CN117148364A - 一种超声成像系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种超声成像系统和方法，控制超声探头向感兴趣区域分别以多个角度发射超声波，接收超声波回波获得通道回波数据，并对各个角度基于相同的接收线网格对通道回波数据进行波束合成，这使得在进行空间复合时无需将不同角度所对应的接收线网格变换到同一坐标，解决了现有空间复合所存在的一些问题。

Description

一种超声成像系统和方法
技术领域
本发明涉及超声成像领域，具体涉及一种超声成像系统和方法。
背景技术
复合超声成像技术是超声成像领域中重要的一项技术，其中空间复合成像技术又是复合超声成像技术中应用最广泛的一项技术。由于空间复合成像技术可以抑制图像噪感，对提升图像整体质量起到了重要的作用，因此目前大部分超声成像系统在超声成像时都配置并默认使用该项技术。
目前的复合超声成像技术还有需要改进的地方。
发明内容
一个实施例中，提供了一种超声成像系统，其包括：
超声探头，包括多个阵元；
发射和接收控制电路，用于控制该超声探头向感兴趣区域发射超声波，以及接收所发射的超声波的超声回波，以获得通道回波数据；
处理器，用于根据该通道回波数据生成超声图像；
显示器，用于显示该超声图像；
其中：
该发射和接收控制电路控制该超声探头向感兴趣区域分别以多个角度发射超声波；
该发射和接收控制电路控制该超声探头接收被沿该多个角度发射的超声波的超声回波，获得多组通道回波数据，其中每组通道回波数据通过被沿该多个角度中的一个角度发射的超声波的超声回波获得；
该处理器对该多组通道回波数据基于包括多个网格点的接收线网格进行波束合成，以获得多组波束合成后的数据，其中该多组通道回波数据被基于相同的接收线网格进行该波束合成；
该处理器根据该多组波束合成后的数据生成该超声图像。
一个实施例中，对于任一角度对应的接收线网格下的任一网格点，该处理器：
根据该任一网格点的物理空间位置和该任一角度，确定该任一网格点在该任一角度下对应的接收孔径；
基于所确定的该接收孔径，对通过被沿该任一角度发射的超声波的超声回波所获得的该组通道回波数据进行波束合成。
一个实施例中，该处理器根据该任一网格点的物理空间位置和该任一角度，确定该任一网格点在该任一角度下对应的接收孔径包括：
该处理器确定经过该任一网格点的物理空间位置并且与该超声探头的法线形成的角度等于该任一角度的直线与该超声探头的交点；
该处理器根据该交点，确定该接收孔径。
一个实施例中，该处理器还对基于该相同接收线网格执行波束合成所获得的所述多组波束合成后的数据进行空间复合。
一个实施例中，该同一接收线网格为角度为0时对应的接收线网格。
一个实施例中，该处理器根据该多组波束合成后的数据生成该超声图像，包括：该处理器对该波束合成后的数据进行数字扫描变换，以获得用于显示的超声图像像素数据；
该显示器根据该超声图像像素数据显示该超声图像。
一个实施例中，提供了一种超声成像方法，包括：
向感兴趣区域分别以多个角度发射超声波；
接收被沿该多个角度发射的超声波的超声回波，获得多组通道回波数据，其中每组通道回波数据通过被沿该多个角度中的一个角度发射的超声波的超声回波获得；
对该多组通道回波数据基于包括多个网格点的接收线网格进行波束合成，以获得多组波束合成后的数据，其中该多组通道回波数据被基于相同的接收线网格进行该波束合成；
根据该多组波束合成后的数据生成超声图像。
一个实施例中，对该多组通道回波数据基于包括多个网格点的接收线网格进行波束合成包括：
对于任一角度对应的接收线网格下的任一网格点：
根据该任一网格点的物理空间位置和该任一角度，确定该任一网格点在该任一角度下对应的接收孔径；
基于所确定的该接收孔径，对通过被沿该任一角度发射的超声波的超声回波所获得的该组通道回波数据进行波束合成。
一个实施例中，根据该任一网格点的物理空间位置和该任一角度确定该任一网格点在该任一角度下对应的接收孔径包括：
确定经过该任一网格点的物理空间位置并且与该超声探头的法线形成的角度等于该任一角度的直线与该超声探头的交点；
根据该交点，确定该接收孔径。
一个实施例中，该相同的接收线网格根据扫查模式确定。
一个实施例中，当该扫查模式为线阵扫查模式时，则该相同的接收线网格为直角坐标系的接收线网格；当该扫查模式为凸阵扫查模式或扇形扫查模式时，则该相同的接收线网格为极坐标系的接收线网格。
一个实施例中，该相同的接收线网格为角度为0时对应的接收线网格。
一个实施例中，该方法还包括：对基于该相同接收线网格执行波束合成所获得的所述多组波束合成后的数据进行空间复合。
一个实施例中，对基于该相同接收线网格执行波束合成所获得的所述多组波束合成后的数据进行空间复合包括：
对该相同的接收线网格下的任一网格点，对基于该相同接收线网格执行波束合成所获得的所述多组波束合成后的数据通过求平均、求加权平均、取最大值和取中值中的其中一种方式进行空间复合。
一个实施例中，根据该多组波束合成后的数据生成超声图像包括：
