EA014167B1 - Method for imaging of acoustic properties by nonlinear low frequency manipulation of high frequency scattering and propagation properties (variants) and acoustic instrument for implementing said method - Google Patents

Method for imaging of acoustic properties by nonlinear low frequency manipulation of high frequency scattering and propagation properties (variants) and acoustic instrument for implementing said method Download PDF

Info

Publication number
EA014167B1
EA014167B1 EA200800748A EA200800748A EA014167B1 EA 014167 B1 EA014167 B1 EA 014167B1 EA 200800748 A EA200800748 A EA 200800748A EA 200800748 A EA200800748 A EA 200800748A EA 014167 B1 EA014167 B1 EA 014167B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
pulse
frequency
signal
signals
pulses
Prior art date
Application number
EA200800748A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA200800748A1 (en
Inventor
Бьорн А.Й. Ангельсен
Руне Хансен
Эйвинд Стандаль
Original Assignee
Бьорн А.Й. Ангельсен
Руне Хансен
Эйвинд Стандаль
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Бьорн А.Й. Ангельсен, Руне Хансен, Эйвинд Стандаль filed Critical Бьорн А.Й. Ангельсен
Publication of EA200800748A1 publication Critical patent/EA200800748A1/en
Publication of EA014167B1 publication Critical patent/EA014167B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/28Processing seismic data, e.g. for interpretation or for event detection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/895Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques characterised by the transmitted frequency spectrum
    • G01S15/8952Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques characterised by the transmitted frequency spectrum using discrete, multiple frequencies
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/96Sonar systems specially adapted for specific applications for locating fish
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52019Details of transmitters
    • G01S7/5202Details of transmitters for pulse systems
    • G01S7/52022Details of transmitters for pulse systems using a sequence of pulses, at least one pulse manipulating the transmissivity or reflexivity of the medium
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52023Details of receivers
    • G01S7/52036Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation
    • G01S7/52038Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation involving non-linear properties of the propagation medium or of the reflective target
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52046Techniques for image enhancement involving transmitter or receiver
    • G01S7/52049Techniques for image enhancement involving transmitter or receiver using correction of medium-induced phase aberration
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/48Diagnostic techniques
    • A61B8/485Diagnostic techniques involving measuring strain or elastic properties
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8909Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52077Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging with means for elimination of unwanted signals, e.g. noise or interference
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/50Corrections or adjustments related to wave propagation
    • G01V2210/56De-ghosting; Reverberation compensation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/50Corrections or adjustments related to wave propagation
    • G01V2210/58Media-related

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

New methods of acoustic imaging are presented that provide images with reduced reverberation noise and images of nonlinear scattering and propagation parameters of the object, and estimation methods of corrections for wave front aberrations produced by spatial variations in the acoustic propagation velocity. The methods find use in a variety of applications such as acoustic imaging of geological structures, SONAR imaging of sub-sea objects, and medical ultrasound imaging. The methods are based on processing of the received signal from transmitted dual frequency band acoustic pulse complexes with overlapping high and low frequency pulses. The high frequency pulse is used for the image reconstruction and the low frequency pulse is used to manipulate the nonlinear scattering and/or propagation properties of the high frequency pulse. A 1-st method uses the scattered signal from a single dual band pulse complex for filtering in the fast time (depth time) domain to provide a signal with suppression of reverberation noise and with 1-st harmonic sensitivity and increased spatial resolution. In other methods two or more dual band pulse complexes are transmitted where the frequency and/or the pulse and/or amplitude of the low frequency pulse vary for each transmitted pulse complex. Through filtering in the pulse number coordinate and corrections for nonlinear propagation delays and optionally also amplitudes, a linear back scattering signal with suppressed pulse reverberation noise, a nonlinear back scattering signal, and quantitative nonlinear forward propagation and scattering parameters are extracted. The reverberation suppressed signals are further useful for estimation of corrections for wave front aberrations, where approximate estimates of aberration of corrections are given. The signals are further useful with broad transmit beams for multiple parallel receive beams to increase image frame rate with 2D and 3D IMAGING. The nonlinear signal is useful for imaging of differences in object properties, micro-calcifications, in growth of fibrous tissue or foam cells, or micro gas bubbles as found with decompression or injected as ultrasound contact agent. The methods are also useful with transmission imaging for generating the measured data for tomography and diffraction tomography image reconstructions.

Description

Область изобретенияField of Invention

Изобретение относится к способам и системам для построения изображений от пространственных изменений акустических свойств объекта, в частности пузырьков газа и центров рассеяния высокой плотности в этом объекте. Способы находят применения в разных областях с самыми разнообразными объектами, например для построения ультразвуковых изображений биологических тканей и текучих сред, акустических изображений геологических структур и для гидролокационного определения объектов в воде.The invention relates to methods and systems for constructing images from spatial changes in the acoustic properties of an object, in particular gas bubbles and high density scattering centers in this object. The methods find application in various fields with a wide variety of objects, for example, for constructing ultrasound images of biological tissues and fluids, acoustic images of geological structures, and for sonar detection of objects in water.

Описание уровня техникиDescription of the prior art

Получение акустических изображений используется в самых разных приложениях, таких как получение медицинских ультразвуковых изображений внутренних органов, гидролокационные изображения рыб, морских животных и других объектов в море; получение изображений геологических структур для разных целей, таких как изучение археологических раскопок и наблюдение за нефтяными скважинами. Для разных применений используют широкий диапазон частот излучаемого акустического импульса: от инфразвука для построения изображений некоторых геологических структур до ~100 МГц для построения ультразвуковых изображений некоторых биологических и микроскопических структур. Несмотря на большой выбор приложений и разброс частот, способы построения изображения очень похожи для всех приложений. В заявке на патент авторы в целом назвали эти способы построения изображения, как построение акустических изображений, хотя в большой части приложений, особенно в медицинских приложениях, используют неслышимые ультразвуковые частоты в диапазоне от ~20 кГц до ~100 МГц. Поскольку эти частоты для построения изображений, таких как медицинских изображений, лежат в ультразвуковой области, также будем использовать термин построение ультразвуковых изображений, хотя и не ограничивая способы только ультразвуковыми частотами и медицинскими приложениями.Acoustic imaging is used in a variety of applications, such as obtaining medical ultrasound images of internal organs, sonar images of fish, marine animals and other objects in the sea; obtaining images of geological structures for various purposes, such as the study of archaeological excavations and observation of oil wells. For various applications, a wide range of frequencies of the emitted acoustic pulse is used: from infrasound to construct images of some geological structures to ~ 100 MHz to build ultrasound images of some biological and microscopic structures. Despite the large selection of applications and the frequency spread, the methods for constructing an image are very similar for all applications. In the patent application, the authors generally called these imaging methods as acoustic imaging, although in most applications, especially in medical applications, inaudible ultrasonic frequencies in the range of ~ 20 kHz to ~ 100 MHz are used. Since these frequencies for imaging, such as medical imaging, lie in the ultrasound domain, we will also use the term ultrasound imaging, although not limiting the methods to ultrasound frequencies and medical applications.

Несмотря на широкое использование акустических изображений, изображения, получаемые в настоящее время, имеют шумовой фон, требуют значительных навыков для их интерпретации, а также дают ограниченную количественную информацию об объектах. Это создает проблемы для дифференциации структур объектов и количественной оценки свойств этих объектов. При получении гидроакустических изображений в воде из-за отражения от морского дна часто, например, трудно различать такие объекты, расположенные близко к морскому дну или непосредственно на морском дне, как рыбы или другие морские животные или мины. Также при получении геологических изображений может быть трудным определить состав материалов геологических структур. В медицинских приложениях может быть трудным отличить структуры типа опухолей или атеросклеротические ткани от здоровых тканей. Главные причины этого изложены ниже.Despite the widespread use of acoustic images, the images currently obtained have a noise background, require significant skills for their interpretation, and also provide limited quantitative information about objects. This creates problems for differentiating the structures of objects and quantifying the properties of these objects. When acquiring sonar images in water due to reflection from the seabed, it is often, for example, difficult to distinguish objects located close to the seabed or directly on the seabed, such as fish or other marine animals or mines. Also, when obtaining geological images, it may be difficult to determine the composition of the materials of geological structures. In medical applications, it can be difficult to distinguish structures such as tumors or atherosclerotic tissues from healthy tissues. The main reasons for this are outlined below.

Пространственные изменения в линейных акустических свойствах объекта (плотность и коэффициент сжатия) являются физической основой построения акустических изображений. Однако из-за больших изменений акустических свойств в сложных структурах существуют следующие эффекты, которые ухудшают качество изображений:Spatial changes in the linear acoustic properties of an object (density and compression ratio) are the physical basis for constructing acoustic images. However, due to large changes in acoustic properties in complex structures, the following effects exist that degrade image quality:

ί) границы между материалами со значительно различающимися акустическими свойствами могут привести к настолько сильному отражению акустического импульса, что многократные отражения будут иметь большую амплитуду. Такие многократные отражения называются реверберацией импульса и вносят вклад в распространяющийся акустический импульс в виде хвоста, который в акустическом изображении проявляется в виде шума;ί) the boundaries between materials with significantly different acoustic properties can lead to such a strong reflection of the acoustic pulse that multiple reflections will have a large amplitude. Such multiple reflections are called pulse reverberation and contribute to the propagating acoustic pulse in the form of a tail, which in the acoustic image appears as noise;

ίί) изменения в акустической скорости в сложных структурах объектов приводят к аберрации прямого распространения акустического волнового фронта, приводя к разрушению фокусировки основного максимума пучка и увеличению боковых максимумов пучка.ίί) changes in the acoustic velocity in complex structures of objects lead to aberration of the direct propagation of the acoustic wavefront, leading to a disruption in the focusing of the main beam maximum and an increase in the lateral maximums of the beam.

Уменьшенная фокусировка основного максимума пучка путем аберрации волнового фронта уменьшает пространственную разрешающую способность системы построения акустических изображений. И реверберации импульса, и увеличение боковых максимумов пучка путем аберрации волнового фронта вносят кумулятивный шум в изображение, что, в свою очередь, уменьшает отношение самого сильного центра рассеяния к самому слабому, которые могут быть распознаны рядом друг с другом, что и определяет так называемое контрастное разрешение изображения. Этот шум также называется акустическим шумом, поскольку он создан самим излучаемым акустическим импульсом. Увеличение мощности излучаемого импульса не приведет, таким образом, к увеличению отношения сигнал-шум этого типа в отличие от шума электронных приемников.Reduced focusing of the main peak of the beam by aberration of the wavefront reduces the spatial resolution of the acoustic imaging system. Both the reverberation of the pulse and the increase in the lateral maximums of the beam by aberration of the wavefront introduce cumulative noise into the image, which, in turn, reduces the ratio of the strongest scattering center to the weakest, which can be recognized next to each other, which determines the so-called contrast image resolution. This noise is also called acoustic noise because it is created by the emitted acoustic pulse itself. An increase in the power of the emitted pulse will not, therefore, lead to an increase in the signal-to-noise ratio of this type, in contrast to the noise of electronic receivers.

Например, в эхокардиографии шум от реверберации импульса может затенить изображения апикальной области сердца, создавая сложности нахождения апикального тромба и уменьшенного сжатия апикального миокарда. Еще, например, при построении изображения сонной артерии шум от реверберации может затенить нахождение и установление границ тромбоцида. Как и в этих примерах, шум от реверберации импульса ограничивает способности нахождения слабых объектов и дифференциацию небольших различий в контрасте изображений во всех аспектах построения акустических изображений.For example, in echocardiography, noise from reverberation of the pulse can obscure images of the apical region of the heart, making it difficult to find the apical thrombus and reduced compression of the apical myocardium. Still, for example, when constructing an image of the carotid artery, noise from reverberation can obscure the location and establishment of the boundaries of the thrombocide. As in these examples, the noise from the reverberation of the pulse limits the ability to find weak objects and the differentiation of small differences in the contrast of images in all aspects of the construction of acoustic images.

Получение изображений на 2-й гармонике - способ, который направлен на снижение ухудшения качества изображения за счет реверберации импульса в структурах, расположенных вблизи источника акустических импульсов, как, например, стенка тела человека, поскольку содержание второй гармоники в импульсе нарастает с глубиной и, следовательно, очень низкое, когда импульс проходит сквозь структуObtaining images at the 2nd harmonic is a method that is aimed at reducing image quality deterioration due to the reverberation of the pulse in structures located near the source of acoustic pulses, such as the wall of the human body, since the content of the second harmonic in the pulse increases with depth and, therefore very low when the momentum passes through the structure

- 1 014167 ры, расположенные близко с источником, как стенка тела. Однако чувствительность изображений на 2-й гармонике меньше (примерно на 20 дБ), чем изображений на 1-й гармонике, что и ограничивает максимальную глубину изображений, особенно в плотных структурах, таких как геологические структуры, и в биологических объектах, таких как печень, почки, грудные железы, а также при построении изображений скорости потока крови. Для построения 30-изображений в реальном времени желателен широкий излученный пучок, который покрывается многочисленными параллельными принимаемыми пучками для увеличения объемной скорости изображения. Такие широкие излучаемые пучки на 2-й гармонике трудно получить из-за сниженной амплитуды первой гармоники в широком пучке, что создает трудности для построения изображений на 2-й гармонике с многочисленными параллельными принимаемыми пучками, используемыми для построения ЗО-изображений в реальном времени. Это особенно верно для разреженных акустических решеток, в которых ограничено количество элементов, создающих излучаемый пучок.- 1 014167 ry located close to the source, like a wall of the body. However, the sensitivity of images at the 2nd harmonic is less (about 20 dB) than the images at the 1st harmonic, which limits the maximum depth of images, especially in dense structures, such as geological structures, and in biological objects, such as the liver, kidneys, mammary glands, as well as imaging blood flow rates. To construct 30 real-time images, a wide radiated beam is desired, which is coated with numerous parallel received beams to increase the volumetric image rate. It is difficult to obtain such wide emitted beams at the 2nd harmonic due to the reduced amplitude of the first harmonic in a wide beam, which creates difficulties for constructing images at the 2nd harmonic with numerous parallel received beams used to construct real-time 3D images. This is especially true for sparse acoustic arrays, in which the number of elements creating a radiated beam is limited.

В медицинских приложениях поражения тканей, такие как опухоли и атеросклероз артериальной стенки, влияют на акустические параметры ткани, такие как модуль сдвига, коэффициент объемного сжатия и акустическое поглощение. Изменения этих свойств, главным образом, вызываются ростом пенных клеток, жира или волокнистых молекул соединительных тканей, а также благодаря сегрегации кальция в ткани. Рост соединительных тканей увеличивает акустическое поглощение и модуль сдвига, причем последний вызывает увеличенную жесткость к пальпации, что можно наблюдать путем прикосновения к ткани. Большая работа была проделана по оценке модуля сдвига путем использования объемных ультразвуковых волн для определения смещения волн сдвига в ткани, способами, часто называемыми эластографией, а также удаленной ультразвуковой пальпацией. Однако на сегодняшний день эти способы нашли ограниченное клиническое применение, и все еще существует необходимость улучшенной дифференциации таких изменений ткани под воздействием ультразвука.In medical applications, tissue lesions, such as tumors and arteriosclerosis of the arterial wall, affect the acoustic parameters of the tissue, such as shear modulus, volume compression coefficient, and acoustic absorption. Changes in these properties are mainly caused by the growth of foam cells, fat or fibrous molecules of connective tissues, as well as due to the segregation of calcium in the tissue. The growth of connective tissue increases acoustic absorption and shear modulus, the latter causing increased palpation stiffness, which can be observed by touching the tissue. Much work has been done to evaluate the shear modulus by using bulk ultrasonic waves to determine the displacement of shear waves in the tissue, using methods often called elastography, as well as by remote ultrasound palpation. However, to date, these methods have found limited clinical application, and there is still a need for improved differentiation of such tissue changes under the influence of ultrasound.

На сегодняшний день в опухолях грудных желез сегрегированные микрокальцификации обнаруживают с помощью рентгеновской маммографии, которые являются индикаторами злокачественных опухолей. Эти микрокальцификации настолько малы, что отраженный от них ультразвуковой сигнал пропадает в сигнале от окружающей их ткани и они не могут быть обнаружены существующими способами построения ультразвуковых изображений. Таким образом, существует необходимость в улучшении способов построения ультразвуковых изображений, чтобы также можно было обнаруживать такие микрокальцификации. Микрокальцификации в атеросклеротичной бляшке также дают информацию о ее стабильности и здесь также необходимы улучшенные способы построения ультразвуковых изображений таких микрокальцификаций.To date, segregated microcalcifications in breast tumors are detected by x-ray mammography, which are indicators of malignant tumors. These microcalcifications are so small that the ultrasound signal reflected from them disappears in the signal from the tissue surrounding them and they cannot be detected by existing methods for constructing ultrasound images. Thus, there is a need to improve methods for constructing ultrasound images so that such microcalcifications can also be detected. Microcalcifications in an atherosclerotic plaque also provide information on its stability, and improved methods for constructing ultrasound images of such microcalcifications are also needed here.

Некоторые заболевания также влияют на кровоснабжение ткани, например, через ангиогенез или некроз микрососудистой системы в злокачественных опухолях, или уменьшенного потока крови из-за сужения сосудов или тромбоза как в коронарных артериях сердца, так и в периферических сосудах. Скорость потока крови в микрососудистой системе и небольших сосудах так мала, что она не может быть определена с помощью обычных, неинвазивных ультразвуковых методов, основанных на эффекте Допплера. Для улучшения качества ультразвуковых изображений микрососудистой системы, а также для оценки кровоснабжения ткани были разработаны ультразвуковые контрастные вещества в форме растворов небольших микропузырьков (диаметром примерно 3 мкм). Эти микропузырьки вводят в кровяной поток, что приводит к сильно увеличенному и нелинейному рассеянию ультразвука от крови. Они, следовательно, сильно увеличивают нелинейное рассеяние от ткани, содержащей такие микропузырьки, причем в особых случаях в плотных тканях можно наблюдать отдельные микропузырьки, которые создают перспективу построения молекулярного ультразвукового изображения со специальными контрастными пузырьками в ткани. Такие микропузырьки могут обеспечить полезное усиление изображения при их введении в другие жидкости тела, например в межклеточную жидкость для наблюдения за выделением лимфы к сигнальным лимфоузлам, или в мочевыделительной системе для нацеленного присоединения пузырьков к опухолевым тканям, или в других местах. Во время декомпрессии в космосе или при погружении микропузырьки газа часто образуются в ткани спонтанно, вызывая кессонную болезнь, поэтому существует необходимость для раннего обнаружения таких пузырьков газа для улучшения профиля декомпрессии, чтобы избежать кессонной болезни персонала при выполнении таких работ, а также для наблюдения за образованием таких пузырьков, как предупреждение на ранней стадии во время таких работ.Some diseases also affect the blood supply to the tissue, for example, through angiogenesis or necrosis of the microvascular system in malignant tumors, or reduced blood flow due to narrowing of blood vessels or thrombosis in both the coronary arteries of the heart and peripheral vessels. The blood flow rate in the microvascular system and small vessels is so small that it cannot be determined using conventional, non-invasive ultrasound methods based on the Doppler effect. To improve the quality of ultrasound images of the microvascular system, as well as to evaluate the blood supply to the tissue, ultrasound contrast agents in the form of solutions of small microbubbles (about 3 microns in diameter) were developed. These microbubbles are introduced into the blood stream, which leads to greatly increased and non-linear scattering of ultrasound from the blood. Therefore, they greatly increase the nonlinear scattering from the tissue containing such microbubbles, and in special cases in dense tissues, individual microbubbles can be observed that create the prospect of constructing a molecular ultrasound image with special contrasting bubbles in the tissue. Such microbubbles can provide beneficial image enhancement when introduced into other body fluids, such as intercellular fluid, to monitor lymph secretion to signal lymph nodes, or in the urinary system to target the attachment of vesicles to tumor tissues, or elsewhere. During decompression in space or during immersion, microbubbles of gas often form spontaneously in the tissue, causing decompression sickness, so there is a need for early detection of such gas bubbles to improve the decompression profile, to avoid decompression sickness of personnel during such work, as well as to monitor the formation of bubbles such as early warning during such work.

Во время добычи нефти из нефтяных скважин часто бывает желательно наблюдать за изменениями в геологических структурах вокруг скважин, например за количеством нефти или газа в песчанике, за границами между нефтью, газом и водой, а также за структурными сдвигами вблизи скважины. Акустические свойства структур и, в частности, нелинейные компоненты акустических свойств зависят от количества газа, нефти или воды в пористой горной породе. Акустические изображения структур, окружающих нефтяную скважину, могут быть получены с помощью акустических преобразователей в нефтяной скважине. Использование способов построения акустических изображений, которые обеспечивают численные акустические данные от объекта, позволяет, следовательно, определять количество газа, нефти или воды в структурах, окружающих нефтяную скважину.During oil production from oil wells, it is often desirable to observe changes in the geological structures around the wells, for example, the amount of oil or gas in the sandstone, the boundaries between oil, gas and water, as well as structural changes near the well. The acoustic properties of structures and, in particular, the nonlinear components of acoustic properties depend on the amount of gas, oil or water in a porous rock. Acoustic images of structures surrounding an oil well can be obtained using acoustic transducers in an oil well. Using methods for constructing acoustic images that provide numerical acoustic data from the object, therefore, it is possible to determine the amount of gas, oil or water in the structures surrounding the oil well.

- 2 014167- 2 014167

При обнаружении рыбы, или морских животных, или других объектов, находящихся вблизи морского дна, часто бывает трудно различать между отраженными сигналами от морского дна и от объекта, особенно при боковых пучках. У промысловой рыбы или морских животных имеются наполненные газом плавательный пузырь или легкие, акустические свойства которых сильно отличаются от акустических свойств морского дна, и при этом нелинейны. Эти различия в акустических свойствах вместе со способами в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы для дифференциации накладывающихся отраженных сигналов от таких объектов и от морского дна. Эти способы могут быть также использованы для усиления небольших твердых структур, таких как мины, на более мягком морском дне или в почве, как они используются для обнаружения микрокальцификаций в опухоли.When detecting fish, or marine animals, or other objects near the seabed, it is often difficult to distinguish between the reflected signals from the seabed and the object, especially with side beams. Commercial fish or marine animals have a gas-filled swimming bladder or lungs, the acoustic properties of which are very different from the acoustic properties of the seabed, and are non-linear. These differences in acoustic properties, together with the methods in accordance with the present invention, can be used to differentiate overlapping reflected signals from such objects and from the seabed. These methods can also be used to strengthen small solid structures, such as mines, on softer seabed or in soil, as they are used to detect microcalcifications in the tumor.

Таким образом, существует потребность в улучшенном способе построения акустического изображения, в котором уменьшен шум изображения и усилен контраст изображения, связанный с изменением свойств объектаThus, there is a need for an improved method for constructing an acoustic image in which image noise is reduced and image contrast is enhanced associated with a change in object properties.

Способы, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, уменьшают шум изображения и усиливают контраст изображения, связанный с изменением свойств объекта, путем излучения на объект групп акустических импульсов в двухполосном частотном диапазоне с перекрывающимися высокочастотными и низкочастотными импульсами. Акустические импульсы в двухполосном частотном диапазоне использовались ранее в построении медицинских ультразвуковых изображений для различных целей, где для кардиовмешательства в М-режиме и в допплеровском (Британский журнал по болезням сердца, январь 1984 г., № 51 (1), с. 61-69) одновременном излучении использовались импульсы частотой 3 и 1,5 МГц с фиксированными фазовыми соотношениями между импульсами для построения оптимального изображения сердца в М-режиме (импульс 3 МГ ц) и для допплеровского измерения скорости крови (импульс 1,5 МГц). Использовался преобразователь с концентрическим кольцевым устройством, в котором 3-МГц ультразвуковой импульс в М-режиме излучался и принимался центральным диском преобразователя, тогда как 1,5-МГц допплеровский ультразвуковой импульс излучался и принимался окружающим его кольцевым элементом.The methods performed in accordance with the present invention reduce image noise and enhance the image contrast associated with a change in the properties of an object by emitting groups of acoustic pulses into the object in the two-band frequency range with overlapping high-frequency and low-frequency pulses. Acoustic pulses in the two-band frequency range were previously used in the construction of medical ultrasound images for various purposes, where for cardiac intervention in M-mode and Doppler (British Journal of Heart Diseases, January 1984, No. 51 (1), pp. 61-69 ) at the same time, pulses with a frequency of 3 and 1.5 MHz with fixed phase relationships between the pulses were used to construct the optimal image of the heart in the M-mode (pulse 3 MG c) and for Doppler measurement of blood speed (pulse 1.5 MHz). A transducer with a concentric ring device was used, in which a 3-MHz ultrasonic pulse in the M-mode was emitted and received by the central disk of the transducer, while a 1.5-MHz Doppler ultrasonic pulse was emitted and received by the surrounding ring element.

Использование излучаемых импульсов в двухполосном частотном диапазоне для улучшенного обнаружения ультразвукового контрастного вещества, микропузырьков, также описано в патенте США № 5410516. В этом патенте описано одновременное излучение двух ультразвуковых импульсов с разными центральными частотами, при этом рассеянные от микропузырьков импульсы содержат как суммарную, так и разностную частоты от излученных частот, полученные при нелинейном рассеянии от микропузырьков, т.е. эти суммарные и разностные частоты используются для обнаружения микропузырьков.The use of emitted pulses in the two-band frequency range for improved detection of ultrasonic contrast medium, micro bubbles, is also described in US patent No. 5410516. This patent describes the simultaneous emission of two ultrasonic pulses with different center frequencies, while the pulses scattered from the micro bubbles contain both total and the difference frequency from the emitted frequencies obtained in nonlinear scattering from micro bubbles, i.e. these sum and difference frequencies are used to detect microbubbles.

Подобное использование импульсов в двухполосном частотном диапазоне для обнаружения ультразвукового контрастного вещества описано в патенте США № 6312383, где фаза между двумя частотными полосами изменялась между излучениями. Этот случай можно рассматривать как частный случай описанного в патенте США № 5410516, в котором изменение фазы низкочастотного импульса можно рассматривать как биение между низкой частотой и частотой следования импульсов.A similar use of pulses in the two-band frequency range for detecting ultrasonic contrast media is described in US Pat. No. 6,312,383, where the phase between two frequency bands varied between emissions. This case can be considered as a special case described in US patent No. 5410516, in which the phase change of the low-frequency pulse can be considered as a beating between the low frequency and the pulse repetition rate.

Однако, хотя оба из указанных выше патентов используют нелинейное рассеяние импульсов в двухполосном частотном диапазоне для обнаружения контрастного вещества в ткани, оба они не рассматривают нелинейный эффект влияния импульса низкочастотного диапазона на скорость прямого распространения импульса высокочастотного диапазона, который в практической ситуации ограничивает подавление сигнала от ткани относительно сигнала от контрастного вещества. В патентах также не отмечено, как может быть использована информация от нелинейного рассеяния от обычной ткани или других объектов. Накапливаемые нелинейные эффекты прямого распространения создают подобные характеристики сигналов для сильного линейного рассеяния от ткани, как и локальное нелинейное рассеяние от микропузырьков и тканей. Этот эффект затеняет локальное нелинейное рассеяние от микропузырьков и других частей объекта и ограничивает соотношение мощности контрастное вещество-ткань (СТВ).However, although both of the above patents use non-linear pulse scattering in the two-band frequency range to detect contrast material in the tissue, both of them do not consider the non-linear effect of the low-frequency pulse on the direct propagation speed of the high-frequency pulse, which in practical situations limits the signal suppression from the tissue relative to the signal from the contrast medium. The patents also do not indicate how information from nonlinear scattering from ordinary tissue or other objects can be used. The accumulated non-linear effects of direct propagation create similar characteristics of signals for strong linear scattering from tissue, as well as local non-linear scattering from micro bubbles and tissues. This effect obscures local nonlinear scattering from microbubbles and other parts of the object and limits the power ratio of contrast material to tissue (CTF).

Наличие пузырьков газа и микропузырьков в некоторой области также значительно увеличивает прямой накапливаемый эффект нелинейного распространения и приводит к тому, что линейное рассеяние от объектов, находящихся вне этой области, сильно затеняет рассеяние от пузырьков газа и микропузырьков в объекте. Это явление, например, сильно влияет на построение изображений от контрастного вещества в миокарде с помощью импульсов, которые проходят желудочек сердца с контрастным веществом, прежде чем войдут в миокард, и могут поэтому ошибочно определить кровоток в ишемическом миокарде. Это также влияет на дифференциацию между газом и нефтью за областью с газом в геологических структурах.The presence of gas bubbles and microbubbles in a certain region also significantly increases the direct cumulative effect of nonlinear propagation and leads to the fact that linear scattering from objects outside this region greatly obscures the scattering from gas bubbles and microbubbles in the object. This phenomenon, for example, greatly affects the construction of images from the contrast medium in the myocardium using the pulses that pass through the ventricle of the heart with the contrast medium before entering the myocardium, and therefore can erroneously determine the blood flow in the ischemic myocardium. It also affects the differentiation between gas and oil beyond the area with gas in geological structures.

Настоящее изобретение отличается от предшествующего уровня техники тем, что в нем использованы вызванные низкочастотным импульсом нелинейные эффекты скорости распространения высокочастотного импульса, и тем, что понимание этих эффектов использовано для формирования сигналов для построения изображений, основанных на высокочастотных прошедших и рассеянных сигналах. Это позволяет разделить накапливаемый нелинейный эффект, влияющий на сигналы, и локальные нелинейные параметры объекта, позволяя тем самым определить локальные нелинейные параметры объекта, что было невозможно в предшествующем уровне техники. Это изобретение также предлагает способ разделения накапливаемого влияния акустического поглощения на сигналы, позволяя определить параметрыThe present invention differs from the prior art in that it uses non-linear effects of the propagation speed of a high-frequency pulse caused by a low-frequency pulse, and in that an understanding of these effects is used to generate signals for constructing images based on high-frequency transmitted and scattered signals. This makes it possible to separate the accumulated nonlinear effect affecting the signals and local nonlinear parameters of the object, thereby allowing the determination of local nonlinear parameters of the object, which was not possible in the prior art. This invention also provides a method for separating the cumulative effect of acoustic absorption on signals, allowing parameters to be determined.

- 3 014167 локального акустического поглощения объекта.- 3 014167 local acoustic absorption of the object.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Способы находят применение в построении акустических изображений как с помощью обратно рассеянных сигналов, так и с помощью компьютерной реконструкции, основанной на измерении углового рассеяния и/или прямого пропускания.The methods are used in the construction of acoustic images using both backscattered signals and computer reconstruction based on measuring angular scattering and / or direct transmission.

Группы двухполосных акустических импульсов с компонентами импульсов как в низком, так и в высоком частотных диапазонах, перекрывающихся во временном пространстве, излучаются в направлении области, где находится объект, изображение которого надо построить. В процессе формирования сигнала, используемого для построения изображения, использовано нелинейное управление посредством низкочастотного импульса рассеивающих свойств объекта и свойств распространения высокочастотного импульса. Высокочастотные компоненты принятых сигналов обрабатывают для построения параметров сигналов изображения, а низкочастотные компоненты принятых сигналов могут быть удалены путем фильтрации, например непосредственно в решетке приемного преобразователя.Groups of two-way acoustic pulses with components of pulses in both low and high frequency ranges overlapping in time space are emitted in the direction of the region where the object whose image is to be built is located. In the process of generating the signal used to construct the image, nonlinear control is used by means of a low-frequency pulse of the scattering properties of the object and the propagation properties of the high-frequency pulse. The high-frequency components of the received signals are processed to construct the parameters of the image signals, and the low-frequency components of the received signals can be removed by filtering, for example, directly in the array of the receiving transducer.

Обработка сигналов согласно изобретению является частью полной обработки, необходимой для построения изображений, причем дополнительная обработка, необходимая для формирования окончательного изображения и не описанная в настоящем изобретении, является широко известной. Для построения изображения с помощью обратного рассеяния используют способы для формирования радиальных линий изображений, тогда как 2Ό- и ЗЭ-изображения получают путем поперечного сканирования пучком согласно известным способам. Радиальные линии изображений могут быть огибающей сигнала для структурных изображений, допплеровских измерений радиального смещения и скоростей смещения центра рассеяния, деформаций радиального сдвига или скоростей деформаций сдвига соответствующих перемещений центра рассеяния или быстрого времени (времени глубины) спектральных параметров для построения характеристики объекта. Параллельные излученные и/или полученные пучки могут быть использованы для построения многочисленных радиальных линий изображения параллельно для ускорения частоты кадров. С помощью реконструкции изображения посредством компьютерной томографии (КТ) способы обеспечивают улучшенные измерения для указанной реконструкции с уменьшенным шумом реверберации импульса и нелинейными параметрами изображения, которые дают дополняющую информацию.The signal processing according to the invention is part of the complete processing necessary for imaging, and the additional processing necessary for forming the final image and not described in the present invention is widely known. To construct an image using backscattering, methods are used to form radial image lines, while 2Ό and 3E images are obtained by transverse scanning by a beam according to known methods. Radial lines of the images can be the envelope of the signal for structural images, Doppler measurements of radial displacement and displacement speeds of the scattering center, radial shear deformations or shear strain rates of the corresponding displacements of the scattering center or fast time (depth time) of the spectral parameters to construct the characteristics of the object. Parallel radiated and / or received beams can be used to build multiple radial image lines in parallel to accelerate frame rates. Using image reconstruction by computed tomography (CT), the methods provide improved measurements for said reconstruction with reduced pulse reverb noise and non-linear image parameters that provide complementary information.

Изобретение предусматривает несколько способов для улучшенного построения изображений с увеличенным числом импульсов, необходимых для формирования импульса, с дополняющим снижением частоты кадров изображения. Изобретение предусматривает также устройство для работы двух или более способов и процедур для оптимального выбора способов, обеспечивающих наилучшую работу устройства при заданных ограничениях, таких как частота кадров, качество изображения, их комбинация и т.д.The invention provides several methods for improved imaging with an increased number of pulses required to generate a pulse, with an additional reduction in image frame rate. The invention also provides a device for operating two or more methods and procedures for the optimal selection of methods that ensure the best operation of the device under given restrictions, such as frame rate, image quality, their combination, etc.

В первом способе в соответствии с изобретением высокочастотный импульс распространяется на фоне отрицательного пространственного градиента низкочастотного импульсного колебания, так что спад высокочастотного импульса имеет более высокую скорость распространения, нежели фронт импульса. Это приводит к кумулятивному пространственному сжатию высокочастотного импульса по мере его распространения в объект, увеличивая частоту и полосу пропускания (т. е. укорачивая длину) высокочастотного импульса, вдобавок к нелинейному самоискажению высокочастотного импульса, которое приводит к появлению гармонических компонентов в импульсе. Это увеличение частоты, определяемое уменьшением длины импульса, противодействует понижению центральной частоты импульса из-за частотно-зависимого поглощения в объекте, обеспечивая, следовательно, получение более высокой принимаемой центральной частоты, нежели когда этот способ не используется.In the first method in accordance with the invention, the high-frequency pulse propagates against a negative spatial gradient of the low-frequency pulse oscillation, so that the decay of the high-frequency pulse has a higher propagation velocity than the pulse front. This leads to cumulative spatial compression of the high-frequency pulse as it propagates into the object, increasing the frequency and passband (i.e., shortening the length) of the high-frequency pulse, in addition to the nonlinear self-distortion of the high-frequency pulse, which leads to the appearance of harmonic components in the pulse. This increase in frequency, determined by the decrease in the pulse length, counteracts a decrease in the center frequency of the pulse due to frequency-dependent absorption in the object, thus providing a higher received center frequency than when this method is not used.

