控制电路，以使用电压信号控制换能器元件处超声波形的生成，以便使得超声波形从换能器元件发送和接收，并且还可以从接收到的超声能量生成电信号以使用帧从其构建对象的图像，如下文更详细地讨论的。在这样的实施例中，成像设备的控制电路可以将构造的帧发送到计算设备，计算设备可以简单地将它们转发到显示器而不进行进一步处理。更一般地，应当理解，本文公开的任何合适的功能可以由一个或多个电路来执行，并且这些电路可以容纳在一个物理设备中，或者物理上彼此分开容纳，但是彼此通信地耦合。
图3A和图3B分别表示根据一些实施例的成像设备和成像设备的外壳内的内部组件的视图，如下面将进一步详细描述的。
如图3A中所见，成像设备300可包括手持式外壳331，其中容纳换能器302和相关联的电子器件。成像设备还可以包含电池338来为电子器件供电。成像设备消耗的功率量，无论是通过电池还是通过有线或无线连接，都会增加成像设备的温度。为了确保成像设备的令人满意的使用和成像设备性能，成像设备的主体的温度可能需要保持在阈值温度以下。本说明书的成像设备可以被电子地配置为降低功率和温度，尽管获取高质量图像会消耗大量功率、缩短电池寿命并且增加探头(或成像设备)中的温度。
因此，图3A示出了能够使用2D阵列中的pMUT进行2D和3D成像的高性能、低功率和低成本便携式成像设备的实施例，可选地构建在硅晶圆上。这种耦合到具有某些参数的电子配置的专用集成电路(ASIC)106的阵列能够以比先前可能的成本低的成本实现更高质量的图像处理。此外，通过控制某些参数，例如所使用的信道的数量，可以改变功耗并且可以改变温度。
根据一些实施例的成像设备300被配置为允许系统实时可配置性和适应性，以主动控制成像设备中的功耗和温度。这是通过以下方式最小化成像设备内的功率耗散来实现的：1)改变信道的数量和/或2)主动控制这些信道中的功率耗散，使得成像设备内的温度不超过规范限制。
现在更详细地讨论图3A，图3A是根据一些实施例的具有选择性可调整特征的成像设备300的示意图。仅作为示例，成像设备300可以类似于图1的成像设备100或者图2的成像设备202。如上所述，成像设备可以包括超声医疗探头。图3A描绘了成像设备300的换能器302。如上所述，换能器302可以包括适于发射和接收压力波(图2、210)的换能器元件(图1、104)的阵列。在一些示例中，成像设备300可以包括涂层322，涂层322充当换能器302与人体或压力波(图2、210)传输通过的其他质量体或组织之间的阻抗匹配界面。在一些情况下，当被设计成具有与期望的焦距一致的曲率时，涂层322可以用作透镜。
成像设备300可以以任何合适的形状因数来实现。在一些实施例中，成像设备300的包括换能器302的部分可以从成像设备100的其余部分向外延伸。成像设备300可以体现为任何合适的超声医学探头，例如凸阵探头、微型凸阵探头、线阵探头、阴道内探头、直肠内探头、手术探头、术中探头等。
在一些实施例中，用户可以在与涂层322直接接触之前将凝胶施加在活体的皮肤上，使得可以改善涂层322与人体之间的界面处的阻抗匹配。阻抗匹配减少了界面处压力波(图2、210)的损耗以及界面处朝向成像设备300传播的反射波的损耗。
在一些示例中，涂层322可以是平坦层以最大化声信号从换能器102到身体的传输，反之亦然。涂层322的厚度可以是将在换能器102处生成的压力波(图2、210)的四分之一波长。
成像设备300还包括控制电路106，例如一个或多个处理器，可选地采用专用集成电路(ASIC芯片或ASIC)的形式，用于控制换能器102。控制电路106可以耦合到换能器102，例如通过凸块。如上所述，发射信道108和接收信道110可以选择性地改变或调整，这意味着在给定时间活动的发射信道108和接收信道110的数量可以改变，使得作为结果，发射信道108和接收信道110的功耗特性可以被控制。例如，情况可能是选择性改变的信道是断电或设置为较低功率状态的接收信道(图1、110)。接收信道(图1、110)包括用于接收反射压力波(图2、210)并调节信号(放大、组合、处理等)的各种组件。这些组件消耗功率，并因此通过关闭接收信道(图1、110)或将其设置为较低功率模式，这些组件消耗更少的功率，从而减少其产生的热量。
在另一示例中，发射信道(图1、108)可以被断电或设置为较低功率状态。具体就发射信道(图1、108)而言，发射信道(图1、108)通过预定值(例如，在pMUT换能器元件的一个实施例中，为15伏(V))的电压脉冲来驱动元件(图1、104)。在一些示例中，将发射信道(图1、108)置于较低功率状态可以意味着减小电压脉冲的幅度，例如在pMUT换能器元件的一个实施例中减小至5V。
在一些示例中，改变信道的基础可以是操作模式。例如，成像设备可以在低功率模式下操作，该低功率模式降低功耗，同时仍保持高图像分辨率。图像的分辨率可以指图像的特定帧的扫描线的数量，或者可以指每秒生成的帧的数量。因此，生成更高分辨率的图像可能需要使用更多信道。例如，高分辨率图像可能需要全部128个接收信道(图1、110)和全部128个发射信道(图1、108)。然而，可以通过仅激活接收信道(图1、110)和发射信道(图1、108)的子集(例如，各64个)来生成较低分辨率的图像。在一些示例中，低功率模式可以指其中成像设备的用户正在搜索要成像的特定对象的模式，并且高功率模式可以指其中对象已经被用户找到并且并且需要对象的高分辨率图像的模式。在此示例中，多个信道(图1，108、110)在低分辨率部分期间被断电或设置为低功率状态。
返回到图3A，成像设备还可以包括用于控制成像设备100的组件的一个或多个处理器326。除了控制电路106之外，一个或多个处理器326还可以被配置为执行以下项中的至少一者：控制换能器元件的激活、基于从换能器元件反射的超声波形处理电信号或生成信号以引起由计算设备(例如图1的计算设备112或图2的计算设备216)的一个或多个处理器成像的对象的图像的恢复。一个或多个处理器326还可适于执行与成像设备相关联的其他处理功能。一个或多个处理器326可以被实现为任何类型的处理器326。例如，一个或多个处理器326可以被实现为单核或多核处理器、单插槽或多插槽处理器、数字信号处理器、图形处理器、神经网络计算引擎、图像处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)或其他处理器或处理/控制电路。成像设备100还可以包括用于处理/调节信号的电路328，诸如模拟前端(AFE)，以及用于吸收由换能器102生成并朝电路328传播的波的吸声层330。也就是说，换能器102可以安装在衬底上并且可以附接至吸声层330。该层吸收沿相反方向(即，沿远离涂层322的方向，在朝端口334方向)发射的任何超声波信号，否则可能会被反射并干扰图像质量。虽然图3A描绘了吸声层330，但是在其他组件阻止超声在相反方向上的材料传输的情况下可以省略该组件。模拟前端328可以被实现为被配置为与控制电路106和成像设备的其他组件(如处理器326)接口连接的任何一个或多个电路。例如，模拟前端328可以包括例如一个或多个多个数模转换器、一个或多个模数转换器、一个或多个放大器等。
成像设备可包括通信单元332，用于通过例如端口334或无线收发器与外部设备(例如计算设备(图2、216))传送包括控制信号的数据。成像设备100可以包括用于存储数据的存储器336。存储器336可以被实现为能够执行本文描述的功能的任何类型的易失性或非易失性存储器或数据存储装置。在操作中，存储器336可以存储在成像设备100的操作期间使用的各种数据和软件，例如操作系统、应用、程序、库和驱动器。
在一些示例中，成像设备100可以包括用于向成像设备100的组件提供电力的电池338。当成像设备100包括电池338时，信道的可选择改变可以具有特别相关的影响。例如，由于接收信道(图1、110)和发射信道(图1、108)包括消耗功率的组件，电池会随着时间的推移而耗尽。在一些示例中，这些组件的功率消耗可能相当大，使得电池338将在短时间内耗尽。当获取消耗大量功率的高质量图像时，这一点尤其重要。电池338还可以包括电池充电电路，其可以是无线或有线充电电路(未示出)。成像设备可以包括指示所消耗的电池电量的计量器，并且用于配置成像设备以优化功率管理以提高电池寿命。另外或替代地，在一些实施例中，成像设备可以由外部电源供电，例如通过将成像设备插入壁装电源插座。
现在参照图3B，示出了图3A的成像设备300的外壳内的内部组件360的更详细的视图，除去涂层322。在图3B所示的示例中，前部360可以包括透镜366，其下方是微机电(MEM)换能器302，如图所示，微机电(MEM)换能器302耦合至ASIC 106。ASIC又耦合到印刷电路板(PCB)，印刷电路板可包括成像设备的一些或全部电子组件，例如图3A的电池338、存储器336、通信电路332和处理器326，以及AFE 328和端口334。包括透镜366、换能器302、ASIC106和PCB 360的组件可以放置在一系列层上，包括一个或多个粘合层362、吸收器330和反射器，例如钨反射器。
应当理解，在一些实施例中，如图3A和图3B所示的成像设备的各种组件可以从成像设备中省略，或者可以被包括在与成像设备分离的其他组件中。例如，在一个实施例中，一个或多个处理器326可包括控制电路106中的一些或全部。另外或替代地，一些或所有组件可集成到片上系统中或形成片上系统(SoC)或多芯片封装的一部分。
图4是根据本文描述的原理的示例的换能器102阵列的侧视图。如上所述，成像设备(图1、100)可以包括换能器102-1、102-2、102-3的阵列，每个换能器具有它们自己的换能器元件(图1、104)的阵列。在一些示例中，换能器102可以是弯曲的(例如如图3B中所建议的)以便提供要成像的对象(图2、214)的更宽的角度。
图5描绘了单个换能器102的俯视图。如图5中所描绘的，换能器102可以包括收发器衬底540和布置在其上的一个或多个换能器元件104。与使用块状换能器元件的传统系统不同，换能器元件104可以形成在晶圆上，并且晶圆可以被切割以形成多个换能器102。该过程可以降低制造成本，因为换能器102可以大批量且以低成本制造。
在一些示例中，晶圆的直径范围可以在8～12英寸之间，并且许多换能器元件104阵列可以在其上批量制造。此外，在一些示例中，用于控制换能器元件104的控制电路(图1、106)可以被形成为使得每个换能器元件104连接到匹配的集成电路，例如紧密邻近(优选在25pm至100pm之内)的接收信道(图1、110)和发射信道(图1、108)。例如，换能器102可以具有1024个换能器元件104并且被连接到匹配控制电路(图1、106)，该匹配控制电路具有用于1024个换能器元件104的适当数量的发射和接收电路。
换能器元件104可以具有任何合适的形状，例如正方形、矩形、椭圆形或圆形。如图5所示，在一些示例中，换能器元件104可以布置成沿正交方向布置的二维阵列。也就是说，换能器元件104阵列可以是具有N列542和M行544的MxN阵列。
为了创建线元件，N个换能器元件104的列542可以并联电连接。然后，该线元件可以提供与通过比每个换能器元件104长几乎N倍的连续换能器元件所实现的超声波信号类似的超声波信号的发射和接收。该线元件可以可互换地称为列或线或线元件。图5中用附图标记542示出了压电元件列的示例。在此示例中换能器元件104被布置在列542中并且具有关联的发射驱动器电路(发射信道的一部分)和低噪声放大器(其是接收信道电路的一部分)。
尽管未明确示出，但是发射和接收电路可以包括复用和地址控制电路以使得能够使用特定元件和元件组。应当理解，换能器102可以布置成其他形状，例如圆形或其他形状。在一些示例中，每个换能器元件104可以彼此中心间隔250pm。
在本说明书的换能器102中，有利的是使用多个相同的换能器元件104来设计线元件，其中每个元件可以具有其特征中心频率。当多个换能器元件104连接在一起时，复合结构(即，线元件)可以充当具有由所有元件像素的中心频率组成的中心频率的一个线元件。在现代半导体工艺中，这些中心频率彼此匹配得很好，并且与线元件的中心频率的偏差非常小，与使用仅一个中心频率的线相比，也可以混合中心频率略有不同的几个像素来创建宽带宽线。
在一些示例中，换能器102可以包括一个或多个温度传感器546-1、546-2、546-3、546-4以测量换能器102的温度。虽然图5描绘了设置在特定位置处的温度传感器546，温度传感器546可以设置在换能器102上的其他位置处，并且附加传感器可以设置在成像设备(图1、100)上的其他位置处。
根据一个实施例，温度传感器546可以触发信道的选择性调整(图1，108、110)。也就是说，如上所述，手持式便携成像设备(图1、100)内的温度可以升高到预定温度以上。因此，温度传感器546可以检测换能器102表面处的设备的温度，换能器102表面是接触患者的表面，如果温度传感器546检测到大于阈值量(例如用户设定的温度或由监管机构设置的阈值)的温度，则控制器(图3、324)可以传递信号以关闭所有或一些发射信道(图1、108)和/或接收信道(图1、110)或将所有或一些发射信道(图1、108)和/或接收信道(图1、110)设置为低功率状态。将温度传感器546放置在换能器102上是有利的，因为其靠近接触患者的表面并且因此提供与用户可能注意到或受过热影响的界面处的温度有关的数据。
图5还描绘了换能器元件104的端子。即，每个换能器元件104可以具有两个端子。第一端子可以是由阵列中的所有换能器元件104共享的公共端子。第二端子可以将换能器元件104连接到发射信道(图1、108)和接收信道(图1、110)。该第二端子可以是针对每个换能器元件104被驱动和感测的端子，如对于第一列中的那些换能器元件104象征性地示出的。为了简单起见，仅针对第一列中的那些换能器元件104指示第二端子。然而，具有相关联的发射信道108和接收信道110的类似端子填充阵列中的其他换能器元件104。使用控制信号的控制电路(图1、106)可以通过打开相应的发射信道(图1、108)和接收信道(图1、110)并关闭其他列542中的信道(图1，108、110)来选择换能器元件104的列542。以类似的方式，还可以关闭特定行或者甚至单独的换能器元件104。
图6是根据本文描述的原理的示例的成像设备100和帧648的扫描线650的等距视图。帧648指的是器官或其他要成像的对象的单个静止图像。帧648可以对应于穿过对象的横截面的图像。帧648由单独的扫描线650组成。也就是说，帧648可以被视为图像，并且扫描线是该图像的单独的层或切片。取决于分辨率，特定帧648可以包括不同数量的扫描线650，范围从少于一百到数百。