对该多组波束合成后的数据进行数字扫描变换，以获得用于显示的超声图像像素数据。
一个实施例中，提供了一种超声成像方法，包括：
获取多组通道回波数据，其中该多组通道回波数据通过向感兴趣区域分别以多个角度发射超声波并接收被沿该多个角度发射的超声波的超声回波而获得，并且其中每组通道回波数据通过被沿该多个角度中的一个角度发射的超声波的超声回波获得；
对该多组通道回波数据基于包括多个网格点的接收线网格进行波束合成，以获得多组波束合成后的数据，其中该多组通道回波数据被基于相同的接收线网格进行该波束合成；
根据该多组波束合成后的数据生成超声图像。
一个实施例中，提供了一种超声成像系统，包括：
超声探头，包括多个阵元；
发射和接收控制电路，用于控制该超声探头向感兴趣区域发射超声波，以及接收所发射的超声波的超声回波，以获得通道回波数据；
处理器，用于根据该通道回波数据生成超声图像；
显示器，用于显示该超声图像；
其中：
该发射和接收控制电路控制该超声探头向感兴趣区域分别以多个角度发射超声波；
该发射和接收控制电路控制该超声探头接收被沿该多个角度发射的超声波的超声回波，以获得多组通道回波数据，其中每组通道回波数据通过被沿该多个角度中的一个角度发射的超声波的超声回波获得；
该处理器对该多组通道回波数据基于包括多个网格点的接收线网格进行波束合成，以获得多组波束合成后的数据，其中该多组通道回波数据中的至少两组通道回波数据被基于相同的接收线网格进行该波束合成；
该处理器根据该多组波束合成后的数据生成该超声图像。
依据上述实施例的超声成像系统、方法和计算机可读存储介质，通过控制超声探头向感兴趣区域分别以多个角度发射超声波，并接收超声回波获得通道回波数据，并对不同角度中的至少部分角度下的通道回波数据基于相同的接收线网格进行波束合成，获得波束合成后的数据。这使得本发明在进行空间复合时无需将不同角度所对应的接收线网格变换到同一坐标，解决了现有空间复合所存在的一些问题。
附图说明
图1为一种实施例的超声成像系统的结构示意图；
图2(a)为一种实施例的线阵探头的波束合成点的示意图；图2(b)为一种实施例的凸阵探头的波束合成点的示意图；
图3(a)为一种实施例的具有三个角度线阵扫描的示意图；图3(b)为一种实施例的具有三个角度凸阵扫描的示意图；
图4为一种实施例的空间复合的示意图；
图5为一种实施例的基于像素点来进行复合的示意图；
图6为一种实施例的不同角度所对应的相同接收线网格的示意图；
图7(a)为一种实施例的确定接收孔径的示意图；图7(b)为一种实施例的确定接收孔径的示意图；
图8(a)是在图3(a)中所示角度1的情况下，采用与角度2相同的接收线网格时，角度1中一些接收点(网格点)所对应的用于确定接收孔径的交点的示意图；图8(b)是在图3(b)中所示角度1的情况下，采用与角度2相同的接收线网格时，角度1中一些接收点(网格点)所对应的用于确定接收孔径的交点的示意图；
图9(a)、图9(b)和图9(c)分别为线阵扫查模式、扇形扫查模式和凸阵扫查模式下各个角度所对应的同一接收线网格的示意图；
图10为一种实施例的超声成像方法的流程图；
图11为一种实施例的控制超声探头接收各个角度在同一接收线网格下的超声波回波以转换成通道回波数据的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
请参照图1，一些实施例的超声成像系统包括超声探头10、发射和接收控制电路20和处理器30；一些实施例的超声成像系统还可以包括显示器40，下面对各部件进行说明。
超声探头10用于向感兴趣区域发射超声波，以及接收相应的超声波回波并转换成通道回波数据。一些实施例中，超声探头10包括多个阵元，用于实现电脉冲信号和超声波的相互转换，从而实现向被检测生物组织50(人体或动物体中的生物组织)发射超声波并接收组织反射回的超声回波，以获取超声波回波信号，并转换为超声波的通道回波数据。超声探头10所包括的这多个阵元，可以排列成一排构成线阵，或排布成二维矩阵构成面阵，这多个阵元也可以构成凸阵列。阵元可根据激励电信号发射超声波，或将接收的超声波变换为电信号。因此每个阵元可用于向感兴趣区域的生物组织发射超声波，也可用于接收经组织返回的超声波回波。在进行超声检测时，可通过发射序列和接收序列控制哪些阵元用于发射超声波，哪些阵元用于接收超声波，或者控制阵元分时隙用于发射超声波或接收超声回波。参与超声波发射的所有阵元可以被电信号同时激励，从而同时发射超声波；或者参与超声波发射的阵元也可以被具有一定时间间隔的若干电信号激励，从而持续发射具有一定时间间隔的超声波。如果将被测生物组织50内接收和反射超声波的最小处理区域称为组织内的位置点，则超声波到达被测生物组织50的每个位置点后，将因不同位置点的组织声阻抗不同而产生不同的反射，反射的超声波被接收阵元拾取，且每一接收阵元可能接收到多个位置点的超声回波，每一接收阵元接收的不同位置点的超声回波形成不同的通道回波数据，每一接收阵元输出的多个通道回波数据形成与该接收阵元对应的一组通道回波数据。对于某个接收阵元而言，其到被测生物组织50中不同位置点的距离不同，因此各位置点反射的超声回波到达该阵元的时间也不同，可根据超声回波到达该阵元的时间识别超声回波和位置点的对应关系。