Поскольку амплитуда низкочастотного импульса сильно уменьшена после первого отражения, многочисленные рассеянные импульсы не будут иметь то же сжатие (укорочение) длины, вызванное нелинейным влиянием низкочастотного импульса на скорость распространения высокочастотного импульса, а из-за поглощения их частота упадет до более низких частот, чем частоты рассеянных импульсов перво го порядка с тем же запаздыванием распространения, и, следовательно, могут быть отфильтрованы, приводя к отчетливому подавлению шума, вызванного реверберацией импульса (многократное рассеяние), как и при построении изображений с помощью второй гармоники, но с чувствительностью как с 1-й гармоникой, обеспечивая получение изображений с большей глубины и использование более высоких акустических частот, чем при построении изображений с помощью второй гармоники, улучшая тем самым пространственное разрешение. Также проще получить более широкие излучаемые пучки с возможностью использования более параллельных принимаемых пучков по сравнению с получением изображений с помощью второй гармоники, обеспечивая более высокую частоту кадров для 2Ό- и особенно для ЗЭ-изображений. Это особенно верно, когда для излучаемого пучка используют разреженные решетки, поскольку в них трудно обеспечить достаточно большие амплитуды для адекватного гармонического самоискажения импульса из-за ограниченного числа элементов решетки. Когда для построения изображений используется 2-я гармоническая полоса принимаемого сигнала, также интересно принять во внимание нелинейное сжатие импульса, поскольку сдвиг частоты вниз из-за поглощения нейтрализуется, обеспечивая более высокие частоты и более короткие импульсы при глубоких диапазонах с улучшенным разрешением. Изобретение также использует этот тип сжатия импульсов для наблюдаемых импульсовSince the amplitude of the low-frequency pulse is greatly reduced after the first reflection, numerous scattered pulses will not have the same compression (shortening) of the length caused by the nonlinear effect of the low-frequency pulse on the propagation speed of the high-frequency pulse, and due to absorption, their frequency will drop to lower frequencies than the frequencies first-order scattered pulses with the same propagation delay, and therefore can be filtered out, leading to a distinct suppression of noise caused by reverb pulse (multiple scattering), as when constructing images using the second harmonic, but with sensitivity as the 1st harmonic, providing images from a greater depth and using higher acoustic frequencies than when constructing images using the second harmonic, improving most spatial resolution. It is also easier to obtain wider emitted beams with the possibility of using more parallel received beams compared to obtaining images using the second harmonic, providing a higher frame rate for 2Ό- and especially for Ze-images. This is especially true when sparse gratings are used for the emitted beam, since it is difficult to provide sufficiently large amplitudes for adequate harmonic self-distortion of the pulse due to the limited number of grating elements. When the 2nd harmonic band of the received signal is used to construct the images, it is also interesting to take into account the nonlinear compression of the pulse, since the downward frequency shift due to absorption is neutralized, providing higher frequencies and shorter pulses at deep ranges with improved resolution. The invention also uses this type of pulse compression for observed pulses.

- 4 014167 сдвига объекта от излучательной силы осуществляющих нажим импульсов, для разделения частот между наблюдаемыми и осуществляющими нажим импульсами. Изобретение также использует расположение высокочастотного импульса близко к максимуму низкочастотного импульса излучаемой группы импульсов, чтобы обеспечить более высокую излучаемую амплитуду высокочастотного импульса с ограничением в механическом индексе (МИ) объекта.- 4 014167 of the shift of the object from the radiative force of the pressure pulses, for the separation of frequencies between the observed and pressure pulses. The invention also uses the location of the high-frequency pulse close to the maximum of the low-frequency pulse of the emitted pulse group to provide a higher emitted amplitude of the high-frequency pulse with a restriction in the mechanical index (MI) of the object.

Во втором способе в соответствии с изобретением излучают две или более групп акустических импульсов в двухполосном частотном диапазоне последовательно для каждой радиальной линии изображения, причем высокочастотный импульс располагают близко к максимуму или к минимуму низкочастотного импульса, при этом частоту, и/или фазу, и/или амплитуду низкочастотного импульса изменяют с каждой излученной группой для того, чтобы нелинейным образом управлять акустическим рассеянием и свойствами прямого распространения объекта для высокочастотных компонентов. Нелинейное управление скоростью прямого распространения вместе с этим способом используют в процессе формирования сигналов для построения изображения.In the second method in accordance with the invention, two or more groups of acoustic pulses are emitted in a two-band frequency range sequentially for each radial image line, the high-frequency pulse being placed close to the maximum or minimum of the low-frequency pulse, the frequency and / or phase and / or the amplitude of the low-frequency pulse is changed with each emitted group in order to nonlinearly control the acoustic scattering and direct propagation properties of the object for high-frequency components. Nonlinear control of the speed of direct propagation along with this method is used in the process of generating signals for imaging.

С помощью этого способа можно, например, сформировать 1-й сигнал для построения изображения, уравнение (14), со значительным подавлением шума реверберации импульса и с чувствительностью 1-й гармоники, чтобы иметь те же самые преимущества, что и одиночного импульса, описанного выше. Изобретение также предлагает определение задержек нелинейного распространения, которые дают 1-й численный нелинейный параметр изображения, уравнение (27), являющийся нелинейным параметром прямого распространения, в виде комбинации дифференциальных и оценочных задержек нелинейного распространения, а также определение амплитуды низкочастотного импульса. Частота этого импульса может быть выбрана настолько низкой (обычно ~1/5-1/20 от частоты высокочастотного импульса), что различиями в поглощении акустической мощности между различными объектами и отдельными предметами можно пренебречь, а амплитуду низкочастотного импульса при этом можно определить путем моделирования или измерения в водных или нефтяных смесях. Изобретение также предлагает способ определения локального коэффициента поглощения через комбинацию определенных нелинейных задержек распространения в соответствии со вторым способом (а также в соответствии с 3- и 4-м способами, описанными ниже), а также радиального градиента нелинейных задержек распространения, центральной частоты в высокочастотном принятом сигнале согласно первому способу и радиального градиента указанной центральной частоты.Using this method, it is possible, for example, to generate the 1st signal for imaging, equation (14), with significant suppression of the noise of the reverberation of the pulse and with the sensitivity of the 1st harmonic, to have the same advantages as a single pulse described above . The invention also offers the determination of non-linear propagation delays, which give the 1st numerical non-linear parameter of the image, equation (27), which is a non-linear parameter of direct propagation, in the form of a combination of differential and estimated delays of non-linear propagation, and also determination of the amplitude of the low-frequency pulse. The frequency of this pulse can be chosen so low (usually ~ 1 / 5-1 / 20 of the frequency of the high-frequency pulse) that differences in the absorption of acoustic power between different objects and individual objects can be neglected, and the amplitude of the low-frequency pulse can be determined by modeling or measurements in water or oil mixtures. The invention also provides a method for determining the local absorption coefficient through a combination of certain non-linear propagation delays in accordance with the second method (as well as in accordance with the 3rd and 4th methods described below), as well as the radial gradient of the non-linear propagation delays, the central frequency in the high frequency received the signal according to the first method and the radial gradient of the specified center frequency.

Уменьшенный шум реверберации в принимаемых сигналах способствует в соответствии с изобретением оценке корректировок для аберрации волнового фронта, как, например, описано в патентах США № 6485423 и 6905465, а также в заявке на патент США № 1094387, на которые дана ссылка в связи с настоящим изобретением. Изобретение также дает приблизительную оценку корректировок задержки для аберрации волнового фронта, полученную из нелинейных задержек распространения, как оценки для сигналов от каждого элемента или субапертурного сигнала, определенного в описании ниже.The reduced reverberation noise in the received signals contributes, in accordance with the invention, to the evaluation of corrections for wavefront aberration, as, for example, described in US Pat. . The invention also provides an approximate estimate of delay adjustments for wavefront aberration obtained from non-linear propagation delays, as estimates for signals from each element or subaperture signal defined in the description below.

В соответствии с изобретением далее в процессе формирования сигналов для построения изображений корректируют принятые высокочастотные сигналы, используя оценки нелинейных задержек распространения. Затем можно сильно подавить линейно рассеянный в этом процессе от объекта сигнал и получить 2-й сигнал изображения, уравнения (19) и (28), который является нелинейно рассеянным сигналом, отображающим локальные нелинейные свойства объекта в масштабе, меньшем, чем высокочастотная длина волны, тогда как нелинейные параметры распространения показывают нелинейные свойства объекта в масштабе, большем пары высокочастотных длин волн. Затем нелинейный сигнал обеспечивает контраст изображения к быстрым изменениям структур объекта с улучшенной дифференциацией этих структур. Нелинейное рассеяние особенно сильно на границах между материалами с большой разницей в податливости, таких как границы между биологическими тканями и более жесткими тканями, такими как соединительная и мускулатурная ткани, или твердые материалы, такие как кальцификации, или между частями объекта с низкой и высокой податливостью, такими как жир и микропузырьки газа в биологических тканях, газ в пористых горных породах, плавательные пузыри рыб или легкие морских животных и окружающая вода и ткань, улучшая тем самым характеризацию структур объекта.In accordance with the invention, further in the process of generating signals for imaging, the received high-frequency signals are adjusted using estimates of non-linear propagation delays. Then you can strongly suppress the signal linearly scattered in this process from the object and get the 2nd image signal, equations (19) and (28), which is a nonlinearly scattered signal that displays the local nonlinear properties of the object at a scale smaller than the high-frequency wavelength, while the nonlinear propagation parameters show the nonlinear properties of the object on a scale greater than a pair of high-frequency wavelengths. Then the non-linear signal provides image contrast to rapid changes in the structure of the object with improved differentiation of these structures. Nonlinear scattering is especially strong at the boundaries between materials with a large difference in compliance, such as the boundaries between biological tissues and stiffer tissues, such as connective and muscular tissues, or solid materials, such as calcifications, or between parts of an object with low and high compliance, such as fat and microbubbles of gas in biological tissues, gas in porous rocks, swimming bubbles of fish or lungs of marine animals and surrounding water and tissue, thereby improving the characterization of structures p object.

Пузырьки газа часто естественным образом присутствуют в объекте, например в плавательном пузыре рыбы или легких морского животного, пузырьки газа в пористой горной породе, микропузырьки, спонтанно образованные в ткани во время декомпрессии, или микропузырьки, введенные в объект в качестве контрастного вещества. Компрессионная динамика пузырьков в акустических волнах давления описывается дифференциальным уравнением, показывающим резонансное акустическое рассеяние с частотно зависящим запаздыванием фазы между падающей и рассеянной волнами, в противоположность рассеянию от твердых тел или текучих сред, где изменением с частотой этой фазы можно практически пренебречь. Резонансная частота и, следовательно, это запаздывание фазы рассеянного сигнала от пузырька газа для высокочастотного импульса также управляются низкочастотным импульсом, вдобавок к амплитуде сигнала, что позволяет выделить большую часть рассеянной мощности из пузырьков газа посредством второго способа (не только гармонических компонентов) и значительно увеличивает СИК (отношение контраста к шуму) по сравнению с существующими способами. При хорошем определении корректировок в нелинейных задержках распространения, а также корректировок амплитуды способы вGas bubbles are often naturally present in an object, for example, in a swimming bladder of fish or lungs of a marine animal, gas bubbles in a porous rock, micro bubbles spontaneously formed in tissue during decompression, or micro bubbles introduced into the object as a contrast medium. The compression dynamics of bubbles in acoustic pressure waves is described by a differential equation showing resonant acoustic scattering with a frequency-dependent delay of the phase between the incident and scattered waves, as opposed to scattering from solids or fluids, where the change in the frequency of this phase can be practically neglected. The resonant frequency and, therefore, the phase delay of the scattered signal from the gas bubble for the high-frequency pulse is also controlled by the low-frequency pulse, in addition to the signal amplitude, which allows you to extract most of the scattered power from the gas bubbles by the second method (not only harmonic components) and significantly increases the LMS (ratio of contrast to noise) compared to existing methods. With a good definition of corrections in nonlinear propagation delays, as well as amplitude corrections, the methods in

- 5 014167 соответствии с изобретением сильно подавляют линейно рассеянный от объекта сигнал и значительно увеличивают СОК (отношение контраста к объекту) по сравнению с существующими способами. В отличие от способов обнаружения контрастного вещества, существующих в уровне техники, таких как получение гармонических изображений, инверсия импульса или допплеровская мощность, в способах, выполненных в соответствии с настоящим изобретением, могут быть использованы более высокие акустические частоты по сравнению с резонансной частотой пузырька с улучшенным пространственным разрешением. Также можно использовать более низкие амплитуды импульса (меньший механический индекс (МИ)), в результате чего не разрушаются пузырьки, являющиеся медицинским контрастным веществом. Это важно при построении изображения определенных заданных в ткани микропузырьков, где только ограниченная группа микропузырьков пристает к выбранным тканям, например опухолевым тканям, атеросклеротичным бляшкам, тромбам, и т.д., где важно получить изображение пузырьков без их разрушения.- 5 014167 in accordance with the invention strongly suppress the signal linearly scattered from the object and significantly increase the RNS (contrast to object ratio) compared to existing methods. In contrast to prior art methods for detecting contrast media, such as acquiring harmonic images, pulse inversion, or Doppler power, higher acoustic frequencies can be used in the methods of the present invention compared to an improved bubble resonance frequency. spatial resolution. You can also use lower pulse amplitudes (lower mechanical index (MI)), as a result of which the bubbles, which are a medical contrast medium, are not destroyed. This is important when imaging certain microbubbles defined in the tissue, where only a limited group of microbubbles adheres to selected tissues, for example, tumor tissues, atherosclerotic plaques, blood clots, etc., where it is important to obtain an image of the vesicles without destroying them.

Облако микропузырьков в биологической ткани, текучих средах или пористых горных породах имеет сильное нелинейное влияние на скорость распространения проходящего через него импульса, причем в этих случаях чрезвычайно важно обеспечить корректировки для нелинейной задержки распространения, чтобы хорошо подавить линейно рассеянный сигнал от объекта вне облака микропузырьков. С помощью этих корректировок задержки изобретение предлагает разделение между накопленной нелинейной задержкой прямого распространения и локальным нелинейным рассеянием, в отличие от того что предлагается в других способах, таких как гармоническое получение изображений или получение изображений с помощью инверсии импульса, и обеспечивает огромное преимущество для подавления сигнала для построения изображения от объекта, когда получают изображение от пузырьков газа, находящихся вне облака, например в периферическом миокарде при построении медицинских изображений, обнаружении газа вне области с газом при построении геологических изображений или обнаружении рыбы или морских животных в области вне стаи рыб или морских животных. Если в этом случае не сделаны никакие корректировки на нелинейные эффекты распространения или эти корректировки ограничены, то линейно рассеянный сигнал от объектов в областях, где отсутствуют пузырьки газа, будет обладать теми же свойствами, что и рассеянный от пузырьков газа сигнал, маскируя тем самым обнаружение пузырьков газа в этих областях. Это может ошибочно указать на кровоток в ишемической области миокарда, на газ в геологических структурах и на рыбу или других морских животных в воде.A cloud of microbubbles in biological tissue, fluids, or porous rocks has a strong nonlinear effect on the propagation velocity of a pulse passing through it, and in these cases it is extremely important to provide corrections for nonlinear propagation delay in order to well suppress the linearly scattered signal from an object outside the cloud of microbubbles. With these delay adjustments, the invention provides a separation between the accumulated non-linear forward propagation delay and local non-linear scattering, in contrast to other methods, such as harmonic image acquisition or image acquisition using pulse inversion, and provides a huge advantage for signal suppression for constructing an image from an object when an image is obtained from gas bubbles outside the cloud, for example, in a peripheral myocardium when triplets medical imaging, detection gas is a gas field in constructing the geologic imaging or detection of a fish or marine animals in the flock is fish or marine animals. If in this case no corrections are made for nonlinear propagation effects or these corrections are limited, then the linearly scattered signal from objects in areas where there are no gas bubbles will have the same properties as the signal scattered from gas bubbles, masking the detection of bubbles gas in these areas. This may erroneously indicate blood flow in the ischemic region of the myocardium, gas in geological structures, and fish or other marine animals in the water.

Помимо многочисленных медицинских применений изображений микропузырьков в качестве ультразвукового контрастного вещества, получение изображений микропузырьков в соответствии с этим способом в случаях декомпрессии, встречающихся при работе в космосе и при погружениях, может быть использовано для наблюдения за образованием таких пузырьков, чтобы изучать и разрабатывать профили декомпрессии, а также чтобы иметь раннее предупреждение о появлении кессонной болезни.In addition to the numerous medical applications of microbubble images as an ultrasonic contrast medium, obtaining microbubble images in accordance with this method in cases of decompression encountered in space and diving can be used to observe the formation of such bubbles in order to study and develop decompression profiles, and also to have an early warning about the occurrence of decompression sickness.

При дальнейшей обработке данных согласно второму способу высокочастотные сигналы с корректировкой задержки объединяют вдоль координаты номера импульса, чтобы получить 3-й сигнал изображения, уравнения (17) и (29), который является линейно рассеянным сигналом. Линейно рассеянный сигнал имеет то же самое ослабление из-за поглощения мощности, что и 2-й сигнал изображения, который является нелинейно рассеянным сигналом. Посредством комбинации нелинейно и линейно рассеянных сигналов и определения амплитуды низкочастотного импульса, как показано выше, в изобретении приводится 2-й численный нелинейный параметр изображения, уравнение (30), который является численным нелинейным параметром рассеяния. Этот 2-й численный нелинейный параметр представляет собой пространственные флуктуации нелинейных параметров объекта в масштабе, приблизительно меньшем, чем длина волны в высокочастотной полосе, тогда как 1-й численный нелинейный параметр, уравнение (27), представляет собой усредненные по пространству нелинейные параметры объекта в масштабе, приблизительно большем, чем длина волны в высокочастотной полосе. Таким образом, обратное рассеяние и прямое распространение представляют собой, следовательно, два разных численных параметра изображения, которые можно наблюдать для большей информации о характеристиках объекта. Численные нелинейные параметры улучшают тем самым дифференциацию структур объекта, а также способствуют характеризации объекта с помощью этого способа, который весьма полезен при диагностике опухолей и атеросклеротичных бляшек в медицинских приложениях, при получении информации о газе, нефти или воде в геологических структурах, а также при получении информации о количестве и размерах рыбы и морских животных в воде. Калибровка изменений этих численных параметров с температурой также способствует оценке локальной температуры с помощью ультразвука, например, для выбора гипертермичного или гипотермичного лечения опухолей в медицине. Она также дает новые способы количественного определения объема контрастного вещества в ткани, кровотока через ткань, а также относительные объемы газа и нефти в геологических структурах.In further processing of the data according to the second method, delay-corrected high-frequency signals are combined along the pulse number coordinate to obtain the 3rd image signal, equations (17) and (29), which is a linearly scattered signal. The linearly scattered signal has the same attenuation due to power absorption as the 2nd image signal, which is a nonlinearly scattered signal. By combining nonlinearly and linearly scattered signals and determining the amplitude of the low-frequency pulse, as shown above, the invention provides a second numerical nonlinear image parameter, equation (30), which is a numerical nonlinear scattering parameter. This 2nd non-linear numerical parameter represents spatial fluctuations of the non-linear parameters of the object at a scale approximately smaller than the wavelength in the high-frequency band, while the 1st numerical non-linear parameter, equation (27), is the space-averaged non-linear parameters of the object in a scale approximately larger than the wavelength in the high frequency band. Thus, backscattering and forward propagation are, therefore, two different numerical image parameters that can be observed for more information about the characteristics of the object. Numerical nonlinear parameters thereby improve the differentiation of the structure of the object, and also contribute to the characterization of the object using this method, which is very useful in the diagnosis of tumors and atherosclerotic plaques in medical applications, in obtaining information about gas, oil or water in geological structures, as well as in obtaining information on the number and size of fish and marine animals in the water. Calibration of changes in these numerical parameters with temperature also helps to evaluate local temperature using ultrasound, for example, to select hyperthermic or hypothermic treatment of tumors in medicine. It also provides new methods for quantifying the volume of contrast medium in tissue, blood flow through tissue, and the relative volumes of gas and oil in geological structures.

При наличии неподвижных, временно стационарных объектов можно, например, излучить два импульса с разной частотой, и/или фазой, и/или амплитудой низкочастотных компонентов, затем объединить рассеянные или излученные сигналы от этих импульсов для подавления реверберации импульсов и определить нелинейные параметры объекта. Когда объект и акустический зонд перемещаются относительно друг друга, преимущественно можно излучить более двух импульсов для каждой радиальной лиIn the presence of stationary, temporarily stationary objects, for example, two pulses can be emitted with different frequencies and / or phases and / or amplitudes of low-frequency components, then the scattered or emitted signals from these pulses can be combined to suppress the reverberation of pulses and the nonlinear parameters of the object can be determined. When an object and an acoustic probe move relative to each other, it is preferable to emit more than two pulses for each radial

- 6 014167 нии изображения, чтобы адекватно подавить линейно рассеянный сигнал или подавить шум реверберации импульса, связанный с многочисленными импульсами. Например, можно излучить ряд К-импульсов, имеющих одинаковую фазу высокочастотных компонентов, но с разными частотами, и/или фазами, и/или амплитудами низкочастотных компонентов для каждого импульса. Обратно рассеянные сигналы от этих импульсов объединяют в фильтре верхних частот с поимпульсным накоплением, в котором подавляются реверберации импульса и проходят компоненты 1-го порядка рассеянного сигнала. С помощью оценок и корректировок для нелинейных задержек распространения, а также желательно и корректировок для амплитуды, выполненных перед фильтром верхних частот, можно выделить локальный нелинейно рассеянный сигнал от объекта или рассеянный сигнал от пузырьков газа, а также численные нелинейные параметры распространения и рассеяния объекта.- 6 014167 image to adequately suppress a linearly scattered signal or to suppress the pulse reverberation noise associated with multiple pulses. For example, you can emit a series of K-pulses having the same phase of high-frequency components, but with different frequencies, and / or phases, and / or amplitudes of low-frequency components for each pulse. The backscattered signals from these pulses are combined in a high-pass filter with pulse-by-pulse accumulation, in which pulse reverberations are suppressed and first-order components of the scattered signal pass. Using estimates and corrections for nonlinear propagation delays, as well as desirable adjustments for the amplitude performed in front of the high-pass filter, one can distinguish a local nonlinearly scattered signal from an object or a scattered signal from gas bubbles, as well as numerical nonlinear parameters of propagation and scattering of an object.

В этом втором способе шум реверберации импульса (и в малой степени сами нелинейные компоненты сигнала) вносят ошибки в корректировки нелинейных задержек распространения. Эти ошибки ограничивают подавление линейно рассеянного сигнала при оценке нелинейно рассеянного сигнала. Для эффективного устранения влияния шума реверберации импульса на оценку корректировок нелинейной задержки можно использовать 2-ю гармоническую компоненту рассеянных сигналов со вторым способом в соответствии с изобретением или же можно в соответствии с 3-м способом изобретения излучить по меньшей мере три импульса с разными частотами, и/или фазами, и/или амплитудами низкочастотного импульса, как описано со ссылкой на уравнения (42)-(44).In this second method, the pulse reverberation noise (and to a small degree the non-linear signal components themselves) introduce errors in the correction of non-linear propagation delays. These errors limit the suppression of a linearly scattered signal when evaluating a non-linearly scattered signal. To effectively eliminate the effect of pulse reverberation noise on the estimation of non-linear delay corrections, the 2nd harmonic component of the scattered signals with the second method in accordance with the invention can be used, or at least three pulses with different frequencies can be emitted in accordance with the 3rd method of the invention, and / or phases and / or amplitudes of a low-frequency pulse, as described with reference to equations (42) to (44).

Этот третий способ также проявляет влияние нелинейного рассеяния на определение корректировок нелинейных задержек.This third method also exhibits the effect of nonlinear scattering on the determination of nonlinear delay adjustments.

В четвертом способе в соответствии с изобретением, описанным со ссылкой на уравнения (45)-(48), можно излучить по меньшей мере четыре импульса с разными частотами, и/или фазами, и/или амплитудами низкочастотного импульса, обеспечивая определение корректировок нелинейных задержек, линейно рассеянного сигнала и нелинейно рассеянного сигнала с минимальной помехой друг от друга и от шума реверберации.In the fourth method in accordance with the invention described with reference to equations (45) to (48), at least four pulses with different frequencies and / or phases and / or amplitudes of a low-frequency pulse can be emitted, allowing for the determination of non-linear delay corrections, linearly scattered signal and nonlinear scattered signal with minimal interference from each other and from reverberation noise.

Также можно использовать 2-ю гармоническую полосу (или любую гармоническую полосу) принятого сигнала для формирования изображения согласно любому из второго, третьего и четвертого способов вместо использования первой гармонической полосы принятого сигнала, как описано выше. Преимуществом этого является дополнительное подавление шума реверберации импульса как в сигналах для построения изображения, так и в оценке нелинейной задержки распространения, как было описано выше. Недостатком является меньшая чувствительность при более глубоких диапазонах, тем самым уменьшается глубина изображения для той же частоты изображения.You can also use the 2nd harmonic band (or any harmonic band) of the received signal to form an image according to any of the second, third and fourth methods instead of using the first harmonic band of the received signal, as described above. An advantage of this is the additional suppression of the noise of the reverberation of the pulse both in the signals for imaging and in the estimation of the nonlinear propagation delay, as described above. The disadvantage is lower sensitivity at deeper ranges, thereby reducing the image depth for the same image frequency.

С помощью электронного управления направлением пучка обычно используют то же направление пучка и излучают фокус для всех излученных импульсов для каждой радиальной линии изображения и диапазона глубины, причем полученные сигналы объединяют для подавления линейно рассеянных от объекта сигналов для этой линии изображения. Типичные используемые схемы фильтров включают КИХ-фильтры или фильтры с переменным временем отклика импульса, как ортогональная декомпозиция с использованием, например, полиномов Лежандра с фильтрацией, осуществляемой вдоль номера координаты импульса для каждой глубины.Using electronic control of the beam direction, the same beam direction is usually used and the focus is emitted for all radiated pulses for each radial image line and depth range, and the received signals are combined to suppress signals linearly scattered from the object for this image line. Typical filter schemes used include FIR filters or filters with a variable pulse response time, such as orthogonal decomposition using, for example, Legendre polynomials with filtering performed along the pulse coordinate number for each depth.

С помощью механического управления направлением пучка как с кольцевой решеткой или получением 3Э-изображений обычно излучают импульсы с изменением в частоте, и/или фазе, и/или амплитуде низкочастотного импульса с непрерывной разверткой по направлению пучка, подавая сигнал для каждой глубины на фильтр верхних частот вдоль номера координаты импульса. Выходы фильтров верхних частот затем запоминаются для каждой глубины и радиальной линии изображения для оценки сигналов и параметров изображения, которые будут использованы для реконструкции изображения вдоль радиальной линии изображения в этом диапазоне глубины.Using mechanical control of the beam direction as with an annular array or obtaining 3E images, pulses are usually emitted with a change in the frequency and / or phase and / or amplitude of the low-frequency pulse with a continuous sweep in the direction of the beam, supplying a signal for each depth to the high-pass filter along the pulse coordinate number. The outputs of the high-pass filters are then stored for each depth and radial line of the image to evaluate the signals and image parameters that will be used to reconstruct the image along the radial line of the image in this depth range.

Изобретение также предлагает основные конструкции устройств для построения изображений, которые работают в соответствии со способами согласно изобретению. Поскольку число импульсов для каждой радиальной линии изображения вместе с качеством изображения и информацией увеличивается с увеличением порядка способа, частота кадров уменьшается с увеличением порядка способа. В наиболее продвинутой модели устройство может работать, используя более чем один способ с процедурами для оптимального выбора способов для построения изображения с наилучшей эффективностью, принимая во внимание заданные ограничения. Типичными ограничениями являются минимальная частота кадров, минимальные требования к качеству изображения и т.д.The invention also provides basic designs for imaging devices that operate in accordance with the methods of the invention. Since the number of pulses for each radial image line, together with the image quality and information increases with increasing order of the method, the frame rate decreases with increasing order of the method. In the most advanced model, the device can operate using more than one method with procedures for the optimal choice of methods for constructing the image with the best efficiency, taking into account the given restrictions. Typical limitations are the minimum frame rate, minimum image quality requirements, etc.

Наконец, изобретение предлагает процедуру конструирования решеток преобразователей, которая сводит к минимуму нелинейное влияние низкочастотного импульса на задержку распространения высокочастотного импульса. При малых амплитудах (~50 кПа) компонентов низкочастотного импульса такие решетки преобразователей обеспечивают построение изображений медицинских ультразвуковых контрастных веществ или микропузырьков при декомпрессии с ограниченным, но все-таки интересным подавлением линейно рассеянных сигналов от объекта, без корректировки нелинейных задержек распространения высокочастотного импульса, привнесенных низкочастотным импульсом.Finally, the invention provides a procedure for constructing converter arrays, which minimizes the nonlinear effect of the low frequency pulse on the propagation delay of the high frequency pulse. At small amplitudes (~ 50 kPa) of the components of the low-frequency pulse, such transducer gratings provide images of medical ultrasound contrast agents or microbubbles during decompression with limited but still interesting suppression of linearly scattered signals from the object, without adjusting the non-linear propagation delays of the high-frequency pulse introduced by the low-frequency impulse.

- 7 014167- 7 014167

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг. 1 изображает первый тип излучаемых импульсов в соответствии с изобретением, причем этот первый тип содержит как низкочастотный, так и высокочастотный импульс, при этом высокочастотный импульс расположен на пространственном градиенте низкочастотного импульса.FIG. 1 shows a first type of emitted pulses in accordance with the invention, this first type containing both a low-frequency and a high-frequency pulse, wherein the high-frequency pulse is located on the spatial gradient of the low-frequency pulse.

Фиг. 2 показывает, как полосовая пропускающая фильтрация по глубине принятого сигнала из импульса, показанного на фиг. 1, может быть использована для значительного подавления шума реверберации импульса.FIG. 2 shows how bandpass filtering is applied in depth to the received signal from the pulse shown in FIG. 1, can be used to significantly suppress pulse reverb noise.

Фиг. 3 изображает второй тип излучаемых импульсов в соответствии с изобретением, содержащих как низкочастотный импульс, так и высокочастотный импульс, в котором высокочастотный импульс, например, расположен в максимуме либо положительного, либо отрицательного периода низкочастотного импульса.FIG. 3 depicts a second type of emitted pulses in accordance with the invention, containing both a low-frequency pulse and a high-frequency pulse, in which the high-frequency pulse, for example, is located at the maximum of either the positive or negative period of the low-frequency pulse.

Фиг. 4 изображает задержки прямого распространения высокочастотного импульса, которые созданы низкочастотным импульсом, изображенным на фиг. 3.FIG. 4 depicts the forward propagation delays of a high-frequency pulse that are created by the low-frequency pulse depicted in FIG. 3.

Фиг. 5 изображает ряд принятых высокочастотных сигналов от последовательных излученных импульсов как функцию быстрого времени (глубины) и медленного времени (номера координаты импульса).FIG. 5 depicts a series of received high-frequency signals from successive radiated pulses as a function of fast time (depth) and slow time (pulse coordinate number).

Фиг. 6 изображает принятые линейные и нелинейные частотные линии вдоль частотной координаты медленного времени.FIG. 6 shows received linear and non-linear frequency lines along the frequency coordinate of the slow time.

Фиг. 7а и 7Ь показывают, как реверберации импульса испытывают меньшее управление нелинейным распространением посредством низкочастотного импульса, чем рассеянные сигналы первого порядка.FIG. 7a and 7b show how pulse reverberations experience less control of non-linear propagation through a low-frequency pulse than scattered first-order signals.

Фиг. 7с изображает выигрыш от обработки сигнала, зависящий от глубины, полученный благодаря способу подавления реверберации импульса в сигнале.FIG. 7c shows a gain in signal processing depending on depth obtained by the method of suppressing reverberation of a pulse in a signal.

Фиг. 8 показывает узел решетки преобразователей для излучения низкочастотных и высокочастотных компонентов.FIG. 8 shows a transducer array assembly for emitting low-frequency and high-frequency components.

Фиг. 9 изображает основную решетку преобразователей и принцип создания устройства для одновременного измерения пропускания и углового рассеяния в объекте.FIG. 9 depicts the main array of transducers and the principle of creating a device for simultaneously measuring transmittance and angular scattering in an object.

Фиг. 10 показывает блок-схему блока оценки для сигналов и параметров изображения, которые могут быть получены этим способом.FIG. 10 shows a block diagram of an estimator for signals and image parameters that can be obtained by this method.

Фиг. 11 показывает еще одну блок-схему блока оценки для сигналов и параметров изображения, которые могут быть получены этим способом.FIG. 11 shows yet another block diagram of an estimator for signals and image parameters that can be obtained by this method.

Фиг. 12 показывает блок-схему блока устройства для построения изображения от рассеянных сигналов в соответствии с изобретением.FIG. 12 shows a block diagram of a block of an apparatus for imaging scattered signals in accordance with the invention.

Фиг. 13 показывает блок-схему блока устройства для реконструкции томографического изображения из измерений пропускания и углового рассеяния в соответствии с изобретением.FIG. 13 shows a block diagram of a block of a device for reconstructing a tomographic image from transmission and angular dispersion measurements in accordance with the invention.

Фиг. 14 показывает расположение акустических преобразователей в нефтяной скважине для наблюдения за геологическими структурами вокруг нефтяной скважины.FIG. 14 shows the location of acoustic transducers in an oil well for monitoring geological structures around an oil well.

Описание вариантов выполнения изобретенияDescription of embodiments of the invention

Акустические объемные волны в однородных материалах в линейном режиме подчиняются линейному волновому уравнению, где скорость с0 распространения объемной волны определяется плотностью р0 и коэффициентом объемного сжатия к0 однородной среды распространения. Коэффициент объемного сжатия в линейном приближении объемной упругости определяется через относительный объем сжатия материала, как — = -&ψ = кор (1) где δν - относительный объем сжатия небольшого объема ДУ, подверженного воздействию давления р;Acoustic body waves in homogeneous materials in a linear mode obey the linear wave equation, where the velocity c 0 of the propagation of a body wave is determined by the density p 0 and the volume compression coefficient to 0 of a homogeneous propagation medium. The volumetric compression coefficient in the linear approximation of volumetric elasticity is determined through the relative volume of compression of the material, as - = - & ψ = k о p (1) where δν is the relative compression volume of a small volume of DE subjected to pressure p;

Ψ - смещение частицы в материале, так что -5Ψ - относительное сжатие объема.Ψ is the displacement of the particle in the material, so -5Ψ is the relative compression of the volume.

Рассеяние акустических объемных волн от объектов осуществляется пространственными флуктуациями коэффициента сжатия и плотности объекта. Обозначим пространственно меняющиеся плотность и коэффициент сжатия для амплитуд низкого давления соответственно как р0(г) и к0(г), где г является пространственной координатой. Тогда линейный коэффициент обратного рассеяния от некоторой локальной точки г будет равен ’ ^.(Г,Ь,Ь) - ρ(4ΰ + т где р(г) и к(г) - пространственно усредненные плотность и коэффициент объемного сжатия в масштабе приблизительно пары длин волн λ акустического импульса;The scattering of acoustic body waves from objects is carried out by spatial fluctuations of the compression coefficient and density of the object. We denote the spatially varying density and compression coefficient for the low pressure amplitudes, respectively, as p 0 (g) and k 0 (g), where r is the spatial coordinate. Then, the linear coefficient of backscatter from a local point z is equal to ^ (H, L, L) -. Ρ (4ΰ + m where p 0a (g) and 0a (g) - spatially averaged density and coefficient of volumetric compression in scale approximately a pair of wavelengths λ of acoustic pulse;

С - единичный вектор в направлении падающей волны;C is a unit vector in the direction of the incident wave;

с, - единичный вектор в направлении наблюдения рассеянной волны, как показано на фиг. 9.c, is the unit vector in the direction of observation of the scattered wave, as shown in FIG. nine.