为了形成帧648，换能器102使用波束形成电路可以将不同换能器元件(图1、104)(例如，特定列中的那些(图5、542))的压力波聚焦到特定焦点。由这些换能器元件(图1、104)收集的反射信号被接收、延迟、加权并求和以形成扫描线650。然后可以基于波束形成技术来改变感兴趣的焦点，并且该过程重复直到生成由例如100-200条扫描线650组成的整个帧648。
图7示出了根据本文描述的原理的示例的扫描线850的形成。具体地，图7是沿着图6的线A-A截取的一个换能器102的截面图。具体地，图7描绘了构成换能器102的换能器元件104。在图7中，为了简单起见，换能器102的仅一个换能器元件104用附图标记来指示。此外，注意，图7中描绘的换能器元件104可以表示列(图5，542)的顶部换能器元件104，而其他换能器元件104延伸到页面中。图7还描绘了可以在控制电路(图1、106或图3、106)中找到的用于形成扫描线的电路。还要注意，为了简单起见，图7仅描绘了七个换能器元件104和七个相应的列(图5、542)。然而，如上所述，换能器102可以包括任意数量的换能器元件104，例如128列(图5、542)，其中每列(图5、542)具有布置在其中的32个换能器元件104。
为了形成扫描线650，从多个换能器元件104、例如从列(图5、542)中的每个换能器元件104接收反射的超声波形752。这些波形752被转换成电信号。在一些示例中，来自列(图5、542)中的换能器元件104的电信号可以被组合成复合信号754，复合信号754被传递到控制电路106的。由于每个复合信号754归因于不同的传输长度而在不同的时间被接收，因此控制电路106延迟每个复合信号754，使得它们同相。然后控制电路106组合调整后的信号以形成扫描线650。
如上所述，图像的帧(图6、648)由许多扫描线650形成，通常为128条或更多扫描线。这些扫描线650覆盖要成像的区域。将扫描线650收集并组合成帧(图6、648)的时间定义了要成像的对象的视频质量(以帧速率而言)。例如，假设扫描心脏的示例，并且假设心脏位于换能器102表面下方20cm，假设声音在组织中以1540m/s传播，则超声波形需要大约130微秒(μs)才能传播到心脏。然后信号从心脏反射并且又花费大约130微秒到达换能器102，总传输时间大约为260微秒。使用N个接收信道(图1、110)，例如128个信道，通过从驱动128列(图5、544)换能器元件(图1、104)的发射信道(图1、110)发射并从所有128列(图5、544)接收并处理信号来形成一条扫描线650，如图7所示。假设每帧(图6、648)128条扫描线650，则最大帧速率为大约30fps。
在一些示例中，30fps可能就足够了，例如对于肝脏和肾脏。然而，为了对诸如心脏之类的运动器官进行成像，可能需要更高的帧速率。因此，成像设备(图1、100)可以实现并行波束形成，其中可以同时形成多条扫描线650。由于可以一次形成多条扫描线650，因此可以增加有效帧速率。例如，如果可以同时形成四个扫描线650，则有效帧速率可以达到120fps。并行波束形成可以在成像设备(图1、100)的FPGA(图3、326)处执行。
在一些示例中，接收和/或发射信道(图1，108、110)的选择性断电可以通过并行波束形成操作来实现。例如，使用并行波束形成可以实现120fps的帧速率。然而，如果30fps足够好，则可以将接收信道(图1、110)启用1/4的时间，从而将功耗降低4倍或略小于4倍，同时考虑到以下要求：不适合完全关闭，但可以置于实质上较低的功率状态。例如，在同时采集一组4条扫描线后，可以将接收信道(图1、110)关闭一段时间，然后再次打开以同时采集另外4条扫描线。
这种技术可以将功耗降低到例如比起始功耗值低约3.3倍。换言之，执行并行波束形成的成像设备(图1、100)中的接收信道(图1、110)的选择性断电使接收信道(图1、110)断电部分时间，使得维持整体帧速率。这样的操作不会影响图像质量，因为成像伪影可以通过不耗电并且甚至可以在不位于探头中的显示处理器中执行的操作来数字校正。
下面进一步提供用于图像的这种数字校正的算法的一些实施例。来自扫描线650形式的成像设备(图1、100)的数据可以以任何方式传输到计算设备(图2、216)单元，例如无线地、使用有线连接，如通过USB或其他接口。这种图像处理可以在成像设备(图1、100)外部进行，其中对温升的限制较少。缩放量取决于发射和接收的并行波束的数量。例如，当使用两个并行波束时缩放比例可以更小，或者当使用8个并行波束时缩放比例可以更大。
图8描绘了根据本文描述的原理的示例的接收信道110。接收信道110耦合到换能器元件(图1、104)以接收反射的压力波(图2、210)。图8还描绘了换能器元件(图1、104)和发射信道(图1、110)之间的连接。在一个示例中，发射信道(图1、108)在接收操作期间在接收到的压力和发射的脉冲相遇的节点处趋于高阻抗。具体地，反射的压力波在换能器元件104中被转换成电荷，并且该电荷被低噪声放大器(LNA)(856)转换成电压。LNA(856)是电荷放大器，其中电荷被转换为输出电压。在一些示例中，LNA(856)具有可编程增益，其中增益可以实时改变。
LNA(856)将换能器中的电荷转换为电压输出，并且还放大接收到的回波信号。在接收操作模式中，开关(发射/接收开关)将LNA(856)连接到换能器元件104。
然后，该LNA(856)的输出连接到其他组件以调节信号。例如，可编程增益放大器(PGA)(858)调节电压的幅度并提供一种根据时间改变增益的方式，并且可以被称为时间增益放大器(TGA)。随着信号传播深入组织，信号会衰减。
相应地，使用较大的增益来补偿，该较大的增益由TGA实现。带通滤波器860用于滤除噪声和带外信号。模数转换器(ADC)862将模拟信号数字化，以将信号转换到数字域，使得可以数字方式进行进一步的处理。来自ADC 862的数据然后在解调单元864处被数字处理并且被传递到FPGA 326以生成如图7中所描绘的扫描线(图6、650)。在一些实现方式中，可以在其他地方(例如在FPGA中)实现解调单元864。解调单元将载波信号频移到具有两个正交分量(I和Q)的基带，在一些示例中为了进一步数字处理，模数转换器(ADC)862可以实现逐次逼近寄存器(SAP)架构以减少ADC 862的延迟。也就是说，当ADC 862重复地关闭和开启时，它需要具有很少甚至没有延迟，以便不延迟开启之后的信号处理。
如所描述的，接收信道110的组件可以被关闭，或者被设置为较低功率模式以节省功率。也就是说，LNA 856、PGA 8058、ADC 862和其他数字处理组件中消耗了大量的功率，在一个示例中，成像设备(图1、100)包括128个接收信道110。使用所有128个接收信道110产生大量扫描线(图6、650)的功率消耗会导致大量的功耗。
作为一个具体示例，假设LNA 856消耗1mW，ADC 862消耗40mW，并且解调、I/Q转换消耗另外10mW。在该示例中，不计算数字处理所消耗的功率，每个接收信道110消耗60mW。结合用于使用低功率FPGA 326形成扫描线(图6、650)的数字处理，对于128个信道110的实现，FPGA 326中的功耗约为12W，其中约9W用于计算事项并且其余用于I/O中的开销和静态损耗。因此，对于128个接收信道110，在此示例中消耗的功率将接近20W。在手持式成像设备(图1、100)中支持这样的功率水平在技术上是不切实际的。10W以下的功率数字是比较合理的功率水平。因此，例如通过将接收信道110的数量减少一半导致消耗的功率相应减半。功耗的降低不仅可以提高电池寿命，还会影响成像设备(图1、100)的温度。注意，虽然图8描绘了接收信道110中的特定组件，但是接收信道110可以包括可以类似地置于低功率或断电状态的其他组件。
除了改变信道数量之外，还可以配置其他参数来大幅降低功率，例如大部分时间通过使用并行波束形成来提高帧速率然后关闭电路达与目标帧速率一致的时间来将所有信道关闭(或降低功率)。
现在参考图9A，根据一个实施例，提供了多个换能器元件104a、104b、104c、104d、104e和104f的示意图，以及它们与如上所述的发射信道108或接收信道110的连接。发射信道108和接收信道110可以被选择性地激活，以激活相应的换能器元件以用于发射或接收超声波形，并且它们还可以包括比要点火的换能器元件的数量更少数量的发射信道和/或接收信道，因此发射和接收信道在图9A中以虚线示出。当发射信道和/或接收信道的数量小于要点火的换能器元件的数量时，发射信道和/或接收信道的相关信道内的控制电路和/或有源组件可以使信道以选择性方式(我们在此可将其称为功能耦合)寻址预期换能器元件之一。因此，根据一些实施例，成像设备的控制电路可以基于换能器元件的预期选择性点火模式而引起任何发射器信道和/或接收器信道与所选择的换能器元件的耦合。因此，图9A中的信道108和110的描绘不应被解释为限于每个换能器元件具有专用发射信道、多个物理上邻近的接收信道的情况，而是可以被解释为涵盖以下情况，其中一个或多个发射信道可用于选择性地寻址和驱动给定的换能器元件，并且多个接收信道可用于选择性地寻址给定的换能器元件以处理基于反射的超声能量从其生成的电信号。
仍然参考图9A，对于处于第一功率(例如，全功率)的帧，换能器元件104a-104f可以在时域中以逐一模式被激活(即，它们可以由电压脉冲通过与其耦合的发射信道来驱动以使得从其发射超声波形)，以便使每个换能器元件104在与其连接的发射信道108的驱动下进行发射，并接收超声能量的反射回波，其将在换能器处转换为电压，并通过一个或多个接收信道110(例如集群)进一步处理(在所示实施例2-6中，取决于哪些接收信道被激活以基于来自相应最近激活的换能器元件的传输来捕获反射的超声能量)。然后可以驱动下一个换能器元件104以相同的方式发送和接收，并且其后如上所述相应地激活对应的发射信道108和接收信道110。
根据一些实施例，可以控制发射信道以不同模式驱动换能器元件，例如线性模式或扇区模式，如下面将解释的。
根据一个实施例，在线性模式中，图9A的换能器元件的顺序点火可以涉及顺序点火，其中每个连续换能器元件的点火模式在与由最近点火的换能器元件发射的超声波形的方向基本相同的方向上生成超声波形。
根据另一实施例，在扇区模式中，图9A的换能器元件的顺序点火可以涉及顺序点火，其中每个连续换能器元件的点火模式可以在可以与由最近点火的换能器元件发射的超声波形的方向不同的方向上生成超声波形。
每个换能器元件的点火可以对帧的扫描线做出贡献。这里使用的帧是指被成像的对象的单个静止图像。帧可以对应于穿过对象的截面图，并且可以由单独的扫描线组成。也就是说，帧可以被视为图像，并且扫描线是该图像的单个切片。根据图像的分辨率，特定帧可以包括不同数量的扫描线，范围例如从少于一百到数百。
为了形成帧，换能器使用波束形成电路可以将不同换能器元件(例如特定列中的那些换能器元件)的压力波聚焦到对象的特定焦点。由这些换能器元件收集的反射超声能量可以由给定接收信道(Rx扫描线)接收、延迟、加权并求和以形成扫描线。然后，基于波束形成技术改变感兴趣的焦点，并且重复该过程直到生成由例如100-200条扫描线组成的整个帧。
参考图9B和图9C，在一些实施例中，可以通过以交错方式交替Tx点火的空间图案(在时域中交替奇数和偶数编号的Tx点火)来生成帧，从而实现减少的功耗和热量产生。
通过降低功耗，或者在一些情况下完全断电不同信道，可以延长电池338的寿命，这增强了成像设备的易用性并降低了过热的风险。
在图9B和图9C所示的示例性配置中，示出了“(4,2)”配置中的交错扫描，其中每个Tx信道有4条接收(Rx)扫描线(对应于每个Tx扫描线4个接收信道)，其间有2条缺失的Rx扫描线。在本公开中，“缺失的扫描线”的意思是由于对应的信道断电/不活动而缺失的扫描线。在图9B和图9C中，对应于断电信道的缺失扫描线被示为有阴影，而有效扫描线没有阴影。对于本领域技术人员应当显而易见的是，其他交错扫描配置也是可能的，并且在本公开的范围内，例如每条Tx线使用1-10条Rx扫描线，其间有1-20条缺失的Rx扫描线。
如图10所示，交错(在换能器元件的点火期间不为所有可用的Rx信道供电，从而导致扫描线缺失)减少了Rx扫描线的数量，这在针对缺失的数据在每帧内使用基本插值来填充的情况下会降低图像质量，产生在采集的超声视频期间移动的图像伪影。当作为视频被观看时，帧内插值图像中的伪像看起来是令人无法接受的分散注意力的移动图案。
如图11所示，在一个实施例中，可以应用根据实施例的重建算法，使得从交错数据获得的图像质量与从非交错数据获得的图像质量相当。
在示例性实施例中，每帧中Tx点火的数量减少50％，对应于与视频记录和显示中历史上使用的交错方案类似但不同的扫描过程。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，大于或小于50％的减少也是可能的并且可以在本公开的范围内。
在传统的视频交错中，图像使用交替帧来表示，每个帧仅包含奇数或偶数编号的水平光栅扫描线。因此，在任何给定的图像帧中，每对显示的扫描线之间恰好存在一条缺失的扫描线。
相反，超声探头(例如如上所述的成像设备)可以测量每次Tx点火的多条接收(Rx)扫描线。因此，在多条采集的扫描线之间可能存在多条缺失的扫描线。此外，来自一个图像帧的一些扫描线可能与下一帧中的一些扫描线重合，而传统的视频交错通常没有重叠的扫描线。此外，扫描线不需要像传统视频交错那样均匀间隔。
图9B和图9C示出了示例交错扫描配置。在图9B中，奇数帧包括由每个奇数发射信道108进行的Tx点火，其中针对每次Tx点火获取一组四条Rx扫描线901并且其间具有一组两条缺失的Rx扫描线902。作为Tx点火的结果，成像设备可以生成部分帧，例如下面关于图12讨论的奇数部分帧1202。在图9C中，偶数帧包括由每个偶数发射信道108进行的Tx点火，其中针对每次Tx点火获取一组四条Rx扫描线903并且其间具有一组两条缺失的Rx扫描线904。作为均匀Tx点火的结果，成像设备可以生成部分帧，诸如下面关于图12讨论的偶数部分帧1205。注意，在该特定配置中，在基数帧和偶数帧中都测量一组四条Rx扫描线901中的最外面的Rx扫描线，而仅在交替帧中测量最里面的Rx扫描线。(S,M)扫描配置被定义为这样的配置，其中每次Tx点火都会产生一组S条扫描线{r1,r2,…,rS}，每组之间具有M条缺失的扫描线。因此，图9A和图9B所示的示例被表示为(4,2)配置。
应当理解，在一些实施例中，成像设备可以以不同的方式执行交错扫描。例如，成像设备可以通过激活除了奇数发射信道108集合或偶数发射信道110集合之外的发射信道108的子集来生成部分帧。例如，成像设备可以激活每第三个发射信道108，可以激活每三个发射信道108中的两个，可以以某种其他循环模式激活发射信道108，或者可以随机或伪随机地激活发射信道108。在通过激活一些发射信道108来生成每个部分帧之后，成像设备可以通过将部分帧与一个或多个先前的全帧或部分帧组合来重建全帧，如下文更详细讨论的。