需要说明的是，本文所涉及的“通道回波数据”是与超声成像系统的通道(通道对应一个或多个阵元)对应的且进行波束合成处理之前的数据。
一些例子中，感兴趣区域可以由用户选定，例如当显示器40上显示常规超声图像时，用户可以在常规超声图像上选定感兴趣区域。一些例子中，也可以由处理器30基于相关的机器识别算法在基础超声图像上自动确定感兴趣区域的位置。一些例子中，还可以通过半自动检测的方式来获取感兴趣区域，例如，首先处理器30基于机器识别算法自动检测基础超声图像上的感兴趣区域的位置，再由用户进一步修改或校正，以获取更为精确的感兴趣区域的位置。
发射和接收控制电路20用于控制超声探头10发射超声波和接收相应的超声波回波以转换成通道回波数据。一些实施例中，一方面发射和接收控制电路20中的发射控制电路用于控制超声探头10向生物组织50例如感兴趣区域发射超声波，另一方面发射和接收控制电路20中的接收控制电路用于控制超声探头10接收超声波经组织反射的超声回波以转换成超声波的通道回波数据。一些实施例中，发射和接收控制电路20用于产生发射序列和接收序列，并输出至超声探头10。发射序列用于控制超声探头10中多个阵元中的部分或者全部向生物组织60发射超声波，发射序列的参数包括发射用的阵元数和超声波发射参数(例如幅度、频率、发波次数、发射间隔、发射的角度、波型和/或聚焦位置等)。接收序列用于控制多个阵元中的部分或者全部接收超声波经组织后的回波，接收序列的参数包括接收用的阵元数以及回波的接收参数(例如接收孔径和深度等)。对超声回波的用途不同或根据超声回波生成的图像不同，发射序列中的超声波参数和接收序列中的回波参数也有所不同。
处理器30用于根据通道回波数据生成超声图像。例如处理器30在获取到通道回波数据后，采集相关算法得到所需要的参数或图像；具体地，处理器30可以在获取到通道回波数据后，通过波束合成得到波束合成数据，再对波束合成数据进行空间复合，得到超声图像帧数据。一些实施例中，处理器30包括但不限于中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、微控制单元(Micro Controller Unit，MCU)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)和数字信号处理(DSP)等用于解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据的装置。一些实施例中，处理器40用于执行该非暂时性计算机可读存储介质中的各计算机应用程序，从而执行相应的超声成像流程。
显示器40可以用于显示信息，例如显示由处理器30计算得到的参数和图像等。本领域技术人员应当理解，在有的实施例中，超声成像系统本身可以不集成显示器40，而是连接一个计算机设备(例如电脑)，通过计算机设备的显示模块(例如显示屏)来显示信息。
以上是超声成像系统的一些说明。下面举个例子说明来描述如何对超声波的通道回波数据处理以得到超声图像。
由超声探头10接收超声波经感兴趣区域反射后的信号即超声回波信号，再将超声回波信号或者说超声波回波转换成超声波的通道回波数据，波束合成则是把通道回波数据从通道域(比如数据维度是：时间方向*通道数*发射次数)重建转变为波束域数据(即波束合成数据，比如数据维度是：纵向点数*横线点数，为实际物理空间中的点)，波束合成点可以指波束域的每个输出点，即，波束合成处理将在该点上执行从而获得该点处的波束合成后的数据。波束合成点可以是预先确定的。例如图2(a)中为线阵探头的波束合成点的示意图，图2(b)所示为凸阵探头的波束合成点的示意图；图2(a)和图2(b)中，由波束合成点所形成的网格，也可以称为接收线网格，波束合成点即为接收线网格上的网格点。因此，如上所述波束合成则是把通道回波数据从通道域重建转变为波束域数据；具体地，超声波的通道回波数据的数据维度可以为Nt*Nch*Ntx，Nt表示沿着超声波传播的时间方向，Nch表示通道数，Ntx表示所发射的次数；经波束合成后，数据维度变为波束域数据，波束域数据的数据维度可以为Nrang*Nusl，Nrang表示接收线网格上的纵向深度点，Nusl表示接收线网格上的横向点数。