Скалярное произведение е^8=С05у18, где γ18 - угол между направлением падающей волны и направлением рассеянной волны. Для обратного рассеяния γ,,=π и е|с,=-1. Волновое число падающей волны к=ш/с=2пД, где ω - угловая частота; с - акустическая скорость распространения. Линейный обратно рассеянный сигнал в точке г от волны давления с амплитудой р1(г, ω) при угловой частоте ω пропорционаThe scalar product is e ^ 8 = С05у 18 , where γ 18 is the angle between the direction of the incident wave and the direction of the scattered wave. For backscattering, γ ,, = π and e | s, = - 1. The wave number of the incident wave is k = w / s = 2pD, where ω is the angular frequency; c is the acoustic propagation velocity. The linear backscattered signal at a point r from a pressure wave with an amplitude p 1 (g, ω) at an angular frequency ω is proportional

- 8 014167 лен к2о0(г)р1(г, ω). Изображения обычно получают с помощью излученного пучка с центральной частотой Οι и полосой Вь где сигнал изображения - прошедший полосой фильтр вариант к2о0(г) в координатах г диапазона около 2к1=2о1/с и полосой 2В1/с. Поскольку более мягкий материал (больший коэффициент объемного сжатия) обычно имеет меньшую плотность, члены с коэффициентом объемного сжатия и плотностью в уравнении (2) обычно имеют противоположные знаки, так что для обратного рассеяния эти величины складываются арифметически, причем член с коэффициентом объемного сжатия превышает при обратном рассеянии член с плотностью примерно в 2,5 раза.- 8 014167 flax to 2 o0 (g) p1 (g, ω). Images are usually obtained using an emitted beam with a central frequency Οι and a Bb band, where the image signal is a filter that has passed through a filter band with a variant of 2 ° 0 (g) in the g coordinates of the range of about 2k 1 = 2o 1 / s and a band of 2B 1 / s. Since a softer material (a larger volume compression coefficient) usually has a lower density, the terms with the volume compression coefficient and density in equation (2) usually have opposite signs, so that for backscattering these quantities are added arithmetically, and the term with the volume compression coefficient exceeds backscattering member with a density of about 2.5 times.

Пространственные изменения в средней плотности и коэффициенте объемного сжатия, р(г) и кОа(г), приводят к изменениям в акустической скорости распространения, т.е.Spatial changes in the average density and volume compression coefficient, p 0a (g) and to Oa (g), lead to changes in the acoustic propagation velocity, i.e.

С0а(г) = (3)C0a (g) = (3)

Это пространственное изменение скорости распространения ответственно за аберрации волнового фронта, в частности, встречающиеся в биологических изображениях в стенке тела, но также и во всех объектах, как грудная железа и лимфатические железы, в которых есть область жира, или соединительной ткани. Большие изменения скорости распространения в геологических изображениях часто встречаются во всем изображении.This spatial change in the propagation velocity is responsible for wavefront aberrations, in particular those found in biological images in the body wall, but also in all objects, like the mammary gland and lymph glands, in which there is an area of fat, or connective tissue. Large changes in the speed of propagation in geological images are often found throughout the image.

Типичные значения коэффициента объемного сжатия для мягких тканей и жидкостей κ0~400·1012 Па-1 с типичной амплитудой акустического импульса р~106 Па, что дает δν/Δν~0,4·10-3. Сжатие объема приводит к увеличению плотности как δρ/Λο0~0,4·10-3. Горные породы имеют меньший коэффициент сжатия, тогда как вода и нефтепродукты имеют коэффициент сжатия, сходный с тканями. Аналогично, когда объект подвергнут сжатию, коэффициент объемного сжатия уменьшается, что вместе с учетом акустического поглощения в объекте видоизменяет уравнение (1) [1]:Typical values of the volume compression coefficient for soft tissues and liquids are κ 0 ~ 400 · 10 12 Pa -1 with a typical amplitude of the acoustic pulse p ~ 10 6 Pa, which gives δν / Δν ~ 0.4 · 10 -3 . The compression of the volume leads to an increase in density as δρ / Λο 0 = κ ~ 0.4 · 10 -3 . Rocks have a lower compression ratio, while water and petroleum products have a compression coefficient similar to fabrics. Similarly, when an object is compressed, the volume compression coefficient decreases, which, taking into account the acoustic absorption in the object, modifies equation (1) [1]:

δν —— = -Θψ = (1 - βηκορ)κορ + Λ ® κορ (4) где βη=(1+Β/2Α)~5 - нелинейный параметр, соответствующий традиционно используемым параметрам В и А для нелинейного модуля упругости [1].δν —— = -Θψ = (1 - β η κ ο ρ) κ ο ρ + Λ ® κ ο ρ (4) where β η = (1 + Β / 2Α) ~ 5 is a nonlinear parameter corresponding to the traditionally used parameters B and A for a nonlinear elastic modulus [1].

Свертка по времени между давлением волнового фронта и к представляет собой зависящее от частоты поглощение акустической мощности в материале. Первый член описывает нелинейный коэффициент объемного сжатия, зависящий от давления, тогда как производная этого члена по давлению при стандартном давлении р0 даетThe time convolution between the wavefront pressure and k is the frequency-dependent absorption of acoustic power in the material. The first term describes a non-linear coefficient of volume compression, depending on pressure, while the derivative of this term with respect to pressure at standard pressure p 0 gives

ЗЛУ « = ду = (1 - 2βηκ0ρο)κ0 (5) что дает относительное изменение коэффициента сжатия с давлением, так как δκη0=-2βηκ0ρ0.ZLU «= du = (1 - 2β η κ 0 ρο) κ 0 (5) which gives a relative change in the compression coefficient with pressure, since δκ η / κ 0 = -2β η κ 0 ρ 0 .

Нелинейные изменения в коэффициенте объемного сжатия, следовательно, равны в 2βη~10 раз больше, чем нелинейные изменения в плотности, созданные давлением, где для р~1 получаем δκη/κ0=-2βηκρ0~4· 10-3.Nonlinear changes in the volume compression coefficient are therefore 2β η ~ 10 times larger than nonlinear changes in density created by pressure, where for p ~ 1 we get δκη / κ0 = -2βηκρ0 ~ 4 · 10 -3 .

Нелинейное изменение плотности и коэффициента сжатия приводит к нелинейному изменению как скорости рассеяния, так и скорости прямого распространения волны, а изобретение использует эти эффекты для уменьшения шума, связанного с реверберацией импульса, увеличения контрастности изображения для различных структур объекта, микрокальцификаций и пузырьков газа и для создания численных акустических параметров изображения объекта, микрокальцификаций, пузырьков газа и областей, наполненных газом. Далее описаны иллюстративные варианты выполнения изобретения со ссылкой на чертежи.A non-linear change in density and compression ratio leads to a non-linear change in both the scattering speed and the forward wave propagation velocity, and the invention uses these effects to reduce noise associated with pulse reverb, increase image contrast for various object structures, microcalcifications and gas bubbles and to create numerical acoustic parameters of the image of the object, microcalcifications, gas bubbles and regions filled with gas. Illustrative embodiments of the invention are described below with reference to the drawings.

В первом способе в соответствии с изобретением используют сжатие и расширение во времени высокочастотного импульса низкочастотным импульсом для управления центральной частотой и шириной полосы прямо распространяющегося в объекте импульса. Это сжатие во времени создается благодаря зависимости от давления скорости прямого распространения, которая приблизительно может быть выражена какThe first method in accordance with the invention uses the compression and expansion in time of a high-frequency pulse by a low-frequency pulse to control the center frequency and bandwidth of the pulse propagating directly in the object. This compression over time is created due to the pressure dependence of the velocity of direct propagation, which can be approximately expressed as

где βηα и κ - локальные пространственно усредненные значения по паре длин волн при нулевом давлении, как было определено выше.where β ηα and κ are local spatially averaged values over a pair of wavelengths at zero pressure, as was determined above.

Для дальнейшего объяснения этого принципа обратимся к фиг. 1а, на которой изображен излученный импульс, состоящий из низкочастотной компоненты 101 с амплитудой р0 и добавленной высокочастотной компонентой 102 с амплитудой рь причем высокочастотная компонента едет на отрицательном пространственном градиенте низкочастотного импульса, с центром высокочастотного импульса, расположенного, например, около нуля низкочастотного импульса с. Высокочастотный импульс используют для построения изображения, а низкочастотный импульс удаляют путем фильтрации в приемнике, например в самом преобразователе приемника, или так, как описано ниже.To further explain this principle, refer to FIG. 1a, which shows a transmitted pulse consisting of a low-frequency component 101 with amplitude p0 and added high frequency component 102 with amplitude p s and the high-frequency component rides on a negative spatial gradient of the low frequency pulse to the high frequency pulse center located, e.g., near baseband pulse scratch . A high-frequency pulse is used to build an image, and a low-frequency pulse is removed by filtering in the receiver, for example in the receiver converter itself, or as described below.

- 9 014167- 9 014167

Зависящая от давления скорость распространения вызывает возрастающее с накоплением искажение прямого распространения импульса, определяемое фактическим давлением импульса, которое складывается из давлений низкочастотного импульса и высокочастотного импульса, которые на расстоянии г распространения создает искаженный низкочастотный импульс 103 с искаженным высокочастотным импульсом 104. Искажение высокочастотного импульса может быть разделено на сжатие длины импульса нулевых точек высокочастотного импульса, созданное локальным давлением низкочастотного импульса, и на самоискажение формы импульса, вызванное самим мгновенным значением высокочастотного давления. Номер позиции 105 на фиг. 1Ь показывает сжатый во времени искаженный импульс (пунктирная линия), тогда как для сравнения показан неискаженный высокочастотный импульс 106 (точечнопунктирная линия), при этом добавление самоискажения импульса дает полностью искаженный импульс 107 (сплошная линия). Сжатие импульса происходит из-за того, что более высокое давление низкочастотного импульса на срезе высокочастотного импульса приводит к более высокому значению скорости распространения среза импульса по сравнению со скоростью распространения с более низким значением низкочастотного давления в передней части высокочастотного импульса. Это сжатие импульса приводит к увеличению центральной частоты и ширины полосы высокочастотного импульса, тогда как искажение формы импульса вносит гармонические компоненты фундаментальной частотной полосы высокочастотного импульса. И то, и другое используются в первом способе в соответствии с изобретением. Искажение распространения низкочастотного импульса вносит гармонические компоненты излученной низкочастотной полосы.The pressure-dependent propagation velocity causes an accumulation-increasing distortion of the direct propagation of the pulse, determined by the actual pulse pressure, which is the sum of the pressures of the low-frequency pulse and the high-frequency pulse, which at a distance r of the propagation creates a distorted low-frequency pulse 103 with a distorted high-frequency pulse 104. The distortion of the high-frequency pulse can be divided by the compression of the pulse length of the zero points of the high-frequency pulse created by the local yes the appearance of a low-frequency pulse, and self-distortion of the pulse shape, caused by the instantaneous value of the high-frequency pressure. Item number 105 in FIG. 1b shows a time-squeezed distorted pulse (dashed line), while for comparison, an undistorted high-frequency pulse 106 (dotted line) is shown, while the addition of self-distortion gives a completely distorted pulse 107 (solid line). The compression of the pulse occurs due to the fact that a higher pressure of the low-frequency pulse on the slice of the high-frequency pulse leads to a higher value of the propagation velocity of the slice of the pulse compared to the speed of propagation with a lower value of the low-frequency pressure in front of the high-frequency pulse. This compression of the pulse leads to an increase in the center frequency and bandwidth of the high-frequency pulse, while distortion in the shape of the pulse introduces harmonic components of the fundamental frequency band of the high-frequency pulse. Both of them are used in the first method in accordance with the invention. Distortion of the propagation of the low-frequency pulse introduces the harmonic components of the emitted low-frequency band.

Это нелинейное искажение прямого распространения импульса является тем же самым эффектом, что создает гармонические компоненты в прямо распространяющемся импульсе, которое линейным образом обратно рассеивается от объекта и используется в гармоническом построении изображений объектов, описанном далее в отношении уравнений (10)-(14) и фиг. 9. Амплитуда гармонических компонентов в импульсе сначала увеличивается с дальностью распространения, далее затухает с дальностью распространения из-за поглощения акустической мощности высокочастотного импульса и расходимости пучка. Низкочастотная полоса может быть выбрана настолько узкой (~1/5-1/20 от ширины полосы высокой частоты), что поглощением низкочастотного импульса практически можно пренебречь для фактических диапазонов изображения. Уменьшение амплитуды низкочастотного импульса тем самым, главным образом, определяется расходимостью пучка, которую можно ограничить путем выбора конструкции решетки; влияние нелинейного распространения низкочастотного импульса на высокочастотный импульс посредством конструкции решетки может быть тем самым сделано достаточно большим во всем диапазоне изображения, а также и в других случаях в соответствии с изобретением, как, например, показано на фиг. 3. Все это обеспечивает повышенную чувствительность при глубоких диапазонах с помощью способов, выполненных в соответствии с изобретением, в сравнении с получением изображений с помощью второй гармоники, явления, к которому вернемся в связи с уравнением (14) и фиг. 7е. В некоторых случаях использование второй гармонической полосы принятых высокочастотных сигналов вместе со способами согласно изобретению может иметь определенное преимущество, поскольку используется для улучшенного подавления шума реверберации импульса в изображениях и для определения параметров изображения, как это описано ниже. Чтобы прояснить существенные моменты, сначала проанализируем случай, когда отсутствует расходимость пучка (т.е. плоские волны) и нет поглощения ультразвука. Разница давлений низкочастотного импульса на длине волны λ! высокочастотного импульса дается выражением Др010/дг. Градиент создает разницу в скорости распространения на длине волны высокой частоты, равную Ас,|=-в1|,|к01.,с0,|Ар0. которая является причиной сжатия волны с длиной г распространения. Надо отметить, что эта же Дса приводит к увеличению низкочастотного градиента давления с г пропорционально уменьшению высокочастотной длины волны, так что падение давления вдоль сжатой высокочастотной длины волны поддерживается равным Др0, как показано на фиг. 1а. По истечении времени 1=г/с распространения получаем, таким образом, сжатие высокочастотной длины волны Δλ^Δο^ΓΔ^/ο^-β^^Δρ^. При отсутствии поглощения и расходимости пучка получаем Др0^1др0/дг=р00к0Д10=2пр0Д10А00, где р00 - амплитуда, κ00=2π/λ00 - волновое число и λ00 - длина волны излученного низкочастотного импульса на поверхности решетки до искажения распространения. По истечении времени распространения 1=г/с получаем, таким образом, сжатие высокочастотной длины волны Δλ1=-βηκ0ί1Δρ0ι,=-βΙ1κ0ί1ρ00Ε0ολ1οΓ, что дает увеличение сжатия на высокой частоте, равноеThis non-linear distortion of the direct propagation of the pulse is the same effect that creates harmonic components in the directly propagating pulse, which is linearly backscattered from the object and used in harmonic imaging of objects, described below with respect to equations (10) - (14) and FIG. . 9. The amplitude of the harmonic components in the pulse first increases with the propagation range, then decays with the propagation range due to the absorption of the acoustic power of the high-frequency pulse and the beam divergence. The low-frequency band can be chosen so narrow (~ 1 / 5-1 / 20 of the high-frequency bandwidth) that the absorption of the low-frequency pulse can almost be neglected for the actual image ranges. The decrease in the amplitude of the low-frequency pulse is thereby mainly determined by the beam divergence, which can be limited by choosing the lattice design; the effect of the nonlinear propagation of the low-frequency pulse on the high-frequency pulse by means of the grating design can thereby be made sufficiently large over the entire image range, as well as in other cases in accordance with the invention, as, for example, shown in FIG. 3. All this provides increased sensitivity at deep ranges using the methods performed in accordance with the invention, in comparison with obtaining images using the second harmonic, a phenomenon to which we will return in connection with equation (14) and FIG. 7th. In some cases, the use of a second harmonic band of the received high-frequency signals together with the methods according to the invention may have a definite advantage, since it is used for improved suppression of pulse reverb noise in images and for determining image parameters, as described below. To clarify the essential points, we first analyze the case when there is no beam divergence (i.e. plane waves) and there is no ultrasound absorption. The pressure difference of the low-frequency pulse at a wavelength of λ! a high-frequency pulse is given by the expression Dr 0 = X 1 5p 0 / dg. The gradient creates a difference in the propagation speed at a high frequency wavelength equal to Ac, | = -in 1 | , | to 01. , with 0 , | Ar 0 . which is the reason for the compression of the wave with a wavelength of g propagation. It should be noted that the same Dc a leads to an increase in the low-frequency pressure gradient with r in proportion to the decrease in the high-frequency wavelength, so that the pressure drop along the compressed high-frequency wavelength is maintained equal to Dr 0 , as shown in FIG. 1a. After the time 1 = g / s 0a of the propagation, we thus obtain a compression of the high-frequency wavelength Δλ ^ Δο ^ ΓΔ ^ / ο ^ -β ^^ Δρ ^. In the absence of absorption and beam divergence, we obtain Dr 0 ^ 1dr 0 / dg = p 00 k 0 D 10 = 2pr 0 D 10 A 00 , where p 00 is the amplitude, κ 00 = 2π / λ 00 is the wave number and λ 00 is the length waves of the emitted low-frequency pulse on the surface of the lattice to distortion of propagation. After the propagation time 1 = g / s 0a, we thus obtain the compression of the high-frequency wavelength Δλ 1 = -β η κ 0ί1 Δρ 0 ι , = -β Ι1 κ 0ί1 ρ 00 Ε 0 ολ 1 οΓ, which gives an increase in compression by high frequency equal to

Сжатие/расширение сопровождается пропорциональным изменением ширины полосы импульса (примерно обратной длине импульса). В соответствии с этими формулами частота становится бесконечной для х4|=1/вкр00к0() - явление, которое называют акустической встряской, при котором отрицательный градиент низкочастотных колебаний становится бесконечным. В реальности поглощение акустической мощности предотвращает эту ситуацию.Compression / expansion is accompanied by a proportional change in the pulse bandwidth (approximately the inverse of the pulse length). In accordance with these formulas, the frequency becomes infinite for x 4 | = 1 / in 1a to 0a p 00 to 0 () - a phenomenon called acoustic shaking, in which the negative gradient of low-frequency oscillations becomes infinite. In reality, the absorption of acoustic power prevents this situation.

- 10 014167- 10 014167

Акустическое поглощение также ответственно за скольжение вниз по частоте центральной частоты высокочастотного импульса при сохранении ширины полосы импульса. Увеличение частоты из-за сжатия наблюдается только для уходящего импульса, в котором амплитуда низкочастотного импульса достаточно велика, тогда как скольжение вниз по частоте из-за поглощения наблюдается как для уходящего, так и для рассеянного импульса, в котором для обратного рассеяния получается длина распространения, равная 2г. Для гауссовой огибающей импульса скольжение вниз по частоте дается выражениемAcoustic absorption is also responsible for sliding down the frequency of the center frequency of the high-frequency pulse while maintaining the pulse bandwidth. An increase in the frequency due to compression is observed only for the outgoing pulse, in which the amplitude of the low-frequency pulse is large enough, while a slide down in frequency due to absorption is observed for both the outgoing and the scattered pulse, in which the propagation length is obtained for backscattering, equal to 2g. For a Gaussian pulse envelope, sliding downward in frequency is given by

Δ/--О,3ба<г (8) где В1 - ширина полосы на 6 дБ высокочастотного акустического импульса; α=/8,686()-1.Δ / 1α - 0, 3ba <r (8) where B1 is the 6 dB bandwidth of the high-frequency acoustic pulse; α = / 8.686 () -1 .

Следует отметить, что с помощью построения изображения методом трансмиссионной компьютерной томографии, который описан далее в связи с фиг. 9, получаем только одностороннее распространение, в котором скольжение вниз по частоте из-за поглощения равно половине величины, даваемой уравнением (8).It should be noted that by constructing an image using transmission computed tomography, which is described further in connection with FIG. 9, we obtain only one-sided propagation, in which glide down in frequency due to absorption is equal to half the value given by equation (8).

Типичный диапазон построения изображения К. для построения изображения с помощью обратного рассеяния ограничен акустическим поглощением, которое возрастает линейно с частотой. Расстояние К, таким образом, соотносится с высокочастотной акустической длиной волны λ1=ο1 как Κ~200λ1-300λ1. Для р0=1 МПа, βη=5, к=400-10-12 Па-1, Κ=250λ1 и λ1000=10 получаем Δί=0,458ί10, что для ί10=10 дает Δί=4,58. Акустическую встряску находят для ζ/λ|0=796. что в 2,65 раза больше, чем максимальный диапазон построения изображения. Для В10=5 получаем скольжение вниз по частоте из-за поглощения высокочастотной центральной частоты, равное Δί=4, в соответствии с уравнением (8), причем полученное скольжение компенсирует увеличение частоты за счет сжатия, так что принимаемая частота для обратного рассеяния первого порядка в поглощающей среде приблизительно равна ί10=10 для всех глубин, т.е. как и излученная.A typical imaging range of K. for imaging using backscattering is limited by acoustic absorption, which increases linearly with frequency. The distance K, therefore, correlates with the high-frequency acoustic wavelength λ 1 = ο / ί 1 as Κ ~ 200λ 1 -300λ 1 . For p = 0 to 1 MPa, β η = 5, k = 0a 400-10 -12 Pa -1, Κ = 250λ 1 and λ 10 / λ 00 = 10 we obtain Δί = 0,458ί 10 that ί 10 = 10 gives Δί = 4.58. Acoustic shake found for ζ / λ | 0 = 796. which is 2.65 times larger than the maximum range of image construction. For B 10 = 5, we obtain a slide down in frequency due to the absorption of the high-frequency center frequency equal to Δί = 4, in accordance with equation (8), and the resulting slip compensates for the increase in frequency due to compression, so that the accepted frequency for backscattering of the first order in the absorbing medium approximates ί 10 = 10 for all depths, i.e. like radiated.

Поскольку сжатие импульса создается низкочастотным импульсом, где, как описано выше, для реальных диапазонов построения изображения поглощением мощности можно пренебречь, то сжатие длины импульса и соответствующее ему уширение полосы практически не зависят от поглощения для всех реальных диапазонов построения изображения. Скольжение вниз по частоте центральной частоты высокочастотного импульса из-за поглощения происходит, однако, из-за поглощения высокочастотного импульса. Скольжение вниз по частоте пропорционально квадрату абсолютной ширины полосы В1 импульса, причем скольжение вниз по частоте из-за поглощения сохраняет неизменной ширину полосы. Следовательно, в примере, приведенном выше, совместным эффектом нелинейного сжатия импульса и преобразования с понижением частоты из-за поглощения является импульс с приблизительно постоянной центральной частотой, которая поддерживает поперечное разрешение (ширину пучка), но с шириной полосы (приблизительно обратной длине импульса), которая увеличивается с глубиной, что улучшает разрешение диапазона с глубиной. Заметим, что из уравнения (8) следует, что увеличение В1 с глубиной приводит к возрастающему скольжению вниз по частоте с глубиной из-за поглощения. Вернемся к более подробному анализу этого случая при рассмотрении уравнений (35) и (36).Since the compression of the pulse is created by a low-frequency pulse, where, as described above, for real ranges of imaging, power absorption can be neglected, the compression of the pulse length and the corresponding band broadening are practically independent of absorption for all real ranges of imaging. Gliding down the center frequency of the high-frequency pulse due to absorption occurs, however, due to the absorption of the high-frequency pulse. Sliding down in frequency is proportional to the square of the absolute width of the pulse band B1, and sliding down in frequency due to absorption keeps the bandwidth unchanged. Therefore, in the example above, the combined effect of non-linear compression of the pulse and down-conversion due to absorption is a pulse with an approximately constant center frequency that supports lateral resolution (beam width) but with a bandwidth (approximately the opposite pulse length), which increases with depth, which improves the resolution of the range with depth. Note that from equation (8) it follows that an increase in B 1 with depth leads to an increasing sliding downward in frequency with depth due to absorption. Let us return to a more detailed analysis of this case when considering equations (35) and (36).

Преобразование с повышением частоты высокочастотного импульса, связанное с прямым распространением, может быть использовано для улучшения разрешения изображения при более глубоких диапазонах. Это также может быть использовано для улучшения проникновения с лучшим разрешением при глубоких диапазонах, где, например, можно излучить достаточно низкую частоту, которая повышается до более высокой частоты при более глубоких диапазонах посредством низкочастотного импульса, снижая тем самым общее поглощение вдоль пути импульса для полученной частоты импульса в высокочастотной полосе при глубоких диапазонах. В этом аспекте также может быть использовано скольжение фазы низкочастотного и высокочастотного импульсов с расстоянием распространения, с особыми решениями профиля низкочастотного пучка относительно профиля высокочастотного пучка, как описано ниже в связи с фиг. 8. Это скольжение обеспечивает, например, возможность того, что высокочастотный импульс, расположенный на отрицательном пространственном градиенте низкочастотных колебаний в близких/средних диапазонах, будет скользить к нулю или даже к положительному пространственному градиенту низкочастотных колебаний при далеком диапазоне. Это уменьшает сжатие импульса практически до нуля или даже растягивает высокочастотный импульс путем воздействия на него низкочастотного импульса при глубоких диапазонах, что (вместе со скольжением из-за поглощения) уменьшает центральную частоту и ширину полосы импульса в высокочастотной полосе для глубоких диапазонов с повышенным проникновением.The up-conversion of the high-frequency pulse associated with direct propagation can be used to improve image resolution at deeper ranges. It can also be used to improve penetration with better resolution at deep ranges where, for example, a sufficiently low frequency can be emitted, which is increased to a higher frequency at deeper ranges by means of a low frequency pulse, thereby reducing the total absorption along the pulse path for the obtained frequency pulse in the high frequency band at deep ranges. In this aspect, phase slip of the low-frequency and high-frequency pulses with the propagation distance can also be used, with special solutions of the low-frequency beam profile relative to the high-frequency beam profile, as described below in connection with FIG. 8. This slip provides, for example, the possibility that a high-frequency pulse located on a negative spatial gradient of low-frequency oscillations in the near / mid ranges will slide to zero or even to a positive spatial gradient of low-frequency oscillations at a far range. This reduces the compression of the pulse to almost zero or even stretches the high-frequency pulse by exposing it to a low-frequency pulse at deep ranges, which (together with slip due to absorption) reduces the center frequency and bandwidth of the pulse in the high-frequency band for deep ranges with increased penetration.

Амплитуда низкочастотного импульса сильно падает при первом отражении, а влиянием низкочастотного импульса на сжатия/расширение высокочастотного импульса можно практически пренебречь после первого отражения, как описано в отношении фиг. 7 далее, тогда как скольжение вниз по частоте высокочастотной центральной частоты из-за поглощения преобладает для всего расстояния распространения многократно рассеянного импульса. Следовательно, расстояние по частоте между рассеянным сигналом 1-го порядка (однократное рассеяние) и шумом реверберации импульса (многократное рассеяние) может в изображении увеличиваться с глубиной, как показано на фиг. 2. На этом чертеже номерThe amplitude of the low-frequency pulse decreases strongly at the first reflection, and the influence of the low-frequency pulse on the compression / expansion of the high-frequency pulse can be practically neglected after the first reflection, as described in relation to FIG. 7 further, while sliding downward in the frequency of the high-frequency center frequency due to absorption prevails for the entire propagation distance of a multiply scattered pulse. Therefore, the frequency distance between the first-order scattered signal (single scattering) and the pulse reverberation noise (multiple scattering) in the image can increase with depth, as shown in FIG. 2. In this drawing, the number

- 11 014167 позиции 201 показывает ожидаемое изменение центральной частоты первой гармонической компоненты обратно рассеянного сигнала 1-го порядка, при этом ширина полосы В1(г) сигнала увеличивается с глубиной, как показано граничными линиями 202, из-за сжатия высокочастотного импульса низкочастотным импульсом. Центральная частота шума реверберации импульса из-за поглощения уменьшается с глубиной, что изображено линией Гга,(г). отмеченной номером позиции 203 на этом чертеже. Самые мощные источники, создающие шум реверберации импульса, обычно находятся близко к акустическому источнику, создавая ширину полосы Вгеи(г) шума реверберации импульса, которая имеет практически ту же самую величину, что и ширина полосы излученного высокочастотного импульса, что проиллюстрировано предельными линиями 204. Вторая гармоническая полоса обратно рассеянного сигнала 1-го порядка благодаря самоискажению прямо распространяющегося импульса (104) показана с центральной частотой 2Г1(г) номером позиции 205 и шириной полосы В2(г)>В1(г) предельными линиями 206. Амплитуда второй гармонической компоненты сначала возрастает с глубиной, а затем падает благодаря поглощению и расходимости пучка первой гармонической высокочастотной компоненты.- 11 014167 of position 201 shows the expected change in the center frequency of the first harmonic component of the backscattered signal of the 1st order, while the bandwidth B 1 (g) of the signal increases with depth, as shown by the boundary lines 202, due to compression of the high-frequency pulse by a low-frequency pulse. The central frequency of the pulse reverberation noise due to absorption decreases with depth, which is depicted by the line G ha , (g). marked with the position number 203 in this drawing. The most powerful sources that produce pulse reverberation noise are usually close to the acoustic source, creating a bandwidth In gay (g) of the pulse reverb noise, which is almost the same value as the bandwidth of the emitted high-frequency pulse, as illustrated by the limit lines 204. The second harmonic band of the first-order backscattered signal due to self-distortion of the directly propagating pulse (104) is shown with a central frequency of 2Г1 (g) position number 205 and a bandwidth of В 2 (g)> В1 (g) limit lines 206. The amplitude of the second harmonic component first increases with depth, and then decreases due to the absorption and divergence of the beam of the first harmonic high-frequency component.

Первый сигнал изображения с сильным подавлением шума реверберации импульса в соответствии с изобретением может быть получен с помощью фильтра приемника, который подавляет более низкие частоты с частотой отсечки, которая скользит с глубиной диапазона. На фиг. 2 путем примера показан полосовой фильтр приемника со скользящей центральной частотой Гге(г), изображенный линией 207, с шириной полосы Вге(г), которая может меняться с глубиной, как показано граничными линиями 208 на этом чертеже. В ближнем и среднем диапазонах разность частоты между шумом реверберации импульса и первой гармонической полосой рассеянного сигнала 1-го порядка настолько мала, что невозможно разделить две компоненты в частотной области. Однако 2-я гармоническая полоса рассеянного сигнала 1-го порядка быстро возрастает по амплитуде и имеет низкий шум реверберации, так что установка частоты фильтра приемника вблизи второй гармонической полосы для малых и средних глубин, как показано на чертеже, дает принимаемый сигнал с сильным подавлением шума реверберации импульса на этих глубинах. Первая глубина изображения обычно является расстоянием в объект, где обнаруживаются вторые гармонические компоненты излученного высокочастотного импульса. В противном случае фильтр приемника может пропустить первую гармоническую компоненту при совсем малых глубинах и перейти ко второй гармонической компоненте в ближнем и среднем диапазонах изображения. С увеличением ζ разделение по частоте между первой гармонической компонентой рассеянного сигнала 1-го порядка и шумом реверберации импульса увеличивается, при этом можно осуществлять скольжение фильтра приемника по частоте, а также увеличить его ширину полосы, как показано на чертеже, чтобы включить в частоту принимаемого сигнала компоненты первой гармонической полосы рассеянного сигнала 1-го порядка. Это обеспечивает большую амплитуду принимаемого сигнала, поскольку первые гармонические компоненты мощнее и менее ослаблены с глубиной, чем вторые гармонические компоненты, что также поддерживает чувствительность системы построения изображения для больших глубин. Значение Вге может увеличиваться с глубиной, поскольку ширина первой гармонической полосы импульса увеличивается изза описанного сжатия длины импульса, а чтобы включить как первые, так и вторые гармонические компоненты для увеличения мощности сигнала, для глубоких диапазонов можно предусмотреть уменьшение ширины полосы для снижения шума приемника. Также в решетках преобразователей, в которых высокочастотный импульс скользит от отрицательного к положительному пространственному градиенту низкочастотного импульса, как это было описано выше, т.е. от сжатия импульса к его расширению, ширина полосы импульса уменьшается, что может быть сопоставимо с уменьшенным значением Вге. Следует отметить, что шум реверберации импульса лежит в низкочастотном диапазоне, так что вместо полосового фильтра можно использовать фильтр верхних частот приемника, в котором частота отсечки скользит с ζ, чтобы включить в сигнал большую часть первой гармонической полосы, поддерживая сильное подавление шума реверберации импульса.The first image signal with a strong suppression of pulse reverb noise in accordance with the invention can be obtained using a receiver filter that suppresses lower frequencies with a cutoff frequency that slides with a range depth. In FIG. 2 illustrates by way of example a receiver bandpass filter with a moving center frequency ге ge (g), depicted by line 207, with a bandwidth of ге ge (g), which can vary with depth, as shown by boundary lines 208 in this figure. In the near and middle ranges, the frequency difference between the noise of the pulse reverb and the first harmonic band of the scattered signal of the first order is so small that it is impossible to separate the two components in the frequency domain. However, the 2nd harmonic band of the scattered signal of the 1st order increases rapidly in amplitude and has low reverberation noise, so that setting the frequency of the receiver filter near the second harmonic band for small and medium depths, as shown in the drawing, gives a received signal with strong noise reduction pulse reverb at these depths. The first image depth is usually the distance to the object where the second harmonic components of the emitted high-frequency pulse are detected. Otherwise, the receiver filter may skip the first harmonic component at very shallow depths and go to the second harmonic component in the near and middle image ranges. With increasing ζ, the frequency separation between the first harmonic component of the scattered signal of the first order and the pulse reverberation noise increases, while the receiver filter can be slid in frequency and its bandwidth can be increased, as shown in the drawing, to include in the frequency of the received signal components of the first harmonic band of the scattered signal of the 1st order. This provides a greater amplitude of the received signal, since the first harmonic components are more powerful and less attenuated with depth than the second harmonic components, which also supports the sensitivity of the imaging system for greater depths. The value of Ge can increase with depth, since the width of the first harmonic pulse band increases due to the described compression of the pulse length, and in order to include both the first and second harmonic components to increase the signal power, a reduction of the bandwidth to reduce the receiver noise can be provided for deep ranges. Also in converter arrays in which a high-frequency pulse slides from a negative to a positive spatial gradient of a low-frequency pulse, as described above, i.e. from compression of the pulse to its expansion, the width of the pulse band decreases, which can be comparable with a reduced value In ge . It should be noted that the pulse reverberation noise lies in the low-frequency range, so instead of a band-pass filter, you can use a receiver high-pass filter in which the cutoff frequency slides with ζ to include most of the first harmonic band in the signal, supporting strong suppression of the pulse reverb noise.