一旦获取了交错扫描图像帧，计算设备216就使用重建算法来处理这些交错扫描帧(“降低功率帧”)以产生具有与通过在每一帧(“全功率帧”)中使用所有Tx点火获得的图像质量尽可能接近的图像质量的新图像帧(“重建帧”)的集合。
本说明书中将以(4,2)示例中Tx功耗降低50％为例来描述重建算法；然而，通过选择除(4,2)之外的配置以及通过改变诸如Tx点火总数之类的参数，大于或小于50％的减少也是可能的，这对本领域技术人员来说是显而易见的。
尽管大部分在pMUT和cMUT的上下文中描述了上面的点火序列和下面要描述的算法，但是实施例在其范围内包括在块状PZT(即“传统”)超声探头中实现相同的点火序列、接收信道激活序列和下面要描述的算法。实施例在其范围内进一步包括在任何相控阵应用中使用点火序列、接收信道激活序列和下面的算法，包括在任何相控电力传输、定向扬声器、雷达等中用于距离测量的这类应用(例如，用于汽车的距离传感器)。
算法的描述
以下描述从重建算法的简化解释开始，然后进行越来越详细的描述。本节中描述的重建算法是专门为线性模式成像而设计的，但也可以适用于扇区模式成像、多普勒流成像和其他模式的超声成像，这对本领域技术人员来说是显而易见的。
算法的高级概念概述
图12示出了在本公开的一个实施例中实现的重建算法的高级框图。令n为枚举为用户显示的帧的索引(n＝0,1,2等等)。在整个不定持续时间的成像会话中，重建算法包括重复应用图12中所示的一系列操作，其中图像帧n-1(“输入帧”)1201与降低功率部分帧n1202结合使用以基于重建算法1203产生重建帧n 1204，然后重建帧n和降低功率部分帧n+11205用于使用重建算法1203获得重建帧n+1 1206。在图12中，为了说明的目的，降低功率部分帧n和n+1(分别为1202和1205)分别被描述为奇数帧和偶数帧。然而，降低功率帧n和n+1可以替代地分别被定义为偶数帧和奇数帧。当n＝0(在成像开始时)时，在说明性实施例中，输入帧是全功率帧，或者替代地是通过仅使用降低功率帧内的信息进行插值从降低功率帧产生的图像。此后，图12中的输入帧是重建帧，其是该算法的先前迭代的输出。因此，该算法本质上是递归的，如图13所示。
如图13所示，在算法初始化后的每一次迭代中(即，在n大于或等于1时的每一次迭代中)，都使用降低功率部分帧1301来更新重建帧1302，重建帧1302与下一个降低功率部分帧1301一起反馈到重建算法1303中以再次更新重建帧1302等等。该递归过程在成像会话的持续时间期间实时发生。
图14提供了额外的细节，描绘了重建算法的内部架构。如图14所示，重建算法1400本身被描绘为框图，示出了如何使用新的奇数降低功率部分帧1401来更新先前的重建帧。在后续迭代中，使用偶数降低功率帧以相同的方式再次更新重建帧，依此类推。
如图14进一步所示，重建算法1400可以在概念上被理解为由以下主要部分组成：
1.帧内插值。帧内插值1402(例如，使用三次样条)被应用于降低功率部分帧1401(n在该示例中为奇数帧)以填充其缺失的扫描线并产生完整的图像帧1403。
2.运动补偿。通过局部自适应块匹配的运动补偿或运动估计1404用于估计“帧内插值”的结果1403与先前重建帧n-1 1405之间的局部运动。由此获得的运动矢量被用来计算偶数帧的运动补偿估计(重建偶数部分帧1406)，其将在偶数Tx点火被打开的情况下获得。
3.合并。如下在操作1407处将帧内插值帧1403和重建偶数部分帧1406合并。使用重建偶数帧中的相应扫描线来填充奇数帧中缺失的扫描线。对于同时存在于奇数帧和重建偶数帧中的那些扫描线(由于Rx扫描线重叠，例如在(4,2)配置中)，通过对两个值进行平均来获得结果。在1407处的合并操作之后，结果是下一重建帧1408的“仅空间估计”1408。
4.混合。先前重建帧n-1 1405与当前帧1408的仅空间估计的阿尔法混合(线性组合)1409提供时间平滑以获得重建帧n 1410。该步骤促进连续图像帧之间的时间一致性以减少不良的时间伪像(例如闪烁)的可能性。其他合适的时间平滑方法可以替代阿尔法混合。
算法的详细描述
符号和术语
令f[n]表示超声图像序列的重建帧n(当前帧)。这是将要显示或存储的图像帧。一般来说，f[n]是对由算法重建的全功率帧的估计；然而，可以使用实际的全功率帧来初始化递归。
令h[n]表示第n(当前)获取的降低功率图像帧(偶数或奇数)。
令fintra[n]表示从降低功率帧获得的帧内插值帧。
参考图14，令集合R＝{r1,r2,…,rS}表示降低功率帧中缺失的S条Rx扫描线组中的任何一组，其中rS表示这些扫描线之一。
在一些扫描配置中，例如图9B和图9C中所示的(4,2)配置，一些Rx扫描线在每帧中重复，而另一些则不重复。令表示重复扫描线的子集，令/>为缺失扫描线的集合，其是/>的补集。
图15示出了在降低功率帧内的区域的上下文中定义块和宏块的示例图。宏块用于局部块匹配以实现运动补偿帧间预测。重建算法基于称为“块”和“宏块”的图像区域。“块”b(1502)是S×Hb图像阵列，其中S(1506)是每次Tx点火的Rx扫描线的数量，并且Hb(1508)是重建算法的可变参数。宏块mb(1504)是通过在水平方向上用P1像素(1510)且在垂直方向上(或线性地)用P2像素(1512)在任一侧填充块而获得的(S+2P1)×(Hb+2P2)图像阵列，如图15所示。尺寸Hb(1508)、P1(1510)和P2(1512)是本公开的一个实施例中的重建算法的可变参数。出于本公开的目的，宏块所包含的块将被称为该宏块的“核心”。请注意，此处定义的宏块不应与MPEG视频压缩中使用的宏块相混淆。
通用块匹配方法的回顾
块匹配的已建立方法的定制版本是估计帧与帧之间的图像运动的基础。这里回顾块匹配的一般概念以为本公开的特定算法组件的讨论提供背景。
块匹配通常用于估计视频的两个图像帧之间的帧到帧运动。在全局块匹配中，搜索策略用于确定两个帧之间的偏移，该偏移产生两个帧之间的最佳匹配，从而定义表示从一帧到另一帧发生的整体运动的单个运动矢量。在局部块匹配中，比较图像的子区域以确定图像内各个点处的局部帧间运动。从数学上讲，任意两个图像或图像子区域g1(x)和g2(x)之间的估计运动矢量v*是以下优化问题的解：
其中x表示像素坐标或图像子区域，W是在其中搜索针对v的解的空间窗口，B表示块内像素的索引集[定义：“像素的索引集”]并且p是误差范数，其通常取为1或2(线性模式和扇区模式的优选实施例均使用p＝1)。在块匹配中，图像或图像子区域g1(x)和g2(x)通常称为块；然而，该术语不应与之前在图15的上下文中给出的“块”的定义相混淆。
当进行全局块匹配时，g1(x)和g2(x)是整个图像，而在下面描述的局部自适应块匹配操作中，宏块代替g1(x)和g2(x)。
重建算法中的操作(线性模式成像的优选实施例)
1.获取降低功率图像帧h[n]。
2.通过三次样条使用帧内插值来从h[n]计算完整的图像帧fintra[n]。
3.使用仅水平搜索执行fintra[n]与先前帧f[n-1]的全局块匹配，即整个图像帧fintra[n]作为等式(1)中的g2(x)。
4.如果全局块匹配误差(等式(1)中的求和)超过阈值Tf，则将f[n]的估计fs[n]设置为帧内插值fintra[n]并跳过下面的操作5-8。
5.否则，按如下方式构建仅空间估计fs[n]。
a.在降低功率帧h[n]中，将每个Rx扫描线组R垂直分割成S×Hb块b(1502)的集合。(参见图15)。
b.针对h[n]中的每个块b和Rx扫描线组R：
i.定义临时宏块阵列mb(1504)，其包含与h[n]中以当前块b为其核心的宏块区域相对应的区域的fintra[n]中的像素值。
ii.执行mb与f[n-1]之间的局部自适应块匹配(LABM；详细信息见下文)，以定位它们之间的最佳匹配和局部运动矢量。令mbmatch表示f[n-1](具有与mb相同的像素尺寸)的其中mb具有与f[n-1]的最佳匹配(由等式(1)中的求和项测量)的区域。
iii.分配fs[n]←h[n]。
iv.对于fs[n]中的每个块b，如下分配b中的像素值：
1.将来自mbmatch的核心的像素值分配给b
2.对于b中对应于Rrepeated中的重复Rx扫描线的列，分配fs[n]的块b中的像素值与fintra[n]中的对应像素的加权平均。
6.通过阿尔法混合构建重建图像，即，f[n]←αfs[n]+(1-α)f[n-1]，其中α∈[0，1]。
7.显示或存储f[n]。
8.分配f[n-1]←f[n]。
9.重复操作1-8。
局部自适应块匹配(LABM)操作的细节(线性模式成像的优选实施例)
上述步骤5.b.ii中的LABM操作基于图15中描述的宏块(1504)的匹配，以确定连续图像帧n和n-1之间的局部运动。从最靠近图像左上角的宏块开始，LABM依次进行，以光栅扫描方式分析宏块的运动。
符号
令mbk表示图像帧n的第k个宏块，令vk*表示帧n中宏块k的估计运动矢量，并且令vk表示该运动矢量的真实值。
用于线性模式成像的LABM算法
LABM算法使用等式(1)的形式，其中宏块在块匹配中扮演块的角色，如前所述。因此，控制等式变为：
在LABM算法中，搜索窗口W是自适应选择的。假设相邻宏块的局部帧间图像运动矢量通常相似(即vk≈vk-1)，则用于查找vk*的窗口可以定义为以vk-1*为中心的矩形区域W1。然而，如果mbk-1中的强度值较小，则估计运动矢量vk-1*可能不可靠，在这种情况下，应该在预定义的窗口W0上进行针对vk*的搜索。
以下伪代码描述了本公开的上述步骤5.b.2中的局部自适应块匹配的细节。
/>
线性模式成像的算法参数
本说明书中公开的重建算法参数应被选择用于获得给定应用中的最佳图像质量。这些值取决于超声探头、扫描配置、成像的器官或组织以及其他细节。以下是关于参数选择的说明：
1.值参数Tf、Ta和Tb取决于所获取的扫描线中的噪声水平。可以为参数分配任何合适的值，例如与参数进行比较的最大噪声值的0-50％的任何值。例如，与Tf、Ta和Tb进行比较的最大噪声值可以是像素的最大值乘以块中的像素的数量。像素的最大值可以取决于像素的位深度。例如，8位像素可以具有最大值255。在说明性实施例中，Tf、Ta和Tb可以是例如5％。
2.a的选择基于所获取的图像数据中的空间分辨率和噪声水平。a的值可以是任何合适的值，例如0.2-1中的任何值。在说明性实施例中，a可以是例如0.8。
3.通常，W0是比W1(例如，3x3)更大的窗口(例如，5x5)。一般而言，W0和W1中的每一个可以是任何合适的尺寸，例如2x2至10x10。在一些实施例中，W0和/或W1可以是非正方形的，例如矩形、椭圆形或圆形。
4.对于3.5厘米深度的成像，每条Rx扫描线有450个样本，宏块的以下参数值已被证明是有用的：P1＝2、P2＝6、Hb＝6。在其他实施例中，P1、P2、Hb可以是任何合适的值，例如1-10中的任何值。
扇区模式
前面描述的重建算法适用于线性模式成像，通常在对较浅成像深度的特征(例如静脉)进行成像时使用。或者，当对较大的解剖特征或较深成像深度的特征进行成像时，可以采用扇区模式成像。与线性模式成像相比，扇区模式成像需要额外的功率来对更大或更深的感兴趣特征进行成像。根据一些实施例，交错数据采集方案和计算机化图像重建算法可以被修改为与扇区模式成像结合使用，并且在本公开的范围内。
在扇区模式中，输入帧1405、帧内插值帧1403、仅空间估计1408和重建帧1410由以直线格式布置的扫描线数据组成，而不是由扇区模式格式的图像组成。因此，必须应用转换来将重建帧1410转换为适合于通过本领域技术人员显而易见的过程来显示的扇区模式图像。
重建算法中的操作(扇区模式成像的优选实施例)
1.获取降低功率图像帧h[n]。
2.通过三次样条使用帧内插值来从h[n]计算帧内插值帧fintra[n]。
3.使用仅水平搜索执行fintra[n]与输入帧f[n-1]的全局块匹配，即整个帧内插值帧fintra[n]作为等式(1)中的g2(x)。
4.如果全局块匹配误差(等式(1)中的求和)超过阈值Tf，则将f[n]的估计fs[n]设置为帧内插值帧fintra[n]并跳过下面的操作5-8。
5.否则，按如下方式构建仅空间估计fs[n]：
a.在降低功率帧h[n]中，将每个Rx扫描线组R垂直(或线性)分割成S×Hb块b(1502)的集合。(参见图15)。
b.针对h[n]中的每个块b和Rx扫描线组R：
i.定义临时宏块阵列mb(1504)，其包含与h[n]中以当前块b为其核心的宏块区域相对应的区域的fintra[n]中的像素值。
ii.如果mb中的平均像素值mb大于某个阈值Ta，则执行mb与f[n-1]之间的局部自适应块匹配(LABM；详细信息见下文)，以定位它们之间的最佳匹配和局部运动矢量。令mbmatch表示f[n-1](具有与mb相同的像素尺寸)的其中mb具有与f[n-1]的最佳匹配(由等式(1)中的求和项测量)的区域。
iii.分配fs[n]←h[n]。
iv.对于fs[n]中的每个块b，如下分配b中的像素值：
1.将来自mbmatch的核心的像素值分配给b
2.对于b中对应于Rrepeated中的重复Rx扫描线的列，分配fs[n]的块b中的像素值与fintra[n]中的对应像素的加权平均。
6.通过阿尔法混合构建重建图像，即，f[n]←αfs[n]+(1-α)f[n-1]，其中α∈[0，1]。
7.使用扫描转换将重建帧f[n]中的直线格式扫描线数据转换为扇区模式格式以获得fsector[n]。
8.显示或存储fsector[n]。
9.分配f[n-1]←f[n]。
10.重复操作1-8。
局部自适应块匹配(LABM)操作的细节(扇区模式成像的优选实施例)
上述扇区模式优选实施例的步骤5.b.ii中的LABM操作基于图15中描述的宏块mb(1504)的匹配以确定连续图像帧n和n-1之间的局部运动。从最靠近图像左上角的宏块开始，LABM依次进行，以光栅扫描方式分析宏块的运动。
符号
令mbk表示图像帧n的第k个宏块，令vk*表示帧n中宏块k的估计运动矢量，并且令vk表示该运动矢量的真实值。
用于扇区模式成像的LABM算法
LABM算法使用等式(1)的形式，其中宏块在块匹配中扮演块的角色，如前所述。因此，如在线性模式优选实施例中一样，控制等式是等式(2)。
在LABM算法中，搜索窗口W是自适应选择的。假设相邻宏块的局部帧间图像运动矢量通常相似(即vk≈vk-1)，则用于查找vk*的窗口可以定义为以vk-1*为中心的矩形区域W1。然而，如果mbk-1中的强度值较小，则估计运动矢量vk-1*可能不可靠，在这种情况下，应该在预定义的窗口W0上进行针对vk*的搜索。
下面的伪代码描述了上面(扇区模式优选实施例的)步骤5.b.2中的局部自适应块匹配的细节。
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扇区模式成像的算法参数