当进行多角度扫描或者说多角度发射超声波时，例如有Nrangle个角度时，则相应会产生有Nrangle个接收线网格；图3(a)是一个具有三个角度线阵扫描的例子，形成有三个角度分别对应的三个接收线网格，角度1对应接收线网格1，角度2对应接收线网格2，角度3对应接收线网格3；图3(b)是一个具有三个角度凸阵扫描的例子，形成有三个角度分别对应的三个接收线网格，角度1对应接收线网格1，角度2对应接收线网格2，角度3对应接收线网格3。在具有多个角度对应的接收线网格的情况下，则需要通过空间复合技术将所有角度的接收线网格上的数据点(例如，波束合成后的数据)进行坐标变换后进行复合叠加以形成超声图像帧数据；不妨以图3(a)所示的例子为例，图4是对其进行空间复合的一个例子，具体地：偏转发射时，接收线是沿着发射线角度方向的，因此所形成的接收线网格也是与角度对应的，不同角度的接收线网格是不一样的；为了进行复合，需要将不同角度的接收线网格的坐标进行转换，以使得各个角度转换后的接收线网格上的网格点(波束合成点)能够对应，从而进行复合。最后再通过数据扫描变换，将接收线网格坐标系变换到可显示的像素点坐标系，也即将超声图像帧数据通过坐标变换等操作转换到屏幕像素坐标系，得到像素坐标系下的超声图像像素数据，然后输出到显示器中进行显示。
从通道回波数据到接收线网格的线数据或者说点数据或者波束合成后的数据，再到超声图像帧数据，最后转变为可以显示的超声图像像素数据，经过了几次的数据重建和转换过程，每次的转换过程都需要从一个坐标系转换到另一个坐标系，需要做坐标变换，这也涉及到插值等处理，这些处理对数据而言本质上是一种平滑的作用，会对超声图像起到副作用，使图像变糊，这其中又以空间复合环节最为严重；例如对上文图4的说明和描述，三个角度对应的接收线网格是在不同坐标系下的，对图中角度1和角度3这两个角度的接收线数据进行坐标变换，在这过程中通过插值等操作后形成新的网格点，从而与角度2的接收线网格点对齐，然后再把这三组数据进行复合；空间复合可以降低图像的噪感，但是会带来图像变糊的副作用。
一种解决思路和方案是：经波束合成输出的数据网格点即为像素点，这样在空间复合过程中也是基于像素点进行的复合，不存在坐标变换的问题，这种思路可以很好的解决上述问题；如图5所示，上述解决方案由于是基于像素点来处理，并且是建立在显示的直角坐标系下，因此这样会存在一些问题：(1)在有效图像区域范围内(如图中的有效成像区域)，像素在每个深度位置的点数都是不一样的，这样会对处理器的各个图像处理算法造成很大的影响，会对算法提出非常高的要求，因为要能够适应每个深度任意点数的情况，则需要相应的研究高级算法；(2)由于整个成像系统是基于像素点的，没有了接收线的概念，只有一个个独立的“接收点”，整个信号及图像处理流程都是以“像素点”为基础处理的，这就要求超声成像设备具备极高的灵活性和数据处理能力，会使得超声成像设备变得极为复杂且成本很高；(3)在很多扫查模式下，例如凸阵扫描、相控阵扫描和扩展扫描等模式下，通过极坐标系来处理数据是比较适合和友好的，这些本身适用于极坐标系的扫描模式，应用像素点坐标后，会使得图像进场的横向采样率降低，严重条件会欠采样使近场图像变差，同时又会使得远场的采样率过高，浪费计算力。
本发明的一些实施例中，提出一种超声成像系统和方法，其包含了对复合成像技术的改进，在多角度发射超声波时，通过在波束合成过程中使得各个角度中的至少部分角度(或者所有角度)下得到的通道回波数据基于相同的接收线网格进行波束合成，或者说在相同的接收线网格上进行不同方向中的至少部分方向的波束合成；这样再进行空间复合时就不需将不同角度所对应的接收线网格变换到同一坐标，在复合过程中也不会因需要插值等损失数据。下面具体说明。
一些实施例中，发射和接收控制电路20控制超声探头10向感兴趣区域分别以多个角度发射超声波；发射和接收控制电路20控制超声探头10接收被沿该多个角度发射的超声波的超声回波，从而获得多组通道回波数据，其中每组通道回波数据通过被沿该多个角度中的一个角度发射的超声波的超声回波获得。需要说明的是，本文所涉及的角度，是指超声波发射角度；例如，超声波发射角度可以定义为超声波发射方向与超声探头的法线方向所形成的夹角。
如上文所述，一些方案中不同角度对应着不同接收线网格——例如上文图3就是一个例子；而本申请一些实施例中，各个角度对应的接收线网格都是相同的，例如图6所示，角度1、角度2和角度3所对应的接收线网格都是相同的。在这些实施例中，处理器可以对所获得的多组通道回波数据基于包括多个网格点的接收线网格进行波束合成，以获得多组波束合成后的数据，其中该多组通道回波数据部分(例如，至少两组)或者全部组通道回波数据被基于相同的接收线网格进行所述波束合成。
请参照图7(a)，一些方案中，之所以不同角度对应着不同接收线网格，是因为这些方案中是这样来接收超声波回波的：对于每一个接收点(即位置点、波束合成点或者说网格点)，是通过其所在接收线与超声探头的交点(例如图中P)来确定接收孔径，其中图中阴影阵元表示接收孔径，从而得到波束合成输出，这样不同角度最终就对应不同的接收线网格。