С помощью этого способа можно, таким образом, сохранить чувствительность первой гармоники для глубоких диапазонов с одновременным подавлением шума реверберации импульса, как при построении изображений с помощью второй гармоники, обеспечивая более глубокие изображения плотных объектов, таких как печень, почки, грудные железы и т.п., с более высокими частотами и лучшим разрешением. Уменьшение длины высокочастотного импульса за счет сжатия также улучшает разрешение диапазона в изображении, которое в известной степени ранее не наблюдалось. При решении профиля пучка, описанном выше, в котором фаза между низкочастотным и высокочастотным импульсами скользит с глубиной так, что высокочастотный импульс расширяется на больших глубинах, все еще возможно с помощью подходящего решения получить в достаточной степени разделенные шум реверберации импульса и рассеяние 1-го порядка в частотном пространстве, для того чтобы шум реверберации импульса мог быть в значительной степени подавлен с помощью фильтра приемника. Эта модификация указанного способа обеспечивает тем самым более глубокое проникновение, поддерживая высокие частоты для лучшей разрешающей способности в средней и близкой зоне. Следует, однако, отметить, что для некоторых применений преимуществом является использование второй гармонической полосы принимаемого сигнала во всем диапазоне изображения, чтобы получить наилучшее подавление шума реверберации им- 12 014167 пульса, а также наилучшее пространственное разрешение изображения.Using this method, one can thus preserve the sensitivity of the first harmonic for deep ranges while simultaneously suppressing the noise of the reverberation of the pulse, as when constructing images with the second harmonic, providing deeper images of dense objects such as the liver, kidneys, breasts, etc. p., with higher frequencies and better resolution. Reducing the length of the high-frequency pulse due to compression also improves the resolution of the range in the image, which to some extent has not been previously observed. When solving the beam profile described above, in which the phase between the low-frequency and high-frequency pulses slides with depth so that the high-frequency pulse expands at great depths, it is still possible to obtain sufficiently separated pulse reverberation noise and first-order scattering using a suitable solution in the frequency space so that the noise of the reverberation of the pulse can be largely suppressed using the receiver filter. This modification of this method provides a deeper penetration, while maintaining high frequencies for better resolution in the middle and near areas. It should be noted, however, that for some applications, the advantage is the use of a second harmonic band of the received signal over the entire image range in order to obtain the best pulse noise reverberation noise reduction, as well as the best spatial resolution of the image.

Преимуществом сжатия импульса является, таким образом, улучшенная разрешающая способность диапазона при глубоких диапазонах благодаря сжатию длины импульса, а также возрастающие частоты второй гармоники при глубоких диапазонах, приводя к более узким пучкам и лучшей поперечной разрешающей способности. Улучшенное разделение между второй гармонической полосой и полосой шума реверберации импульса при глубоких диапазонах также улучшает подавление шума реверберации импульса по сравнению со стандартным получением изображения с помощью второй гармоники.The advantage of pulse compression is thus improved range resolution at deep ranges due to the compression of the pulse length, as well as increasing second harmonic frequencies at deep ranges, resulting in narrower beams and better lateral resolution. The improved separation between the second harmonic band and the noise reverb noise band at deep ranges also improves the suppression of pulse reverb noise compared to standard second harmonic imaging.

Принимаемый высокочастотный сигнал выделяют из общего рассеянного/излученного сигнала (также включая низкочастотные компоненты) путем фильтрации, например непосредственно в преобразователе приемника. Однако искажение нелинейного распространения компоненты низкочастотного импульса, как показано на фиг. 1а, создает гармонические компоненты низкочастотной полосы и с малым разделением между низкочастотной и высокочастотной полосами, причем эти гармонические компоненты могут создавать энергию из низкочастотного импульса в высокочастотной полосе. Такие гармонические компоненты могут быть удалены путем излучения низкочастотного импульса без высокочастотного импульса и помещения принятого сигнала в высокочастотную полосу. Принятый сигнал затем вычитают из принятых сигналов с высокочастотным импульсом, присутствующих в излученной группе импульсов. Эта процедура может быть использована также и с другими способами в соответствии с этим изобретением, чтобы уменьшить полученную энергию от излученного низкочастотного импульса в высокочастотной полосе.The received high-frequency signal is isolated from the total scattered / radiated signal (also including low-frequency components) by filtering, for example, directly in the receiver converter. However, the distortion of the nonlinear propagation of the low-frequency pulse component, as shown in FIG. 1a creates harmonic components of the low-frequency band and with a small separation between the low-frequency and high-frequency bands, and these harmonic components can generate energy from the low-frequency pulse in the high-frequency band. Such harmonic components can be removed by emitting a low frequency pulse without a high frequency pulse and placing the received signal in the high frequency band. The received signal is then subtracted from the received high frequency pulse signals present in the emitted pulse group. This procedure can also be used with other methods in accordance with this invention to reduce the energy received from the emitted low-frequency pulse in the high-frequency band.

Помещая высокочастотный импульс на положительный пик низкочастотного импульса излученной группы, можно уменьшить механический индекс (МИ) высокочастотного импульса (благодаря меньшей отрицательной амплитуде общей группы импульсов), что позволяет излучать высокочастотные сигналы с большими амплитудами. Это приводит к большему гармоническому искажению высокочастотного импульса, повышает чувствительность гармонического изображения с высокочастотным импульсом, поскольку фильтр приемника, описанный выше, выполнен для выбора гармонических полос высокочастотного импульса для подавления шума реверберации импульса.By placing a high-frequency pulse on the positive peak of the low-frequency pulse of the emitted group, it is possible to reduce the mechanical index (MI) of the high-frequency pulse (due to the lower negative amplitude of the general group of pulses), which allows radiating high-frequency signals with large amplitudes. This leads to greater harmonic distortion of the high-frequency pulse, increases the sensitivity of the harmonic image with a high-frequency pulse, since the receiver filter described above is made to select the harmonic bands of the high-frequency pulse to suppress the noise of the reverberation of the pulse.

Должно быть очевидно, что одно направление из каждого направления пучка может излучать более одной группы импульсов, представленных на фиг. 1, с последующей обработкой принятого сигнала от каждого импульса, как на фиг. 2, где указанные обработанные принятые сигналы используются с общеизвестной дальнейшей обработкой для создания сигналов для построения изображения, как, например, для структурных анатомических изображений, допплеровских изображений скорости движущихся центров рассеяния и всех сигналов, которые могут быть из них получены, а также частотного анализа по глубине/времени для характеризации центров рассеяния, и т.п., известного любому специалисту. 2Ό- и 30-изображения формируются поперечным сканированием пучком с возможными параллельно излученными и/или приятыми пучками. При этом не существует таких же ограничений на ширину излученного пучка, как с получением изображений с помощью второй гармоники, что позволяет использовать более широкие излученные пучки и более параллельные принятые пучки для более высокой частоты кадров 2Ό- и 3О-изображений, по сравнению с изображениями, полученными с помощью гармоник.It should be obvious that one direction from each direction of the beam can emit more than one group of pulses shown in FIG. 1, followed by processing the received signal from each pulse, as in FIG. 2, where these processed received signals are used with well-known further processing to create signals for image construction, such as, for example, structural anatomical images, Doppler images of the speed of moving scattering centers and all signals that can be obtained from them, as well as frequency analysis using depth / time to characterize scattering centers, etc., known to any person skilled in the art. 2Ό and 30 images are formed by transverse scanning by a beam with possible parallel-emitted and / or pleasant beams. In this case, there are no the same restrictions on the width of the emitted beam as with obtaining images using the second harmonic, which allows the use of wider emitted beams and more parallel received beams for a higher frame rate of 2Ό- and 3О-images, in comparison with images obtained using harmonics.

Способ сжатия импульса для высокочастотного импульса также полезен в случаях, в которых излучательная сила ультразвуковых импульсов используется для осуществления локального нажима на объект, например, для измерения сдвиговых деформаций, связанных с модулем сдвига объекта, или для улучшения прикрепления целевых пузырьков - контрастных веществ к выбранным тканям. С помощью настоящего способа можно увеличить разделение по частоте между осуществляющими нажим импульсами и импульсами для осуществления наблюдения путем помещения последних на отрицательный пространственный градиент низкочастотного импульса для увеличения приемной частоты импульсов для осуществления наблюдения. Осуществляющие нажим импульсы могут быть излучены как более длинные импульсы с нулевым низкочастотным импульсом или как последовательность коротких высокочастотных осуществляющих нажим импульсов, помещенных вблизи положительного пространственного градиента низкочастотного импульса для растягивания и преобразования с понижением частоты высокочастотных осуществляющих нажим импульсов. В обоих случаях импульсы для осуществления наблюдения приобретают более высокие частоты, нежели осуществляющие нажим импульсы, и могут быть излучены вскоре после или во время последовательности осуществляющих нажим импульсов, при этом разделение эхо-сигналов между осуществляющими нажим импульсами и импульсами для осуществления наблюдения осуществляют путем фильтрации в глубоком (быстром) временном пространстве, как было отмечено выше.A pulse compression method for a high-frequency pulse is also useful in cases in which the emitting force of ultrasonic pulses is used to locally apply pressure to an object, for example, to measure the shear deformations associated with the shear modulus of an object, or to improve the attachment of target vesicles - contrast agents to selected tissues . Using the present method, it is possible to increase the frequency separation between the pressing pulses and the pulses for monitoring by placing the latter on the negative spatial gradient of the low-frequency pulse to increase the receiving frequency of the pulses for observation. The pressure pulses can be emitted as longer pulses with a zero low-frequency pulse or as a sequence of short high-frequency pressure pulses placed near the positive spatial gradient of the low-frequency pulse for stretching and down-converting high frequency pressure pulses. In both cases, the pulses for observation acquire higher frequencies than the pressure pulses, and can be emitted shortly after or during the sequence of the pressure pulses, while the separation of the echo signals between the pressure pulses and the pulses for observation is carried out by filtering deep (fast) time space, as noted above.

Во втором способе в соответствии с изобретением излучают две или более групп импульсов с частотными компонентами в низкочастотной и высокочастотной полосах, которые перекрываются во времени и в которых амплитуда, и/или фаза, и/или частота низкочастотных импульсов меняется от импульса к импульсу. Этот способ дает другой тип принимаемого сигнала с сильно подавленным шумом реверберации импульса, аналогично предыдущему способу в соответствии с изобретением, а также обеспечивает построение изображений нелинейных параметров рассеяния в объекте, в особенности получение изображений микрокальцификаций, пузырьков газа и областей, наполненных газом, а также дает численныеIn the second method in accordance with the invention, two or more groups of pulses are emitted with frequency components in the low-frequency and high-frequency bands, which overlap in time and in which the amplitude and / or phase and / or frequency of the low-frequency pulses varies from pulse to pulse. This method gives another type of received signal with strongly suppressed pulse reverberation noise, similarly to the previous method in accordance with the invention, and also provides imaging of nonlinear scattering parameters in the object, in particular obtaining microcalcifications, gas bubbles and regions filled with gas, and also gives numerical

- 13 014167 нелинейные параметры рассеяния и распространения объекта.- 13 014167 nonlinear parameters of scattering and propagation of the object.

Начнем описание этого способа со ссылки на фиг. За, на которой показан излученный импульс, состоящий из низкочастотной компоненты 301 и высокочастотной компоненты 302, причем высокочастотная компонента едет на положительном гребне низкочастотного импульса с амплитудой р0. Высокочастотный импульс используют для построения изображения, а низкочастотный импульс удаляют путем фильтрации в приемнике. Поскольку эти два импульса распространяются через объект вместе, амплитуда низкочастотного импульса влияет на коэффициент рассеяния объекта для высокочастотных компонентов посредством нелинейного изменения в коэффициенте сжатия и плотности какWe begin the description of this method with reference to FIG. For, which shows the emitted pulse, consisting of a low-frequency component 301 and a high-frequency component 302, and the high-frequency component travels on the positive crest of the low-frequency pulse with an amplitude of p 0 . A high-frequency pulse is used to build an image, and a low-frequency pulse is removed by filtering at the receiver. Since these two pulses propagate through the object together, the amplitude of the low-frequency pulse affects the scattering coefficient of the object for high-frequency components by non-linear changes in the compression coefficient and density as

Член с нелинейным коэффициентом сжатия теперь в ~2βη·2,5~25 раз больше, чем член с нелинейной плотностью, причем два этих члена обычно имеют противоположные знаки. Построение изображений с помощью высокочастотных импульсов с центральной частотой ω1 дает, таким образом, полосовой фильтр в координате диапазона этого параметра в частотном диапазоне около 2Ε1=2ω1/ο, как было описано выше.The term with a nonlinear compression coefficient is now ~ 2β η · 2.5 ~ 25 times larger than the term with a nonlinear density, and these two terms usually have opposite signs. The construction of images using high-frequency pulses with a central frequency of ω 1 thus gives a band-pass filter in the coordinate range of this parameter in the frequency range of about 2Ε 1 = 2ω 1 / ο, as described above.

Далее, например, излучают 2-й импульс, как показано на фиг. 3Ь, где полярность низкочастотного импульса 303 обратная по сравнению с импульсом 301, тогда как высокочастотный импульс 304 занимает такое же временное положение в группе импульсов, что и импульс 302, изображенный на фиг. 3а, так что низкочастотная амплитуда в месте расположения высокочастотного импульса теперь равна -р0. Поскольку нелинейный параметр рассеяния в уравнении (9) линеен по добавленному давлению, ±р0, нелинейный рассеянный сигнал от высокочастотного импульса 304 на фиг. 3Ь имеет противоположный знак относительно нелинейного рассеянного сигнала от высокочастотного импульса 302, изображенного на фиг. 3 а. В то же самое время на линейный компонент высокочастотного рассеяния от объекта, как показано уравнением (2), не влияет низкочастотный импульс.Further, for example, a 2nd pulse is emitted, as shown in FIG. 3b, where the polarity of the low-frequency pulse 303 is reversed compared to the pulse 301, while the high-frequency pulse 304 occupies the same temporary position in the group of pulses as the pulse 302 shown in FIG. 3a, so that the low-frequency amplitude at the location of the high-frequency pulse is now -p 0 . Since the nonlinear scattering parameter in equation (9) is linear in the added pressure, ± p 0 , the nonlinear scattered signal from the high-frequency pulse 304 in FIG. 3b has the opposite sign with respect to the nonlinear scattered signal from the high-frequency pulse 302 shown in FIG. 3 a. At the same time, the linear component of the high-frequency scattering from the object, as shown by equation (2), is not affected by the low-frequency pulse.

Из-за нелинейных изменений скорости распространения с давлением согласно уравнению (6) скорость распространения высокочастотного импульса будет изменяться между величинами, соответствующими импульсам, показанным на фиг. 3а и 3Ь, как Дс/с=2впакр0. Обратно рассеянный сигнал от высокочастотных импульсов оказывается, таким образом, сдвинут по времени для положительных и отрицательных полярностей низкочастотных импульсов. Скорость с распространения для мягких тканей, воды и нефтепродуктов имеет средние значения ~1,5 мм/мкс. Горные породы имеют примерно в 2 раза более высокие скорости. Время запаздывания обратно рассеянного сигнала от центра рассеяния на расстоянии г определяется как ί(τ) = е0(г) + т(г) ίο(Γ) = 2 & = 10 где 8 - расстояние вдоль оси пучка;Due to non-linear changes in the propagation velocity with pressure according to equation (6), the propagation velocity of the high-frequency pulse will vary between the values corresponding to the pulses shown in FIG. 3a and 3b, as Dc / c 0a = 2c pa to 0a p 0 . The backscattered signal from the high-frequency pulses is thus time-shifted for the positive and negative polarities of the low-frequency pulses. The velocity c 0a of propagation for soft tissues, water and oil products has average values of ~ 1.5 mm / μs. Rocks have about 2 times higher speeds. The delay time of the backscattered signal from the scattering center at a distance r is defined as ί (τ) = e 0 (r) + t (r) ίο (Γ) = 2 & = 10 where 8 is the distance along the beam axis;

10(г) - время запаздывания для р0=0;1 0 (g) is the delay time for p 0 = 0;

т(г) - добавленное нелинейное время запаздывания распространения из-за нелинейного управления скорости распространения высокочастотного импульса низкочастотным импульсом;t (g) is the added nonlinear propagation delay time due to nonlinear control of the propagation velocity of the high-frequency pulse by the low-frequency pulse;

р0 - амплитуда низкочастотного импульса в месте расположения высокочастотного импульса как функция глубины.p 0 is the amplitude of the low-frequency pulse at the location of the high-frequency pulse as a function of depth.

В дальнейшем будем называть т(г) временем запаздывания нелинейного распространения или задержкой нелинейного распространения.In what follows we shall call m (r) the delay time of the nonlinear propagation or the delay of the nonlinear propagation.

У высокочастотного импульса также будет наблюдаться накапливающееся самоискажение, как было описано в отношении фиг. 1Ь, которое увеличивает гармонические полосы высокочастотного импульса для определенного расстояния, сменяющееся их уменьшением из-за поглощения высокочастотного импульса при более глубоких диапазонах. Благодаря низкой частоте импульса низкочастотной полосы (обычно 1/5-1/20 от высокой частоты) запаздывание нелинейного распространения, привнесенное низкочастотным импульсом, будет преобладающим для гораздо больших глубин. Множитель 2 в !0(г) появляется из-за суммирования времени запаздывания распространения исходящего, излучаемого, импульса и времени запаздывания обратно рассеянного импульса. Низкочастотная компонента будет иметь достаточно высокую амплитуду, чтобы влиять на скорость распространения исходящего импульса, и, следовательно, этот множитель 2 отсутствует в т(г). Поскольку нелинейное управление временем запаздывания осуществляют на исходящем импульсе, это управление временем запаздывания одинаково для рассеянного сигнала во всех направлениях, а также и в прямом направлении, что является управлением скоростью прямого распространения, к которому вернемся в связи с описанием фиг. 9.A high-frequency pulse will also exhibit cumulative self-distortion, as described with respect to FIG. 1b, which increases the harmonic bands of the high-frequency pulse for a certain distance, followed by their decrease due to the absorption of the high-frequency pulse at deeper ranges. Due to the low pulse frequency of the low-frequency band (usually 1 / 5-1 / 20 of the high frequency), the delay of nonlinear propagation introduced by the low-frequency pulse will prevail for much greater depths. 2 in multiplier! 0 (g) appears due to the summation of the propagation delay time of the outgoing, emitted, pulse and the delay time of the backscattered pulse. The low-frequency component will have a sufficiently high amplitude to affect the propagation velocity of the outgoing pulse, and therefore this factor 2 is absent in t (r). Since the non-linear delay time control is carried out on the outgoing pulse, this delay time control is the same for the scattered signal in all directions, as well as in the forward direction, which is the forward propagation velocity control, which we will return to in connection with the description of FIG. nine.

- 14 014167- 14 014167

Когда фазовые соотношения высокочастотных и низкочастотных компонентов практически постоянны вдоль пучка, это время сдвига будет монотонно меняться с локальной пространственной средней величиной впака, как показано на фиг. 4, на котором номер позиции 401 обозначает т+(г), где высокочастотный импульс едет на положительном гребне низкочастотного импульса, а номер позиции 402 обозначает т-(г), где высокочастотный импульс едет на отрицательной долине низкочастотного импульса. Величина τΣ(τ) обозначает разностную задержку между этими двумя импульсами и показана номером позиции 403.When the phase relationship of high and low frequency components are practically constant along the beam, this time shift will vary monotonically with the local spatial mean value in step to a, as shown in FIG. 4, where reference numeral 401 denotes t + (g), where the high-frequency pulse travels on the positive crest of the low-frequency pulse, and position number 402 indicates t - (g), where the high-frequency pulse travels on the negative valley of the low-frequency pulse. The value of τ Σ (τ) denotes the difference delay between these two pulses and is shown by the position number 403.

Для амплитуды низкочастотного импульса р0~1 МПа получаем Де/епакр0~2· 10-3, что для расстояния К=300Х1=300еТ1, где Т1=1/11 - период высокочастотного импульса, т.е. получаем добавленное время запаздывания τ(Κ) из уравнения (10), равное ~0,6Т1, т.е. близко к периоду при центральной частоте высокочастотной полосы. Этот диапазон изображений типичен для построения медицинских ультразвуковых изображений, тогда как в воде можно иметь больший диапазон, а в геологических применениях максимальный диапазон для построения изображений может быть меньше этой величины.For the amplitude of the low frequency pulse p 0 ~ 1 MPa obtain Ae / e = 0a 0a pas to p 0 ~ 2 × 10 -3, that distance K = 300X 300e 0a = 1 T 1 where T 1 = 1/1 1 - high-frequency pulse period, i.e. we obtain the added delay time τ (Κ) from equation (10) equal to ~ 0.6T 1 , i.e. close to the period at the center frequency of the high frequency band. This range of images is typical for constructing medical ultrasound images, while in water it is possible to have a larger range, and in geological applications the maximum range for imaging may be less than this value.

Следует отметить, что разница в задержке нелинейного распространения для положительного и отрицательного низкочастотного импульса на фиг. 3 в два раза больше этой величины. Следовательно, даже с более низкими амплитудами р0, например до р0~50 кПа, получаем значительную задержку нелинейного распространения в соответствии с уравнением (10), которая должна быть скомпенсирована для адекватного выделения нелинейно рассеянного сигнала, как описано далее. Для построения изображений с помощью компьютерной томографии в проходящих пучках имеем распространение в одну сторону без уменьшения сигнала в процессе рассеяния, что обеспечивает по меньшей мере двойной диапазон построения изображений с помощью компьютерной томографии в проходящих пучках и, следовательно, двойную конечную величину задержки нелинейного распространения, к которой вернемся в связи с описанием фиг. 9.It should be noted that the difference in the non-linear propagation delay for the positive and negative low-frequency pulses in FIG. 3 is twice that size. Therefore, even with lower amplitudes p 0 , for example, up to p 0 ~ 50 kPa, we obtain a significant non-linear propagation delay in accordance with equation (10), which must be compensated for adequate extraction of the non-linearly scattered signal, as described below. To construct images using computed tomography in transmitted beams, we have one-way propagation without reducing the signal during scattering, which provides at least a double range of computed tomography images in transmitted beams and, therefore, a double finite non-linear propagation delay, which we will return in connection with the description of FIG. nine.

Теперь опишем, как изобретение устанавливает сигналы изображения путем нелинейного управления низкочастотным импульсом параметрами рассеяния и распространения объекта для высокочастотного импульса в соответствии со вторым способом изобретения. Сначала исследуем случай получения изображений с помощью обратного рассеяния, причем хк(1) обозначим принятый обратно рассеянный сигнал от излученного импульса с номером к, см. примеры на фиг. 5. Время 1 отражает глубину центров рассеяния и обозначено как быстрое время, тогда как номер к координаты импульса измеряет более медленные изменения в объекте и обозначается как координата медленного времени. Скорость выборки вдоль координаты медленного времени является частотой следования импульса 1рг(=1/Трг£, где Трг£ - временной интервал между излученными импульсами и обычно выбирается немного большим, чем время Ттах, необходимое для получения рассеянного сигнала с самого глубокого диапазона запаздывания изображения. Для построения медицинских изображений Ттах~300Т1, тогда как для построения изображений в воде получаем большие значения, а для построения геологических изображений обычно получаются более низкие значения Ттах. На чертеже схематически проиллюстрированы принятые сигналы для пяти выборок медленного времени 501-505 как функция быстрого времени. Сигналы изменяются как функция координаты медленного времени за счет следующих эффектов:We now describe how the invention establishes image signals by non-linear control of a low-frequency pulse by the scattering and propagation parameters of an object for a high-frequency pulse in accordance with the second method of the invention. First, we study the case of obtaining images using backscattering, where x k (1) is the backscattered signal received from the emitted pulse with number k, see examples in FIG. 5. Time 1 reflects the depth of the scattering centers and is designated as fast time, while the number k of the coordinate of the pulse measures slower changes in the object and is indicated as the coordinate of the slow time. The sampling speed along the slow time coordinate is the pulse repetition rate of 1 pg (= 1 / T pg £, where T pg £ is the time interval between the emitted pulses and is usually chosen a little longer than the time T max necessary to obtain a scattered signal from the deepest range image lag. to build a medical imaging T max ~ 300T 1, whereas for imaging in the water get higher values, and for the construction of geological images are usually obtained lower values of T max. in Jun hedgehog schematically illustrates the received signals to the slow time five samples 501-505 as a function of the fast time signals vary as a function of slow time coordinate due to the following effects.:

изменения в р низкочастотного импульса как функции от к. В некоторых случаях согласно изобретению амплитуда низкочастотного импульса р~(-1)к. Это приводит к изменению принятого сигнала в координате медленного времени для фиксированного 1, вызванному нелинейным рассеянием и распространением с частотой медленного времени ~Грг£/2, как описано далее;changes in p 0k of the low-frequency pulse as a function of k. In some cases, according to the invention, the amplitude of the low-frequency pulse is p 0k ~ (-1) k . This leads to a change in the received signal in the coordinate of the slow time for a fixed 1, caused by nonlinear scattering and propagation with a frequency of slow time ~ Г рг £ / 2, as described below;

перемещение между центрами рассеяния и решеткой преобразователей в направлении диапазона высокочастотного пучка. Это приводит к допплеровскому сдвигу принятого сигнала в координате медленного времени для фиксированного 1;movement between scattering centers and the array of transducers in the direction of the high-frequency beam range. This leads to a Doppler shift of the received signal in the coordinate of the slow time for a fixed 1;

перемещение между центрами рассеяния и решеткой преобразователей в направлении, поперечном направлению пучка.movement between scattering centers and the array of transducers in the direction transverse to the beam direction.

Это явление может, к примеру, наблюдаться при механическом сканировании в поперечном направлении к направлению акустического пучка или при перемещении центров рассеяния, таких как сердечная стенка или протекающая нефть, что приводит к расширению частоты сигнала вдоль координаты медленного времени.This phenomenon can, for example, be observed during mechanical scanning in the transverse direction to the direction of the acoustic beam or when moving scattering centers, such as a heart wall or leaking oil, which leads to an expansion of the signal frequency along the coordinate of the slow time.

Математическая модель обратно рассеянной первой гармонической полосы высокочастотного сигнала хк(1), где низкочастотный импульс переключает полярность между излученными импульсами, т.е. р~(-1)к, а центры рассеяния при этом перемещаются, может быть записана какA mathematical model of the backscattered first harmonic band of a high-frequency signal x k (1), where a low-frequency pulse switches the polarity between the emitted pulses, i.e. p 0k ~ (-1) k , and the scattering centers in this case move, can be written as

где ша=-2ш1Ог0 - средний допплеровский сдвиг для центров рассеяния, перемещающихся со средней радиальной скоростью υΓ от преобразователя в каждой ячейке диапазона вдоль пучка;where w a = -2sh1O g / e 0 is the average Doppler shift for scattering centers moving with an average radial velocity υ Γ from the transducer in each cell of the range along the beam;

величина и(1) - комплексная огибающая линейного обратно рассеянного сигнала;magnitude and 1k (1) is the complex envelope of the linear backscattered signal;

ипк(1) - комплексная огибающая нелинейного обратно рассеянного сигнала от высокочастотного импульса с номером к с положительной амплитудой р0 низкочастотного импульса.and pc (1) is the complex envelope of the nonlinear backscattered signal from the high-frequency pulse with number k with a positive amplitude p 0 of the low-frequency pulse.

- 15 014167- 15 014167

Огибающие изменяются с номером координаты к импульса, поскольку центры рассеяния и пучок перемещаются относительно друг друга, а центры рассеяния могут перемещаться с разными скоростями в пределах ячейки диапазона, причем оба эффекта приводят к расширению частоты сигнала в координате медленного времени. Величина τ(ΐ) - запаздывание нелинейного распространения как функция координаты быстрого диапазона-времени для положительной амплитуды низкочастотного импульса. Для простоты использовали аналитическую форму принятого сигнала, где физический радиочастотный акустический сигнал -1.Envelopes change with the coordinate number k of the pulse, since the scattering centers and the beam move relative to each other, and the scattering centers can move at different speeds within the cell of the range, both effects leading to an increase in the signal frequency in the coordinate of slow time. The quantity τ (ΐ) is the delay of nonlinear propagation as a function of the coordinate of the fast time-range for the positive amplitude of the low-frequency pulse. For simplicity, we used the analytical form of the received signal, where the physical radio frequency acoustic signal is 1 .

Аналитический сигнал может быть получен из физического сигнала какAn analytical signal can be obtained from a physical signal as

где Н{} обозначает преобразование Гильберта сигнала;where H {} denotes the Hilbert transform of the signal;

хк°(1) представляет собой комплексную огибающую сигнала.x k ° / o (1) is the complex envelope of the signal.

Вторая гармоническая полоса может быть представлена формулой, похожей на уравнение (11), где угловая частота 2ω1, допплеровская частота 2ω,|. а нелинейный рассеянный сигнал очень мал и им можно пренебречь, кроме случая рассеяния от микропузырьков. Вторая гармоническая полоса подавила шум реверберации импульса, который может помочь в определении задержки нелинейного распространения, к чему вернемся в отношении уравнения (21).The second harmonic band can be represented by a formula similar to equation (11), where the angular frequency is 2ω 1 , the Doppler frequency is 2ω, |. and the nonlinear scattered signal is very small and can be neglected, except for the case of scattering from microbubbles. The second harmonic band suppressed the noise of the reverberation of the pulse, which can help in determining the delay of nonlinear propagation, to which we will return with respect to equation (21).

Переключение нелинейной задержки, (-1)кт(1) между импульсами наиболее сильно проявляется в фазе, поскольку переключение фазы равно (-1)кш1т(1), по сравнению с переключением огибающих 1-(-1)кт(1), так как ширина полосы сигнала ограничена. Для наблюдения влияния переключения запаздывания на огибающие разделим огибающие на четную и нечетную функции около ΐ, что позволяет выразить комплексную огибающую принятого сигнала какSwitching the nonlinear delay, (-1) to t (1) between pulses is most pronounced in the phase, since the phase switching is (-1) to w 1 t (1), compared with switching the envelopes 1 - (- 1) to t (1) since the signal bandwidth is limited. To observe the effect of delay switching on envelopes, we divide the envelopes into even and odd functions around ΐ, which allows us to express the complex envelope of the received signal as

440 = {(Ч(ОЩ)) + (-1)‘(4(<,т(«)) + т) +и<!к(1 - т)} д = 1,п иэк(А г) = Ни<*(* + т) - - т)} (12) где верхний индекс е обозначает четные компоненты, а верхний индекс о обозначает нечетные компоненты по τ около ΐ.440 = {(H (OS)) + (-1) '(4 (<, m (a)) + m ) + and <! K (1 - m)} g = 1, n and ek (A g ) = H and <* (* + m ) - - m)} (12) where the superscript e denotes even components and the superscript o denotes odd components with respect to τ about ΐ.

Четные компоненты не изменяются при смене знака τ, тогда как нечетные компоненты изменяют знак. Следует отметить, что (-1)к=ехр{1пк}=ехр{1кТрг(юрг£/2}, где ωρι£=2π/ΤρΓ£ представляет собой угловую частоту следования импульса и, следовательно, угловую частоту выборки в координатах медленного времени. Введя это выражение, уравнение (12) может быть далее выражено какThe even components do not change when the sign of τ changes, while the odd components change the sign. It should be noted that the (-1) k = exp {PK1} = exp {1set pi (pi w £ / 2}, where ω ρι £ = 2π / Τ ρΓ £ represents the angular frequency of pulse repetition, and hence the angular sampling frequency in coordinates of slow time. By introducing this expression, equation (12) can be further expressed as

4°(0 = | (“№ - ипк) СО8Ш1Г(1) зюацтД)4 ° (0 = | (“No. - and pc) SO8SH1G (1) southwest)

С ' * ' ' 2 > ' (13) + < («ή* - А) совогИ -г(и‘ - зтодДЦ с вWith '*''2>' (13) + <( «ή * - A) sovogI -r (and '1k - ztodDTs with in

Для фиксированного быстрого времени ΐ сигнал в координате к медленного времени состоит из 4 компонентов (частотных линий), как показано на фиг. 6а, на котором номер позиции 601 изображает частотную линию А, равную (иУ-иА) •со^уДЦе1''1'1'1”''1; центрированную около среднего допплеровского сдвига ω4, номер позиции 602 изображает частотную линию В, равную -ί(πΧ-ΗοΠτ8ίηωιτ(ΐ^1(ωά+ωρΓ£/2)Τρι£\ центрированную около ω4+ωρΓ£/2, номер позиции 603 изображает частотную линию С, равную (иепк-ио1к) ·οοδω1τ(ΐ) е1^^2^^, центрированную около ωά+ωρι£/2, и номер позиции 604 изображает частотную линию Ό, равную -1(иепк-ио1к) ·δίηωιτ(ΐ^ιω<Πρι£\ центрированную около ωά.For a fixed fast time ΐ the signal in the coordinate by the slow time consists of 4 components (frequency lines), as shown in FIG. 6a, at which position number 601 depicts a frequency line A equal to (uY-uA) • ω ^ ДЦЦЦ 1 "" 1 ' 1 ' 1 "''1; centered around the average Doppler shift ω4, the position number 602 represents the frequency line B equal to -ί (πΧ-Η ο Πτ8ίηωιτ (ΐ ^ 1 (ωά + ωρΓ £ / 2) Τρι £ \ centered around ω4 + ωρΓ £ / 2, position number 603 shows the frequency line C equal to (and e pk- o 1k) · oοδω1τ (ΐ) e 1 ^^ 2 ^^, centered around ωά + ω ρι £ / 2, and the position number 604 represents the frequency line Ό equal to - 1 (and e-pc and about 1k) · δίηωιτ (ΐ ^ ιω < Πρι £ \ centered around ω ά.

Линии получают путем смешивания линейного и нелинейного рассеяния с переключением задержки нелинейного распространения, (-1^τ(ΐ) между импульсами. При отсутствии переключения нелинейной задержки, т.е. при τ=0, нечетные компоненты обращаются в нуль, а четные компоненты равны изначальным огибающим. Линии 602 и 604 исчезают, а вся линейно рассеянная мощность содержится в линии 601, центрированной около ωά, тогда как нелинейно рассеянная мощность содержится в линии 603, центрированной около ω4ρΓ£/2.The lines are obtained by mixing linear and nonlinear scattering with switching the delay of nonlinear propagation, (-1 ^ τ (ΐ) between pulses. If there is no switching of nonlinear delay, i.e., at τ = 0, the odd components vanish and the even components are equal The initial envelope: Lines 602 and 604 disappear, and all the linearly scattered power is contained in line 601, centered around ω ά , while the nonlinearly scattered power is contained in line 603, centered around ω 4 + ω ρΓ £ / 2.