本说明书中公开的重建算法参数应被选择用于获得给定应用中的最佳图像质量。这些值取决于超声探头、扫描配置、成像的器官或组织以及其他细节。以下是关于参数选择的说明：
1.值参数Tf、Ta和Tb取决于所获取的扫描线中的噪声水平。可以为参数分配任何合适的值，类似于上面关于线性模式成像讨论的Tf、Ta和Tb。
2.在优选实施例中，α＝1，这表示有效地省略了混合步骤；然而，可能会出现α的其他值将是有益的情况。
3.通常，W0是比W1(例如，3x1)更大的窗口(例如，3x3)。窗口W0和W1通常小于线性模式成像。在一些实施例中，W0和W1中的每一个可以是任何合适的尺寸，例如2x1至10x10。
4.对于3.5厘米深度的成像，每条Rx扫描线有450个样本，宏块的以下参数值已被证明是有用的：P1＝2、P2＝6、Hb＝6。
5.为了降低计算复杂性，当处理心脏图像以及静止组织的扫描线的指定上部(最接近探头)部分(例如，30％)时，省略上述针对vk**的半像素匹配步骤。
低功率模式
在优选实施例中，成像设备的操作可以作为用户可选择的低功率模式(可以由用户根据需要打开或关闭的功能，从而可以保证用户最佳的图像质量(当如此需要时))提供给用户。当用户请求捕获静态图像或视频剪辑时，低功率模式还可以自动短暂关闭，以便任何永久记录的图像或视频都是全功率帧而不是重建帧(从降低功率数据重建全功率图像)。通过实时调整扫描配置，还可以基于探头运动和图像内容在扫描期间改变功率降低程度。
在替代实施例中，采用如本文所述的交错数据采集方案和重建算法的低功率模式可以响应于剩余电池电量下降到低于工厂预设阈值或用户预设阈值而自动激活，以便在需要充电之前延长剩余电池寿命，同时仍保持高图像质量。例如，通过用户界面，用户可以设置当剩余电池电量低于满充电的25％时激活低功率模式。本领域技术人员将认识到，与电池输出相关联的其他度量可以用作设置低功率模式将被激活时的一个或多个环境的基础。
在替代实施例中，采用如本文所述的交错数据采集方案和重建算法的低功率模式可以响应于由一个或多个设备温度传感器测量的成像设备温度满足或超过工厂预设温度或用户预设阈值温度而自动激活，以减轻热量积聚并提高操作员和患者的安全，同时仍保持高图像质量并延长设备正常运行时间(或至少减少设备冷却所需的设备停机时间)。例如，通过用户界面，用户可以在内部成像设备温度达到或超过特定温度时设置激活低功率模式。
图16是根据一些实施例的要在计算设备的装置(诸如计算设备的任何部分，包括一个或多个处理器)处执行的过程1600的流程图。在操作1602处，该过程包括在超声成像设备的图像生成期间执行重建算法的轮次，该算法包括对于每个轮次：在操作1602a处，从成像设备的控制电路接收以下项：与基于在成像设备的换能器处接收到的第一超声波形的输入帧相对应的输入帧信号；以及与基于在换能器处接收到的第二超声波形的降低功率部分帧相对应的降低功率部分帧信号，降低功率部分帧信号从耦合到换能器的接收信道的交错激活生成，使得降低功率部分帧定义缺失的扫描线；在操作1602b处，处理输入帧信号和降低功率部分帧信号以从其生成重建帧。在操作1604处，该过程包括执行以下项中的至少一者：生成显示信号以使得每个重建帧被显示在显示器上，或者使得每个重建帧被存储在存储器中，其中输入帧在重建算法的初始化轮次之后对应于重建算法的先前轮次的先前重建帧。
图17是根据一些实施例的在成像设备的控制电路的装置(例如控制电路任何部分，包括一个或多个处理器)处执行的过程1700的流程图。在操作1702处，该过程包括选择性地激活将控制电路的一个或多个处理器耦合到成像设备的换能器元件的一个或多个Tx信道以及一个或多个对应的Rx信道，选择性地激活包括以交错图案激活以引起换能器元件的相应交错激活，其中对TX信道的激活将使得相应换能器元件生成朝向要成像的目标的发射超声波形。在操作1704处，该过程包括从相应Rx信道收集电信号，电信号定义降低功率部分帧，降低功率部分帧包括与缺失的Rx扫描线交错的现有Rx扫描线，电信号从自目标反射的超声波生成并基于发射超声波形。在操作1706处，该过程包括将电信号发送到计算设备以使计算设备从降低功率部分帧生成重建帧，其中目标的图像基于重建帧。
虽然本文已经示出并描述了本公开的优选实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，仅通过示例的方式提供了这样的实施例。实施例并不旨在受到说明书内提供的具体示例的限制。尽管已经参考前述说明书描述了本公开的实施例，但是这里的实施例的描述和图示并不意味着被解释为限制意义。在不背离本公开的概念的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变化、改变和替换。此外，应当理解，各个实施例的所有方面不限于本文阐述的具体描述、配置或相对比例，其取决于各种条件和变量。应当理解，可以采用本文描述的实施例的各种替代方案。因此预期本公开还涵盖任何这样的替代、修改、变化或等同物。
示例
下面提供本文公开的技术的说明性示例。本技术的实施例可以包括下面描述的示例中的任意一个或多个示例以及它们的任意组合。
示例1包括一种计算设备的装置，包括一个或多个处理器，用于：在超声成像设备的图像生成期间执行重建算法的轮次，所述算法包括对于每个轮次处理输入帧和降低功率部分帧以从其生成重建帧，其中所述输入帧基于在所述成像设备的换能器处接收到的第一超声波形，并且所述降低功率部分帧定义缺失的扫描线并且基于第二超声波形，所述第二超声波形在所述换能器处被接收并且从耦合到所述换能器的接收信道的交错激活生成；以及执行以下项中的至少一者：生成显示信号以使得每个重建帧被显示在显示器上，或者使得每个重建帧被存储在存储器中，其中所述输入帧在所述重建算法的初始化轮次之后对应于所述重建算法的先前轮次的先前重建帧。
示例2包括示例1的主题，并且可选地，其中处理所述降低功率部分帧包括：对所述降低功率部分帧执行帧内插值以用插值扫描线填充缺失的扫描线，以生成帧内插值帧；以及处理所述帧内插值帧以生成所述重建帧。
示例3包括示例2的主题，并且可选地，其中所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数扫描线、或者包括偶数扫描线和缺失的奇数扫描线，并且其中处理所述降低功率部分帧和所述输入帧包括：执行运动补偿以估计所述帧内插值帧和所述先前轮次的先前重建帧之间的运动矢量以生成运动补偿帧，当所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数扫描线时，所述运动补偿帧包括偶数扫描线和缺失的奇数扫描线，并且当所述降低功率部分帧包括偶数扫描线和缺失的奇数扫描线时，所述运动补偿帧包括奇数扫描线和缺失的偶数扫描线；以及处理所述运动补偿帧以生成所述重建帧。
示例4包括示例3的主题，并且可选地，其中执行运动补偿包括执行局部自适应块匹配或全局自适应块匹配中的至少一者。
示例5包括示例4的主题，并且可选地，其中处理所述运动补偿帧包括：将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的扫描线；以及处理所述仅空间估计重建帧以生成所述重建帧。
示例6包括示例5的主题，并且可选地，其中处理所述仅空间估计重建帧包括通过将所述仅空间估计重建帧与所述先前重建帧混合来执行时间平滑以生成所述重建帧。
示例7包括示例3的主题，并且可选地，其中：所述运动矢量对应于所述先前重建帧的子区域g1(x)和所述帧内插值帧的子区域g2(x)之间的估计运动矢量v*，v*由下式给出：其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，B表示块内像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数；并且块匹配还包括在所述帧内插值帧的整体对应于g2(x)的情况下使用仅水平搜索来执行全局块匹配。
示例8包括示例7的主题，并且可选地，所述一个或多个处理器用于响应于确定v*超过阈值而将所述重建帧设置为对应于所述仅空间估计重建帧。
示例9包括示例7的主题，并且可选地，所述一个或多个处理器用于将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括通过以下操作来用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的扫描线：将所述降低功率部分帧的扫描线的组R线性地分割成Sx Hb块b的集合；以及对于每个块B和组R：定义所述帧内插值帧中像素值的临时宏块阵列mb，所述像素值对应于所述降低功率部分帧的以块B为核心的区域；以及执行mb与所述先前重建帧之间的局部自适应块匹配以定位最佳匹配，所述最佳匹配对应于所述先前重建帧的与mb具有相同像素尺寸的宏块区域mbmatch；将所述仅空间估计重建帧设置为对应于所述降低功率部分帧；以及对于所述仅空间估计重建帧中的每个块B：向块B分配来自mbmatch的核心的像素值；以及对于B中对应于重复接收扫描线的列，分配所述仅空间估计重建帧的块B的像素值与所述帧内插值帧中对应像素值的加权平均。
示例10包括示例6的主题，并且可选地，其中执行时间平滑包括使用阿尔法混合。
示例11包括示例9的主题，并且可选地，其中，在所述成像设备的扇区操作模式中，所述一个或多个处理器用于：响应于确定mb中的平均像素值大于阈值，执行所述局部自适应块匹配；以及使用扫描转换将所述重建帧中的直线格式的扫描线数据变换为扇区模式格式的扫描线数据以生成所述重建帧。
示例12包括示例9的主题，并且可选地，其中，执行局部自适应块匹配包括对于图像帧中的每个宏块mbk执行以下操作，其中k是指定每个宏块的编号：计算所述图像帧的先前宏块mbk-1中的总强度；响应于确定所述强度高于第一阈值并且mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第一空间窗口W1以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；响应于确定所述强度不高于第一阈值或者mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第二空间窗口W2以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；使用以下式子确定估计运动矢量vk*：其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，Bk表示宏块k内的像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数，并且其中匹配误差/>响应于确定ε大于第二阈值，将来自所述帧内插值帧的像素值分配给mbk的核心中的对应像素；以及响应于确定ε不大于第二阈值，将/>的核心中的值分配给mbk的核心。
示例13包括示例1的主题，并且可选地，其中，在所述成像设备的扇区模式中，所述一个或多个处理器用于响应于确定ε不大于第二阈值而执行以下操作：针对v的四个值测量ε，这些值在水平方向或垂直方向上偏移半个像素；以及将的核心中的值分配给mbk的核心。
示例14包括示例1的主题，还包括所述存储器，所述存储器耦合到所述一个或多个处理器。
示例15包括示例1和14中任一项的主题，还包括耦合到所述一个或多个处理器的无线收发器，所述无线收发器用于从所述成像设备的控制电路接收所述输入帧和所述降低功率部分帧。
示例16包括一种用于在计算设备的装置处执行的方法，包括：在超声成像设备的图像生成期间执行重建算法的轮次，所述算法包括对于每个轮次处理输入帧和降低功率部分帧以从其生成重建帧，其中所述输入帧基于在所述成像设备的换能器处接收到的第一超声波形，并且所述降低功率部分帧定义缺失的扫描线并且基于第二超声波形，所述第二超声波形在所述换能器处被接收并且从耦合到所述换能器的接收信道的交错激活生成；以及执行以下项中的至少一者：生成显示信号以使得每个重建帧被显示在显示器上，或者使得每个重建帧被存储在存储器中，其中所述输入帧在所述重建算法的初始化轮次之后对应于所述重建算法的先前轮次的先前重建帧。
示例17包括示例16的主题，并且可选地，其中处理所述降低功率部分帧包括：对所述降低功率部分帧执行帧内插值以用插值扫描线填充缺失的扫描线，以生成帧内插值帧；以及处理所述帧内插值帧以生成所述重建帧。
示例18包括示例17的主题，并且可选地，其中所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数扫描线、或者包括偶数扫描线和缺失的奇数扫描线，并且其中处理所述降低功率部分帧和所述输入帧包括：执行运动补偿以估计所述帧内插值帧和所述先前轮次的先前重建帧之间的运动矢量以生成运动补偿帧，当所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数扫描线时，所述运动补偿帧包括偶数扫描线和缺失的奇数扫描线，并且当所述降低功率部分帧包括偶数扫描线和缺失的奇数扫描线时，所述运动补偿帧包括奇数扫描线和缺失的偶数扫描线；以及处理所述运动补偿帧以生成所述重建帧。
示例19包括示例18的主题，并且可选地，其中执行运动补偿包括执行局部自适应块匹配或全局自适应块匹配中的至少一者。
示例20包括示例19的主题，并且可选地，其中处理所述运动补偿帧包括：将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的扫描线；以及处理所述仅空间估计重建帧以生成所述重建帧。
示例21包括示例20的主题，并且可选地，其中处理所述仅空间估计重建帧包括通过将所述仅空间估计重建帧与所述先前重建帧混合来执行时间平滑以生成所述重建帧。
示例22包括示例18的主题，并且可选地，其中：所述运动矢量对应于所述先前重建帧的子区域g1(x)和所述帧内插值帧的子区域g2(x)之间的估计运动矢量v*，v*由下式给出：其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，B表示块内像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数；并且块匹配还包括在所述帧内插值帧的整体对应于g2(x)的情况下使用仅水平搜索来执行全局块匹配。
示例23包括示例22的主题，并且可选地，还包括响应于确定v*超过阈值而将所述重建帧设置为对应于所述仅空间估计重建帧。