本申请一些实施例中，预选定义一个接收线网格，至少部分或所有角度都根据该同一个接收线网格进行超声波回波的接收(这里指通道回波数据的接收波束合成)；请参照图7(b)，是为了使得各个角度所对应的接收线网格都为图6中的接收线网格的一个例子：为了使得同一个接收点能够得到相同的波束合成输出，本申请一些实施例中是以接收点和对应的角度来确定超声探头的一个交点(例如图中P’)，该交点使得其与接收点所确定的直线与超声探头在该交点处的法线的夹角等于上述对应的角度，即图中角度θ等于角度1；寻找到这样的交点后，再来确定接收孔径；图8(a)是在图3(a)中所示角度1的情况下，采用与角度2相同的接收线网格时，角度1中一些接收点(网格点)所对应的用于确定接收孔径的交点的示例；图8是线阵扫查时的一个例子；扇形扫查和凸阵扫查也是类似的，不妨以凸阵扫查为例，图8(b)是在图3(b)中所示角度1的情况下，采用与角度2相同的接收线网格时，角度1中一些接收点(网格点)所对应的用于确定接收孔径的交点的示例。换句话说，对于任一角度对应的接收线网格下的任一网格点，可以确定经过该任一网格点的物理空间位置并且与超声探头的法线形成的角度等于该任一角度的直线与超声探头的交点。
因此，一些实施例中，对于任一角度(不妨以角度A为例)在上述同一接收线网格下的任一网格点(不妨以网格点a为例)，处理器根据上述网格点a的物理空间位置和角度A，计算网格点a在角度A的接收孔径；一些具体实施例中，处理器30通过网格点a的物理空间位置和角度A，确定与超声探头10阵元的交点，该交点使得其与网格点a所确定的直线与超声探头10在该交点处的法线的夹角为角度A；处理器30根据上述交点确定网格点a的接收孔径(不妨称为接收孔径Ra)，例如以上述交点为中心确定接收孔径Ra的中心位置，然后根据预设直径参数确定接收孔径Ra的直径，从而最终确定网格点a的接收孔径Ra。处理器30可以基于该确定的接收孔径Ra，确定接收波束合成的参数，从而对由沿该角度A发射的超声波的超声回波获得的该组通道回波数据进行波束合成，总而获得该角度A下对应的在网格点a处的波束合成后的数据。
获得的接收线网格处的波束合成后的数据可以被进一步处理以生成感兴趣区域的超声图像。需要说明的是，如上文所述，接收线网格中的点(网格点)是在该点处将要进行波束合成以获得该点处的波束合成后的数据的点，而并不是将被显示在显示器上的超声图像的像素点。该网格点与将被显示的超声图像的像素点并不相同。
一些实施例中，处理器可以还对基于相同的接收线网格进行波束合成获得的多组波束合成后的数据进行空间复合，从而获得空间复合后的数据。处理器并根据获得的该空间复合后的数据生成感兴趣区域的超声图像。
一些实施例中，处理器30对上述不同角度在同一接收线网格下的波束合成后的数据进行空间复合时无需根据波束合成数据的角度变换坐标。由于不同角度所对应的接收线网格是相同的，因此在进行空间复合时，无需像上文图4一样进行网格点的坐标变换。
一些实施例中，处理器30对上述不同角度在同一接收线网格下的波束合成后的数据进行空间复合时不会损失数据。由于不同角度所对应的接收线网格是相同的，因此在进行空间复合时，不会因为需要插值来形成新的网格点，在这个赛程中数据自然也不会有所损失。
一些实施例中，对同一接收线网格下的任一网格点，处理器30对其在各个角度下的波束合成后的数据通过求平均、求加权平均、取最大值和取中值中的其中一种方式进行空间复合。
以上是对通道回波数据进行波束合成和空间复合来得到超声图像帧数据的一些说明。
在上文中涉及到“同一接收线网格”，一些实施例中，不同的扫查模式下各个角度所对应的同一接收线网格可以是不同的，例如，当扫查模式(或者说扫描模式)为线阵扫查模式时，各个角度所对应的同一接收线网格可以是直角坐标系的接收线网格，图9(a)为线阵扫查模式下各个角度所对应的同一接收线网格的一个例子；再例如，当扫查模式为凸阵扫查模式或扇形扫查模式时，则各个角度所对应的同一接收线网格为极坐标系的接收线网格，图9(b)为扇形扫查模式下各个角度所对应的同一接收线网格的一个例子，图9(c)为凸阵扫查模式下各个角度所对应的同一接收线网格的一个例子。
因此，一些实施例中，处理器30获取扫查模式，并根据所获取的扫查模式，获取各个角度所对应的同一接收线网格；例如，当扫查模式为线阵扫查模式时，则上述同一接收线网格为直角坐标系的接收线网格；当扫查模式为凸阵扫查模式或扇形扫查模式时，则上述同一接收线网格为极坐标系的接收线网格。
一些实施例中，同一接收线网格为角度为0时的接收线网格。
一些实施例中，在得到超声图像帧数据后，处理器30根据超声图像帧数据生成超声图像，显示器40则可以显示超声图像。一些具体实施例中，处理器30对超声图像帧数据进行数字扫描变换例如通过坐标变换等操作，得到用于显示的超声图像像素数据，显示器40则根据超声图像像素数据显示对应的超声图像。
以上是超声成像系统的一些说明。
本发明还公开了一种超声成像方法。请参照图10，一些实施例的超声成像方法包括以下步骤：
步骤100：控制超声探头向感兴趣区域分别以多个角度发射超声波。
步骤110：控制超声探头接收被沿该多个角度发射的超声波的超声回波，以获得多组通道回波数据，其中每组通道回波数据通过沿该多个角度中的一个角度发射的超声波的超声回波获得，并对该多组通道回波数据基于包括多个网格点的接收线网格进行波束合成，以获得多组波束合成后的数据，其中该多组通道回波数据被基于相同的接收线网格进行该波束合成。