- 16 014167- 16 014167

Эффект переключения задержки нелинейного распространения наиболее сильно сказывается на фазе сигнала из-за ограниченной ширины полосы сигнала, поскольку это приводит к смещению частоты со сдвигом ωρΓ(/2. Он также приводит к смещению частоты со сдвигом ωρΓ(/2 путем участия в огибающих !-(-1)кт(!) через нечетные компоненты огибающих для линейного рассеяния, и°1к(!), и нелинейного рассеяния, и°пк(!), тогда как переключение задержки огибающей не обнаруживает эффекта сдвига частоты на четные компоненты огибающих. Сдвиг задержки в фазе приводит к сдвигу части линейно рассеянной мощности от линии, центрированной около ω4, к линии 602, центрированной около ω3+ωρΓ(/2, представленной четной компонентой и1ке. Совместное переключение в фазе и огибающей сдвигает часть мощности от центрированной около ωά к центрированной около ωάριΐ/2 и обратно к центрированной около ωά как часть линии 604, представленной нечетной компонентой и°. Аналогично, переключение нелинейной задержки сдвигает часть нелинейно рассеянной мощности от линии 603 к линии 604 через переключение фазы, представленой четной компонентой ие пк, тогда как совместное переключение в фазе и огибающей сдвигает часть мощности от центрированной около ωάρΓί/2 к центрированной около ωά и обратно к центрированной около ω3ρΓί/2 как часть линии 602, представленной нечетной компонентой и°пк.The effect of switching the delay of nonlinear propagation affects the phase of the signal most strongly due to the limited signal bandwidth, since this leads to a frequency shift with a shift of ω ρΓ (/ 2. It also leads to a frequency shift with a shift of ω ρΓ (/ 2 by participating in the envelopes ! - (- 1) to t (!) Through the odd envelope components for linear scattering, and ° 1k (!), And nonlinear scattering, and ° pc (!), While switching the envelope delay does not reveal the effect of a frequency shift to even components Envelopes: A phase delay shift results in Moving parts are linearly scattered power from a line centered around ω4, to the line 602 centered around ω3 + ωρΓ (/ 2 represented by the even component i1k e. joint switching in the phase and the envelope shifts part of the power from centered around ωά to centered around ω ά + ω ριΐ / 2 and back to the center near ω ά as part of the line 604 represented by the odd component and 1 °. Similarly, switching the nonlinear delay shifts part of the nonlinear power dissipation from line 603 to line 604 through the phase switching represented by even component and e pc , while the combined phase and envelope switching shifts a part of the power from a center near ω ά + ω ρΓί / 2 to a center near ω ά and back to a center near ω 3 + ω ρΓί / 2 as part of the line 602 represented by an odd component and ° pc .

Заметим, что с увеличением τ амплитуда линии 601 падает ~С05О|Т(1). а амплитуда линии 602 возрастает ~δίηω1τ(1) и достигает максимума, когда ω1τ(ί)=π/2, что также дает нуль для линии 601. Это означает, что значительная часть линейно рассеянной мощности путем переключения задержки в фазе уходит от центрирования около ωά к центрированию около ωάριΐ/2, но некоторая часть линейно рассеянной мощности через нечетные компоненты и(!) примешивается обратно с центрированием около ωά как часть линии 604. Такой же эффект наблюдается для нелинейного рассеяния, в котором с увеличением τ амплитуда линии 603 падает ~С08<Л1Т(!), а амплитуда линии 604 возрастает ~δίηω1τ(1) и достигает максимума, когда часть нелинейно рассеянной мощности путем переключения задержки в фазе уходит от центрирования около ωάρΓί/2 к центрированию около ωά, но некоторая часть нелинейно рассеянной мощности через нечетные компоненты ипк(!) примешивается обратно с центрированием около ω3ρΓ(/2 как часть линии 602.We note that with an increase in τ, the amplitude of the 601 line decreases ~ C05O | T (1). and the amplitude of line 602 increases ~ δίηω 1 τ (1) and reaches a maximum when ω 1 τ (ί) = π / 2, which also gives zero for line 601. This means that a significant part of the linearly dissipated power by switching the phase delay deviates from centering near ω ά to centering near ω ά + ω ριΐ / 2, but some part of the linearly scattered power through the odd components and 1k (!) mixes back with centering near ω ά as part of line 604. The same effect is observed for nonlinear scattering in which, with increasing τ, the amplitude of line 603 drops ~ C08 <Л1Т (!), and the amplitude of line 604 increases ~ δίηω 1 τ (1) and reaches a maximum when a part of the nonlinearly dissipated power by switching the delay in the phase moves away from centering near ω ά + ω ρΓί / 2 to centering near ω ά , but some part of the nonlinearly dissipated power through the odd components and pc (!) mixes back with centering around ω 3 + ω ρΓ (/ 2 as part of line 602.

Если ячейка диапазона также покрывает движущуюся кровь или другие текучие среды, такие как нефть, то результатом линейного рассеяния от движущейся текучей среды будут дополнительные и обычно более широкие спектры, в которых мощность распределена между линией 605 с начальными допплеровскими сдвигами ω3=-2ωιυΓ/^ где υΓ - распределение скорости текучей среды, и линией 606 с частотами ωάρΓί/2. Смешивание сигнала от текучей среды с переключением задержки нелинейного распространения подчиняется тем же законам, что и для линейного рассеяния от объекта в линиях 601 и 602. Однако нелинейное рассеяние от текучей среды настолько слабо, что исчезает в шуме.If the range cell also covers moving blood or other fluids, such as oil, then the result of linear scattering from the moving fluid will be additional and usually wider spectra in which power is distributed between line 605 with initial Doppler shifts ω 3 = -2ωιυ Γ / ^ where υ Γ is the distribution of fluid velocity, and by line 606 with frequencies ω ά + ω ρΓί / 2. Mixing a signal from a fluid with switching the delay of nonlinear propagation obeys the same laws as for linear scattering from an object in lines 601 and 602. However, the nonlinear scattering from the fluid is so weak that it disappears in noise.

Модель сигнала в уравнениях (11)-(13) включает только рассеянный сигнал первого порядка, в которой исходящий высокочастотный импульс следует за низкочастотным импульсом. С учетом многократного рассеяния, называемого также реверберациями, исходящего высокочастотного импульса, в этой модели получаем некоторые модификации многократно рассеянного сигнала. Амплитуда низкочастотного рассеянного импульса низкая и, следовательно, влиянием его нелинейной задержки на скорость распространения рассеянного высокочастотного импульса, уравнения (6), (10), можно пренебречь. Это особенно важно для реверберации исходящего импульса в стенке тела, где фиг. 7а показывает пример структуры решетки 701 преобразователей и отражателей стенки тела. Номер позиции 702 показывает сильный отражатель спереди решетки. Излученный импульс следует по пути, отмеченному номером позиции 703, на котором при первом попадании в отражатель 702 импульс частично проходит дальше как 704, а частично отражается как 705. Отраженный импульс затем опять отражается от поверхности преобразователя или других сильных отражателей для создания отраженного импульса 706, который снова частично проходит дальше и частично отражается и т. д.The signal model in equations (11) - (13) includes only a first-order scattered signal in which the outgoing high-frequency pulse follows the low-frequency pulse. Taking into account multiple scattering, also called reverberations, of the outgoing high-frequency pulse, in this model we obtain some modifications of the multiply scattered signal. The amplitude of the low-frequency scattered pulse is low and, therefore, the influence of its nonlinear delay on the propagation velocity of the scattered high-frequency pulse, equations (6), (10), can be neglected. This is especially important for the reverberation of the outgoing pulse in the body wall, where FIG. 7a shows an example of the structure of a lattice 701 of transducers and reflectors of the body wall. Item number 702 indicates a strong reflector in front of the grille. The emitted pulse follows the path indicated by reference numeral 703, where when it first hits the reflector 702, the pulse partially passes further as 704 and partially reflects as 705. The reflected pulse is then reflected again from the surface of the converter or other strong reflectors to create a reflected pulse 706, which again partially passes further and partially reflected, etc.

Отраженный изначальный импульс от более глубокого отражателя 707 показан номером позиции 708 на фиг. 7Ь для положительного низкочастотного импульса и номером позиции 709 для отрицательного низкочастотного импульса, причем эти импульсы имеют разную задержку, определяемую изменениями в задержке нелинейного распространения согласно уравнению (10). Дважды отраженный от рефлектора 702 импульс показан номером позиции 710 для положительного низкочастотного импульса. После первого отражения от 702 амплитуды импульсов уменьшаются, при этом уменьшение амплитуды низкочастотного импульса снижает управление временем запаздывания для импульсов реверберации в соответствии с уравнением (10), по сравнению с прямо распространяющимся импульсом. Дважды отраженный от рефлектора 702 импульс для отрицательного низкочастотного импульса будет, следовательно, лишь незначительно отличаться по задержке от 710, и поэтому он показан на чертеже как 711, перекрывающимся с 710. Реверберации импульса исходящего импульса в стенке тела будут, следовательно, наблюдаться как частотная линия, центрированная около ω=0, показанная как точечно-пунктирная линия 607 на фиг. 6а, где также показана линия смешанной задержки, центрированная около ωρΓ(/2, имеющая очень малую амплитуду.The reflected initial pulse from the deeper reflector 707 is shown at 708 in FIG. 7b for a positive low-frequency pulse and position number 709 for a negative low-frequency pulse, and these pulses have different delays, determined by changes in the delay of nonlinear propagation according to equation (10). The pulse twice reflected from the reflector 702 is indicated by the reference number 710 for a positive low-frequency pulse. After the first reflection from 702, the pulse amplitudes decrease, while the decrease in the amplitude of the low-frequency pulse reduces the delay time control for the reverberation pulses in accordance with equation (10), compared with a directly propagating pulse. The pulse twice reflected from the reflector 702 for the negative low-frequency pulse will therefore only slightly differ in delay from 710, and therefore it is shown in the drawing as 711, overlapping with 710. The reverberations of the pulse of the outgoing pulse in the body wall will therefore be observed as a frequency line centered around ω = 0, shown as a dotted line 607 in FIG. 6a, which also shows the mixed delay line centered around ω ρΓ (/ 2, which has a very small amplitude.

Авторы изобретения теперь в состоянии описать и обсудить, как несколько новых параметров изо- 17 014167 бражения могут быть выделены из прошедших и рассеянных акустических сигналов в соответствии со вторым способом изобретения, чтобы сформировать новые акустические изображения структур объекта и скоростей центров рассеяния улучшенного качества. Выделение этих параметров может быть продемонстрировано, основываясь на принятой последовательности хк(1) сигналов.The inventors are now able to describe and discuss how several new image parameters can be extracted from transmitted and scattered acoustic signals in accordance with the second method of the invention in order to form new acoustic images of object structures and velocities of scattering centers of improved quality. The isolation of these parameters can be demonstrated based on the received sequence x to (1) of the signals.

Первый сигнал изображения, выделенный в соответствии со вторым способом изобретения, основан на рассеянном сигнале с коррекцией реверберации, полученный путем полосовой фильтрации принятой последовательности в области медленного времени около ωρΓί/2, как, например, показано полосовым фильтром 610 на фиг. 6а. Этот фильтр сильно ослабляет линию 607 реверберации и выделяет линии 602 и 603, в которых компоненты линейного рассеяния являются доминирующими по сравнению с компонентами нелинейного рассеяния. Путем объединения принятых высокочастотных сигналов, например в фильтре, который ослабляет низкочастотные компоненты медленного времени, пропуская, однако, компоненты медленного времени в полосе, как в традиционном допплеровском методе построения изображений, можно получить группу линейно рассеянных сигналов с коррекцией реверберацииThe first image signal extracted in accordance with the second method of the invention is based on a scattered signal with reverberation correction obtained by bandpass filtering the received sequence in the slow time region near ω ρΓί / 2, as, for example, shown by the bandpass filter 610 in FIG. 6a. This filter greatly attenuates the reverb line 607 and highlights lines 602 and 603 in which the linear scattering components are dominant compared to the nonlinear scattering components. By combining the received high-frequency signals, for example, in a filter that attenuates the low-frequency components of the slow time, however, skipping the components of the slow time in the band, as in the traditional Doppler method of imaging, you can get a group of linearly scattered signals with reverberation correction

Амплитуды этих сигналов монотонно возрастают с τ.The amplitudes of these signals monotonically increase with τ.

Путем выбора адекватной частоты низкочастотного поля (например, ω01/10) можно получить очень низкое ослабление поглощения низкочастотного поля в пределах диапазона изображения, которое незначительно меняется между разными объектами и отдельными предметами в заданных диапазонах глубины. Можно, таким образом, задать низкочастотное поле и амплитуду импульса так, чтобы получить монотонное возрастание τ(ΐ), как на фиг. 4, чтобы, в свою очередь, получить монотонно возрастающую, изменяющуюся с глубиной функцию выигрыша при обработке сигналов для линейного рассеяния с коррекцией реверберации, показанную номером позиции 712 на фиг. 7с.By selecting the appropriate baseband frequency field (e.g., ω ~ ω 0 1/10) can be very low attenuation of low-frequency field absorption within the range of the image, which varies slightly between different objects and individual articles in predetermined ranges of depth. Thus, it is possible to set the low-frequency field and the pulse amplitude so as to obtain a monotonic increase in τ (τ), as in FIG. 4, in turn, to obtain a monotonically increasing, depth-varying gain function in processing signals for linear scattering with reverberation correction, shown by reference number 712 in FIG. 7s

Задавая низкочастотное поле так, что ω^(1^)=^2, где Ттах - максимальный диапазон-время, получаем в Ттах кривую усиления, близкую к максимуму. Эта изменяющаяся с глубиной функция выигрыша при обработке сигналов вместе с контролируемым пользователем изменяющимся с глубиной усилением принимает участие в устройствах построения акустического изображения, снижая необходимость вмешательства пользователя в управление глубиной усиления. Перемещения объекта, такого как миокард, может привести к допплеровским сдвигам, которые могут пройти сквозь фильтр вместе с компонентами в уравнении (14). Это может быть преимуществом, поскольку шум реверберации импульса неподвижной стенки тела сильно ослаблен, перемещение способствует сигналу 1-го порядка от структур объектов проходу сквозь фильтр, улучшая тем самым качество изображения, например, апикальной области сердца. Выходы с фильтра будут также содержать нелинейно рассеянные компоненты линий 602 и 603, а именноBy setting the low-frequency field so that ω ^ (1 ^) = ^ 2, where T max is the maximum time range, we obtain in T max a gain curve close to the maximum. This gain-varying gain function in signal processing, along with user-controlled gain-varying gain, takes part in acoustic imaging devices, reducing the need for user intervention in controlling gain depth. Movements of an object, such as a myocardium, can lead to Doppler shifts that can pass through the filter along with the components in equation (14). This can be an advantage, since the noise of the reverberation of the impulse of the fixed body wall is greatly attenuated, the movement contributes to the first-order signal from the structures of objects to pass through the filter, thereby improving image quality, for example, the apical region of the heart. The outputs from the filter will also contain non-linearly scattered components of lines 602 and 603, namely

которые имеют максимум для τ=0 и убывают с глубиной при возрастании τ.which have a maximum for τ = 0 and decrease with depth with increasing τ.

Однако нелинейно рассеянные компоненты сигнала в уравнении (15) будут пренебрежимо малы по сравнению с линейно рассеянными компонентами сигнала в уравнении (14).However, the nonlinearly scattered signal components in equation (15) will be negligible compared to the linearly scattered signal components in equation (14).

Сигналы после полосового фильтра могут быть использованы для дальнейшей допплеровской обработки для создания допплеровских спектров и радиальных допплеровских линий изображения скоростей центров рассеяния в соответствии с известными способами, в которых полное 2Ό- или 3Όизображение создают поперечным качанием пучка. Этот способ особенно полезен для допплеровской оценки смещений миокарда и деформаций смещения (радиального градиента смещения), поскольку шум реверберации сильно мешает таким оценкам. Для измерения скорости текучей среды следует отметить, что сигнал помех объекта в уравнении (14) находится около ωρΓ(/2, и для того, чтобы подавить помехи объекта для оценки сигнала текучей среды, следует использовать либо полосовой задерживающий фильтр в медленном времени около ωρΓ(/2, либо смещать сигнал по частоте от ωρΓ(/2 до ω=0 и использовать при этом стандартный фильтр подавления помех верхних частот перед определением допплеровских частот сигнала текучей среды.The signals after the bandpass filter can be used for further Doppler processing to create Doppler spectra and radial Doppler lines of the image of the velocities of the scattering centers in accordance with known methods in which a full 2Ό or 3Ό image is created by transverse beam sway. This method is especially useful for Doppler estimation of myocardial displacements and displacement deformations (radial displacement gradient), since the reverberation noise greatly interferes with such estimates. To measure the fluid velocity, it should be noted that the object interference signal in equation (14) is located near ω ρΓ (/ 2, and in order to suppress the object interference for estimating the fluid signal, either a slow-pass band-pass filter should be used near ω ρΓ (/ 2, or shift the signal in frequency from ω ρΓ (/ 2 to ω = 0 and use the standard high-frequency interference suppression filter before determining the Doppler frequencies of the fluid signal.

Можно использовать несколько различных и перекрывающихся направлений пучков для каждого к, например, как получено непрерывным качанием пучка с помощью кольцевой решетки. Можно также затем использовать БИХ-фильтр для фильтрации в медленном времени (полосовой, нижних частот, верхних частот), где фильтр нижних частот проиллюстрирован в уравнении (77) для аналогичной обработки.You can use several different and overlapping directions of the beams for each k, for example, as obtained by continuous swinging of the beam using an annular lattice. You can also then use the IIR filter to filter in slow time (bandpass, lowpass, highpass), where the lowpass filter is illustrated in equation (77) for similar processing.

- 18 014167- 18 014167

Первый сигнал в соответствии со вторым способом изобретения для использования в радиальной линии изображения для усиления линейного обратного рассеяния с подавлением ревербераций импульса может, таким образом, быть получен как огибающая одного из сигналов ζ аДг) = Епу{з1(2г/с)} ζι(ί) = (16)The first signal in accordance with the second method of the invention for use in the radial image line to enhance linear backscattering with suppression of the reverberation of the pulse can thus be obtained as the envelope of one of the signals ί) = (16)

А:BUT:

где Εην{} представляет собой оператор огибающей;where Εην {} is the envelope operator;

г=е1/2 - диапазон глубины вдоль пучка, при этом формула для ζ1(ΐ) - пример полосовой комбинации, как в уравнении (19).r = e1 / 2 is the depth range along the beam, and the formula for ζ 1 (ΐ) is an example of a strip combination, as in equation (19).

Полное 2Ό- или 3О-изображение затем получают поперечным сканированием пучков.The full 2Ό or 3O image is then obtained by transverse scanning of the beams.

Реверберации импульса уменьшаются благодаря накапливающемуся влиянию управления нелинейной скоростью распространения на давление, т. е. тем же эффектом, который формирует гармоническое искажение в прямо распространяющемся импульсе, который используется в получении гармонических изображений. Однако в настоящем способе нелинейное распространение создают низкочастотным импульсом с таким низким поглощением, что чувствительность этого способа аналогична чувствительности для 1-го гармонического построения изображения. Этот факт позволяет использовать более высокие частоты изображения, чем в случае со 2-м гармоническим построением изображения, с улучшенным разрешением, и в особенности позволяет получать лучшие изображения на глубоких диапазонах в плотных объектах, таких как печень, почки и грудные железы.Impulse reverberations are reduced due to the cumulative effect of controlling the non-linear propagation velocity on the pressure, i.e., the same effect that produces harmonic distortion in a directly propagating impulse, which is used in obtaining harmonic images. However, in the present method, non-linear propagation is created by a low-frequency pulse with such a low absorption that the sensitivity of this method is similar to the sensitivity for the 1st harmonic imaging. This fact allows the use of higher image frequencies than in the case of the 2nd harmonic imaging, with improved resolution, and in particular allows you to get better images at deep ranges in dense objects such as the liver, kidneys and mammary glands.

Поскольку излученный пучок в этом способе представляет собой 1-й гармонический пучок, в нем легче получить более широкий излученный пучок, чем в случае со 2-м гармоническим излученным пучком. Это позволяет использовать параллельные принимаемые пучки для увеличения частоты кадров с построением 3Ό акустических изображений.Since the radiated beam in this method is the 1st harmonic beam, it is easier to obtain a wider radiated beam in it than in the case of the 2nd harmonic radiated beam. This allows the use of parallel received beams to increase the frame rate with the construction of 3Ό acoustic images.

Для разделения компонентов нелинейного рассеяния и компонентов линейного рассеяния нужно правильно организовать задержку (компенсацию временного сдвига) принятых сигналов, так что смешение частотного сдвига переключения задержки нелинейного распространения исчезает для линейного сигнала, и линия 602 исчезает, при этом остается только линия 603 нелинейного рассеяния в полосе около ωρΓ(/2. Коррекция задержки зависит от амплитуд и/или от фаз низкочастотных импульсов относительно высокочастотных импульсов и, кроме того, также изменяется с глубиной согласно уравнению (10) и фиг. 4.To separate the nonlinear scattering components and the linear scattering components, it is necessary to correctly organize the delay (compensation of the time shift) of the received signals, so that the mixing of the frequency shift of the nonlinear propagation delay switching disappears for the linear signal, and the line 602 disappears, leaving only the nonlinear scattering line 603 in the band near ω ρΓ (/ 2. The delay correction depends on the amplitudes and / or phases of the low-frequency pulses relative to the high-frequency pulses and, in addition, also varies with depth according to equation (10) and Fig. 4.

В соответствии с одним аспектом изобретения можно оценить коррекции задержки путем максимизации мощности сигналаIn accordance with one aspect of the invention, delay corrections can be evaluated by maximizing signal strength

К-1 = (17) к=0K-1 = ( 17 ) k = 0

Обычно не существует реперного сигнала, так что для определения коррекций задержки нужно использовать один из сигналов в качестве реперного, при этом коррекция задержки для этого сигнала становится равной нулю. Следовательно, можно определить только к-1 независимых коррекций задержки в соответствии со способами, описанными ниже. Сумма представляет собой низкочастотный фильтр в области медленного времени с частотной передаточной функциейUsually, there is no reference signal, so to determine the delay corrections, you need to use one of the signals as the reference signal, while the delay correction for this signal becomes zero. Therefore, only k-1 independent delay corrections can be determined in accordance with the methods described below. The sum is a low-pass filter in the area of slow time with a frequency transfer function

НДи) = (18)NDi) = (1 8 )

З1п πω/ωρΓ/З1п πω / ω ρΓ /

Можно также использовать другие варианты низкочастотных фильтров, например, обозначенных номером позиции 611 на фиг. 6Ь. Этого, например, можно достичь путем введения различного веса шк в сумму уравнения (17) в качестве КИХ-фильтра, но также в соответствии с известными способами может быть использован БИХ-фильтр, особенно в случае непрерывного качания пучка, как и с кольцевой решеткой.Other low-pass filter options may also be used, for example, indicated by 611 in FIG. 6b. This can for example be achieved by administering various weights w k in the sum of equation (17) as FIR filter, but also in accordance with known methods can be used IIR filter, especially for continuous beam oscillation, as with the annular lattice .

Коррекции задержки тк(1) вносят смешение частот, что перемещает всю линейно рассеянную мощность в линию 621 на фиг. 6Ь, центрированную около ω=0, поскольку коррекции задержки в уравнении (17) также удаляют допплеровское отклонение ω4, как описано ниже. Смешение частот коррекций задержки также перемещает нелинейно рассеянную мощность в линию 622, центрированную около ω=ωριί/2.Delay corrections t to (1) introduce frequency mixing, which moves all the linearly dissipated power to line 621 in FIG. 6b, centered around ω = 0, since the delay corrections in equation (17) also remove the Doppler deviation ω 4 , as described below. Mixing the frequencies of the delay corrections also moves the nonlinearly scattered power to line 622, centered around ω = ω ριί / 2.

Нелинейно рассеянный сигнал может, следовательно, быть получен после коррекций задержки в виде л'1The nonlinearly scattered signal can therefore be obtained after delay corrections in the form

4с(0 = Σ О + ?*(*)) (19)4s (0 = Σ O +? * (*)) (19)

Л=0 где суммирование представляет собой полосовой пропускающий фильтр около ωρΓί/2, который, например, при 11(1)=1 принимает видL = 0 where the summation is a band pass filter near ω ρΓί / 2, which, for example, at 11 (1) = 1 takes the form

Ηη(ω) = 5]η соз Ίΐω/ω^ι тогда как другие значения для 11(1)=1 приводят к модификации этого фильтра, например фильтра, обо- 19 014167 значенного номером позиции 610 на фиг. 6Ь.Η η (ω) = 5] η cos Ίΐω / ω ^ ι while other values for 11 (1) = 1 lead to a modification of this filter, for example, a filter denoted by position number 610 in FIG. 6b.

Линейная комбинация в уравнениях (17) и (19) дает один выходной сигнал в области медленного времени, при этом специалисту очевидно, как изменить уравнения как КИХ- или БИХ-фильтры, которые создают последовательность выходных сигналов в области медленного времени аналогично тому, как описано в связи с уравнениями (14) и (16). В этом случае такие последовательности сигналов в области медленного времени используют для дальнейшей допплеровской обработки сигналов в области медленного времени для формирования изображений допплеровской скорости или деформации смещения или скорости деформации центров рассеяния объектов и текучей среды в соответствии с известными способами.The linear combination in equations (17) and (19) gives one output signal in the slow time domain, while it is obvious to a person skilled in the art how to change the equations as FIR or IIR filters, which create a sequence of output signals in the slow time region in the same way as described in connection with equations (14) and (16). In this case, such sequences of signals in the slow time domain are used for further Doppler processing of signals in the slow time domain for imaging Doppler velocity or deformation of displacement or strain rate of scattering centers of objects and fluid in accordance with known methods.

Для оценки коррекций задержки можно в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения разделить принимаемый интервал Т времени/глубины на более короткие временные интервалы {Т1, ί=1, ..., I}, которые с вероятностью перекрываются, так что Т<Е;Т1, и определить оптимальные коррекции задержки для каждого интервала Т1 по отдельности. Мощность сигнала ζι(ΐ) в интервале Т1 тогда дается функционаломTo evaluate delay corrections, in accordance with one embodiment of the invention, the received time / depth interval T can be divided into shorter time intervals {T 1 ,, = 1, ..., I}, which are likely to overlap, so that T <E; T 1 , and determine the optimal delay correction for each T 1 interval separately. The signal power ζι (ΐ) in the interval T 1 is then given by the functional

Чи-/т/ч’с^)2 = £м/г1’(7-1(г^ &к1 ~ Ък) = /Τι (ί + Т)х> (ί + 7^) а коррекции задержки определяют путем максимизации 111 по отношению к τιρ.Chi / t / h ' s ^) 2 = £ m / g1' (7-1 ( -t r ^ & k1 ~ bk) = / Τι (ί + T 1k ) x> (ί + 7 ^) and delay correction determined by maximizing 1 11 with respect to τ ιρ .

Примеры процедур максимизации даны ниже.Examples of maximization procedures are given below.

Нелинейное самоискажение высокочастотного импульса, описанное на фиг. 1 в отношении уравнения (6), приводит к падению гармонического преобразования в первой гармонической высокочастотной полосе с расстоянием распространения. Это падение преобразования слегка различается для отрицательных р0 и положительных ρ0, приводя к небольшой разнице в амплитуде линейно рассеянного от объекта 1-го гармонического высокочастотного сигнала для положительных и отрицательных ρ0. Кроме того, неточности в излучающих усилителях создают трудности в излучении точно заданных амплитуд, создавая неточности в амплитуде принятых сигналов. Для улучшенного подавления линейно рассеянного высокочастотного сигнала в уравнении (19) можно организовать возможность изменения ИЧ) от к, так что мощность сигнала ζηο(ΐ) сведена к минимуму в каждом интервале Т1. Такие величины Ис могут, например, быть найдены путем минимизации мощности в ζηο(ΐ) в каждом интервале по отношению к Ик, после корректировки задержки сигналов. Это сводится к минимизации следующего функционала:The non-linear self-distortion of the high-frequency pulse described in FIG. 1 with respect to equation (6), leads to a drop in the harmonic conversion in the first harmonic high-frequency band with the propagation distance. This conversion drop is slightly different for negative p0 and positive ρ0, leading to a small difference in the amplitude of the 1st harmonic high-frequency signal linearly scattered from the object for positive and negative ρ 0 . In addition, inaccuracies in radiating amplifiers create difficulties in the emission of precisely specified amplitudes, creating inaccuracies in the amplitude of the received signals. For improved suppression of a linearly scattered high-frequency signal in equation (19), it is possible to organize the possibility of changing the IF) from k, so that the signal power ζ ηο (ΐ) is minimized in each T 1 interval. Such values of Is can, for example, be found by minimizing the power in ζ ηο (ΐ) in each interval with respect to And to , after adjusting the delay of the signals. This comes down to minimizing the following functionality:

Чгг — /т, Λ 221; ку. ~ 221,,/ Κι/ΐιΐΝΐί — ΤιΛ) — А, 22Chgg - / t, - Λ 221; ku. ~ 221 ,, / Κι / ΐιΐΝΐί - Τ ιΛ ) - A, 22

- Ък) = (-1)к+1я£(тгг - Τιλ;)- bk) = (-1) k + 1 i £ (gg t - Τ ιλ;)

Примеры процедур минимизации даны в уравнениях (55)-(58). Изменения в величинах Ик также ответственны за изменения в амплитудах излучения высокочастотных компонентов, когда амплитуда и/или полярность, и/или фаза, и/или частота низкочастотного импульса изменяется от одного излученного импульса к другому. Задержки τιρ можно затем очень просто получить путем максимизации 1к, тогда как Ик получают путем минимизации Ιηι.Examples of minimization procedures are given in equations (55) - (58). Changes in the values of And to are also responsible for changes in the amplitudes of radiation of high-frequency components, when the amplitude and / or polarity, and / or phase, and / or frequency of the low-frequency pulse changes from one emitted pulse to another. The delays τ ιρ can then be very simply obtained by maximizing 1 k , while And k is obtained by minimizing Ι ηι .

Максимизация дает оценку средней коррекции задержки для каждого интервала Т1. Для наилучшей коррекции в соответствии с уравнением (17) следует придать значения этих оценок задержки точке внутри соответствующих интервалов Т1 и получить интерполированные оценки коррекции задержки тк в каждой точке выборки быстрого времени ΐ между выбранными точками. Выбранными точками могут быть, например, середины интервалов или центр тяжести мощности в принятых сигналах в соответствующих интервалах или аналогичные точки. Могут быть использованы несколько методов интерполяции, такие как линейная интерполяция, сплайн-интерполяция любой степени и Фурье-интерполяция.Maximization gives an estimate of the average delay correction for each T 1 interval. For the best correction in accordance with equation (17), one should give the values of these delay estimates to the point inside the corresponding intervals T 1 and obtain interpolated estimates of the delay correction τ to at each point of the fast time sample ΐ between the selected points. The selected points can be, for example, the midpoints of the intervals or the center of gravity of the power in the received signals in the corresponding intervals or similar points. Several interpolation methods can be used, such as linear interpolation, spline interpolation of any degree, and Fourier interpolation.

Линейно рассеянный от объекта сигнал, показанный линиями 605 и 606 на фиг. 6а, в процессе коррекции задержки перемещается в линию 623, показанную на фиг. 6Ь, таким же образом, как и линейно рассеянный сигнал от текучей среды, после чего указанный сигнал может быть обработан в соответствии с хорошо известными способами допплеровской обработки сигналов. Для сигнала реверберации в линии 607 смешение частоты в коррекциях задержки приводит к распространению энергии в линию 624, центрированную на -<вд, и в линию 625, центрированную на ωρΓί/2-ω4. Шум реверберации будет, таким образом, вносить ошибки в оценку коррекций задержки нелинейного распространения максимизацией 1к в уравнении (21), а смешение частотных сдвигов коррекций задержки вносит шум реверберации в той же частотной полосе медленного времени, что и нелинейное рассеяние после коррекций задержки (линия 625), и, следовательно, вносит шум в оценку сигнала нелинейного рассеяния, например, в соответствии с уравнением (19). На сигналы изображения, описанные в уравнениях (24)-(30) ниже, будет тем самым больше влиять шум реверберации импульса, чем сигнал изображения, основанный на уравнениях (14) и (16).The signal linearly scattered from the object, shown by lines 605 and 606 in FIG. 6a, during the delay correction process, moves to line 623 shown in FIG. 6b, in the same way as a linearly scattered signal from the fluid, after which the specified signal can be processed in accordance with well-known methods of Doppler signal processing. For the reverberation signal in line 607, frequency mixing in the delay corrections leads to the propagation of energy to line 624, centered on - <bd, and to line 625, centered on ω ρΓί / 2-ω 4 . The reverberation noise will thus introduce errors in the estimation of nonlinear propagation delay corrections with a maximum of 1 k in equation (21), and mixing the frequency shifts of the delay corrections introduces reverberation noise in the same slow-frequency band as non-linear scattering after delay corrections (line 625), and therefore introduces noise into the estimate of the nonlinear scattering signal, for example, in accordance with equation (19). The image signals described in equations (24) to (30) below will thereby be affected more by the noise of the reverberation of the pulse than the image signal based on equations (14) and (16).

- 20 014167- 20 014167

Со ссылкой на обсуждение в связи с фиг. 1 и 2 должно быть очевидно, что можно использовать не только первую гармоническую полосу принятого сигнала, но и другие полосы, в частности вторую гармоническую полосу, что видно из анализа уравнений (14)-(22). Вторая гармоническая полоса, главным образом, формируется прямым самоискажением импульса, показанным номером позиции 104 на фиг. 1, который локально рассеивается как линейно, так и нелинейно, как показано в уравнении (9). Поскольку самоискажение мало в многократно рассеянных импульсах, вторая гармоническая полоса принятых высокочастотных сигналов будет обладать значительным подавлением шума реверберации, как описано в отношении фиг. 2. При сильном шуме реверберации для определения задержек нелинейного распространения можно преимущественно использовать вторые гармонические компоненты обратно рассеянных сигналов в уравнении (21). Использование второй гармонической полосы для сигнала в уравнениях (14) и (16) приводит к дополнительному подавлению шума реверберации импульса, в особенности когда один из многочисленных центров рассеяния движется. Использование второй гармонической полосы в уравнении (19) дает вторую гармоническую полосу локального нелинейно рассеянного сигнала. Можно также использовать вторую гармоническую полосу для определения задержек нелинейного распространения, а затем применить коррекции задержки к первой гармонической полосе принятого сигнала для определения первой гармонической полосы нелинейно рассеянного сигнала, как и выше. Способы, описанные в патентах США № 6485423 и 6905465, также могут быть полезны при использовании совместно с настоящим изобретением для уменьшения влияния ревербераций импульса на определение нелинейных задержек.With reference to the discussion in connection with FIG. 1 and 2, it should be obvious that not only the first harmonic band of the received signal can be used, but also other bands, in particular the second harmonic band, as can be seen from the analysis of equations (14) - (22). The second harmonic band is mainly formed by direct self-distortion of the pulse, indicated by the reference number 104 in FIG. 1, which locally scatters both linearly and nonlinearly, as shown in equation (9). Since self-distortion is small in multiply scattered pulses, the second harmonic band of the received high-frequency signals will have significant suppression of reverberation noise, as described in relation to FIG. 2. In case of strong reverberation noise, to determine the delays of nonlinear propagation, it is preferable to use the second harmonic components of backscattered signals in equation (21). The use of the second harmonic band for the signal in equations (14) and (16) leads to additional suppression of the noise of the reverberation of the pulse, especially when one of the many scattering centers moves. Using the second harmonic band in equation (19) gives the second harmonic band of the local nonlinearly scattered signal. You can also use the second harmonic band to determine the non-linear propagation delays, and then apply delay corrections to the first harmonic band of the received signal to determine the first harmonic band of the non-linearly scattered signal, as above. The methods described in US patent No. 6485423 and 6905465 may also be useful when used in conjunction with the present invention to reduce the effect of pulse reverberations on the determination of non-linear delays.

Далее будет показан третий, уравнения (42)-(44), и четвертый, уравнения (45)-(48), способы в соответствии с изобретением, в которых эффект шума реверберации импульса подавляют непосредственно при определении задержек распространения. До того как описывать эти способы, следует показать, как можно выделить многочисленные сигналы параметров изображения с помощью второго-четвертого способов изобретения.Next will be shown the third, equations (42) - (44), and the fourth, equations (45) - (48), methods in accordance with the invention, in which the effect of the noise of the reverberation of the pulse is suppressed directly when determining propagation delays. Before describing these methods, it should be shown how it is possible to isolate numerous signals of image parameters using the second or fourth methods of the invention.