示例24包括示例22的主题，还包括将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括通过以下操作来用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的扫描线：将所述降低功率部分帧的扫描线的组R线性地分割成S x Hb块b的集合；以及对于每个块B和组R：定义所述帧内插值帧中像素值的临时宏块阵列mb，所述像素值对应于所述降低功率部分帧的以块B为核心的区域；以及执行mb与所述先前重建帧之间的局部自适应块匹配以定位最佳匹配，所述最佳匹配对应于所述先前重建帧的与mb具有相同像素尺寸的宏块区域mbmatch；将所述仅空间估计重建帧设置为对应于所述降低功率部分帧；以及对于所述仅空间估计重建帧中的每个块B：向块B分配来自mbmatch的核心的像素值；以及对于B中对应于重复接收扫描线的列，分配所述仅空间估计重建帧的块B的像素值与所述帧内插值帧中对应像素值的加权平均。
示例25包括示例21的主题，并且可选地，其中执行时间平滑包括使用阿尔法混合。
示例26包括示例24的主题，并且可选地，包括在所述成像设备的扇区操作模式中执行以下操作：响应于确定mb中的平均像素值大于阈值，执行所述局部自适应块匹配；以及使用扫描转换将所述重建帧中的直线格式的扫描线数据变换为扇区模式格式的扫描线数据以生成所述重建帧。
示例27包括示例24的主题，并且可选地，其中执行局部自适应块匹配包括对于图像帧中的每个宏块mbk执行以下操作，其中k是指定每个宏块的编号：计算所述图像帧的先前宏块mbk-1中的总强度；响应于确定所述强度高于第一阈值并且mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第一空间窗口W1以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；响应于确定所述强度不高于第一阈值或者mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第二空间窗口W2以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；使用以下式子确定估计运动矢量vk*：其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，Bk表示宏块k内的像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数，并且其中匹配误差/>响应于确定ε大于第二阈值，将来自所述帧内插值帧的像素值分配给mbk的核心中的对应像素；以及响应于确定ε不大于第二阈值，将/>的核心中的值分配给mbk的核心。
示例28包括示例27的主题，并且可选地，还包括，在所述成像设备的扇区模式中，响应于确定ε不大于第二阈值而执行以下操作：针对v的四个值测量ε，这些值在水平方向或垂直方向上偏移半个像素；以及将的核心中的值分配给mbk的核心。
示例29包括示例16的主题，并且可选地，还包括经由无线收发器从所述成像设备的控制电路接收所述输入帧和所述降低功率部分帧。
示例30包括一种超声成像设备的控制电路的装置，所述装置包括耦合到所述成像设备的超声换能器的换能器元件的一个或多个处理器，用于：引起所述换能器元件的交错激活，以生成朝向要成像的目标的发射超声波形，并收集定义降低功率部分帧的电信号，所述降低功率部分帧包括与缺失的接收(Rx)扫描线交错的现有Rx扫描线，所述电信号从自所述目标反射的超声波生成并基于发射超声波形；以及将所述电信号发送到计算设备以使所述计算设备从所述降低功率部分帧生成重建帧，其中所述目标的图像基于所述重建帧。
示例31包括示例30的主题，并且可选地，其中：所述一个或多个处理器用于通过所述成像设备的发射(Tx)信道和接收(Rx)信道耦合到所述换能器元件；所述一个或多个处理器用于通过以交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道以及一个或多个对应的Rx信道来引起所述交错激活；以及至少Tx信道的数量或Rx信道的数量小于所述换能器元件的数量，所述一个或多个处理器用于在选择性地激活之前控制所述至少所述数量的Tx信道或所述数量的Rx信道到所述换能器元件的功能耦合。
示例32包括示例31的主题，并且可选地，其中所述一个或多个处理器用于通过控制所述至少所述数量的Tx信道或所述数量的Rx信道中的一个或多个来控制所述功能耦合，以基于所述交错图案对所述换能器元件中的相应换能器元件进行寻址。
示例33包括示例31的主题，并且可选地，其中以交错图案选择性地激活包括执行对所述成像设备的所述一个或多个发射(Tx)信道中的奇数和偶数信道的交替激活以及对所述成像设备的所述一个或多个对应的接收(Rx)信道的相应交替激活。
示例34包括示例31的主题，并且可选地，其中所述一个或多个对应的Rx信道包括针对所述一个或多个Tx信道中的至少一些Tx信道的多个Rx信道。
示例35包括示例31的主题，并且可选地，其中所述一个或多个处理器用于：在线性模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向相同的方向上生成超声波；以及在扇区模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向不同的方向上生成超声波。
示例36包括示例30的主题，并且可选地，其中所述换能器元件包括微机械超声换能器元件。
示例37包括示例36的主题，并且可选地，其中所述微机械超声换能器元件包括电容性微机械超声换能器(cMUT)元件或压电微机械超声换能器(pMUT)元件之一。
示例38包括示例30的主题，并且可选地，还包括所述计算设备，所述计算设备用于：在所述超声成像设备的图像生成期间执行重建算法的轮次，所述算法包括对于每个轮次：从所述控制电路接收以下项：与基于在所述成像设备的换能器处接收到的第一超声波形的输入帧相对应的输入帧；以及与基于在所述换能器处接收到的第二超声波形的降低功率部分帧相对应的降低功率部分帧；以及处理所述输入帧和所述降低功率部分帧以从其生成所述重建帧；以及执行以下项中的至少一者：生成显示信号以使得每个重建帧被显示在显示器上，或者使得每个重建帧被存储在存储器中，其中所述输入帧在所述重建算法的初始化轮次之后对应于所述重建算法的先前轮次的先前重建帧。
示例39包括一种用于在超声成像设备的控制电路的装置处执行的方法，所述装置包括耦合到所述成像设备的超声换能器的换能器元件的一个或多个处理器，所述方法包括：引起所述换能器元件的交错激活，以生成朝向要成像的目标的发射超声波形，并收集定义降低功率部分帧的电信号，所述降低功率部分帧包括与缺失的接收(Rx)扫描线交错的现有Rx扫描线，所述电信号从自所述目标反射的超声波生成并基于发射超声波形；以及将所述电信号发送到计算设备以使所述计算设备从所述降低功率部分帧生成重建帧，其中所述目标的图像基于所述重建帧。
示例40包括示例39的主题，并且可选地，其中：所述一个或多个处理器用于通过所述成像设备的发射(Tx)信道和接收(Rx)信道耦合到所述换能器元件；引起所述交错激活包括以交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道以及一个或多个对应的Rx信道；以及至少Tx信道的数量或Rx信道的数量小于所述换能器元件的数量，所述方法还包括在选择性地激活之前控制所述至少所述数量的Tx信道或所述数量的Rx信道到所述换能器元件的功能耦合。
示例41包括示例40的主题，并且可选地，其中控制所述功能耦合包括控制所述至少所述数量的Tx信道或所述数量的Rx信道中的一个或多个，以基于所述交错图案对所述换能器元件中的相应换能器元件进行寻址。
示例42包括示例40的主题，并且可选地，其中以交错图案选择性地激活包括执行对所述一个或多个Tx信道中的奇数和偶数信道的交替激活以及对所述一个或多个对应的Rx信道的相应交替激活。
示例43包括示例40的主题，并且可选地，其中所述一个或多个对应的Rx信道包括针对所述一个或多个Tx信道中的至少一些Tx信道的多个Rx信道。
示例44包括示例40的主题，还包括：在线性模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向相同的方向上生成超声波；以及在扇区模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向不同的方向上生成超声波。
示例45包括示例40的主题，并且可选地，其中所述换能器元件包括微机械超声换能器元件。
示例46包括示例45的主题，并且可选地，其中所述微机械超声换能器元件包括电容性微机械超声换能器(cMUT)元件或压电微机械超声换能器(pMUT)元件之一。
示例47包括示例40的主题，还包括：在所述超声成像设备的图像生成期间执行重建算法的轮次，所述算法包括对于每个轮次：从所述控制电路接收以下项：与基于在所述成像设备的换能器处接收到的第一超声波形的输入帧相对应的输入帧；以及与基于在所述换能器处接收到的第二超声波形的降低功率部分帧相对应的降低功率部分帧；以及处理所述输入帧和所述降低功率部分帧以从其生成所述重建帧；以及执行以下项中的至少一者：生成显示信号以使得每个重建帧被显示在显示器上，或者使得每个重建帧被存储在存储器中，其中所述输入帧在所述重建算法的初始化轮次之后对应于所述重建算法的先前轮次的先前重建帧。
示例48包括一种超声成像设备的装置，所述装置包括耦合到所述成像设备的超声换能器的换能器元件的一个或多个处理器，所述一个或多个处理器用于：执行所述超声成像设备的图像生成的轮次，每个轮次包括：引起所述换能器元件的交错激活，以生成朝向要成像的目标的发射超声波形，并收集定义降低功率部分帧的电信号，所述降低功率部分帧包括与缺失的接收(Rx)扫描线交错的现有Rx扫描线，所述电信号从自所述目标反射的超声波生成并基于发射超声波形；以及处理所述降低功率部分帧以及输入帧以从其生成重建帧；以及执行以下项中的至少一者：生成显示信号以使得每个重建帧被显示在显示器上，或者使得每个重建帧被存储在存储器中，其中所述输入帧在图像生成的所述轮次中的初始化轮次之后对应于图像生成的先前轮次的先前重建帧。
示例49包括示例48的主题，并且可选地，其中：所述一个或多个处理器用于通过所述成像设备的发射(Tx)信道和接收(Rx)信道耦合到所述换能器元件；所述一个或多个处理器用于通过以交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道以及一个或多个对应的Rx信道来引起所述交错激活；以及选择性地激活包括执行对所述一个或多个Tx信道中的奇数和偶数信道的交替激活以及对所述一个或多个对应的Rx信道的相应交替激活。
示例50包括示例49的主题，并且可选地，其中所述一个或多个对应的Rx信道包括针对所述一个或多个Tx信道中的至少一些Tx信道的多个Rx信道。
示例51包括示例49的主题，并且可选地，其中所述一个或多个处理器用于：在线性模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向相同的方向上生成超声波；以及在扇区模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向不同的方向上生成超声波。
示例52包括示例48的主题，并且可选地，其中处理所述降低功率部分帧包括：对所述降低功率部分帧执行帧内插值以用插值扫描线填充缺失的Rx扫描线，以生成帧内插值帧；以及处理所述帧内插值帧以生成所述重建帧。
示例53包括示例52的主题，并且可选地，其中所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数Rx扫描线、或者包括偶数扫描线和缺失的奇数Rx扫描线，并且其中处理所述降低功率部分帧和所述输入帧包括：执行运动补偿以估计所述帧内插值帧和所述先前轮次的先前重建帧之间的运动矢量以生成运动补偿帧，当所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数Rx扫描线时，所述运动补偿帧包括偶数扫描线和缺失的奇数Rx扫描线，并且当所述降低功率部分帧包括偶数扫描线和缺失的奇数Rx扫描线时，所述运动补偿帧包括奇数扫描线和缺失的偶数Rx扫描线；以及处理所述运动补偿帧以生成所述重建帧。
示例54包括示例53的主题，并且可选地，其中执行运动补偿包括执行局部自适应块匹配或全局自适应块匹配中的至少一者。
示例55包括示例53的主题，并且可选地，其中处理所述运动补偿帧包括：将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的Rx扫描线；以及处理所述仅空间估计重建帧以生成所述重建帧。
示例56包括示例55的主题，并且可选地，其中处理所述仅空间估计重建帧包括通过将所述仅空间估计重建帧与所述先前重建帧混合来执行时间平滑以生成所述重建帧。
示例57包括示例54的主题，并且可选地，其中：所述运动矢量对应于所述先前重建帧的子区域g1(x)和所述帧内插值帧的子区域g2(x)之间的估计运动矢量v*，v*由下式给出：其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，B表示块内像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数；并且块匹配还包括在所述帧内插值帧的整体对应于g2(x)的情况下使用仅水平搜索来执行全局块匹配。
示例58包括示例57的主题，所述一个或多个处理器用于响应于确定v*超过阈值而将所述重建帧设置为对应于所述仅空间估计重建帧。
示例59包括示例57的主题，所述一个或多个处理器用于将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括通过以下操作来用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的Rx扫描线：将所述降低功率部分帧的扫描线的组R线性地分割成S x Hb块b的集合；以及对于每个块B和组R：定义所述帧内插值帧中像素值的临时宏块阵列mb，所述像素值对应于所述降低功率部分帧的以块B为核心的区域；以及执行mb与所述先前重建帧之间的局部自适应块匹配以定位最佳匹配，所述最佳匹配对应于所述先前重建帧的与mb具有相同像素尺寸的宏块区域mbmatch；将所述仅空间估计重建帧设置为对应于所述降低功率部分帧；以及对于所述仅空间估计重建帧中的每个块B：向块B分配来自mbmatch的核心的像素值；以及对于B中对应于重复接收扫描线的列，分配所述仅空间估计重建帧的块B的像素值与所述帧内插值帧中对应像素值的加权平均。
示例60包括示例56的主题，并且可选地，其中执行时间平滑包括使用阿尔法混合。
示例61包括示例59的主题，并且可选地，其中，在所述成像设备的扇区操作模式中，所述一个或多个处理器用于：响应于确定mb中的平均像素值大于阈值，执行所述局部自适应块匹配；以及使用扫描转换将所述重建帧中的直线格式的扫描线数据变换为扇区模式格式的扫描线数据以生成所述重建帧。