请参照图11，一些实施例中，步骤110可以包括：
步骤111：对于任一角度在该同一接收线网格下的任一网格点，根据该任一网格点的物理空间位置和该任一角度，确定该任一网格点在该任一角度下的接收孔径。一些具体实施例中，步骤111中，确定经过该任一网格点的物理空间位置并且与该超声探头的法线形成的角度等于该任一角度的直线与该超声探头的交点，并根据该交点，确定该接收孔径。
步骤113：基于所确定的该接收孔径，对通过沿该任一角度发射的超声波的超声回波所获得的该组通道回波数据进行波束合成，从而获得该任一角度下对应的该任一网格点处的波束合成后的数据。
例如，对于任一角度(不妨以角度A为例)在上述同一接收线网格下的任一网格点(不妨以网格点a为例)，根据上述网格点a的物理空间位置和角度A，计算网格点a在角度A的接收孔径；一些具体实施例中，通过网格点a的物理空间位置和角度A，确定与超声探头阵元的交点，该交点使得其与网格点a所确定的直线与超声探头在该交点处的法线的夹角为角度A；再根据上述交点确定网格点a的接收孔径(不妨称为接收孔径Ra)；再控制超声探头以接收孔径Ra接收超声波回波以转换成通道回波数据，得到网格点a在角度A对应的通道回波数据。
步骤120：对基于该相同接收线网格执行波束合成所获得的该多组波束合成后的数据进行空间复合，从而获得空间复合后的数据。
一些实施例中，步骤120对上述不同角度在同一接收线网格下的波束合成后的数据进行空间复合时，由于不同角度所对应的接收线网格是相同的，因此在进行空间复合时，无需像上文图4一样进行网格点的坐标变换。
一些实施例中，步骤120对上述不同角度在同一接收线网格下的波束合成后的数据进行空间复合时，由于不同角度所对应的接收线网格是相同的，因此在进行空间复合时，不会因为需要插值来形成新的网格点，因此，在这个过程中数据自然也不会有所损失。
一些实施例中，对同一接收线网格下的任一网格点，步骤120中，可以使用求平均、求加权平均、取最大值和取中值等等中的其中一种或多种方式对基于该相同接收线网格执行波束合成所获得的该多组波束合成后的数据进行空间复合进行空间复合，在此不再详述。
步骤130：根据上述波束合成后的数据(在进行了空间复合处理的实施例中，该数据可以为空间复合后的数据)，生成超声图像。
在超声成像方法中中涉及到“同一接收线网格”，一些实施例中，不同的扫查模式下各个角度所对应的同一接收线网格可以是不同的。因此，一些实施例中的超声成像系统还可以包括步骤：获取扫查模式，并根据所获取的扫查模式，获取各个角度所对应的同一接收线网格；例如，当扫查模式为线阵扫查模式时，则上述同一接收线网格为直角坐标系的接收线网格；当扫查模式为凸阵扫查模式或扇形扫查模式时，则上述同一接收线网格为极坐标系的接收线网格。
一些实施例中，同一接收线网格为角度为0时的接收线网格。
前述实施例中，所描述的超声成像方法在包括超声探头、发射和接收控制电路等部件的实时超声成像系统中实现。在其他的实施例中，前述的方法也可以在其他的装置(比如，没有超声探头或者发射和接收控制电路等等部件的装置)中实现，比如工作站、服务器、云端设备、其他电子设备等等。
比如，一个实施例中，一种超声成像方法可以包括：
获取多组通道回波数据，其中该多组通道回波数据通过向感兴趣区域分别以多个角度发射超声波并接收被沿该多个角度发射的超声波的超声回波而获得，并且其中每组通道回波数据通过被沿该多个角度中的一个角度发射的超声波的超声回波获得。该多组通道回波数据可以是由超声成像系统实时扫描获得，也可以是从存储了预先扫描获得的通道回波数据的存储器中读取获得，也可以是通过有线或者无线连接从其他设备(比如，其他的超声成像系统、服务器、云端设备等等)获得；
对该多组通道回波数据基于包括多个网格点的接收线网格进行波束合成，以获得多组波束合成后的数据，其中该多组通道回波数据被基于相同的接收线网格进行该波束合成；
根据该多组波束合成后的数据生成超声图像。
以上是超声成像方法的一些说明。
本申请一些实施例中，接收线网格点保持不变，即多个角度扫描时，接收线网格点保持不变，在相同的网格上进行不同方向的波束合成，然后再进行复合及后续的信号处理过程。
本申请一些实施例的超声成像系统和方法，各个角度的接收线网格都保持一样，从而使得在进行空间复合时不必再进行坐标变换，避免了传统空间复合引导起的图像变糊问题。
另外，传统空间复合中不同角度的接收线网格点经过坐标变换后会导致数据有“缺角”现象——例如图4的角度1的接收线网格经过坐标变换后的缺角，角度3的的接收线网格经过坐标变换后的缺角，而实际上复合时，在中间区域是三个角度的数据复合，而在缺角处则只有两个角度的数据进行复合；因此在空间复合时，计算复合系数要做特殊考量和优化处理，要考虑图像的过渡，设置过渡带等，并且图像上也会有所体现，这会造成图像性能下降；而本申请一些实施例中，每个接收点都是所有角度的数据进行复合，没有数据的缺失，因此也无需研究高级的复合算法。