Максимизация Ц по ζ1ο, как описано уравнением (17), вносит коррекции задержки как для времени запаздывания нелинейного распространения, так и для среднего допплеровского времени запаздывания, вызванного смещением объекта/преобразователя во временном интервале Т1. Причиной этого является то, что суммирующий фильтр, описываемый уравнениями (17) и (18), имеет частотный отклик медленного времени с максимумом в ω=0, а максимум 111 достигается, когда вся линейная энергия сдвинута и центрирована около ω=0. При использовании фильтра нижних частот медленного времени с плоским откликом около ω=0 и сильным ослаблением около ω-ρΓΓ/2 можно получить максимум 111, при котором имеются только задержки нелинейного распространения, а линейно рассеянная энергия линий 602 и 603 сдвинута в пропускающую полосу фильтра, без поправок на допплеровскую задержку. Однако такой фильтр трудно выполнить с ограниченным числом импульсов медленного времени, используемых для каждой радиальной линии изображения, и, следовательно, можно получить наиболее грубую оценку, используя фильтр нижних частот с выраженным максимумом при ω=0. Оценка коррекции задержки тогда будет представлять собой общую задержку распространения как сумму задержки нелинейного распространения и средних допплеровских задержек смещения (т.е. допплеровской задержки) относительного перемещения центров рассеяния объекта и преобразователя.Maximizing C with respect to ζ 1ο , as described by equation (17), introduces delay corrections both for the delay time of nonlinear propagation and for the average Doppler delay time caused by the displacement of the object / transducer in the time interval T 1 . The reason for this is that the summing filter described by equations (17) and (18) has a slow time response with a maximum at ω = 0, and a maximum of 11 is achieved when all the linear energy is shifted and centered around ω = 0. When using a slow-speed low-pass filter with a flat response near ω = 0 and strong attenuation near ω-ρΓΓ / 2, a maximum of 11 can be obtained at which there are only non-linear propagation delays, and the linearly scattered energy of lines 602 and 603 is shifted into the transmission band of the filter , without adjustments for Doppler delay. However, such a filter is difficult to perform with a limited number of slow time pulses used for each radial line of the image, and, therefore, the roughest estimate can be obtained using a low-pass filter with a pronounced maximum at ω = 0. The delay correction estimate then will be the total propagation delay as the sum of the nonlinear propagation delay and the average Doppler shift delays (i.e., Doppler delay) of the relative displacement of the scattering centers of the object and the transducer.

Как было отмечено в связи с уравнением (17), можно определить К-1 задержек нелинейного распространения, т. е. на одно меньше, чем число сигналов. С тремя сигналами или более чем с тремя сигналами точное определение коррекций задержки для сигнала, смоделированного уравнениями (11)-(13), и фильтра с максимальным частотным откликом при ω=0 дает коррекции задержки, свободные от ошибок, как полные задержки распространения, которые являются суммой задержек нелинейного распространения и допплеровских задержек тк(1) = (-1)4(() + = (-1)4(() + кта (23) где та=2уг(1)ТргГ/с представляет собой допплеровскую задержку смещения из-за радиального смещения уг(1)ТргГ центра рассеяния между излученными группами импульсов.As noted in connection with equation (17), it is possible to determine the K-1 delays of nonlinear propagation, i.e., one less than the number of signals. With three signals or with more than three signals, the exact definition of delay corrections for the signal modeled by Eqs. (11) - (13) and the filter with the maximum frequency response at ω = 0 gives delay corrections free of errors, like total propagation delays, which are the sum of the nonlinear propagation delays and the Doppler delays to t (1) = (-1) 4 (() + = (-1) 4 (() + kT a (23) where m and z = 2y (1) T HGR / c is the Doppler delay of the bias due to the radial bias at r (1) T prh of the scattering center between the emitted groups and pulses.

Допплеровский фазовый сдвиг и допплеровская частота могут быть найдены изDoppler phase shift and Doppler frequency can be found from

а) 0л(() = -^1(^(()+^-6())/2 = —(2к - 1Ц1Т-й/2a) 0l (() = - ^ 1 (^ (() + ^ - 6 ()) / 2 = - (2к - 1Ц1Т- й / 2

б) = {0л(() — Фа,к-1(В}/Трг/ = = — 2Ш11>Д()/сb) = {0l (() - Фа, к-1 (В} / Тр / = = - 2Ш11> Д () / с

Эта допплеровская оценка интересна при определении радиального смещения (из фазы в уравнении (24а)) и скорости (из угловой частоты в уравнении (24Ь)) объектов, например миокарда, а также радиальной деформации смещения и скорости деформации в качестве радиального градиента радиального смещения и скоростей центров рассеяния. Для определения допплеровских сдвигов центров рассеяния в шуме помех, как кровь или другие текучие среды, можно сначала использовать фильтр подавления помех верхних частот перед допплеровскими коррекциями, как описано в отношении фиг. 12 и известно из уровня техники. Определение деформации смещения центров рассеяния вдоль радиального направления пучка может быть получено из производной фцк(О по быстрому времени. Аналогично можно получить оценку радиальной скорости деформации центров рассеяния из производной фцк(О по быстрому времени.This Doppler estimate is interesting in determining the radial displacement (from the phase in equation (24a)) and the speed (from the angular frequency in equation (24b)) of objects, for example, the myocardium, as well as the radial displacement of displacement and the strain rate as the radial gradient of radial displacement and velocities scattering centers. To determine the Doppler shifts of scattering centers in interference noise, like blood or other fluids, you can first use a high-pass filter to suppress the high frequencies before Doppler corrections, as described with respect to FIG. 12 and is known in the art. The determination of the displacement deformation of the scattering centers along the radial direction of the beam can be obtained from the derivative of fck (0 with respect to fast time. Similarly, we can estimate the radial strain rate of the deformation of scattering centers from the derivative of fck (0 with respect to fast time).

- 21 014167- 21 014167

Задержку нелинейного распространения находят как τ(ί) = {^(ί) _ (ί) }/2{—1)* -(25)The nonlinear propagation delay is found as τ (ί) = {^ (ί) _ (ί)} / 2 {—1) * - (25)

Поскольку определение т содержит ошибки, можно уменьшить ошибку определения путем усреднения уравнений (24) и (25) по нескольким соседним значениям к. При поперечном перемещении центров рассеяния или при быстром механическом качании акустического пучка может иметь место характерное изменение г;,к от к благодаря обмену структур объекта в пучке от импульса к импульсу, причем для усреднения следует ограничить число (к) импульсов.Since the definition of t 1k contains errors, an error determination can be reduced by averaging the equations (24) and (25) for several adjacent values of k. When a transverse displacement of the scattering centers or with rapid mechanical swing acoustic beam may be a characteristic change ;, r k from to due to the exchange of the structure of the object in the beam from pulse to pulse, and for averaging it is necessary to limit the number (k) of pulses.

Поскольку р0(г) может быть определено из предварительных измерений благодаря низкому поглощению низкочастотного импульса, из задержек нелинейного распространения можно определить первый численный нелинейный параметр изображения, представляющий собой свойства нелинейного прямого распространения в материале. Инкремент в коррекциях задержки между соседними интервалами Т1 представляет собой параметр нелинейного прямого распространения, который может быть записан в виде Τι = ~1.,к П—1,к ~ βηια^ιαΡο^ (26) где βηια и к представляют собой пространственные средние по диапазонному интервалу, соответствующему Т;; а р01к - средняя амплитуда низкочастотной компоненты в том же диапазонном интервале, соответствующая излученному импульсу с номером к.Since p 0 (r) can be determined from preliminary measurements due to the low absorption of the low-frequency pulse, the first numerical non-linear image parameter representing the properties of non-linear direct propagation in the material can be determined from the non-linear propagation delays. The increment in the delay corrections between adjacent intervals T 1 represents a nonlinear forward propagation parameter which may be recorded as Τι = ~ 1., a n-1, k ~ βηια ^ ιαΡο ^ (26) where β ηια and 1a are spatial averages over the range interval corresponding to T ; ; and p 01k is the average amplitude of the low-frequency component in the same range interval, corresponding to the emitted pulse with number k.

Первый численный нелинейный параметр/сигнал изображения (параметр изображения нелинейного распространения) затем получают из уравнения (26) какThe first numerical non-linear parameter / image signal (non-linear propagation image parameter) is then obtained from equation (26) as

Второй сигнал изображения, который используют для построения изображений в соответствии с изобретением, представляет собой огибающую апс(г) нелинейно рассеянного сигнала х||с(2г/с) в уравнении (19). Эта огибающая соотносится с параметрами нелинейного рассеяния материала как й„е(г) = Епу{гпс(2г/е)} ~ ^2Ц.(г)ро(г)С(г)ехр { - 2/, ά8μ{8)} (28) где νη(τ) - полоса пропускания, фильтрованная около 2к1, как обсуждалось в связи с уравнениями (2) и (9), и усредненная в поперечном направлении вместе с амплитудой р0 низкочастотного импульса поперек профиля высокочастотного пучка для диапазона г.The second image signal, which is used to construct images in accordance with the invention, is the envelope a ps (g) of the nonlinearly scattered signal x || s (2g / s) in equation (19). This envelope is correlated with the nonlinear scattering parameters of the material as „ e (r) = Epu {r ps (2r / e)} ~ 2 C (r) ro (r) C (r) exp {- 2 /, ά 8 μ { 8 )} (28) where ν η (τ) is the passband filtered about 2 k 1 , as discussed in connection with equations (2) and (9), and averaged in the transverse direction along with the amplitude p 0 of the low-frequency pulse across high-frequency beam profile for the g-band

Экспоненциальный член описывает ослабление поглощения высокочастотного акустического импульса в объекте и компенсируется регулируемой пользователем компенсацией С(т) усиления времени/глубины в акустическом устройстве.The exponential term describes the attenuation of the absorption of a high-frequency acoustic pulse in an object and is compensated by a user-adjustable compensation C (t) for time / depth amplification in the acoustic device.

Поглощающий множитель может быть найден путем сравнения апс(г) с огибающей 3-го сигнала изображения, линейно рассеянного сигнала, /|с(1) в уравнении (17) после коррекций задержки, которая соотносится с параметрами линейного рассеяния и акустического поглощения в объекте какThe absorption factor can be found by comparing a ps (g) with the envelope of the 3rd image signal, a linearly scattered signal, / | c (1) in equation (17) after corrections for the delay, which correlates with the parameters of linear scattering and acoustic absorption in the object as

где \'|(г) - полоса пропускания, фильтрованная около 2к1 и усредненная в поперечном направлении поперек профиля высокочастотного пучка для диапазона г, как обсуждалось выше.where \ '| (r) is the passband filtered about 2 k1 and averaged in the transverse direction across the high-frequency beam profile for the r-band, as discussed above.

Когда р0(г) известно, например, путем вычислений или измерений, как было описано выше, можно объединить сигналы в уравнениях (28) и (29), чтобы получить 2-й численный нелинейный параметр/сигнал изображения, численный параметр/сигнал нелинейного рассеяния объекта как , ч «ПС(г) Уп{г) П3 а(г)ро(т) ц(г)When p 0 (g) is known, for example, by calculation or measurement, as described above, you can combine the signals in equations (28) and (29) to obtain the 2nd numerical non-linear parameter / image signal, numerical parameter / signal non-linear scattering object as h 'PS (z) Y f {z) P3 and 1c (r) ro (t) y (t)

Откорректированный временной сдвиг содержит тогда информацию распространения о величине вп1ак, усредненной по локальному интервалу Т1, тогда как сигнал х||с(1) нелинейного рассеяния содержит информацию о локальных, пространственных флуктуациях величины βη« в интервале Т1. Можно также использовать интерполированные значения т вдоль быстрого времени до тк(1), с учетом того, что уравнения (26) и (27) представляют собой производную вдоль выборок быстрого времени для получения более гладкого варианта пр(1) нелинейного параметра пр, изображения. Аналогично, значения пр, можно приписать точкам внутри интервалов Т; и интерполировать значения между этими точками для построения изображения аналогично, как описано выше для интерполяции задержки распространения.The corrected time shift then contains propagation information about the value in n1a to 1a averaged over the local interval T 1 , while the signal x || c (1) of nonlinear scattering contains information about local, spatial fluctuations of β η «in the interval T 1 . You can also use the interpolated values of t 1k along the fast time to t k (1), taking into account the fact that equations (26) and (27) are the derivatives along the fast time samples to obtain a smoother version pr (1) of the nonlinear parameter pr, Images. Similarly, the values of pr, can be assigned to points inside the intervals T; and interpolating the values between these points to build the image in the same way as described above for interpolating the propagation delay.

Способы снижения реверберации импульса, как описано в связи с фиг. 2 и уравнением (14), полезны совместно со способами определения коррекций для аберрации волнового фронта, например, как описано в патентах США № 6485423, 6905465 и заявки на патент США № 10/894387, для снижения негативного влияния шума реверберации на определение коррекции аберрации. Для коррекции аберрации можно использовать решетку акустических преобразователей с двумерным распределением элементов, при этом коррекции применяют к сигналу каждого элемента перед окончательным суммированием в формирователе пучка либо во многих случаях можно объединить сигналы от соседних элементов в сигMethods for reducing pulse reverb, as described in connection with FIG. 2 and Equation (14) are useful in conjunction with methods for determining corrections for wavefront aberration, for example, as described in US Pat. Nos. 6,485,423, 6905465 and US Patent Application No. 10/894387, to reduce the negative impact of reverb noise on determining an aberration correction. To correct aberration, you can use an array of acoustic transducers with a two-dimensional distribution of elements, while corrections are applied to the signal of each element before final summing in the beam former, or in many cases, signals from neighboring elements can be combined into a signal

- 22 014167 налы субапертуры, в которых коррекции аберрации применены к сигналам субапертуры перед окончательным суммированием пучка, а не непосредственно к сигналам отдельных элементов. Наилучшие результаты в определении коррекций аберрации получают, когда подавление шума реверберации импульса применяют ко всем сигналам элемента (или субапертуры) перед определением коррекций аберрации, причем это подавление может быть также применено к суммированному сигналу пучка, поскольку влияния ревербераций импульса снижены при корреляции между сигналами элементов и суммированным сигналом пучка, как описано в указанных выше патентах.- 22 014167 subaperture channels, in which aberration corrections are applied to the subaperture signals before the final beam summation, and not directly to the signals of individual elements. The best results in determining aberration corrections are obtained when the noise reverberation noise suppression is applied to all element (or subaperture) signals before the aberration corrections are determined, and this suppression can also be applied to the summed beam signal, since the effects of pulse reverberations are reduced by correlation between element signals and the summed beam signal, as described in the above patents.

Представляя пространственное изменение акустической скорости распространения в виде с(г)=с0+Дс(г), где с0 - постоянная скорость распространения, принятая ~1,54 мм-мкс при расчете задержек формирователя пучка согласно предположению однородного материала, можно аппроксимировать задержку аберрации волнового фронта как (31) где г - вектор положения элемента на поверхности решетки, фактического элемента или субапертуры;Representing the spatial change in the acoustic propagation velocity in the form с (г) = с 0 + Дс (г), where с 0 is the constant propagation velocity adopted by ~ 1.54 mm-μs when calculating the delays of the beam former according to the assumption of a homogeneous material, we can approximate the delay of the wavefront aberration as (31) where r is the position vector of the element on the surface of the lattice, the actual element or subaperture;

гГ - вектор положения фокуса пучка иr G - the position vector of the focus of the beam and

Г(г, гГ) - путь луча от центра г элемента до фокуса гГ.Г (г, г Г ) - the path of the beam from the center of the r element to the focus of r Г.

Для корректировки аберраций волнового фронта для элементов, расположенных в г, следует организовать задержку излученных импульсов для излученного пучка и принятых сигналов для принятого пучка с коррекцией задержки тсог(г)=-таЬ(г), как описано в патенте США № 6485423.To correct wavefront aberrations for elements arranged in grams, should be organized delay emitted pulses to the emitted beam and the received signals to the received beam with the correction delay T wr (r) = - t ab (g) as described in U.S. Patent № 6,485,423.

Существует сильная корреляция между изменениями плотности и коэффициента сжатия в разных материалах, что согласно уравнению (3) также говорит о корреляции между изменениями в коэффициенте сжатия и в скорости распространения как ~ — 0с(ург(т) — ΤΐρανΑ (32)There is a strong correlation between changes in density and compression coefficient in different materials, which according to equation (3) also indicates a correlation between changes in compression coefficient and propagation velocity as ~ - 0s (ur g (t) - Τΐρ αν Α (32)

Со где вс - коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально, причем следует заметить, что впака=пр - численный параметр нелинейного распространения в уравнении (27), который теперь определен для каждого сигнала элемента или субапертуры, в зависимости от положения г на поверхности решетки.Where in c is the proportionality coefficient determined experimentally, and it should be noted that in pa a = pr is the numerical parameter of nonlinear propagation in equation (27), which is now determined for each signal of an element or subaperture, depending on the position of r on the surface lattice.

Параметры βη0κ0 и прауд - пространственно усредненные параметры для всех элементов и интервалов задержки. Подставляя это выражение в уравнение (31), получаем приблизительную оценку для коррекций аберрации в видеThe parameters β η0κ0 and pr aud are spatially averaged parameters for all elements and delay intervals. Substituting this expression into equation (31), we obtain an approximate estimate for aberration corrections in the form

Таб(г) у Σ т*(«я(с) - прая) (33) где последняя сумма независима от г.Table (d) in Σ t * ( "I (c) - etc. A" s) (33) where the latter is independent of the amount of

Эта оценка также может быть использована как начальная оценка для процедур, описанных в приведенных выше патентах и заявках на патент.This assessment can also be used as an initial assessment for the procedures described in the above patents and patent applications.

Изменение пр1(г) с г главным образом возникает из-за распространения через стенку тела, и, поскольку именно изменения параметра таЬ(г) с положением элемента или субапертуры в г создают аберрации, можно получить хорошие результаты путем суммирования для интервалов ί в уравнении (33) лишь слегка за стенку тела. В этой области близкого поля можно создать такое низкочастотное поле, что р0(§) приблизительно постоянно в стенке тела для каждого элемента, так что этот член можно вынести за пределы интеграла для т(г) в уравнении (10). Таким образом, видно, что можно сопоставить задержки коррекции аберрации непосредственно с задержками нелинейного распространения за стенкой тела и вычесть пространственно усредненное значение т(г), т.е. τ3νκ, по всем элементам, а именно (34) т(г) = - /ГЬДб) ^^^ηα(ί)κοα(3)ρο(5) где рауд(г) - пространственно усредненное значение низкочастотного поля р0(§) вдоль пути распространения Г(г, Кь), начиная от положения ^элемента через стенку тела толщиной Кь.The change in pr 1 (r) with r mainly arises due to propagation through the wall of the body, and since it is the changes in the parameter m b (r) with the position of the element or subaperture in r that create aberrations, good results can be obtained by summing for the intervals ί in equation (33) only slightly beyond the wall of the body. In this region of a near field, one can create such a low-frequency field that p 0 (§) is approximately constant in the body wall for each element, so that this term can be taken outside the integral for m (r) in equation (10). Thus, it can be seen that it is possible to compare the delays of correction of aberration directly with the delays of nonlinear propagation behind the wall of the body and subtract the spatially averaged value of m (r), i.e. τ 3νκ , for all elements, namely (34) m (r) = - / ГДДб) ^^^ ηα (ί) κοα (3) ρ ο (5) where p aud (r) is the spatially averaged value of the low-frequency field p 0 (§) along the propagation path T (r, Kb ), starting from the position of the element through the body wall of thickness Kb

Как отмечено выше, задержки нелинейного распространения с помощью второго способа могут быть определены исходя из второй гармонической полосы принятых сигналов для уменьшения ошибок, вызванных шумом реверберации импульса. В третьем и четвертом способах, представленных ниже, в соответствии с изобретением шума реверберации импульса избегают непосредственно при обработке сигналов, тогда как в практических случаях использование второй гармонической полосы улучшает точность с помощью этих способов.As noted above, non-linear propagation delays using the second method can be determined from the second harmonic band of the received signals to reduce errors caused by pulse reverb noise. In the third and fourth methods presented below, in accordance with the invention, the noise of the reverberation of the pulse is avoided directly in the processing of signals, while in practical cases, the use of the second harmonic band improves accuracy using these methods.

Из уравнения (8) видно, что из производной центральной частоты принятого высокочастотного сигнала можно оценить локальный коэффициент поглощения а(г) как функцию диапазона г. Однако при отсутствии сжатия импульса скольжение частоты вниз может привести к тому, что преобразователь приемника будет ограничивать ширину полосы принимаемого сигнала. Следовательно, путем использованияFrom equation (8) it can be seen that from the derivative of the central frequency of the received high-frequency signal, one can estimate the local absorption coefficient a (g) as a function of the range of r. However, in the absence of pulse compression, sliding the frequency down can cause the receiver converter to limit the bandwidth of the received signal. Therefore, by using

- 23 014167 сжатия импульса в уравнении (7) так, что оно компенсирует скольжение частоты вниз из-за поглощения, можно поместить принимаемый сигнал в середину полосы преобразователя приемника, чтобы избежать отсечки ширины полосы сигнала снизу из-за ограничений полосы преобразователя приемника, обеспечивая возможность определения локального поглощения мощности из измерений принятой центральной частоты высокочастотного сигнала и задержек т(г) нелинейного распространения, как определено в уравнении (10). Параметр т(г) оценивают, например, согласно второму способу, описанному выше, или согласно третьему или четвертому способам, описанным ниже, в дополнение к излучению группы импульсов, как на фиг. 1, где высокочастотный импульс помещают вблизи максимального пространственного градиента низкочастотного импульса.- 23 014167 pulse compression in equation (7) so that it compensates for the frequency glide down due to absorption, you can put the received signal in the middle of the receiver transducer band to avoid clipping the signal bandwidth from below due to the limitations of the receiver transducer band, making it possible determining local power absorption from measurements of the received center frequency of the high-frequency signal and non-linear propagation delays m (g), as defined in equation (10). The parameter m (r) is evaluated, for example, according to the second method described above, or according to the third or fourth methods described below, in addition to emitting a group of pulses, as in FIG. 1, where the high-frequency pulse is placed near the maximum spatial gradient of the low-frequency pulse.

Со ссылкой на обсуждение в связи с уравнениями (7) и (8) в этом последнем случае получаем сжатие длины высокочастотного импульса, равное 6λι=-βηί1κ000^0λι0ρο(Γ)/ρ006Γ на расстоянии распространения бг, где р0(г) - локальная амплитуда низкочастотного импульса, включая изменения, связанные со сходимостью/расходимостью пучка и небольшим поглощением; р00 и к00 - соответственно амплитуда и волновое число низкочастотного импульса на поверхности решетки; а λ10 - высокочастотная длина волны на поверхности решетки. Принятая центральная частота высокочастотного сигнала соотносится с длиной волны как Γ1(Γ)=ο1(Γ), что даетWith reference to the discussion in connection with equations (7) and (8) in this latter case, we obtain a compression of the high-frequency pulse length equal to 6λι = -β ηί1 κ 000 ^ 0 λι 0 ρο (Γ) / ρ 00 6 Γ at a distance propagation bg, where p 0 (r) is the local amplitude of the low-frequency pulse, including changes associated with the convergence / divergence of the beam and a small absorption; p 00 and k 00 , respectively, the amplitude and wave number of the low-frequency pulse on the surface of the grating; and λ 10 is the high-frequency wavelength on the surface of the lattice. The received center frequency of the high-frequency signal is related to the wavelength as Γ 1 (Γ) = ο / λ 1 (Γ), which gives

6£1=-£12/^α6λ1-0,36Β12(Γ)α(Γ)6Γ=βηαΚ0α^0λ10ρ0(Γ)Γ126Γ/^ΕΙ-0,36Β12(Γ)α(Γ)6Γ.6 £ 1 = - £ 1 2 / ^ α6λ1-0.36Β1 2 (Γ) α (Γ) 6Γ = βηαΚ0α ^ 0λ10ρ0 (Γ) Γ1 2 6Γ / ^ ΕΙ -0.36Β1 2 (Γ) α (Γ) 6Γ .

Ширина полосы импульса соотносится к длине А импульса как В1=с/К.1. Согласно рассуждениям, приведенным выше, длина импульса сжимается на расстоянии бг распространения какPulse width strip corresponds to the length of pulse A with B1 = 0a /K.1. According to the reasoning given above, the pulse length is compressed at a distance bg of propagation as

6Η·-βι.:κ ,:ρ к.Н-ρ (Γ)/ρ бг, где Κι0 - длина импульса на поверхности решетки.6Η-βι. : Κ,: ρ KN-ρ (Γ) / ρ bg where Κι 0 - pulse length on the array surface.

Преобразование вниз по частоте из-за поглощения сохраняет ширину полосы сигнала и даетDown-conversion due to absorption preserves the signal bandwidth and gives

6Β -Β /с ,:б1В β к ρ к .к ρ (ιίΒ ' бг/с .6Β -Β / s: b1V to β ρ to .k ρ (ιίΒ 'Bg / s.

В результате этого анализа получаем следующие дифференциальные уравнения для ί и ΒιAs a result of this analysis, we obtain the following differential equations for ί and Βι

а) = Λ«α«οα*(»λιΟρο(·τ)^ - 0,36В^(г)а(г) = Р^оаРоокаоК1оРо(г)^ (35)a) = Λ α α α * (λ λι Ο ρο (· τ) ^ - 0.36 B ^ (g) a (g) = P ^ oaRoocaoK1oPo (g) ^ (35)

Уравнение (35) может быть проинтегрировано непосредственно, что позволяет определить локальный коэффициент поглощения из измеренной задержки т(г) нелинейного распространения, его градиент и градиент центральной высокой частоты ί (г) какEquation (35) can be integrated directly, which allows one to determine the local absorption coefficient from the measured delay t (g) of nonlinear propagation, its gradient and the gradient of the central high frequency ί (g) as

где т(г) дано в уравнении (10);where m (r) is given in equation (10);

61/61-=^(1-)^(1-^0(1-)/^(1-) и К10В10=сОв(0) и к с ,:(0) ω , центральной угловой частоты низкочастотного импульса.61/61 - = (1 -) ^ (1- ^ 0 (1 -) / ^ (1) and with K10V10 = Ov (0) and c (0) ω, the angular frequency of the central low-frequency pulse.

Путем регулировки амплитуды низкочастотного импульса можно избежать модуляции принятого высокочастотного сигнала краями высокочастотной приемной полосы так, что уравнение (35Ь) выполняется, что позволяет его интегрирование в уравнение (36Ь), что, в свою очередь, позволяет определить а(г) из уравнений (35а) и (36а).By adjusting the amplitude of the low-frequency pulse, one can avoid modulating the received high-frequency signal by the edges of the high-frequency receiving band so that equation (35b) is satisfied, which allows its integration into equation (36b), which, in turn, allows one to determine a (d) from equations (35a) ) and (36a).

Нелинейный параметр βη становится очень мал для твердых материалов, как и коэффициент сжатия к. Таким образом, в частности, на границах между мягкими и более твердыми материалами, например тканями с высокой плотностью соединительных волокнистых молекул, кальцификациями или другими материалами с высокой плотностью, нелинейное рассеяние становится очень сильным. Аналогично получают сильное нелинейное рассеяние на границах в более мягкие материалы, такие как жир, пенистые клетки, и особенно микропузырьки газа в ткани, где нелинейное рассеяние еще больше усиливается, как описано ниже. Это же верно и для границы между твердой горной породой и текучей средой или газом в геологических структурах, плавательным пузырем у рыб или легких у морских животных в воде, мин в земле или на мягком дне моря и т. д. Нелинейное изображение усиливает, следовательно, визуализацию таких структур. Изобретение, таким образом, полезно для визуализации микрокальцификаций в мягкой ткани, например для построения изображений опухолей в грудной железе и других тканях или атеросклеротической бляшки, которые трудно наблюдать с помощью существующих акустических способов построения изображения. Кроме того, при менее резких изменениях в коэффициенте сжатия материала, а именно когда податливость уменьшается с ростом соединительной ткани или когда податливость увеличивается с ростом жировых или пенистых клеток, нелинейные параметры, определенные этими способами, дают увеличенный контраст изображения для изменений в ткани по сравнению с существующими способами построения изображений. Параметры изображения, представленные в уравнениях (27) и (30), позволяют получить численные оценки изменений в ткани.The non-linear parameter β η becomes very small for solid materials, as does the compression coefficient k. Thus, in particular, at the boundaries between soft and harder materials, for example, fabrics with a high density of connective fibrous molecules, calcifications or other materials with a high density, non-linear scattering becomes very strong. Similarly, strong nonlinear scattering at the boundaries is obtained into softer materials, such as fat, foam cells, and especially microbubbles of gas in the tissue, where nonlinear scattering is further enhanced, as described below. The same is true for the boundary between solid rock and fluid or gas in geological structures, swimming bladder in fish or lungs in marine animals in water, mines in the ground or on the soft bottom of the sea, etc. Non-linear image enhances, therefore, visualization of such structures. The invention is thus useful for visualizing microcalcifications in soft tissue, for example, for imaging tumors in the mammary gland and other tissues or atherosclerotic plaques that are difficult to observe using existing acoustic imaging methods. In addition, with less dramatic changes in the compression ratio of the material, namely, when compliance decreases with the growth of connective tissue or when compliance increases with the growth of fat or foam cells, non-linear parameters determined by these methods give an increased image contrast for changes in tissue compared to existing methods of building images. Image parameters presented in equations (27) and (30) allow us to obtain numerical estimates of changes in tissue.

- 24 014167- 24 014167

Для пузырьков газа, которые либо естественным образом присутствуют в объекте в виде углеводородов, или декомпрессионные пузырьки при погружении, либо вводятся в объект в виде ультразвукового контрастного вещества, динамика их рассеяния описывается дифференциальным уравнением, которое дает резонансное рассеяние с зависящим от частоты запаздыванием по фазе между падающей и рассеянной волной, совершенно противоположно рассеянию от текучей среды или твердых объектов, где изменение запаздывания по фазе с частотой очень мало. Низкочастотный импульс управляет диаметром микропузырьков (малый диаметр при положительном р0 и большой диаметр при отрицательном р0), а следовательно, и резонансной частотой микропузырька. Это, в свою очередь, управляет запаздыванием по фазе рассеянного сигнала для высокочастотного импульса в дополнение к амплитуде рассеянного сигнала. Управление особенно сильно для высокочастотных импульсов вблизи резонансной частоты микропузырьков, как описано в заявке на патент США № 10/851820, поданной 21 мая 2004 г.For gas bubbles that are either naturally present in the object in the form of hydrocarbons, or decompression bubbles when immersed, or are introduced into the object in the form of an ultrasonic contrast medium, the dynamics of their scattering is described by a differential equation that gives resonance scattering with a frequency-dependent phase delay between an incident and scattered wave is completely opposite to scattering from a fluid or solid objects, where the change in phase delay with frequency is very small. A low-frequency pulse controls the diameter of the microbubbles (small diameter with positive p0 and large diameter with negative p0), and therefore the resonant frequency of the microbubble. This, in turn, controls the phase delay of the scattered signal for the high frequency pulse in addition to the amplitude of the scattered signal. The control is especially strong for high-frequency pulses near the resonant frequency of the microbubbles, as described in US patent application No. 10/851820, filed May 21, 2004

Скорректированный нелинейный сигнал ζηο(ΐ), например, в соответствии с уравнением (19) будет содержать почти всю высокочастотную рассеянную мощность от пузырьков - контрастного вещества (как линейные, так и нелинейные компоненты). Для рассеивающего объекта, который содержит микропузырьки газа, настоящее изобретение, таким образом, значительно увеличивает ΟΝΚ (отношение контраста к шуму) по сравнению с существующими способами построения изображений таких пузырьков путем выделения почти всей рассеянной мощности высокочастотного сигнала из микропузырьков (в особенности сильные линейные компоненты, а не только нелинейные компоненты). Коррекции для переключения низкочастотным импульсом задержек нелинейного распространения обеспечивают подавление линейно рассеянной мощности от объекта, приводя к большому СОК (отношение контраста к объекту). Способ, таким образом, разделяет эффекты нелинейного прямого распространения и локального нелинейного рассеяния и использует локальное управление изменением частотой фазы рассеянного от пузырьков газа сигнала для получения сильного локального сигнала от пузырьков газа с сильным подавлением локального сигнала от объекта.The corrected non-linear signal ζ ηο (ΐ), for example, in accordance with equation (19) will contain almost all of the high-frequency dissipated power from the bubbles - contrast medium (both linear and non-linear components). For a scattering object that contains gas microbubbles, the present invention thus significantly increases ΟΝΚ (contrast to noise ratio) compared to existing methods for imaging such bubbles by extracting almost all of the scattered power of the high-frequency signal from the microbubbles (especially strong linear components, not just nonlinear components). Corrections for switching non-linear propagation delays by a low-frequency pulse provide suppression of linearly dissipated power from the object, resulting in a large RNS (contrast to object ratio). The method thus separates the effects of nonlinear direct propagation and local nonlinear scattering and uses local control of the change in the phase frequency of the signal scattered from the gas bubbles to obtain a strong local signal from gas bubbles with strong suppression of the local signal from the object.

Это отличается от существующих способов построения изображений при помощи контрастных веществ, в которых нелинейное распространение приводит к накапливаемому влиянию на прямо распространяющийся импульс, которое, к тому же, усиливает линейное рассеяние от ткани в процессе детектирования так, что этот линейный сигнал от ткани маскирует сигнал от микропузырьков (а также и нелинейно рассеянный сигнал от ткани). Аналогичные эффекты имеют место при детектировании пузырьков газа за облаком пузырьков газа в геологических структурах и объектов за стаей рыб с плавательными пузырями или морских животных с легкими.This differs from existing methods of imaging using contrast agents, in which nonlinear propagation leads to a cumulative effect on the directly propagating pulse, which, in addition, enhances linear scattering from the tissue during the detection process so that this linear signal from the fabric masks the signal from microbubbles (as well as a nonlinearly scattered signal from the tissue). Similar effects occur when gas bubbles are detected behind a cloud of gas bubbles in geological structures and objects behind a school of fish with swimming bladders or marine animals with lungs.

Когда импульс проходит сквозь облако пузырьков газа (также сквозь плавательные пузыри), в них создается увеличенное, накапливаемое запаздывание нелинейного распространения для прямо распространяющегося импульса, а также нелинейное изменение в амплитуде импульса, явление, которое подчеркивает необходимость корректировки задержек нелинейного распространения и изменений в амплитуде импульса для получения хорошего подавления линейно рассеянного сигнала от объекта вне облака. Настоящее изобретение, таким образом, имеет явное преимущество перед известными способами построения изображения с помощью микропузырьков. Например, в гармоническом способе построения изображений увеличенное, накапливаемое гармоническое искажение для импульса, что проходит через облако микропузырьков, проявляет себя как сильные гармонические компоненты в линейном рассеянии от ткани вне облака. Это, например, может привести к сильному гармоническому рассеянию от миокарда для импульса, который прошел через облако контрастного вещества в желудочке сердца, маскируя рассеянный сигнал от контрастного вещества - микропузырьков в миокарде. Этот эффект может ошибочно указать на кровообращение в области миокарда с очень низкой перфузией или с ее отсутствием, а также указывать на газ в геологической структуре без газа. С помощью настоящего способа для рассеяния от миокарда за облаком исключают влияние облака микропузырьков в желудочке сердца на прямо распространяющийся импульс путем коррекции задержек нелинейного распространения. Изобретение разделяет локальное нелинейное рассеяние и накапливаемый эффект нелинейного прямого распространения и, следовательно, препятствует тому, что измерение локального нелинейного рассеяния приведет к таким ошибочным указаниям на отсутствие микропузырьков в миокарде.When a pulse passes through a cloud of gas bubbles (also through swimming bubbles), they create an increased, cumulative non-linear propagation delay for a directly propagating pulse, as well as a non-linear change in the pulse amplitude, a phenomenon that emphasizes the need to adjust non-linear propagation delays and changes in the pulse amplitude to get a good suppression of a linearly scattered signal from an object outside the cloud. The present invention, therefore, has a distinct advantage over the known microbubble imaging methods. For example, in the harmonic imaging method, the increased, cumulative harmonic distortion for the pulse that passes through the cloud of microbubbles manifests itself as strong harmonic components in linear scattering from tissue outside the cloud. This, for example, can lead to strong harmonic scattering from the myocardium for an impulse that passed through a cloud of contrast medium in the ventricle of the heart, masking the scattered signal from the contrast medium - micro bubbles in the myocardium. This effect may erroneously indicate blood circulation in the myocardial region with very low perfusion or with its absence, and also indicate gas in the geological structure without gas. Using the present method for scattering from the myocardium behind a cloud, the influence of a cloud of microbubbles in the ventricle of the heart on a directly propagating pulse is eliminated by correcting non-linear propagation delays. The invention distinguishes between local nonlinear scattering and the cumulative effect of nonlinear direct propagation and therefore prevents the measurement of local nonlinear scattering from leading to such erroneous indications of the absence of microbubbles in the myocardium.