示例62包括示例59的主题，并且可选地，其中，执行局部自适应块匹配包括对于图像帧中的每个宏块mbk执行以下操作，其中k是指定每个宏块的编号：计算所述图像帧的先前宏块mbk-1中的总强度；响应于确定所述强度高于第一阈值并且mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第一空间窗口W1以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；响应于确定所述强度不高于第一阈值或者mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第二空间窗口W2以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；使用以下式子确定估计运动矢量vk*：其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，Bk表示宏块k内的像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数，并且其中匹配误差/>响应于确定ε大于第二阈值，将来自所述帧内插值帧的像素值分配给mbk的核心中的对应像素；以及响应于确定ε不大于第二阈值，将/>的核心中的值分配给mbk的核心。
示例63包括示例62的主题，并且可选地，其中，在所述成像设备的扇区模式中，所述一个或多个处理器用于响应于确定ε不大于第二阈值而执行以下操作：针对v的四个值测量ε，这些值在水平方向或垂直方向上偏移半个像素；以及将的核心中的值分配给mbk的核心。
示例64包括示例48的主题，还包括所述存储器，所述存储器耦合到所述一个或多个处理器。
示例65包括示例48和64中任一项的主题，还包括耦合到所述一个或多个处理器的无线收发器，所述无线收发器用于使得所述重建帧传输到所述显示器。
示例66包括一种用于在超声成像设备的装置处执行的方法，所述装置包括耦合到所述成像设备的超声换能器的换能器元件的一个或多个处理器，所述方法包括：执行所述超声成像设备的图像生成的轮次，每个轮次包括：引起所述换能器元件的交错激活，以生成朝向要成像的目标的发射超声波形，并收集定义降低功率部分帧的电信号，所述降低功率部分帧包括与缺失的接收(Rx)扫描线交错的现有Rx扫描线，所述电信号从自所述目标反射的超声波生成并基于发射超声波形；以及处理所述降低功率部分帧以及输入帧以从其生成重建帧；以及执行以下项中的至少一者：生成显示信号以使得每个重建帧被显示在显示器上，或者使得每个重建帧被存储在存储器中，其中所述输入帧在图像生成的所述轮次中的初始化轮次之后对应于图像生成的先前轮次的先前重建帧。
示例67包括示例66的主题，并且可选地，其中：所述一个或多个处理器用于通过所述成像设备的发射(Tx)信道和接收(Rx)信道耦合到所述换能器元件；引起所述交错激活包括以交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道以及一个或多个对应的Rx信道；并且选择性地激活包括执行对所述一个或多个Tx信道中的奇数和偶数信道的交替激活以及对所述一个或多个对应的Rx信道的相应交替激活。
示例68包括示例67的主题，并且可选地，其中所述一个或多个对应的Rx信道包括针对所述一个或多个Tx信道中的至少一些Tx信道的多个Rx信道。
示例69包括示例67的主题，并且可选地，还包括：在线性模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向相同的方向上生成超声波；以及在扇区模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向不同的方向上生成超声波。
示例70包括示例67的主题，并且可选地，其中处理所述降低功率部分帧包括：对所述降低功率部分帧执行帧内插值以用插值扫描线填充缺失的Rx扫描线，以生成帧内插值帧；以及处理所述帧内插值帧以生成所述重建帧。
示例71包括示例70的主题，并且可选地，其中所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数Rx扫描线、或者包括偶数扫描线和缺失的奇数Rx扫描线，并且其中处理所述降低功率部分帧和所述输入帧包括：执行运动补偿以估计所述帧内插值帧和所述先前轮次的先前重建帧之间的运动矢量以生成运动补偿帧，当所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数Rx扫描线时，所述运动补偿帧包括偶数扫描线和缺失的奇数Rx扫描线，并且当所述降低功率部分帧包括偶数扫描线和缺失的奇数Rx扫描线时，所述运动补偿帧包括奇数扫描线和缺失的偶数Rx扫描线；以及处理所述运动补偿帧以生成所述重建帧。
示例72包括示例71的主题，并且可选地，其中执行运动补偿包括执行局部自适应块匹配或全局自适应块匹配中的至少一者。
示例73包括示例72的主题，并且可选地，其中处理所述运动补偿帧包括：将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的Rx扫描线；以及处理所述仅空间估计重建帧以生成所述重建帧。
示例74包括示例73的主题，并且可选地，其中处理所述仅空间估计重建帧包括通过将所述仅空间估计重建帧与所述先前重建帧混合来执行时间平滑以生成所述重建帧。
示例75包括示例71的主题，并且可选地，其中：所述运动矢量对应于所述先前重建帧的子区域g1(x)和所述帧内插值帧的子区域g2(x)之间的估计运动矢量v*，v*由下式给出：其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，B表示块内像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数；并且块匹配还包括在所述帧内插值帧的整体对应于g2(x)的情况下使用仅水平搜索来执行全局块匹配。
示例76包括示例75的主题，并且可选地，其中，响应于确定v*超过阈值而将所述重建帧设置为对应于所述仅空间估计重建帧。
示例77包括示例75的主题，还包括将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括通过以下操作来用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的Rx扫描线：将所述降低功率部分帧的扫描线的组R线性地分割成S xHb块b的集合；以及对于每个块B和组R：定义所述帧内插值帧中像素值的临时宏块阵列mb，所述像素值对应于所述降低功率部分帧的以块B为核心的区域；以及执行mb与所述先前重建帧之间的局部自适应块匹配以定位最佳匹配，所述最佳匹配对应于所述先前重建帧的与mb具有相同像素尺寸的宏块区域mbmatch；将所述仅空间估计重建帧设置为对应于所述降低功率部分帧；以及对于所述仅空间估计重建帧中的每个块B：向块B分配来自mbmatch的核心的像素值；以及对于B中对应于重复接收扫描线的列，分配所述仅空间估计重建帧的块B的像素值与所述帧内插值帧中对应像素值的加权平均。
示例78包括示例74的主题，并且可选地，其中执行时间平滑包括使用阿尔法混合。
示例79包括示例77的主题，还包括在所述成像设备的扇区操作模式中执行以下操作：响应于确定mb中的平均像素值大于阈值，执行所述局部自适应块匹配；以及使用扫描转换将所述重建帧中的直线格式的扫描线数据变换为扇区模式格式的扫描线数据以生成所述重建帧。
示例80包括示例77的主题，并且可选地，其中执行局部自适应块匹配包括对于图像帧中的每个宏块mbk执行以下操作，其中k是指定每个宏块的编号：计算所述图像帧的先前宏块mbk-1中的总强度；响应于确定所述强度高于第一阈值并且mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第一空间窗口W1以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；响应于确定所述强度不高于第一阈值或者mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第二空间窗口W2以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；使用以下式子确定估计运动矢量vk*：其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，Bk表示宏块k内的像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数，并且其中匹配误差/>响应于确定ε大于第二阈值，将来自所述帧内插值帧的像素值分配给mbk的核心中的对应像素；以及响应于确定ε不大于第二阈值，将/>的核心中的值分配给mbk的核心。
示例81包括示例80的主题，并且可选地，还包括在所述成像设备的扇区模式中，响应于确定ε不大于第二阈值而执行以下操作：针对v的四个值测量ε，这些值在水平方向或垂直方向上偏移半个像素；以及将的核心中的值分配给mbk的核心。
示例82包括示例66的主题，并且可选地，还包括使得所述重建帧传输到所述显示器。
示例83包括一种装置，包括用于执行根据示例16-29、39-47和66-82中任一项所述的方法的装置。
示例84包括一种或多种包括其上存储的多个指令的计算机可读介质，所述指令在被执行时，使一个或多个处理器执行根据示例16-29、39-47和66-82中任一项所述的方法。
示例85包括一种成像设备，包括根据示例1-15、30-38和48-65中任一项所述的装置，以及耦合到所述装置的超声换能器。
示例86包括示例85的成像设备，还包括外壳，所述装置设置在所述外壳中。
示例87包括示例85的成像设备，还包括所述显示器。

Claims (87)

1.一种计算设备的装置，包括一个或多个处理器，用于：
在超声成像设备的图像生成期间执行重建算法的轮次，所述算法包括对于每个轮次处理输入帧和降低功率部分帧以从其生成重建帧，其中所述输入帧基于在所述成像设备的换能器处接收到的第一超声波形，并且所述降低功率部分帧定义缺失的扫描线并且基于第二超声波形，所述第二超声波形在所述换能器处被接收并且从耦合到所述换能器的接收信道的交错激活生成；以及
执行以下项中的至少一者：生成显示信号以使得每个重建帧被显示在显示器上，或者使得每个重建帧被存储在存储器中，其中所述输入帧在所述重建算法的初始化轮次之后对应于所述重建算法的先前轮次的先前重建帧。
2.根据权利要求1所述的装置，其中处理所述降低功率部分帧包括：
对所述降低功率部分帧执行帧内插值以用插值扫描线填充缺失的扫描线，以生成帧内插值帧；以及
处理所述帧内插值帧以生成所述重建帧。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数扫描线、或者包括偶数扫描线和缺失的奇数扫描线，并且其中处理所述降低功率部分帧和所述输入帧包括：
执行运动补偿以估计所述帧内插值帧和所述先前轮次的先前重建帧之间的运动矢量以生成运动补偿帧，当所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数扫描线时，所述运动补偿帧包括偶数扫描线和缺失的奇数扫描线，并且当所述降低功率部分帧包括偶数扫描线和缺失的奇数扫描线时，所述运动补偿帧包括奇数扫描线和缺失的偶数扫描线；以及
处理所述运动补偿帧以生成所述重建帧。
4.根据权利要求3所述的装置，其中执行运动补偿包括执行局部自适应块匹配或全局自适应块匹配中的至少一者。
5.根据权利要求4所述的装置，其中处理所述运动补偿帧包括：
将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的扫描线；以及
处理所述仅空间估计重建帧以生成所述重建帧。
6.根据权利要求5所述的装置，其中处理所述仅空间估计重建帧包括通过将所述仅空间估计重建帧与所述先前重建帧混合来执行时间平滑以生成所述重建帧。
7.根据权利要求3所述的装置，其中：
所述运动矢量对应于所述先前重建帧的子区域g1(x)和所述帧内插值帧的子区域g2(x)之间的估计运动矢量v*，v*由下式给出：
其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，B表示块内像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数；并且
块匹配还包括在所述帧内插值帧的整体对应于g2(x)的情况下使用仅水平搜索来执行全局块匹配。
8.根据权利要求7所述的装置，所述一个或多个处理器用于响应于确定v*超过阈值而将所述重建帧设置为对应于所述仅空间估计重建帧。
9.根据权利要求7所述的装置，所述一个或多个处理器用于将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括通过以下操作来用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的扫描线：
将所述降低功率部分帧的扫描线的组R线性地分割成S x Hb块b的集合；以及
对于每个块b和组R：
定义所述帧内插值帧中像素值的临时宏块阵列mb，所述像素值对应于所述降低功率部分帧的以块b为核心的区域；以及
执行mb与所述先前重建帧之间的局部自适应块匹配以定位最佳匹配，所述最佳匹配对应于所述先前重建帧的与mb具有相同像素尺寸的宏块区域mbmatch；
将所述仅空间估计重建帧设置为对应于所述降低功率部分帧；以及
对于所述仅空间估计重建帧中的每个块b：
向块b分配来自mbmatch的核心的像素值；以及
对于b中对应于重复接收扫描线的列，分配所述仅空间估计重建帧的块b的像素值与所述帧内插值帧中对应像素值的加权平均。
10.根据权利要求6所述的装置，其中执行时间平滑包括使用阿尔法混合。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，在所述成像设备的扇区操作模式中，所述一个或多个处理器用于：
响应于确定mb中的平均像素值大于阈值，执行所述局部自适应块匹配；以及
使用扫描转换将所述重建帧中的直线格式的扫描线数据变换为扇区模式格式的扫描线数据以生成所述重建帧。
12.根据权利要求9所述的装置，其中，执行局部自适应块匹配包括对于图像帧中的每个宏块mbk执行以下操作，其中k是指定每个宏块的编号：
计算所述图像帧的先前宏块mbk-1中的总强度；