本文参照了各种示范实施例进行说明。然而，本领域的技术人员将认识到，在不脱离本文范围的情况下，可以对示范性实施例做出改变和修正。例如，各种操作步骤以及用于执行操作步骤的组件，可以根据特定的应用或考虑与系统的操作相关联的任何数量的成本函数以不同的方式实现(例如一个或多个步骤可以被删除、修改或结合到其他步骤中)。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。另外，如本领域技术人员所理解的，本文的原理可以反映在计算机可读存储介质上的计算机程序产品中，该可读存储介质预装有计算机可读程序代码。任何有形的、非暂时性的计算机可读存储介质皆可被使用，包括磁存储设备(硬盘、软盘等)、光学存储设备(CD至ROM、DVD、Blu Ray盘等)、闪存和/或诸如此类。这些计算机程序指令可被加载到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备上以形成机器，使得这些在计算机上或其他可编程数据处理装置上执行的指令可以生成实现指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器可以指示计算机或其他可编程数据处理设备以特定的方式运行，这样存储在计算机可读存储器中的指令就可以形成一件制造品，包括实现指定功能的实现装置。计算机程序指令也可以加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，从而在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生一个计算机实现的进程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令可以提供用于实现指定功能的步骤。
虽然在各种实施例中已经示出了本文的原理，但是许多特别适用于特定环境和操作要求的结构、布置、比例、元件、材料和部件的修改可以在不脱离本披露的原则和范围内使用。以上修改和其他改变或修正将被包含在本文的范围之内。
前述具体说明已参照各种实施例进行了描述。然而，本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本披露的范围的情况下进行各种修正和改变。因此，对于本披露的考虑将是说明性的而非限制性的意义上的，并且所有这些修改都将被包含在其范围内。同样，有关于各种实施例的优点、其他优点和问题的解决方案已如上所述。然而，益处、优点、问题的解决方案以及任何能产生这些的要素，或使其变得更明确的解决方案都不应被解释为关键的、必需的或必要的。本文中所用的术语“包括”和其任何其他变体，皆属于非排他性包含，这样包括要素列表的过程、方法、文章或设备不仅包括这些要素，还包括未明确列出的或不属于该过程、方法、系统、文章或设备的其他要素。此外，本文中所使用的术语“耦合”和其任何其他变体都是指物理连接、电连接、磁连接、光连接、通信连接、功能连接和/或任何其他连接。
具有本领域技术的人将认识到，在不脱离本发明的基本原理的情况下，可以对上述实施例的细节进行许多改变。因此，本发明的范围应仅由权利要求确定。

Claims (17)

1.一种超声成像系统，其特征在于，包括：
超声探头，包括多个阵元；
发射和接收控制电路，用于控制所述超声探头向感兴趣区域发射超声波，以及接收所发射的超声波的超声回波，以获得通道回波数据；
处理器，用于根据所述通道回波数据生成超声图像；
显示器，用于显示所述超声图像；
其中：
所述发射和接收控制电路控制所述超声探头向感兴趣区域分别以多个角度发射超声波；
所述发射和接收控制电路控制所述超声探头接收被沿所述多个角度发射的超声波的超声回波，以获得多组通道回波数据，其中每组通道回波数据通过被沿所述多个角度中的一个角度发射的超声波的超声回波获得；
所述处理器对所述多组通道回波数据基于包括多个网格点的接收线网格进行波束合成，以获得多组波束合成后的数据，其中所述多组通道回波数据被基于相同的接收线网格进行所述波束合成；
所述处理器根据所述多组波束合成后的数据生成所述超声图像。
2.如权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，对于任一角度对应的接收线网格下的任一网格点，所述处理器：
根据所述任一网格点的物理空间位置和所述任一角度，确定所述任一网格点在所述任一角度下对应的接收孔径；
基于所确定的所述接收孔径，对通过被沿所述任一角度发射的超声波的超声回波所获得的该组通道回波数据进行波束合成。
3.如权利要求2所述的超声成像系统，其特征在于，所述处理器根据所述任一网格点的物理空间位置和所述任一角度，确定所述任一网格点在所述任一角度下对应的接收孔径包括：
所述处理器确定经过所述任一网格点的物理空间位置并且与所述超声探头的法线形成的角度等于所述任一角度的直线与所述超声探头的交点；
所述处理器根据所述交点，确定所述接收孔径。