Относительно нелинейных гармонических способов построения изображений настоящее изобретение может использовать более широкополосный излучаемый импульс, и, следовательно, можно достичь более высокой разрешающей способности диапазона изображения. Кроме того, могут быть использованы более высокие частоты для построения изображений, в результате чего наблюдается значительное увеличение разрешения по сравнению с другими способами построения изображений пузырьков газа как в направлении диапазона, так и в поперечном направлении. Режим работы настоящего изобретения менее чувствителен к амплитуде импульсов, использующихся для построения изображений, по сравнению с гармоническими способами построения изображений. Вместе с указанным подавлением принятого линейно рассеянного сигнала с результирующим увеличением СОК это облегчает неразрушающее детектирование и построение изображений с высоким разрешением отдельных пузырьков - контрастного вещества с низким механическим индексом (МИ).With respect to non-linear harmonic imaging methods, the present invention can use a wider radiated pulse, and therefore, a higher resolution of the image range can be achieved. In addition, higher frequencies can be used for imaging, resulting in a significant increase in resolution compared to other methods of imaging gas bubbles both in the range direction and in the transverse direction. The mode of operation of the present invention is less sensitive to the amplitude of the pulses used for imaging, compared with harmonic imaging methods. Together with the indicated suppression of the received linearly scattered signal with the resulting increase in RNS, this facilitates the non-destructive detection and construction of high-resolution images of individual bubbles — a contrast medium with a low mechanical index (MI).

- 25 014167- 25 014167

В медицинских применениях построение изображений повышенной чувствительности и высокого разрешения ультразвукового контрастного вещества имеет большую перспективу в получении изображений изменений в микрососудистой системе, например при неоангиогенезе или некрозе в опухолях или при сниженном кровообращении в миокарде, где были разработаны некоторые стандартные способы использования времени заполнения контрастным агентом. Численные параметры в уравнениях (27) и (30) дают количественную информацию о плотности контрастного вещества в ткани и, следовательно, обеспечивают улучшенные данные об относительном объеме микрососудистой системы. Способы также имеют применения в оценке относительного объема газа в геологических структурах, плотности и размерах рыбы с плавательным пузырем и морских животных с легкими. Путем разрушения контрастного вещества - пузырьков в некоторой области и измерения времени заполнения можно согласно известным правилам получить численные значения кровообращения в ткани. Построение изображений контрастного вещества высокой чувствительности и высокого разрешения также полезно, чтобы проследить за выделением лимфы для нахождения сигнальных лимфоузлов при хирургическом удалении опухолей.In medical applications, the construction of images of increased sensitivity and high resolution of an ultrasound contrast medium has a great prospect in obtaining images of changes in the microvascular system, for example, with neoangiogenesis or necrosis in tumors or with decreased blood circulation in the myocardium, where some standard methods have been developed for using the filling time with a contrast agent. The numerical parameters in equations (27) and (30) provide quantitative information about the density of the contrast medium in the tissue and, therefore, provide improved data on the relative volume of the microvascular system. The methods also have applications in estimating the relative volume of gas in geological structures, the density and size of fish with a swimming bladder and marine animals with lungs. By destroying the contrast agent - bubbles in a certain area and measuring the filling time, it is possible according to known rules to obtain numerical values of blood circulation in the tissue. Imaging of a contrast agent of high sensitivity and high resolution is also useful to track the allocation of lymph to find signal lymph nodes during surgical removal of tumors.

Поскольку уравнения (27) и (30) дают параметры изображения, которые не зависят от поглощения в объекте, можно использовать эти параметры объекта для характеризации объекта (например, содержание жира или соединительной ткани в мягкой ткани, содержание нефти, газа или воды в пористой горной породе или количество и размер рыбы или морских животных). Кроме того, можно определить локальные изменения скорости распространения с температурой, основываясь на экспериментах, для наблюдения за изменениями температуры ткани при термическом лечении больной ткани, например, посредством фокусированного ультразвука высокой мощности (ФУВМ) (НГЕИ), радиочастотной абляции или криохирургии. Температура может быть отслежена по изменениям в численных параметрах, а также по изменениям в скорости распространения, которые являются причиной времени запаздывания между обратно рассеянными сигналами от изображения к изображению по мере изменения температуры. Радиальные градиенты этого времени запаздывания и определяют локальную температуру.Since equations (27) and (30) give image parameters that are independent of absorption in the object, these parameters of the object can be used to characterize the object (for example, the content of fat or connective tissue in soft tissue, the content of oil, gas or water in a porous mountain breed or number and size of fish or marine animals). In addition, it is possible to determine local changes in the propagation velocity with temperature, based on experiments, to monitor changes in tissue temperature during thermal treatment of diseased tissue, for example, through focused high-power ultrasound (FUVM) (NGEI), radiofrequency ablation or cryosurgery. The temperature can be monitored by changes in the numerical parameters, as well as by changes in the propagation velocity, which cause the delay time between backscattered signals from image to image as the temperature changes. The radial gradients of this delay time determine the local temperature.

Поскольку низкочастотный импульс не влияет на локальное линейное рассеяние высокочастотного импульса, подразумевается, что изменения амплитуды, и/или фазы, и/или частоты низкочастотных компонентов в излучаемых импульсах, но не тех, что показаны на фиг. 3, могут привести к аналогичному результату в подавлении ревербераций импульса от ближнего источника для получения линейно рассеянного сигнала со сниженным шумом реверберации и в подавлении линейного обратного рассеяния для получения нелинейно рассеянного сигнала, как отмечено выше. Например, низкочастотная составляющая 2-го импульса на фиг. 3Ь может отсутствовать или высокочастотные импульсы не обязательно должны ехать точно на положительном гребне или отрицательной впадине низкочастотных импульсов. Эта универсальность важна, так как фаза между двумя частотными импульсами может возникать из-за дифракции или рассогласованности излучательных поверхностей решеток преобразователей, поскольку низкочастотные и высокочастотные компоненты меняются с расстоянием распространения вдоль пучка.Since the low-frequency pulse does not affect the local linear scattering of the high-frequency pulse, it is understood that changes in the amplitude and / or phase and / or frequency of the low-frequency components in the emitted pulses, but not those shown in FIG. 3 can lead to a similar result in suppressing reverberations of a pulse from a near source to produce a linearly scattered signal with reduced reverberation noise and in suppressing linear backscatter to produce a nonlinear scattered signal, as noted above. For example, the low frequency component of the 2nd pulse in FIG. 3b may be absent or high-frequency pulses do not have to travel exactly on the positive crest or negative cavity of the low-frequency pulses. This versatility is important, because the phase between two frequency pulses can occur due to diffraction or mismatch of the radiating surfaces of the transducer gratings, since the low-frequency and high-frequency components change with the propagation distance along the beam.

Низкочастотные и высокочастотные полосы излученных импульсов часто так широко отстоят друг от друга, что иногда предпочитают использовать разделенные решетки преобразователей для излучения двух полос импульса. Такие решетки могут быть выполнены в виде концентрических колец с разными резонансными частотами, в которых пучки от решеток автоматически перекрываются, или же решетки могут быть установлены бок о бок с пересечением пучков под острым углом.The low-frequency and high-frequency bands of emitted pulses are often so widely spaced from each other that they sometimes prefer to use separate transducer arrays to emit two pulse bands. Such gratings can be made in the form of concentric rings with different resonant frequencies, in which the beams from the gratings automatically overlap, or the gratings can be installed side by side with the intersection of the beams at an acute angle.

Когда используют две разные решетки для низкочастотных и высокочастотных компонентов с пучками, которые перекрываются под острым углом, фазовые соотношения между низкочастотными и высокочастотными импульсами могут иметь сильную пространственную зависимость, в зависимости от геометрического расположения и размеров поверхностей двух излучающих решеток. Иллюстративное расположение раздельных низкочастотных и высокочастотных решеток преобразователей, излучающих вдоль ζ-оси, в соответствии с изобретением показано на фиг. 8а, на котором номер позиции 801 обозначает высокочастотную решетку, а номер позиции 802 обозначает низкочастотную решетку, состоящую из двух частей на каждой стороне высокочастотной решетки. Чертеж может, например, показывать поперечное сечение линейного или криволинейного расположения решетки, где у-ось - вертикальная ось, перпендикулярная азимутальной плоскости сканирования, т.е. χ-ζ-плоскости, перпендикулярной ν-ζ-плоскости. Чертеж может также показывать поперечное сечение расположения кольцевой решетки с ζ-осью в качестве излучающей оси, где номер позиции 801 обозначает поперечное сечение высокочастотной кольцевой решетки, а номер позиции 802 обозначает поперечное сечение низкочастотного кольцевого элемента. Как линейное, так и кольцевое расположения проявляют разные задержки распространения для низкочастотных и высокочастотных решеток, которые следует должным образом принять во внимание при разработке решетки и обработки сигнала, чтобы использовать все преимущество основных физических эффектов, лежащих в основе изобретения.When two different gratings are used for low-frequency and high-frequency components with beams that overlap at an acute angle, the phase relations between low-frequency and high-frequency pulses can have a strong spatial dependence, depending on the geometrical location and surface sizes of two radiating gratings. An exemplary arrangement of separate low-frequency and high-frequency transducer arrays emitting along the ζ axis in accordance with the invention is shown in FIG. 8a, in which reference numeral 801 denotes a high frequency grating, and reference numeral 802 denotes a low frequency grating consisting of two parts on each side of the high frequency grating. The drawing may, for example, show a cross section of a linear or curvilinear arrangement of the lattice, where the y-axis is the vertical axis perpendicular to the azimuthal scanning plane, i.e. χ-ζ-plane perpendicular to the ν-ζ-plane. The drawing may also show a cross-section of the arrangement of the annular array with the ζ axis as the radiating axis, where reference numeral 801 denotes the cross section of the high-frequency annular array and reference numeral 802 indicates the cross-section of the low-frequency annular element. Both linear and circular arrangements exhibit different propagation delays for low-frequency and high-frequency gratings, which should be duly taken into account when designing the grating and signal processing in order to take full advantage of the basic physical effects underlying the invention.

Границы иллюстративного низкочастотного пучка показаны номером позиции 803, тогда как границы высокочастотного пучка показаны номером позиции 804. Следует отметить, что имеется ближняя зона 805 спереди решетки, где имеется ограниченное перекрывание между низкочастотным и высокочастотным пучками, приводя тем самым к особенно сильному подавлению стенкой тела ревербераций исходящего импульса, с помощью способов, описанных в связи с уравнениями (14) и (16) и фиг. 7.The boundaries of the illustrative low-frequency beam are shown by the position number 803, while the boundaries of the high-frequency beam are shown by the position number 804. It should be noted that there is a near zone 805 in front of the grating, where there is limited overlap between the low-frequency and high-frequency beams, thereby leading to particularly strong suppression of the reverberation by the wall of the body outgoing pulse, using the methods described in connection with equations (14) and (16) and FIG. 7.

- 26 014167 (37)- 26 014167 (37)

Также отметим, что расстояние распространения от низкочастотной решетки до центра рассеяния, находящегося вблизи ζ-оси, гораздо больше для низкочастотного импульса, чем для высокочастотного импульса, в зависимости от геометрических размеров низкочастотной и высокочастотной решеток. Аксиальное низкочастотное поле в точке 806 на оси ζ и с угловой частотой ω0=ο1<0 будет равноWe also note that the propagation distance from the low-frequency grating to the scattering center located near the ζ axis is much larger for a low-frequency pulse than for a high-frequency pulse, depending on the geometric dimensions of the low-frequency and high-frequency gratings. The axial low-frequency field at a point 806 on the ζ axis and with an angular frequency ω 0 = ο1 < 0 will be equal to

О- / Л η „ ηΐ(Ζ)Ειι — —--= йе-1*0 («ι.^^+^ν^)/25111^0)^»^ + дго(г))/2 рри где Рц - излучаемое давление на поверхности решетки;О- / Л η „ηΐ (Ζ) Ειι - —-- = ее -1 * 0 (“ ι. ^^ + ^ ν ^) / 25111 ^ 0 ) ^ ”^ + до ( г )) / 2 рр and where Rc is the radiated pressure on the surface of the grating;

Κΐο(ζ) - расстояние 807 от наружного края низкочастотной решетки до точки 806 на ζ-оси; аΚΐο (ζ) is the distance 807 from the outer edge of the low-frequency grating to the point 806 on the ζ axis; but

Κ.ι,(ζ) - расстояние 808 от внутреннего края низкочастотной решетки до точки 806.Κ.ι, (ζ) is the distance 808 from the inner edge of the low-frequency grating to point 806.

Фазовый член представляет собой среднее запаздывание распространенияPhase term represents the average propagation delay

где τ1(ζ) представляет собой запаздывание распространения от низкочастотной решетки до точки 806;where τ 1 (ζ) represents the propagation delay from the low-frequency grating to the point 806;

τι,(ζ) представляет собой запаздывание распространения от высокочастотной решетки до точки 806; Κ|ο(ζ) - расстояние 809 от наружного края высокочастотной решетки до точки 806.τι, (ζ) represents the propagation delay from the high-frequency grating to the point 806; Κ | ο (ζ) is the distance 809 from the outer edge of the high-frequency grating to point 806.

Кроме запаздывания фазы распространения, также будет наблюдаться изменение знака члена с синусом в уравнении (37), как часть фазы члена Н1(г), которая меняется скачками в ±π при прохождении нуля в этом члене с синусом. Номером позиции 810 на фиг. 8Ь показана разница в запаздывании фазы между низкочастотным полем и запаздыванием распространения высокочастотного поля, которая может быть выражена какIn addition to the delay in the propagation phase, there will also be a change in the sign of the term with the sine in equation (37), as part of the phase of the term H 1 (g), which changes in steps of ± π when zero passes through this term with the sine. By reference numeral 810 in FIG. 8b shows the difference in the phase delay between the low-frequency field and the propagation delay of the high-frequency field, which can be expressed as

Δθ/ζ} = ί ~ ^оЛ(г) (39) как функция от ζ для типичной геометрии с высокочастотной апертурой Он=7 мм и с внутренними и наружными частями низкочастотной апертуры соответственно Ό11=10 мм и Ό1ο=15 мм.Δθ / ζ} = ί ~ ^ oL (g) (39) as a function of ζ for a typical geometry with a high-frequency aperture It = 7 mm and with internal and external parts of the low-frequency aperture Ό 11 = 10 mm and Ό 1ο = 15 mm, respectively .

Резкое падение запаздывания фазы на π в точке 811 (ζ ~6,6 мм) происходит, когда разностная фаза распространения Δθ1(ζ)=ω011(ζ)+Κ1ο(ζ))/2ο0 между наружным и внутренним краями низкочастотной решетки проходит через нуль, что приводит к изменению знака члена с синусом в уравнении (37) с -1 на +1. Амплитуда низкочастотного поля Η1(ζ) показана не в масштабе в логарифмических единицах номером позиции 812, при этом надо заметить, что нуль амплитуды совпадает со сдвигом на π в фазе. Нули поля могут быть найдены, когда разница в запаздывании фазы распространения от наружных и внутренних краев решетки к точке поля есть нечетное число π, что дает скачок на π в выражении для Δθ1(ζ).A sharp drop in the phase delay by π at 811 (ζ ~ 6.6 mm) occurs when the difference propagation phase Δθ 1 (ζ) = ω 011 (ζ) + Κ 1ο (ζ)) / 2ο 0 between the outer and the inner edges of the low-frequency grating passes through zero, which leads to a change in the sign of the term with sine in equation (37) from -1 to +1. The amplitude of the low-frequency field Η 1 (ζ) is shown not to scale in logarithmic units by the position number 812, and it should be noted that the amplitude zero coincides with the shift by π in phase. Zeros of the field can be found when the difference in the delay of the propagation phase from the outer and inner edges of the lattice to the point of the field is an odd number π, which gives a jump by π in the expression for Δθ1 (ζ).

Для сравнения номером позиции 813 показана разность в фазе распространения между низкочастотными и высокочастотными решетками, равнаяFor comparison, the position number 813 shows the difference in the propagation phase between the low-frequency and high-frequency gratings, equal to

Δφιίζ) = шо(тг(г) - -тф)) (40)Δφιίζ) = шо (т г (г) - -тф)) (40)

Следует заметить, что Δθ1(ζ) повторяет Δφ1(ζ) до скачка в -π в точке 811 и повторяет это запаздывание с разницей π после этого. Из-за большого и зависящего от ζ запаздывания фазы распространения между низкочастотными и высокочастотными решетками получаем зависящее от ζ относительное положение между высокочастотными и низкочастотными импульсами. Так, например, высокочастотный импульс, который обычно начинается на верхнем гребне низкочастотного импульса, в ситуации, показанной номером позиции 814, скользит к нижней впадине низкочастотного импульса, в ситуации, показанной номером позиции 815, в которой запаздывание фазы Δθ1(ζ) изменилось на π, и т.д.It should be noted that Δθ 1 (ζ) repeats Δφ 1 (ζ) until it jumps to -π at 811 and repeats this delay with the difference π after that. Due to the large and ζ-dependent delay of the propagation phase between low-frequency and high-frequency gratings, we obtain a ζ-dependent relative position between high-frequency and low-frequency pulses. So, for example, a high-frequency pulse, which usually begins on the upper crest of a low-frequency pulse, in the situation shown by the position number 814 slides to the lower trough of the low-frequency pulse, in the situation shown by the number of the position 815, in which the phase delay Δθ 1 (ζ) has changed to π, etc.

Подставляя давлениеSubstituting pressure

Ро(«) = совДб1^) (41) в уравнение (10), откуда вместе с βη=5, к=400· 10-12-1, с=1540 м/с и Р=50 кПа, получаем запаздывание нелинейного распространения, показанное номером позиции 816 на фиг. 8с.P0 (α) = somDb 1 ^) (41) into equation (10), whence together with β η = 5, 0a = 400 · 10 -12-1 , s 0a = 1540 m / s and P 1 £ = 50 kPa, we obtain the nonlinear propagation delay shown by the position number 816 in FIG. 8s

Так как запаздывание фазы Δθ1(ζ) (810) изменяется на несколько π вдоль оси ζ, как показано на фиг. 8Ь, получаем сильно осциллирующую задержку нелинейного распространения, показанную номером позиции 816, с максимальной задержкой, равной ттах=2 нс. Если не скорректировать правильно задержку для этой задержки нелинейного распространения, получаем максимальное подавление линейного обратно рассеянного сигнала, равное 28ш(<Э1Ттах)—18 дБ для Г1=10 МГц.Since the phase delay Δθ1 (ζ) (810) changes by several π along the ζ axis, as shown in FIG. 8b, we obtain a strongly oscillating delay of nonlinear propagation, shown by the position number 816, with a maximum delay equal to m max = 2 ns. If the delay for this delay of nonlinear propagation is not corrected correctly, we obtain the maximum suppression of the linear backscattered signal equal to 28 dB (<E1T max ) —18 dB for Г 1 = 10 MHz.

Для построения изображения контрастного вещества обычно используют более высокое низкочастотное давление р0, например р0~200 кПа, которое даст ттах=8 нс в примере выше и уменьшит подавление линейно рассеянного высокочастотного сигнала на 28ш(<Э1Ттах)—6 дБ для £1=10 МГц даже при большом скольжении фазового соотношения между высокочастотными и низкочастотными компонентами, как получается в этом примере. Следовательно, амплитуда 50 кПа для низкочастотного давления слишком мала, но может в особых случаях обеспечить интересные изображения контрастного вещества и других микропузырьков газа. Таким образом, можно в некоторой степени усилить сигнал от контрастного вещества без поправок на задержки нелинейного распространения при условии, что решетки выполненыTo construct an image of a contrast medium, a higher low-frequency pressure p 0 is usually used, for example, p 0 ~ 200 kPa, which will give max max = 8 ns in the example above and reduce the suppression of the linearly scattered high-frequency signal by 28 psi (<E1T max ) —6 dB for 1 = 10 MHz even with a large slip of the phase relationship between the high-frequency and low-frequency components, as is obtained in this example. Consequently, the amplitude of 50 kPa for low-frequency pressure is too small, but in special cases it can provide interesting images of contrast medium and other microbubbles of gas. Thus, it is possible to some extent to amplify the signal from the contrast medium without adjusting for the delay of nonlinear propagation, provided that the gratings are made

- 27 014167 так, что присутствует осциллирующее изменение задержек нелинейного распространения, как и в случае 816. Надо отметить, что, когда высокочастотный импульс находится вблизи нуля в низкочастотном колебании, эффекты нелинейного рассеяния и прямого распространения малы. Этого эффекта можно избежать путем использования разных фаз между низкочастотными и высокочастотными компонентами в последовательных излучаемых импульсах, что сдвигает пространственное положение, в котором высокочастотный импульс находится вблизи нуля низкочастотных колебаний. Нули в амплитуде |Ηι(δ)| низкочастотного поля могут быть сдвинуты в пространстве путем изменения низкочастотного центра между последовательными излучаемыми импульсами. Кроме того, благодаря ширине высокочастотного пучка сигнал получают и снаружи оси, где |Η1(§)|^0, а импульс состоит из частотной полосы, которая усредняет нулевые точки для многих частот. Нулей амплитуды можно избежать путем уменьшения ширины низкочастотной решетки, что, однако, также снизит отношение амплитуды давления к управляющему напряжению решетки.- 27 014167 so that there is an oscillating change in the delays of nonlinear propagation, as in the case of 816. It should be noted that when the high-frequency pulse is near zero in the low-frequency oscillation, the effects of nonlinear scattering and direct propagation are small. This effect can be avoided by using different phases between the low-frequency and high-frequency components in successive emitted pulses, which shifts the spatial position in which the high-frequency pulse is near zero low-frequency oscillations. Zeros in amplitude | Ηι (δ) | low-frequency fields can be shifted in space by changing the low-frequency center between successive radiated pulses. In addition, due to the width of the high-frequency beam, the signal is also received outside the axis, where | Η 1 (§) | ^ 0, and the pulse consists of a frequency band that averages the zero points for many frequencies. Zeros of amplitude can be avoided by reducing the width of the low-frequency grating, which, however, will also reduce the ratio of the pressure amplitude to the control voltage of the grating.

Однако для того чтобы выделить нелинейное рассеяние от других объектов, таких как микрокальцификации в мягкой ткани и газ в пористой горной породе, и получить численные параметры объектов, необходимо использовать более высокие низкочастотные амплитуды, при которых корректировка задержек нелинейного распространения становится обязательной для подавления линейного рассеяния и выделения нелинейного рассеяния. Это также является случаем для использования способа подавления шума реверберации импульса, как описано в отношении фиг. 7. Кроме того, с более слабым осциллирующим изменением задержек нелинейного распространения имеется сильное преимущество корректировки задержек для обнаружения микропузырьков газа даже с малой амплитудой низкочастотного импульса.However, in order to distinguish nonlinear scattering from other objects, such as microcalcifications in soft tissue and gas in porous rock, and to obtain the numerical parameters of objects, it is necessary to use higher low-frequency amplitudes, at which correction of nonlinear propagation delays becomes necessary to suppress linear scattering and separation of nonlinear scattering. This is also the case for using the pulse reverb noise reduction method, as described with respect to FIG. 7. In addition, with a weaker oscillating change in the delays of nonlinear propagation, there is a strong advantage of delay adjustment for detecting gas microbubbles even with a small amplitude of a low-frequency pulse.

Часто выбирают такую конструкцию низкочастотных и высокочастотных излучающих апертур, чтобы получить минимальное скольжение задержки между низкочастотными и высокочастотными импульсами исходя из максимизации нелинейного управления параметрами рассеяния и распространения для высокочастотного импульса вдоль всего диапазона изображения. Это необходимо для получения монотонного увеличения задержки нелинейного распространения, как показано на фиг. 4. Чтобы избежать π-сдвиг фазы в 810 (и соответствующего нуля амплитуды), следует использовать меньшую ширину низкочастотных элементов (т.е. меньшую разницу между Я и Я11), а чтобы снизить скольжение фазы между низкочастотными и высокочастотными импульсами, следует подтянуть низкочастотную излучающую поверхность как можно ближе и даже может быть с перекрыванием высокочастотной излучающей поверхности. Однако для многих применений можно смириться с осциллирующим поведением задержек нелинейного распространения и даже использовать этот факт для получения низких задержек нелинейного распространения, как на фиг. 7с, или сменить сжатие длины импульса для ближнего и среднего полей на растяжение длины импульса для глубоких диапазонов, чтобы снизить частоту и улучшить чувствительность, как описано в отношении фиг. 2.Often such a design of low-frequency and high-frequency emitting apertures is chosen in order to obtain a minimum delay glide between low-frequency and high-frequency pulses based on maximizing the nonlinear control of the scattering and propagation parameters for the high-frequency pulse along the entire image range. This is necessary to obtain a monotonic increase in the delay of nonlinear propagation, as shown in FIG. 4. To avoid a phase shift of π-810 (and the corresponding zero amplitude), use of low-frequency elements of a smaller width (i.e. a smaller difference between I and I 11 1 °), and to reduce the phase slip between the low and high frequency pulses, should pull the low-frequency radiating surface as close as possible and may even be overlapping the high-frequency radiating surface. However, for many applications, one can come to terms with the oscillating behavior of non-linear propagation delays and even use this fact to obtain low non-linear propagation delays, as in FIG. 7c, or change the compression of the pulse length for the near and middle fields to the extension of the pulse length for the deep ranges in order to reduce the frequency and improve the sensitivity, as described in relation to FIG. 2.

Чтобы снизить влияние шума реверберации импульса на оценку коррекций для задержек нелинейного распространения, а также в нелинейно рассеянном сигнале, можно в третьем способе в соответствии с изобретением излучить больше двух импульсов более чем с двумя разными амплитудами, и/или фазами, и/или частотами низкочастотного импульса. В качестве первого примера согласно изобретению, в котором отсутствует перемещение между центрами рассеяния и решеткой преобразователей (т.е. нулевое допплеровское смещение), излучают низкочастотные импульсы с амплитудами р0, 0, -р0, в которых высокочастотный импульс следует близко к гребню или впадине низкочастотного импульса, как, например, показано на фиг. 3а и 3Ь. Принятые высокочастотные сигналы от трех импульсов в интервале Т1 могут быть записаны какIn order to reduce the effect of pulse reverberation noise on the estimation of corrections for non-linear propagation delays, as well as in a non-linearly scattered signal, it is possible in the third method according to the invention to emit more than two pulses with more than two different amplitudes and / or phases and / or low-frequency frequencies momentum. As a first example according to the invention, in which there is no movement between the scattering centers and the transducer array (i.e., zero Doppler shift), low-frequency pulses with amplitudes p 0 , 0, -p 0 are emitted, in which the high-frequency pulse follows close to the crest or in the cavity of a low-frequency pulse, as, for example, shown in FIG. 3a and 3b. Received high-frequency signals from three pulses in the interval T 1 can be written as

2/ι(ί) = χι(ί + η) + хп(1 + τ.) + τ(ί) у2(1) = χι(ί) + τ(ί) (42) =Χι(ί- ч) - χη(ί - Τί) + ί·(ΐ) где χ1(ΐ) - линейно рассеянный сигнал;2 / ι (ί) = χι (ί + η) + xn (1 + τ.) + Τ (ί) y 2 (1) = χι (ί) + τ (ί) (42) = Χι (ί- h) - χ η (ί - Τί) + ί · (ΐ) where χ 1 (ΐ) is a linearly scattered signal;

χΠ(ΐ) - нелинейно рассеянный сигнал с амплитудой р0 низкочастотного импульса;χ Π (ΐ) is a nonlinearly scattered signal with an amplitude p 0 of the low-frequency pulse;

т(1) - сигнал реверберации для высокочастотного импульса иt (1) is the reverberation signal for a high-frequency pulse and

1, - задержка нелинейного распространения для высокочастотного импульса, когда тот передается на положительном гребне с давлением р0 низкочастотного импульса.1 , is the delay of nonlinear propagation for a high-frequency pulse, when it is transmitted on a positive ridge with a pressure p0 of a low-frequency pulse.

Согласно одному варианту выполнения изобретения формируем комбинацию из этих трех сигналов в виде (ί) = Уг(9 -У1(Й = Яь(£, ч) - + Τ;) ζ2(ΐ) = Уз(1) - й(*) = ~ Ч, ч) “ “ ч) где хъ(1, τ1)=χ1(ΐ)-χ1(ΐ+τ1) представляет собой комбинацию линейно рассеянных сигналов.According to one embodiment of the invention, we form a combination of these three signals in the form (ί) = Yi (9-Y1 (Y = Yi (£, h) - + Τ;) ζ 2 (ΐ) = Uz (1) - th (* ) = ~ H, h) ““ h) where x b (1, τ 1 ) = χ 1 (ΐ) -χ 1 (ΐ + τ 1 ) is a combination of linearly scattered signals.

- 28 014167- 28 014167

Эти комбинации исключили из ζι(ΐ) и ζ2(ΐ) шум реверберации импульса, и, поскольку амплитуда нелинейно рассеянного сигнала гораздо ниже амплитуды линейно рассеянного сигнала, имеем приблизительно ζ2(ΐ)=ζι(ΐ-τ1), и, следовательно, для интервала Т[1 можно определить коррекцию задержки τ1 путем максимизации следующего функционала:These combinations excluded pulse reverberation noise from ζι (ΐ) and ζ 2 (ΐ), and since the amplitude of the nonlinearly scattered signal is much lower than the amplitude of the linearly scattered signal, we have approximately ζ 2 (ΐ) = ζι (ΐ-τ 1 ), and, therefore, for the interval T [1, it is possible to determine the delay correction τ 1 by maximizing the following functional:

Л = [ (//^(/-гЦ+ г2(/)|2 (44) /т, относительно τ1.A = [(// ^ (/ - rC + r 2 (/) | 2 (44) / m, with respect to τ 1 .

Когда τ1 определено, можно вычислить компоненты сигналов линейного и нелинейного рассеяния из уравнения (43), например, путем Фурье-преобразования уравнения (43) в быстром времени, которое приводит к системе линейных уравнений по Χι.(ω) и Χη(ω).When τ 1 is determined, it is possible to calculate the components of the linear and nonlinear scattering signals from equation (43), for example, by the Fourier transform of equation (43) in fast time, which leads to a system of linear equations in Χι. (Ω) and Χ η (ω )

Сущность проведенной выше операции заключается в том, что три или более импульсов с тремя или более уровнями управления задержками нелинейного распространения позволяют скомбинировать измерения для получения по меньшей мере двух сигналов, в которых шум реверберации импульса в значительной степени подавлен, причем эти новые сигналы могут быть использованы для определения коррекций задержки. В описанной операции разница в амплитуде соседних низкочастотных импульсов должна быть постоянной, обеспечивая задержку нелинейного распространения для каждого сигнала, которая является целым кратным одной задержки. При постоянном во времени радиальном перемещении между решеткой преобразователей и центрами рассеяния, при котором имеется постоянная допплеровская задержка между принятыми сигналами для каждого импульса, также имеется четвертая неизвестная величина, которую нужно определить, что, в свою очередь, требует излучения по меньшей мере четырех импульсов с разными амплитудами низкочастотного импульса, или же могут быть использованы 5 импульсов с 3 амплитудами низкочастотного импульса, как в уравнении (42), в котором путем максимизации мощности сигнала, таким же образом, как и в уравнениях (21) и (44), определяют комбинированную задержку нелинейного распространения и допплеровскую задержку. Задержка нелинейного распространения и допплеровская задержка могут быть разделены посредством операций, как в уравнениях (24) и (25), в которых детали этих и подобных операций могут быть отработаны в соответствии с изобретением любым специалистом в этой области техники.The essence of the above operation is that three or more pulses with three or more levels of non-linear propagation delay control allow you to combine measurements to obtain at least two signals in which the pulse reverb noise is significantly suppressed, and these new signals can be used to determine delay corrections. In the described operation, the difference in the amplitude of adjacent low-frequency pulses should be constant, providing a non-linear propagation delay for each signal, which is an integer multiple of one delay. With a constant time-constant radial movement between the transducer array and scattering centers, at which there is a constant Doppler delay between the received signals for each pulse, there is also a fourth unknown quantity, which must be determined, which, in turn, requires the emission of at least four pulses with different amplitudes of the low-frequency pulse, or 5 pulses with 3 amplitudes of the low-frequency pulse can be used, as in equation (42), in which by maximizing the power signal in the same manner as in equations (21) and (44) define a combined delay nonlinear propagation and Doppler delays. Non-linear propagation delay and Doppler delay can be separated by operations, as in equations (24) and (25), in which the details of these and similar operations can be worked out in accordance with the invention by any person skilled in the art.

Тем не менее, сама величина τ1 должна быть определена из комбинаций, наподобие уравнения (44), или из их эквивалентов в форме преобразования Фурье, и, поскольку ζ1 и ζ2 содержат как линейно рассеянный, так и нелинейно рассеянный сигнал, последний вносит, хотя и очень незначительную, ошибку в определение коррекции задержки, что, в свою очередь, вносит ошибку в оценку нелинейно рассеянного сигнала тем же самым образом, что и оценки, даваемые уравнениями (17)-(22).Nevertheless, the quantity τ 1 itself must be determined from combinations like equation (44), or from their equivalents in the form of the Fourier transform, and since ζ1 and ζ2 contain both linearly scattered and nonlinearly scattered signal, the latter introduces, although and a very insignificant error in determining the delay correction, which, in turn, introduces an error in the estimation of a nonlinearly scattered signal in the same way as the estimates given by equations (17) - (22).

Основная причина этой ошибки заключается в том, что для неподвижных объектов имеется четыре неизвестных:The main reason for this error is that for stationary objects there are four unknowns:

линейное рассеяние χ/ΐ);linear scattering χ / ΐ);

нелинейное рассеяние χη(ΐ);nonlinear scattering χ η (ΐ);

шум реверберации импульса г(1);pulse reverberation noise g (1);

задержка τ(ΐ) нелинейного прямого распространения (т.е. неподвижные объекты при отсутствии допплеровской задержки).delay τ (ΐ) of nonlinear direct propagation (i.e., stationary objects in the absence of Doppler delay).