响应于确定所述强度高于第一阈值并且mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第一空间窗口W1以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；
响应于确定所述强度不高于第一阈值或者mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第二空间窗口W2以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；
使用以下式子确定估计运动矢量vk*：
其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，Bk表示宏块k内的像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数，并且其中匹配误差
响应于确定ε大于第二阈值，将来自所述帧内插值帧的像素值分配给mbk的核心中的对应像素；以及
响应于确定ε不大于第二阈值，将的核心中的值分配给mbk的核心。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，在所述成像设备的扇区模式中，所述一个或多个处理器用于响应于确定ε不大于第二阈值而执行以下操作：
针对v的四个值测量ε，这些值在水平方向或垂直方向上偏移半个像素；以及
将的核心中的值分配给mbk的核心。
14.根据权利要求1所述的装置，还包括所述存储器，所述存储器耦合到所述一个或多个处理器。
15.根据权利要求1和14中任一项所述的装置，还包括耦合到所述一个或多个处理器的无线收发器，所述无线收发器用于从所述成像设备的控制电路接收所述输入帧和所述降低功率部分帧。
16.一种用于在计算设备的装置处执行的方法，包括：
在超声成像设备的图像生成期间执行重建算法的轮次，所述算法包括对于每个轮次处理输入帧和降低功率部分帧以从其生成重建帧，其中所述输入帧基于在所述成像设备的换能器处接收到的第一超声波形，并且所述降低功率部分帧定义缺失的扫描线并且基于第二超声波形，所述第二超声波形在所述换能器处被接收并且从耦合到所述换能器的接收信道的交错激活生成；以及
执行以下项中的至少一者：生成显示信号以使得每个重建帧被显示在显示器上，或者使得每个重建帧被存储在存储器中，其中所述输入帧在所述重建算法的初始化轮次之后对应于所述重建算法的先前轮次的先前重建帧。
17.根据权利要求16所述的方法，其中处理所述降低功率部分帧包括：
对所述降低功率部分帧执行帧内插值以用插值扫描线填充缺失的扫描线，以生成帧内插值帧；以及
处理所述帧内插值帧以生成所述重建帧。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数扫描线、或者包括偶数扫描线和缺失的奇数扫描线，并且其中处理所述降低功率部分帧和所述输入帧包括：
执行运动补偿以估计所述帧内插值帧和所述先前轮次的先前重建帧之间的运动矢量以生成运动补偿帧，当所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数扫描线时，所述运动补偿帧包括偶数扫描线和缺失的奇数扫描线，并且当所述降低功率部分帧包括偶数扫描线和缺失的奇数扫描线时，所述运动补偿帧包括奇数扫描线和缺失的偶数扫描线；以及
处理所述运动补偿帧以生成所述重建帧。
19.根据权利要求18所述的方法，其中执行运动补偿包括执行局部自适应块匹配或全局自适应块匹配中的至少一者。
20.根据权利要求19所述的方法，其中处理所述运动补偿帧包括：
将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的扫描线；以及
处理所述仅空间估计重建帧以生成所述重建帧。
21.根据权利要求20所述的方法，其中处理所述仅空间估计重建帧包括通过将所述仅空间估计重建帧与所述先前重建帧混合来执行时间平滑以生成所述重建帧。
22.根据权利要求18所述的方法，其中：
所述运动矢量对应于所述先前重建帧的子区域g1(x)和所述帧内插值帧的子区域g2(x)之间的估计运动矢量v*，v*由下式给出：
其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，B表示块内像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数；并且
块匹配还包括在所述帧内插值帧的整体对应于g2(x)的情况下使用仅水平搜索来执行全局块匹配。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括响应于确定v*超过阈值而将所述重建帧设置为对应于所述仅空间估计重建帧。
24.根据权利要求22所述的方法，还包括将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括通过以下操作来用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的扫描线：
将所述降低功率部分帧的扫描线的组R线性地分割成S x Hb块b的集合；以及
对于每个块b和组R：
定义所述帧内插值帧中像素值的临时宏块阵列mb，所述像素值对应于所述降低功率部分帧的以块b为核心的区域；以及
执行mb与所述先前重建帧之间的局部自适应块匹配以定位最佳匹配，所述最佳匹配对应于所述先前重建帧的与mb具有相同像素尺寸的宏块区域mbmatch；
将所述仅空间估计重建帧设置为对应于所述降低功率部分帧；以及
对于所述仅空间估计重建帧中的每个块b：
向块b分配来自mbmatch的核心的像素值；以及
对于b中对应于重复接收扫描线的列，分配所述仅空间估计重建帧的块b的像素值与所述帧内插值帧中对应像素值的加权平均。
25.根据权利要求21所述的方法，其中执行时间平滑包括使用阿尔法混合。
26.根据权利要求24所述的方法，包括在所述成像设备的扇区操作模式中执行以下操作：
响应于确定mb中的平均像素值大于阈值，执行所述局部自适应块匹配；以及
使用扫描转换将所述重建帧中的直线格式的扫描线数据变换为扇区模式格式的扫描线数据以生成所述重建帧。
27.根据权利要求24所述的方法，其中执行局部自适应块匹配包括对于图像帧中的每个宏块mbk执行以下操作，其中k是指定每个宏块的编号：
计算所述图像帧的先前宏块mbk-1中的总强度；
响应于确定所述强度高于第一阈值并且mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第一空间窗口W1以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；
响应于确定所述强度不高于第一阈值或者mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第二空间窗口W2以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；
使用以下式子确定估计运动矢量vk*：
其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，Bk表示宏块k内的像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数，并且其中匹配误差
响应于确定ε大于第二阈值，将来自所述帧内插值帧的像素值分配给mbk的核心中的对应像素；以及
响应于确定ε不大于第二阈值，将的核心中的值分配给mbk的核心。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括，在所述成像设备的扇区模式中，响应于确定ε不大于第二阈值而执行以下操作：
针对v的四个值测量ε，这些值在水平方向或垂直方向上偏移半个像素；以及
将的核心中的值分配给mbk的核心。
29.根据权利要求16所述的方法，还包括经由无线收发器从所述成像设备的控制电路接收所述输入帧和所述降低功率部分帧。
30.一种超声成像设备的控制电路的装置，所述装置包括耦合到所述成像设备的超声换能器的换能器元件的一个或多个处理器，用于：
引起所述换能器元件的交错激活，以生成朝向要成像的目标的发射超声波形，并收集定义降低功率部分帧的电信号，所述降低功率部分帧包括与缺失的接收(Rx)扫描线交错的现有Rx扫描线，所述电信号从自所述目标反射的超声波生成并基于发射超声波形；以及
将所述电信号发送到计算设备以使所述计算设备从所述降低功率部分帧生成重建帧，其中所述目标的图像基于所述重建帧。
31.根据权利要求30所述的装置，其中：
所述一个或多个处理器用于通过所述成像设备的发射(Tx)信道和接收(Rx)信道耦合到所述换能器元件；
所述一个或多个处理器用于通过以交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道以及一个或多个对应的Rx信道来引起所述交错激活；以及
至少Tx信道的数量或Rx信道的数量小于所述换能器元件的数量，所述一个或多个处理器用于在选择性地激活之前控制所述至少所述数量的Tx信道或所述数量的Rx信道到所述换能器元件的功能耦合。
32.根据权利要求31所述的装置，其中所述一个或多个处理器用于通过控制所述至少所述数量的Tx信道或所述数量的Rx信道中的一个或多个来控制所述功能耦合，以基于所述交错图案对所述换能器元件中的相应换能器元件进行寻址。
33.根据权利要求31所述的装置，其中以交错图案选择性地激活包括执行对所述成像设备的所述一个或多个发射(Tx)信道中的奇数和偶数信道的交替激活以及对所述成像设备的所述一个或多个对应的接收(Rx)信道的相应交替激活。
34.根据权利要求31所述的装置，其中所述一个或多个对应的Rx信道包括针对所述一个或多个Tx信道中的至少一些Tx信道的多个Rx信道。
35.根据权利要求31所述的装置，其中所述一个或多个处理器用于：
在线性模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向相同的方向上生成超声波；以及
在扇区模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向不同的方向上生成超声波。
36.根据权利要求30所述的装置，其中所述换能器元件包括微机械超声换能器元件。
37.根据权利要求36所述的装置，其中所述微机械超声换能器元件包括电容性微机械超声换能器(cMUT)元件或压电微机械超声换能器(pMUT)元件之一。
38.根据权利要求30所述的装置，还包括所述计算设备，所述计算设备用于：
在所述超声成像设备的图像生成期间执行重建算法的轮次，所述算法包括对于每个轮次：
从所述控制电路接收以下项：
与基于在所述成像设备的换能器处接收到的第一超声波形的输入帧相对应的输入帧；以及
与基于在所述换能器处接收到的第二超声波形的降低功率部分帧相对应的降低功率部分帧；以及
处理所述输入帧和所述降低功率部分帧以从其生成所述重建帧；以及
执行以下项中的至少一者：生成显示信号以使得每个重建帧被显示在显示器上，或者使得每个重建帧被存储在存储器中，其中所述输入帧在所述重建算法的初始化轮次之后对应于所述重建算法的先前轮次的先前重建帧。
39.一种用于在超声成像设备的控制电路的装置处执行的方法，所述装置包括耦合到所述成像设备的超声换能器的换能器元件的一个或多个处理器，所述方法包括：
引起所述换能器元件的交错激活，以生成朝向要成像的目标的发射超声波形，并收集定义降低功率部分帧的电信号，所述降低功率部分帧包括与缺失的接收(Rx)扫描线交错的现有Rx扫描线，所述电信号从自所述目标反射的超声波生成并基于发射超声波形；以及
将所述电信号发送到计算设备以使所述计算设备从所述降低功率部分帧生成重建帧，其中所述目标的图像基于所述重建帧。
40.根据权利要求39所述的方法，其中：
所述一个或多个处理器用于通过所述成像设备的发射(Tx)信道和接收(Rx)信道耦合到所述换能器元件；
引起所述交错激活包括以交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道以及一个或多个对应的Rx信道；以及
至少Tx信道的数量或Rx信道的数量小于所述换能器元件的数量，所述方法还包括在选择性地激活之前控制所述至少所述数量的Tx信道或所述数量的Rx信道到所述换能器元件的功能耦合。
41.根据权利要求40所述的方法，其中控制所述功能耦合包括控制所述至少所述数量的Tx信道或所述数量的Rx信道中的一个或多个，以基于所述交错图案对所述换能器元件中的相应换能器元件进行寻址。
42.根据权利要求40所述的方法，其中以交错图案选择性地激活包括执行对所述一个或多个Tx信道中的奇数和偶数信道的交替激活以及对所述一个或多个对应的Rx信道的相应交替激活。
43.根据权利要求40所述的方法，其中所述一个或多个对应的Rx信道包括针对所述一个或多个Tx信道中的至少一些Tx信道的多个Rx信道。
44.根据权利要求40所述的方法，还包括：
在线性模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向相同的方向上生成超声波；以及
在扇区模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向不同的方向上生成超声波。
45.根据权利要求40所述的方法，其中所述换能器元件包括微机械超声换能器元件。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述微机械超声换能器元件包括电容性微机械超声换能器(cMUT)元件或压电微机械超声换能器(pMUT)元件之一。
47.根据权利要求40所述的方法，还包括：
在所述超声成像设备的图像生成期间执行重建算法的轮次，所述算法包括对于每个轮次：
从所述控制电路接收以下项：
与基于在所述成像设备的换能器处接收到的第一超声波形的输入帧相对应的输入帧；以及
与基于在所述换能器处接收到的第二超声波形的降低功率部分帧相对应的降低功率部分帧；以及
处理所述输入帧和所述降低功率部分帧以从其生成所述重建帧；以及
执行以下项中的至少一者：生成显示信号以使得每个重建帧被显示在显示器上，或者使得每个重建帧被存储在存储器中，其中所述输入帧在所述重建算法的初始化轮次之后对应于所述重建算法的先前轮次的先前重建帧。
48.一种超声成像设备的装置，所述装置包括耦合到所述成像设备的超声换能器的换能器元件的一个或多个处理器，所述一个或多个处理器用于：
执行所述超声成像设备的图像生成的轮次，每个轮次包括：
引起所述换能器元件的交错激活，以生成朝向要成像的目标的发射超声波形，并收集定义降低功率部分帧的电信号，所述降低功率部分帧包括与缺失的接收(Rx)扫描线交错的现有Rx扫描线，所述电信号从自所述目标反射的超声波生成并基于发射超声波形；以及