4.如权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，所述处理器还对基于所述相同接收线网格执行波束合成所获得的所述多组波束合成后的数据进行空间复合。
5.如权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，所述同一接收线网格为角度为0时对应的接收线网格。
6.如权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，所述处理器根据所述多组波束合成后的数据生成所述超声图像，包括：所述处理器对所述多组波束合成后的数据进行数字扫描变换，以获得用于显示的超声图像像素数据；
所述显示器根据所述超声图像像素数据显示所述超声图像。
7.一种超声成像方法，其特征在于，包括：
向感兴趣区域分别以多个角度发射超声波；
接收被沿所述多个角度发射的超声波的超声回波，以获得多组通道回波数据，其中每组通道回波数据通过被沿所述多个角度中的一个角度发射的超声波的超声回波获得；
对所述多组通道回波数据基于包括多个网格点的接收线网格进行波束合成，以获得多组波束合成后的数据，其中所述多组通道回波数据被基于相同的接收线网格进行所述波束合成；
根据所述多组波束合成后的数据生成超声图像。
8.如权利要求7所述的超声成像方法，其特征在于，对所述多组通道回波数据基于包括多个网格点的接收线网格进行波束合成包括：
对于任一角度对应的接收线网格下的任一网格点：
根据所述任一网格点的物理空间位置和所述任一角度，确定所述任一网格点在所述任一角度下对应的接收孔径；
基于所确定的所述接收孔径，对通过被沿所述任一角度发射的超声波的超声回波所获得的该组通道回波数据进行波束合成。
9.如权利要求8所述的超声成像方法，其特征在于，根据所述任一网格点的物理空间位置和所述任一角度确定所述任一网格点在所述任一角度下对应的接收孔径包括：
确定经过所述任一网格点的物理空间位置并且与所述超声探头的法线形成的角度等于所述任一角度的直线与所述超声探头的交点；
根据所述交点，确定所述接收孔径。
10.如权利要求7所述的超声成像方法，其特征在于，所述相同的接收线网格根据扫查模式确定。
11.如权利要求10所述的超声成像方法，其特征在于：
当所述扫查模式为线阵扫查模式时，则所述相同的接收线网格为直角坐标系的接收线网格；
当所述扫查模式为凸阵扫查模式或扇形扫查模式时，则所述相同的接收线网格为极坐标系的接收线网格。
12.如权利要求7、10或11所述的超声成像方法，其特征在于，所述相同的接收线网格为角度为0时对应的接收线网格。
13.如权利要求7所述的超声成像方法，其特征在于，还包括：对基于所述相同接收线网格执行波束合成所获得的所述多组波束合成后的数据进行空间复合。
14.如权利要求12或13所述的超声成像方法，其特征在于，对基于所述相同接收线网格执行波束合成所获得的所述多组波束合成后的数据进行空间复合包括：
对所述相同的接收线网格下的任一网格点，对基于所述相同接收线网格执行波束合成所获得的所述多组波束合成后的数据通过求平均、求加权平均、取最大值和取中值中的其中一种方式进行空间复合。
15.如权利要求8所述的超声成像方法，其特征在于，根据所述多组波束合成后的数据生成超声图像包括：
对所述多组波束合成后的数据进行数字扫描变换，以获得用于显示的超声图像像素数据。
16.一种超声成像方法，其特征在于，包括：
获取多组通道回波数据，其中所述多组通道回波数据通过向感兴趣区域分别以多个角度发射超声波并接收被沿所述多个角度发射的超声波的超声回波而获得，并且其中每组通道回波数据通过被沿所述多个角度中的一个角度发射的超声波的超声回波获得；
对所述多组通道回波数据基于包括多个网格点的接收线网格进行波束合成，以获得多组波束合成后的数据，其中所述多组通道回波数据被基于相同的接收线网格进行所述波束合成；
根据所述多组波束合成后的数据生成超声图像。
17.一种超声成像系统，其特征在于，包括：
超声探头，包括多个阵元；
发射和接收控制电路，用于控制所述超声探头向感兴趣区域发射超声波，以及接收所发射的超声波的超声回波，以获得通道回波数据；
处理器，用于根据所述通道回波数据生成超声图像；
显示器，用于显示所述超声图像；
其中：
所述发射和接收控制电路控制所述超声探头向感兴趣区域分别以多个角度发射超声波；
所述发射和接收控制电路控制所述超声探头接收被沿所述多个角度发射的超声波的超声回波，以获得多组通道回波数据，其中每组通道回波数据通过被沿所述多个角度中的一个角度发射的超声波的超声回波获得；
所述处理器对所述多组通道回波数据基于包括多个网格点的接收线网格进行波束合成，以获得多组波束合成后的数据，其中所述多组通道回波数据中的至少两组通道回波数据被基于相同的接收线网格进行所述波束合成；
所述处理器根据所述多组波束合成后的数据生成所述超声图像。
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