处理所述降低功率部分帧以及输入帧以从其生成重建帧；以及
执行以下项中的至少一者：生成显示信号以使得每个重建帧被显示在显示器上，或者使得每个重建帧被存储在存储器中，其中所述输入帧在图像生成的所述轮次中的初始化轮次之后对应于图像生成的先前轮次的先前重建帧。
49.根据权利要求48所述的装置，其中：
所述一个或多个处理器用于通过所述成像设备的发射(Tx)信道和接收(Rx)信道耦合到所述换能器元件；
所述一个或多个处理器用于通过以交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道以及一个或多个对应的Rx信道来引起所述交错激活；以及
选择性地激活包括执行对所述一个或多个Tx信道中的奇数和偶数信道的交替激活以及对所述一个或多个对应的Rx信道的相应交替激活。
50.根据权利要求49所述的装置，其中所述一个或多个对应的Rx信道包括针对所述一个或多个Tx信道中的至少一些Tx信道的多个Rx信道。
51.根据权利要求49所述的装置，其中所述一个或多个处理器用于：
在线性模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向相同的方向上生成超声波；以及
在扇区模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向不同的方向上生成超声波。
52.根据权利要求48所述的装置，其中处理所述降低功率部分帧包括：
对所述降低功率部分帧执行帧内插值以用插值扫描线填充缺失的Rx扫描线，以生成帧内插值帧；以及
处理所述帧内插值帧以生成所述重建帧。
53.根据权利要求52所述的装置，其中所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数Rx扫描线、或者包括偶数扫描线和缺失的奇数Rx扫描线，并且其中处理所述降低功率部分帧和所述输入帧包括：
执行运动补偿以估计所述帧内插值帧和所述先前轮次的先前重建帧之间的运动矢量以生成运动补偿帧，当所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数Rx扫描线时，所述运动补偿帧包括偶数扫描线和缺失的奇数Rx扫描线，并且当所述降低功率部分帧包括偶数扫描线和缺失的奇数Rx扫描线时，所述运动补偿帧包括奇数扫描线和缺失的偶数Rx扫描线；以及
处理所述运动补偿帧以生成所述重建帧。
54.根据权利要求53所述的装置，其中执行运动补偿包括执行局部自适应块匹配或全局自适应块匹配中的至少一者。
55.根据权利要求54所述的装置，其中处理所述运动补偿帧包括：
将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的Rx扫描线；以及
处理所述仅空间估计重建帧以生成所述重建帧。
56.根据权利要求55所述的装置，其中处理所述仅空间估计重建帧包括通过将所述仅空间估计重建帧与所述先前重建帧混合来执行时间平滑以生成所述重建帧。
57.根据权利要求54所述的装置，其中：
所述运动矢量对应于所述先前重建帧的子区域g1(x)和所述帧内插值帧的子区域g2(x)之间的估计运动矢量v*，v*由下式给出：
其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，B表示块内像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数；并且
块匹配还包括在所述帧内插值帧的整体对应于g2(x)的情况下使用仅水平搜索来执行全局块匹配。
58.根据权利要求57所述的装置，所述一个或多个处理器用于响应于确定v*超过阈值而将所述重建帧设置为对应于所述仅空间估计重建帧。
59.根据权利要求57所述的装置，所述一个或多个处理器用于将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括通过以下操作来用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的Rx扫描线：
将所述降低功率部分帧的扫描线的组R线性地分割成S x Hb块b的集合；以及
对于每个块b和组R：
定义所述帧内插值帧中像素值的临时宏块阵列mb，所述像素值对应于所述降低功率部分帧的以块b为核心的区域；以及
执行mb与所述先前重建帧之间的局部自适应块匹配以定位最佳匹配，所述最佳匹配对应于所述先前重建帧的与mb具有相同像素尺寸的宏块区域mbmatch；
将所述仅空间估计重建帧设置为对应于所述降低功率部分帧；以及
对于所述仅空间估计重建帧中的每个块b：
向块b分配来自mbmatch的核心的像素值；以及
对于b中对应于重复接收扫描线的列，分配所述仅空间估计重建帧的块b的像素值与所述帧内插值帧中对应像素值的加权平均。
60.根据权利要求56所述的装置，其中执行时间平滑包括使用阿尔法混合。
61.根据权利要求59所述的装置，其中，在所述成像设备的扇区操作模式中，所述一个或多个处理器用于：
响应于确定mb中的平均像素值大于阈值，执行所述局部自适应块匹配；以及
使用扫描转换将所述重建帧中的直线格式的扫描线数据变换为扇区模式格式的扫描线数据以生成所述重建帧。
62.根据权利要求59所述的装置，其中，执行局部自适应块匹配包括对于图像帧中的每个宏块mbk执行以下操作，其中k是指定每个宏块的编号：
计算所述图像帧的先前宏块mbk-1中的总强度；
响应于确定所述强度高于第一阈值并且mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第一空间窗口W1以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；
响应于确定所述强度不高于第一阈值或者mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第二空间窗口W2以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；
使用以下式子确定估计运动矢量vk*：
其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，Bk表示宏块k内的像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数，并且其中匹配误差
响应于确定ε大于第二阈值，将来自所述帧内插值帧的像素值分配给mbk的核心中的对应像素；以及
响应于确定ε不大于第二阈值，将的核心中的值分配给mbk的核心。
63.根据权利要求62所述的装置，其中，在所述成像设备的扇区模式中，所述一个或多个处理器用于响应于确定ε不大于第二阈值而执行以下操作：
针对v的四个值测量ε，这些值在水平方向或垂直方向上偏移半个像素；以及
将的核心中的值分配给mbk的核心。
64.根据权利要求48所述的装置，还包括所述存储器，所述存储器耦合到所述一个或多个处理器。
65.根据权利要求48和64中任一项所述的装置，还包括耦合到所述一个或多个处理器的无线收发器，所述无线收发器用于使得所述重建帧传输到所述显示器。
66.一种用于在超声成像设备的装置处执行的方法，所述装置包括耦合到所述成像设备的超声换能器的换能器元件的一个或多个处理器，所述方法包括：
执行所述超声成像设备的图像生成的轮次，每个轮次包括：
引起所述换能器元件的交错激活，以生成朝向要成像的目标的发射超声波形，并收集定义降低功率部分帧的电信号，所述降低功率部分帧包括与缺失的接收(Rx)扫描线交错的现有Rx扫描线，所述电信号从自所述目标反射的超声波生成并基于发射超声波形；以及
处理所述降低功率部分帧以及输入帧以从其生成重建帧；以及
执行以下项中的至少一者：生成显示信号以使得每个重建帧被显示在显示器上，或者使得每个重建帧被存储在存储器中，其中所述输入帧在图像生成的所述轮次中的初始化轮次之后对应于图像生成的先前轮次的先前重建帧。
67.根据权利要求66所述的方法，其中：
所述一个或多个处理器用于通过所述成像设备的发射(Tx)信道和接收(Rx)信道耦合到所述换能器元件；
引起所述交错激活包括以交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道以及一个或多个对应的Rx信道；并且
选择性地激活包括执行对所述一个或多个Tx信道中的奇数和偶数信道的交替激活以及对所述一个或多个对应的Rx信道的相应交替激活。
68.根据权利要求67所述的方法，其中所述一个或多个对应的Rx信道包括针对所述一个或多个Tx信道中的至少一些Tx信道的多个Rx信道。
69.根据权利要求67所述的方法，还包括：
在线性模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向相同的方向上生成超声波；以及
在扇区模式中，以所述交错图案选择性地激活一个或多个Tx信道，使得所述一个或多个Tx信道中的激活信道在与所述一个或多个Tx信道的先前激活信道生成的超声波的方向不同的方向上生成超声波。
70.根据权利要求67所述的方法，其中处理所述降低功率部分帧包括：
对所述降低功率部分帧执行帧内插值以用插值扫描线填充缺失的Rx扫描线，以生成帧内插值帧；以及
处理所述帧内插值帧以生成所述重建帧。
71.根据权利要求70所述的方法，其中所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数Rx扫描线、或者包括偶数扫描线和缺失的奇数Rx扫描线，并且其中处理所述降低功率部分帧和所述输入帧包括：
执行运动补偿以估计所述帧内插值帧和所述先前轮次的先前重建帧之间的运动矢量以生成运动补偿帧，当所述降低功率部分帧包括奇数扫描线和缺失的偶数Rx扫描线时，所述运动补偿帧包括偶数扫描线和缺失的奇数Rx扫描线，并且当所述降低功率部分帧包括偶数扫描线和缺失的奇数Rx扫描线时，所述运动补偿帧包括奇数扫描线和缺失的偶数Rx扫描线；以及
处理所述运动补偿帧以生成所述重建帧。
72.根据权利要求71所述的方法，其中执行运动补偿包括执行局部自适应块匹配或全局自适应块匹配中的至少一者。
73.根据权利要求72所述的方法，其中处理所述运动补偿帧包括：
将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的Rx扫描线；以及
处理所述仅空间估计重建帧以生成所述重建帧。
74.根据权利要求73所述的方法，其中处理所述仅空间估计重建帧包括通过将所述仅空间估计重建帧与所述先前重建帧混合来执行时间平滑以生成所述重建帧。
75.根据权利要求71所述的方法，其中：
所述运动矢量对应于所述先前重建帧的子区域g1(x)和所述帧内插值帧的子区域g2(x)之间的估计运动矢量v*，v*由下式给出：
其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，B表示块内像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数；并且
块匹配还包括在所述帧内插值帧的整体对应于g2(x)的情况下使用仅水平搜索来执行全局块匹配。
76.根据权利要求75所述的方法，其中，响应于确定v*超过阈值而将所述重建帧设置为对应于所述仅空间估计重建帧。
77.根据权利要求75所述的方法，还包括将所述帧内插值帧与所述运动补偿帧合并以生成仅空间估计重建帧，合并包括通过以下操作来用所述运动补偿帧的对应扫描线填充所述帧内插值帧的缺失的Rx扫描线：
将所述降低功率部分帧的扫描线的组R线性地分割成S x Hb块b的集合；以及
对于每个块b和组R：
定义所述帧内插值帧中像素值的临时宏块阵列mb，所述像素值对应于所述降低功率部分帧的以块b为核心的区域；以及
执行mb与所述先前重建帧之间的局部自适应块匹配以定位最佳匹配，所述最佳匹配对应于所述先前重建帧的与mb具有相同像素尺寸的宏块区域mbmatch；
将所述仅空间估计重建帧设置为对应于所述降低功率部分帧；以及
对于所述仅空间估计重建帧中的每个块b：
向块b分配来自mbmatch的核心的像素值；以及
对于b中对应于重复接收扫描线的列，分配所述仅空间估计重建帧的块b的像素值与所述帧内插值帧中对应像素值的加权平均。
78.根据权利要求74所述的方法，其中执行时间平滑包括使用阿尔法混合。
79.根据权利要求77所述的方法，还包括在所述成像设备的扇区操作模式中执行以下操作：
响应于确定mb中的平均像素值大于阈值，执行所述局部自适应块匹配；以及
使用扫描转换将所述重建帧中的直线格式的扫描线数据变换为扇区模式格式的扫描线数据以生成所述重建帧。
80.根据权利要求77所述的方法，其中执行局部自适应块匹配包括对于图像帧中的每个宏块mbk执行以下操作，其中k是指定每个宏块的编号：
计算所述图像帧的先前宏块mbk-1中的总强度；
响应于确定所述强度高于第一阈值并且mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第一空间窗口W1以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；
响应于确定所述强度不高于第一阈值或者mbk不是所述图像的给定行中的第一宏块，分配第二空间窗口W2以对应于空间窗口W的值，在该空间窗口W内要搜索针对运动矢量v的解；
使用以下式子确定估计运动矢量vk*：
其中x表示图像子区域的像素坐标，W表示在其中搜索针对v的解的空间窗口，Bk表示宏块k内的像素的索引集，并且p表示等于1或2的误差范数，并且其中匹配误差
响应于确定ε大于第二阈值，将来自所述帧内插值帧的像素值分配给mbk的核心中的对应像素；以及
响应于确定ε不大于第二阈值，将的核心中的值分配给mbk的核心。
81.根据权利要求80所述的方法，还包括在所述成像设备的扇区模式中，响应于确定ε不大于第二阈值而执行以下操作：
针对v的四个值测量ε，这些值在水平方向或垂直方向上偏移半个像素；以及
将的核心中的值分配给mbk的核心。
82.根据权利要求66所述的方法，还包括使得所述重建帧传输到所述显示器。
83.一种装置，包括用于执行根据权利要求16-29、39-47和66-82中任一项所述的方法的装置。
84.一种或多种包括其上存储的多个指令的计算机可读介质，所述指令在被执行时，使一个或多个处理器执行根据权利要求16-29、39-47和66-82中任一项所述的方法。
85.一种成像设备，包括根据权利要求1-14、30-38和48-64中任一项所述的装置，以及耦合到所述装置的超声换能器。
86.根据权利要求85所述的成像设备，还包括外壳，所述装置设置在所述外壳中。
87.根据权利要求85所述的成像设备，还包括所述显示器。
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