Так как τ(ΐ) медленно изменяется с ΐ, можно считать эту величину приблизительно постоянной во временном интервале Т1, как было показано выше. Для более точного определения всех четырех неизвестных надо выполнить по меньшей мере четыре измерения с четырьмя уровнями давления +р0, +р0/3, -р0/3 и -р0 низкочастотного импульса, чтобы получитьSince τ (ΐ) slowly changes with ΐ, this value can be considered approximately constant in the time interval T 1 , as was shown above. To more accurately determine the four unknowns need to perform at least four measurements from four pressure levels + p0 + p0 / 3, p 0 / p 0 3 and the low frequency pulse, to obtain

2/1(0 = яД/ + Тг) + ЙГ„(/ + 7,) + г(/)2/1 (0 = ДД / + г g ) + „„ (/ + 7,) + g (/)

1/2(0 = Χιίί + Τ,/3) + |т„(/ + 7,/3) + г(0 (45)1/2 (0 = Χιίί + Τ, / 3) + | m ((/ + 7, / 3) + r (0 (45)

Уз(0 =^/(/- л/З) - \хп(1 - г./З) + г(0Uz (0 = ^ / (/ - l / Z) - \ x n (1 - g / Z) + g (0

2/4(0 = жг(/ - 7,) — Χη(ί — 7,) + 7(/)2/4 (0 = x g (/ - 7,) - Χ η (ί - 7,) + 7 (/)

Затем можно исключить г(1), как и в уравнении (43), чтобы получить три сигнала ζ2(ΐ), ζ2(ΐ) и ζ3(ΐ) и определить τ1 для синхронизации этих сигналов с максимизацией функционала, аналогичного функционалу в уравнении (44). Влияние χη(ΐ) на оценку τ1 будет меньше, чем в случае трех измерений, но ошибка, которую вносят измерения, все равно не будет полностью исключена.Then we can eliminate r (1), as in equation (43), to obtain three signals ζ 2 (ΐ), ζ 2 (ΐ) and ζ 3 (ΐ) and determine τ 1 to synchronize these signals with maximizing a functional similar to functional in equation (44). The influence of χ η (ΐ) on the estimate of τ 1 will be less than in the case of three measurements, but the error introduced by the measurements will still not be completely excluded.

Лучший подход в соответствии с четвертым способом изобретения, который устраняет влияние χη(ΐ) на определение τ1, получают при преобразовании Фурье уравнения (45) на интервале Т1, где τ(ΐ) может быть аппроксимирована постоянной τ1, которая обеспечивает переопределенную систему линейных уравнений в видеThe best approach in accordance with the fourth method of the invention, which eliminates the influence of χ η (ΐ) on the determination of τ 1 , is obtained by the Fourier transform of equation (45) on the interval T 1 , where τ (ΐ) can be approximated by the constant τ 1 , which provides an overdetermined a system of linear equations in the form

Υ(ω) = Λ(ωτ,)Χ(ω) (46) где Υ(ω)Τ={Υ1(ω), Υ2(ω), Υ3(ω),Υ4(ω)};Υ (ω) = Λ (ωτ,) Χ (ω) (46) where Υ (ω) Τ = {Υ1 (ω), Υ 2 (ω), Υ3 (ω), Υ4 (ω)};

Χ(ω)τ={Χι(ω), Χπ(ω), Κ(ω)}, аΧ (ω) τ = {Χι (ω), Χ π (ω), Κ (ω)}, and

Α(ωτ1) - матрица размером 4x3, полученная из преобразования Фурье уравнения (43) в соответствииΑ (ωτ 1 ) is a 4x3 matrix obtained from the Fourier transform of equation (43) in accordance with

- 29 014167 с известными способами.- 29 014167 with known methods.

С помощью такой переопределенной системы можно найти Х(ш), которая обеспечивает лучшее приближение с точки зрения метода наименьших квадратов, используя псевдообратную матрицу матрицы Ά(ωτ1) какUsing such an overdetermined system, one can find X (w) that provides a better approximation from the point of view of the least squares method using the pseudoinverse matrix of the matrix Ά (ωτ 1 ) as

где ΑΗ(ωτ1) - эрмитово транспонированная матрица матрицы Ά(ωτ1).where Α Η (ωτ 1 ) is the Hermitian transposed matrix of the matrix Ά (ωτ 1 ).

Теперь τ1 может быть определена из условия минимизации ошибки при применении метода наименьших квадратов ίΚ(ω) = Υ - Α(ωτ,)Χ7» = - А(огг.)(Ая(шт,)А(штг)) ’а^шт.^УЯ (48) относительно τ1, который часто называют методом полных наименьших квадратов.Now τ 1 can be determined from the error minimization condition when applying the least squares method ίΚ (ω) = Υ - Α (ωτ,) Χ 7 »= - A (ogg.) (A I (pcs,) A (pcs g )) 'a ^ unit ^ UY (48) with respect to τ 1 , which is often called the full least squares method.

Этот метод обеспечивает систематическую процедуру использования по меньшей мере четырех измерений по меньшей мере с четырьмя уровнями низкочастотного импульса для определения всех четырех неизвестных, в особенности запаздывания нелинейного распространения с сильно уменьшенным влиянием ревербераций импульса и нелинейного сигнала, хотя во многих случаях способы, описанные в отношении уравнений (17)-(22) и (42)-(45), обеспечивают адекватные результаты. Надо также отметить, что амплитуда низкочастотных импульсов может быть задана произвольной, так что нелинейные задержки для разных импульсов могут быть заданы в виде τ;=^τ, где к1 - отношение низкочастотных амплитуд к контрольному значению, а τ - задержка нелинейного распространения с этим контрольным значением, которое определяют согласно процедуре, описанной выше.This method provides a systematic procedure for using at least four measurements with at least four low-frequency pulse levels to determine all four unknowns, especially non-linear propagation delays with greatly reduced effects of pulse and non-linear signal reverberations, although in many cases the methods described in relation to equations (17) - (22) and (42) - (45) provide adequate results. It should also be noted that the amplitude of low-frequency pulses can be set arbitrarily, so that nonlinear delays for different pulses can be set in the form τ; = ^ τ, where k 1 is the ratio of low-frequency amplitudes to the control value, and τ is the nonlinear propagation delay with this the reference value, which is determined according to the procedure described above.

Также подчеркнем, что способы в соответствии с этой структурой обеспечивают оценку линейно и нелинейно рассеянных сигналов (а также шума реверберации импульса) с минимальным влиянием на это шума реверберации импульса и, в принципе, полное разделение определения линейно и нелинейно рассеянных сигналов. В этом способе необходимо, следовательно, использовать определенный сигнал х1(1), который представляет собой первый сигнал изображения от линейного рассеяния с сильным подавлением шума реверберации импульса, как в уравнении (14) во втором способе, и третий сигнал изображения линейного рассеяния, как в уравнении (29), тогда как определенный сигнал хп{1) представляет собой второй сигнал изображения от нелинейного рассеяния, как в уравнениях (19) и (28), при этом оба эти сигнала используют в дальнейшем при расчете второго численного параметра нелинейного рассеяния в уравнении (30), в котором определенную нелинейную задержку τ используют для определения первого численного нелинейного параметра в уравнении (27).We also emphasize that the methods in accordance with this structure provide an estimate of linearly and nonlinearly scattered signals (as well as pulse reverberation noise) with minimal effect on the noise of reverberation of the pulse and, in principle, a complete separation of the definition of linearly and nonlinearly scattered signals. In this method, it is therefore necessary to use a specific signal x1 (1), which is the first linear scattering image signal with a strong suppression of pulse reverb noise, as in equation (14) in the second method, and the third linear scattering image signal, as in equation (29), while the specific signal {x n 1) is the second image signal from the nonlinear scattering as in equations (19) and (28), both these signals are used subsequently in the calculation of the second numerical parameter nonlin ynogo scattering in equation (30), wherein certain non-linear delay τ is used to determine the first numerical nonlinear parameter in equation (27).

Можно, как и в предыдущих способах, добавить постоянную допплеровскую задержку τ,ι между принятыми сигналами для каждой излученной группы импульсов, что также дает 5 неизвестных, а именно Χ1(ω), Χη(ω), Κ(ω), τ и τ4. Эти неизвестные могут быть определены из принятых сигналов от пяти излученных групп импульсов, например с амплитудами (+р0, +р0/2, 0, -р0/2, -р0) низкочастотных импульсов и той же самой амплитуды высокочастотного импульса, путем минимизации δΥ в уравнении (48).It is possible, as in the previous methods, to add a constant Doppler delay τ, ι between the received signals for each emitted group of pulses, which also gives 5 unknowns, namely Χ 1 (ω), Χ η (ω), Κ (ω), τ and τ 4 . These unknowns can be determined from the received signals from five emitted groups of pulses, for example, with amplitudes (+ p0, + p0 / 2, 0, p0 / 2, p0) of low-frequency pulses and the same amplitude of the high-frequency pulse, by minimizing δΥ in equation (48).

Приведенные выше рассуждения в общих чертах описывают, как справляться даже с более сложными случаями, когда необходимо определить большее количество неизвестных. Например, могут существовать неопределенности в амплитудах излученных низкочастотных импульсов, например в виде +р0, +а1р0/3, -а2р0/3, -а3р0 для уравнения (45), где вектор а=(аь а2, а3) представляет собой неизвестные изменения в амплитудах. Эти неопределенности влияют как на амплитуду нелинейного рассеяния, так и на задержки в уравнении (45); надо заметить, что при этом получаем семь неизвестных, а именно Χ1(ω), Χη(ω), Κ(ω), τ, И1, а2 и а3, что означает, что у нас недостаточно уравнений, полученных из измерений, для адекватного определения τ при минимизации δΥ в уравнении (48). Следовательно, необходимо добавить новые, более тщательные измерения, так что число неопределенностей в амплитуде минимизировано. Например, путем тщательных измерений можно получить только одну неопределенную амплитуду а с пятью излученными импульсами при амплитудах низкочастотного импульса, равных (+р0, +ар0/2, 0, -ар0/2, -р0), что дает пять неизвестных Χ1(ω), Χη(ω), Κ(ω), τ и а, т.е. то же количество, что и число уравнений, при этом минимизация δΥ в уравнении (48) даст все пять неизвестных при отсутствии допплеровской задержки.The above discussion outlines how to deal with even more complex cases when it is necessary to determine a larger number of unknowns. For example, there may be uncertainty in the amplitudes of the low frequency pulses emitted, for example, as + p0 + 0 A1P / 3, s 2 r 0/3, s 3 r 0 for equation (45), where the vector a = (ax, and 2a , 3 ) represents unknown changes in the amplitudes. These uncertainties affect both the amplitude of the nonlinear scattering and the delays in equation (45); it should be noted that in this case we get seven unknowns, namely Χ 1 (ω), Χ η (ω), Κ (ω), τ, И1, and 2 and a 3 , which means that we do not have enough equations obtained from measurements to adequately determine τ while minimizing δΥ in equation (48). Therefore, it is necessary to add new, more thorough measurements, so that the number of uncertainties in the amplitude is minimized. For example, by careful measurements can receive only one indefinite amplitude and with five pulses emitted at low frequency pulse amplitudes equal to (p + 0 + 0 ap / 2, 0, 0 ap / 2, p 0) which gives five unknown Χ 1 (ω), Χ η (ω), Κ (ω), τ and a, i.e. the same number as the number of equations, while minimizing δΥ in equation (48) will give all five unknowns in the absence of Doppler delay.

Следует отметить, что третий и четвертый способы, также как и первый и второй способы, используют вторую гармоническую полосу принятого сигнала для обработки и формирования сигнала изображения, при этом они обладают преимуществом даже лучшего подавления шума реверберации импульса в сигналах изображения, но за счет меньшего диапазона изображения для тех же частот. Устройства, как описано ниже, выполнены, следовательно, с возможностью выбора между первой и второй гармонической полосами принятых сигналов для обработки в соответствии с настоящим изобретением.It should be noted that the third and fourth methods, as well as the first and second methods, use the second harmonic band of the received signal to process and generate the image signal, while they have the advantage of even better suppression of pulse reverb noise in the image signals, but due to the smaller range images for the same frequencies. The devices, as described below, are therefore configured to select between the first and second harmonic bands of the received signals for processing in accordance with the present invention.

Нелинейное управление низкочастотным импульсом параметрами рассеяния и распространения высокочастотного импульса может дать благоприятные результаты при реконструкции изображения в компьютерной томографии исходя из измерений пропускания и углового рассеяния объекта, например посредством измерений, показанных на фиг. 9а. На фиг. 9а изображено поперечное сечение объекта, за- 30 014167 ключенного в кольцевую решетку 902 преобразователей с преобразовательными элементами 903, установленными вокруг всего объекта. Промежуточной средой 904 для акустической связи может быть, например, вода или другая текучая среда. Группа 905 элементов произвольно выбрана среди всей группы для излучения акустического пучка 906, направление которого через объект, обозначенное единичным вектором е,, может быть просканировано во всех направлениях через объект путем выбора разных групп излучающих элементов из всей группы элементов. В прямом направлении е, импульс ударяет кольцевую решетку в точке 907 с запаздыванием прямого распространения, равным некоторой модификации уравнения (10) ίο/(β,) = /гм Nonlinear control of the low-frequency pulse by the parameters of scattering and propagation of the high-frequency pulse can give favorable results when reconstructing an image in computed tomography based on measurements of transmission and angular scattering of an object, for example, by measurements shown in FIG. 9a. In FIG. 9a shows a cross section of an object enclosed in an annular array 902 of transducers with transducer elements 903 mounted around the entire object. The acoustic coupling medium 904 may be, for example, water or other fluid. A group of 905 elements is arbitrarily selected among the entire group for emitting an acoustic beam 906, the direction of which through the object indicated by the unit vector e, can be scanned in all directions through the object by selecting different groups of radiating elements from the entire group of elements. In the forward direction e, the pulse hits the annular lattice at point 907 with the delay of direct propagation equal to some modification of equation (10) ίο / (β,) = / um

(49) где Г Да; представляет собой путь прямого распространения вдоль оси пучка через весь диаметр(49) where G Yes; represents the path of direct propagation along the axis of the beam through the entire diameter

2а решетки.2a lattice.

Задержка распространения при нулевой амплитуде низкочастотного импульса равна ί0£, когда нелинейная задержка, вызванная низкочастотным импульсом, равна τ. Полученный сигнал в точке 907 будет представлять собой излученный импульс, за которым следует хвост из многократно отраженных импульсов. Однако со ссылкой на фиг. 7 видно, что многократно отраженный сигнал имеет гораздо меньшее нелинейное время запаздывания τ и может быть в значительной степени подавлен путем комбинации по меньшей мере двух принятых сигналов с колебаниями в амплитуде, и/или фазе, и/или частоте низкочастотного излученного импульса вдоль описанных выше линий. Когда высокочастотный импульс расположен на отрицательном пространственном градиенте низкочастотного импульса, как показано на фиг. 1, совместное распространение указанных импульсов создает сжатие высокочастотного импульса, как описано в отношении этого чертежа, при этом подавление шума реверберации импульса может затем быть выполнено посредством частотной фильтрации, предпочтительно со скольжением, как описано в отношении фиг. 2. Для наиболее глубокого проникновения высокочастотные и низкочастотные излучающие поверхности могут быть выполнены такими, что положение высокочастотного импульса по отношению к низкочастотному импульсу скользит для получения расширения импульса с уменьшенной частотой, как описано со ссылкой на фиг. 2. Примеры таких излучающих поверхностей с анализом эффектов, которые получаются при скольжении, показаны на фиг. 7 и в соответствующих этому чертежу рассуждениях.The propagation delay at zero amplitude of the low-frequency pulse is ί 0 £, when the nonlinear delay caused by the low-frequency pulse is τ. The received signal at point 907 will be an emitted pulse, followed by a tail of multiple reflected pulses. However, with reference to FIG. Figure 7 shows that a multiple-reflected signal has a much shorter non-linear delay time τ and can be significantly suppressed by combining at least two received signals with oscillations in the amplitude and / or phase and / or frequency of the low-frequency radiated pulse along the lines described above . When the high frequency pulse is located on the negative spatial gradient of the low frequency pulse, as shown in FIG. 1, the co-propagation of these pulses creates a high-frequency pulse compression, as described in relation to this drawing, while the suppression of the reverberation noise of the pulse can then be performed by frequency filtering, preferably with slip, as described in relation to FIG. 2. For the deepest penetration, the high-frequency and low-frequency radiating surfaces can be made such that the position of the high-frequency pulse with respect to the low-frequency pulse slides to obtain an expansion of the pulse with a reduced frequency, as described with reference to FIG. 2. Examples of such radiating surfaces with an analysis of the effects that result from sliding are shown in FIG. 7 and in the reasoning corresponding to this drawing.

В соответствии с методами реконструкции с помощью компьютерной томографии можно использовать задержку Ц при отсутствии низкочастотного импульса, чтобы найти скорость распространения с(г), где г является пространственной координатой в плоскости. Добавление низкочастотного импульса и измерение задержки τ нелинейного распространения обеспечивает реконструкцию впа(г)к(г). Исполь зуя амплитуду прямо распространяющегося импульса, можно также реконструировать пространственное изменение поглощения в объекте. Перемещение плоскости сканирования в вертикальном направлении позволяет затем получить 30-изображение объекта. Все эти реконструированные изображения будут иметь пространственное разрешение, ограниченное шириной излученного пучка, поскольку задержка импульса и амплитуды является величиной, усредненной по всему пучку, тогда как модель, описанная в уравнении (49), предполагает, что все задержки привязаны к оси пучка. Аналогичная модель также ис пользуется и для поглощения.In accordance with the reconstruction methods using computed tomography, you can use the delay C in the absence of a low-frequency pulse to find the propagation speed c 0a (g), where r is the spatial coordinate in the plane. Adding a low-frequency pulse and measuring the delay τ of non-linear propagation provides reconstruction in pa (g) to 0a (g). Using the amplitude of a directly propagating pulse, one can also reconstruct the spatial change in absorption in the object. Moving the scan plane in the vertical direction then allows you to get a 30-image of the object. All these reconstructed images will have a spatial resolution limited by the width of the emitted beam, since the delay in the momentum and amplitude is averaged over the entire beam, while the model described in equation (49) assumes that all delays are tied to the beam axis. A similar model is also used for absorption.

Улучшенное разрешение может также быть получено с использованием рассеянного под углом сигнала в методах, называемых дифракционной томографией, отражательной томографией, томографией обратного рассеяния и т.п. На элементах, например, обозначенных номером позиции 908 на фиг. 9а,Ь, в направлении под углом к направлению излученного пучка, обозначенном единичным вектором е8, проходящим из центра решетки, будут наблюдаться рассеянные под углом сигналы как функция времени от разных глубин вдоль излученного пучка. Высокочастотный импульс, который рассеян из глубины г в точке 909 вдоль излученного пучка, сначала будет распространяться вместе с низкочастотным импульсом большой амплитуды вдоль пути Г, показанного на фиг. 9Ь от точки 910 к точке 909, а затем от точки 909 к точке 908 вдоль пути Г вместе с низкочастотным импульсом незначительной амплитуды из-за уменьшения амплитуды в процессе рассеяния. Время запаздывания всего распространения от точки 910 к точке 908 принимает видImproved resolution can also be obtained using an angularly scattered signal in methods called diffraction tomography, reflective tomography, backscatter tomography, and the like. On elements, for example, indicated by reference numeral 908 in FIG. 9a, b, in the direction at an angle to the direction of the radiated beam, denoted by a unit vector e 8 passing from the center of the grating, signals scattered at an angle will be observed as a function of time from different depths along the radiated beam. A high-frequency pulse, which is scattered from a depth r at a point 909 along the emitted beam, will first propagate along with a low-frequency pulse of large amplitude along the path Г shown in FIG. 9b from point 910 to point 909, and then from point 909 to point 908 along path D along with a low-frequency pulse of small amplitude due to a decrease in amplitude during scattering. The delay time of the entire propagation from point 910 to point 908 takes the form

Рг,^е^) = еЦ +т(г,ё,) к(г,е., Ь) = /Г/(Г!,,|+Г,(гл.ь) ά (г + ^6 + 2«(г+ <·)(!+£,&)) (50) +£.)- Л, где в последнем выражении для ίο было сделано предположение постоянной скорости распространения с вдоль обоих путей Г и Г8.Pr, ^ e ^) = eC + m (r, e,) k (r, e, b ) = / Γ / (Γ! ,, | + Γ , (Ch . B) ά (r + ^ 6 + 2 «(r + <·) (! + £, &)) (50) + £.) - Λ, where in the last expression for ίο an assumption was made of a constant propagation speed with 0a along both paths Γ and Γ 8 .

Как описано в отношении фиг. 7, низкочастотный импульс меньше влияет на многократно рассеянный высокочастотный сигнал, так что путем комбинации двух или более высокочастотных сигналов с разными амплитудами, и/или фазами, и/или частотами низкочастотного импульса можно в значительнойAs described with respect to FIG. 7, the low-frequency pulse has a smaller effect on the multiply scattered high-frequency signal, so that by combining two or more high-frequency signals with different amplitudes and / or phases and / or frequencies of the low-frequency pulse, it is possible to significantly

- 31 014167 степени подавить шум реверберации импульса. Аналогично, чтобы подавить шум реверберации импуль са, можно использовать скольжение по частоте высокочастотного импульса низкочастотным импульсом, как описано со ссылкой на фиг. 1 и 2, а также можно использовать вторую гармоническую полосу принятых сигналов совместно со способами 1-4, описанными выше, чтобы дополнительно подавить шум реверберации импульса и определить нелинейно рассеянный сигнал и численные параметры распространения и рассеяния, как основу для реконструкции томографического изображения. Для специалиста в этой области техники также очевидно, что другое расположение преобразовательных элементов по сравнению с частным случаем, показанным на фиг. 9, может быть использовано для получения того же результата реконструкций компьютерной томографии.- 31 014167 degrees suppress the reverb noise of the pulse. Similarly, in order to suppress pulse reverberation noise, it is possible to use glide in frequency of a high frequency pulse by a low frequency pulse, as described with reference to FIG. 1 and 2, and it is also possible to use the second harmonic band of the received signals together with methods 1-4 described above to further suppress the pulse reverberation noise and determine the nonlinearly scattered signal and the numerical parameters of propagation and scattering as the basis for reconstruction of the tomographic image. It will also be apparent to those skilled in the art that the arrangement of the transducer elements is different from the particular case shown in FIG. 9 can be used to obtain the same result of computed tomography reconstructions.

Коррекции задержки, которые максимизируют функционал Ц, типа показанного в уравнении (21) и аналогичного уравнению (44), могут быть (как для первой, так и для второй гармонической полосы принятых сигналов, а также для полных принятых сигналов), например, найдены путем дифференцирования уравнения (21)Delay corrections that maximize the functional of C, such as shown in equation (21) and similar to equation (44), can be (for both the first and second harmonic bands of the received signals, as well as for the full received signals), for example, found by differentiating equations (21)

где общее количество задержек равно К-1, см. обсуждение в связи с уравнением (17). Благодаря эрмитовой симметричности Кк1‘ это уравнение может быть преобразовано вwhere the total number of delays is K-1, see the discussion in connection with equation (17). Due to the Hermitian symmetry K k1 ', this equation can be transformed into

где Ке обозначает вещественную часть суммы.where Ke is the real part of the sum.

Заметим, что 5χ1(ΐ+τιρ)/5τιρ=5χ1(ΐ+τιρ)/5ΐ, можно переписать уравнение (52) в видеNote that 5χ 1 (ΐ + τ ιρ ) / 5τ ιρ = 5χ 1 (ΐ + τ ιρ ) / 5ΐ, we can rewrite equation (52) in the form

где )ζ11(ΐ) - сигнал из уравнения (17) с поправкой задержки т.where ) ζ 11 (ΐ) is the signal from equation (17) with a delay correction of t 1k .

Поскольку отсутствует аналитическое выражение для Кк1‘, задержки, которые удовлетворяют этой системе уравнений, должны быть найдены численным способом, например, по следующей итерационной схеме:Since there is no analytical expression for K k1 ', delays that satisfy this system of equations must be found numerically, for example, according to the following iterative scheme:

где с.| обозначает номер шага итерации; а μ - коэффициент усиления, который выбирают, чтобы добиться сходимости итерационного процесса. Минимизация 1Ш в уравнении (22) по отношению к Ηιρ может быть выполнена путем приравнивания производных к нулю, т.е.where s. | indicates the iteration step number; and μ is the gain that is chosen to achieve convergence of the iterative process. Minimization of 1 Ш in equation (22) with respect to Η ιρ can be performed by equating the derivatives to zero, i.e.

Благодаря эрмитовой симметричности )Ν это уравнение может быть преобразовано в следующее уравнение для собственных векторов:Due to Hermitian symmetry ) Ν this equation can be transformed into the following equation for eigenvectors:

Минимум функционала 1гц тогда дается собственным вектором с наименьшим собственным значением λ1. Подставляя это выражение для корреляционной матрицы в уравнении (22), можно преобразовать уравнение (56) к видуThe minimum of the functional 1 Hz is then given by the eigenvector with the smallest eigenvalue λ 1 . Substituting this expression for the correlation matrix in equation (22), we can transform equation (56) to the form

где )ζηι(ΐ) - сигнал из уравнения (19) с поправкой задержки т. where) ζ ηι (ΐ) - signal from the equation (19), adjusting the delay t 1k.

Коррекция амплитуды, таким образом, найдена из корреляции между сигналами радиочастотного элемента и скорректированного на задержку и амплитуду радиочастотного сигнала на выходе фильтра верхних частот, где присутствует й. Уравнение (57) затем может быть решено в процедуре итерации, например, какThe amplitude correction is thus found from the correlation between the signals of the RF element and the delay-adjusted amplitude of the RF signal at the output of the high-pass filter, where 1k is present. Equation (57) can then be solved in an iteration procedure, for example, as

- 32 014167- 32 014167

*=0* = 0

В продемонстрированном выше анализе сигнала, использованном в комплексном аналитическом представлении, который может быть получен из принятого радиочастотного сигнала путем использования преобразования Гильберта, как в уравнении (11), приближения преобразования Гильберта даны в уравнении (74). Для специалиста в этой области техники также очевидно, что приведенный выше анализ может быть изменен для действия на принятый радиочастотный сигнал, как вещественную часть аналитического сигнала.In the above analysis of the signal used in a complex analytical representation that can be obtained from the received RF signal by using the Hilbert transform, as in equation (11), approximations of the Hilbert transform are given in equation (74). It is also obvious to a person skilled in the art that the above analysis can be modified to act on a received radio frequency signal as a real part of the analytical signal.

Из процедур уравнений (54) и (58) следует, что естественно начать оценку для интервала Т0 при наименьшем запаздывании с дальнейшей оценкой через последовательные интервалы. Затем используют определенные амплитуды Ηιρ фильтра с коррекциями задержки τιρ для предшествующего интервала в качестве начальных значений в итерационной процедуре для каждого нового интервала, начиная с τ0ρ,0=0 и Ηιρ=1, в качестве начальных значений для первого интервала. Дополнительное преимущество использования значений, определенных на предыдущем интервале, в качестве начальных значений состоит в том, что, когда скачок в фазе ω1δτίρ, связанный с задержкой, меньше чем ±π/ω1 между каждым интервалом, можно отследить задержки с помощью связанных с ними фазами |ωιτιρ|>>π во всем диапазоне глубины.From the procedures of equations (54) and (58) it follows that it is natural to start an estimate for the interval T 0 at the least delay with a further estimate at successive intervals. Then, certain filter amplitudes Η ιρ with delay corrections τ ιρ for the previous interval are used as initial values in the iterative procedure for each new interval, starting with τ0ρ, 0 = 0 and Η ιρ = 1, as initial values for the first interval. An additional advantage of using the values determined in the previous interval as initial values is that when the jump in the phase ω 1 δτ ίρ associated with the delay is less than ± π / ω 1 between each interval, the delays can be tracked using with phases | ωιτ ιρ | >> π in the entire depth range.

Когда ширина полосы сигналов достаточно мала, а задержки меньше, чем период центральной частоты, могут быть применены следующие приближения:When the signal bandwidth is small enough and the delay is less than the center frequency period, the following approximations can be applied:

9 « ш[хк (ί) 9 "w [x k (ί)

α) (59)α) (59)

δ) ’ад(£ + τ.) « + τ.ξ°) где в уравнении (56Ь) мы разделили коррекции задержки как = 8т,к + т% (60) где τ^ - оценка или аппроксимация τ^, например далее будем использовать τ^ =¾.δ) 'hell (. £ + τ (ί) «+ τ.ξ °) where in equation (56) we divided delay correction as a = 8t, t k +% (60) where τ ^ - score or approximation τ ^, for example, we will use τ ^ = далее below.

Уравнение (59Ь) представляет, следовательно, комбинацию задержки фазы с фазой ωηδτ,ι.. и фактическую задержку τ1|% в качестве оценки τ1|. Улучшенную точность этого приближения получают путем фильтрации сигналов полосовым пропускающим фильтром около ω1 для уменьшения ширины полосы величины )хк(!). Подставляя аппроксимации из уравнений (59) в уравнения (53) и (54), получаемEquation (59b) therefore represents the combination of the phase delay with the phase ωηδτ, v .. and the actual delay τ 1 | % as an estimate of τ 1 | . Improved accuracy of this approximation is obtained by filtering the signals with a band pass filter near ω1 to reduce the bandwidth of the value ) x k (!). Substituting the approximations from equations (59) into equations (53) and (54), we obtain

Приравнивая последнее выражение нулю, можно вычислить δτιρ какEquating the last expression to zero, we can calculate δτ ιρ as

где Ζ{} обозначает фазовый угол комплексного выражения.where Ζ {} denotes the phase angle of the complex expression.

Это приводит к следующему итеративному уравнению для коррекций амплитуды и задержки:This leads to the following iterative equation for amplitude and delay corrections:

в котором итерацию обычно начинают со значений τιρ,01-ι,ρ с т,0=0 в качестве начальных значений для первого интервала.in which the iteration is usually started with the values τ ιρ , 0 = τ 1- ι, ρ with т , 0 = 0 as the initial values for the first interval.

С помощью приближения в уравнении (59) можно конвертировать максимизацию мощности в уравнениях (17) и (21) в проблему собственных значений. При этом используем разделение задержки в уравнении (60), что даетUsing the approximation in equation (59), it is possible to convert the power maximization in equations (17) and (21) into the eigenvalue problem. In this case, we use the delay separation in equation (60), which gives

Функционал в уравнении (21) преобразуется вThe functional in equation (21) is converted to

- 33 014167- 33 014167

Максимизация Ц по отношению к амплитуде и фазе 8 дает 8 как решение следующей проблемы собственных значений:Maximizing C with respect to the amplitude and phase of 8 1k gives 8 1k as a solution to the following eigenvalue problem:

(66) для наибольшего собственного значения λ1.(66) for the largest eigenvalue λ 1 .

Максимум функционала Ц находят с помощью лучшей возможной синхронизации компонентов сигнала, что обеспечивает нахождение оптимальных коррекций задержек из фаз компонентов собственных векторов. Компоненты векторов з1, определенные в уравнении (64), имеют модуль, равный единице, тогда как компоненты собственных векторов в уравнении (66) в общем имеют модули, отличные от единицы, поскольку величина функционала Ц может быть еще увеличена за счет предписания разного веса разным компонентам сигнала. Фазы компонентов собственных векторов в этом случае дают коррекции задержки, которые максимизируют мощность в уравнениях (17) и (64). Следует заметить, что матрица ^К1 - эрмитова, т.е. )К1т1=()Кт11)*. Из этого вытекает, что собственные значения вещественны, а собственные векторы образуют полный ортогональный базис для Ск, комплексного К-размерного пространства.The maximum of functional C is found using the best possible synchronization of signal components, which ensures the finding of optimal delay corrections from the phases of the components of the eigenvectors. The components of the vectors s 1 defined in equation (64) have a module equal to unity, while the components of the eigenvectors in equation (66) generally have modules different from unity, since the value of the functional C can be further increased by prescribing different weights different signal components. The phases of the components of the eigenvectors in this case give delay corrections that maximize the power in equations (17) and (64). It should be noted that the matrix ^ K 1 is Hermitian, i.e. ) К1т 1 = ( ) Кт1 1 ) *. It follows that the eigenvalues are real, and the eigenvectors form a complete orthogonal basis for C k , a complex K-dimensional space.

Точность приближения в уравнении (59) и, следовательно, нахождение решения собственных векторов в уравнении (66) улучшаются путем уменьшения ширины полосы сигналов. Преобразование Фурье от частичных суммированных сигналов в ω1 обеспечивает настолько сильную полосовую фильтрацию, что дифференцирование в уравнении (59а) и задержка фазы в уравнении (59Ь) становятся точными. Однако, чтобы избежать случая, когда задержка фазы превышает фундаментальный диапазон ±π, полезно разделить задержки, как и в уравнении (60), чтобы получить %(ω) = (67)The approximation accuracy in equation (59) and, therefore, finding the solution of eigenvectors in equation (66) are improved by reducing the signal bandwidth. The Fourier transform of the partial summed signals into ω 1 provides such a strong bandpass filtering that the differentiation in equation (59a) and phase delay in equation (59b) become accurate. However, in order to avoid the case where the phase delay exceeds the fundamental range ± π, it is useful to separate the delays, as in equation (60), to obtain% (ω) = (67)

После этого можно определить задержки путем максимизации функционалаAfter that, you can determine the delay by maximizing the functionality

Л, = рги(ш)]2 - λ, |я|2 = - λ, 1.5,+2 A, = pr and (w)] 2 - λ, | i 1k | 2 = - λ, 1.5, + 2

Максимизация приводит к проблеме собственных значений для каждой частоты аналогично уравнению (66), в котором коррекции задержки находят из фаз величин 8. Поскольку задержка фазы для преобразования Фурье является точным представлением истинной задержки, уравнение (67) является точным, в отличие от уравнения (64), в котором задержка фазы берется только на центральной частоте.Maximization leads to the problem of eigenvalues for each frequency, similar to equation (66), in which delay corrections are found from the phases of 8 1k values. Since the phase delay for the Fourier transform is an accurate representation of the true delay, equation (67) is accurate, in contrast to equation (64), in which the phase delay is taken only at the center frequency.

Основная часть анализа, проведенного выше, основана на доступности комплексных аналитических сигналов от радиочастотных элементов и на дальнейшей обработке этих сигналов для получения скорректированных принимаемых сигналов. Вычисления могут быть упрощены и дальше, причем следует заметить, что фазы в уравнении (62) могут быть вычислены какThe main part of the analysis performed above is based on the availability of complex analytical signals from radio frequency elements and on the further processing of these signals to obtain adjusted received signals. The calculations can be simplified further, and it should be noted that the phases in equation (62) can be calculated as

(69) /п άί(Не{\(/ + д-ι,ρ))1^(4(/)} + 1т{^р(/ + 7-,_1.р)}1т{\г2,(1)})(69) / n άί (He {\ (/ + d-v, ρ)) 1 ^ (4 (/)} + 1m {^ p (/ + 7 -, _ 1. P )} 1m {\ r 2 , (one)})

Интегрирование по Т1 является оценкой следующих математических ожиданий:Integration over T 1 is an estimate of the following mathematical expectations:

где \ 7 обозначает усреднение по ансамблю; а А1 принимает следующие формы:where \ 7 denotes ensemble averaging; and A 1 takes the following forms:

Α,(ί) = + 7-,_1ιΡ)} 1т {^ι,(ί)} Α,(ί) = 1т{}а:р(/ + τ,_1ιΡ)}Ηθ{)ζ1,(ί)}Α, (ί) = + 7 -, _ 1ιΡ )} 1t {^ ι, (ί)} Α, (ί) = 1t { } a: p (/ + τ, _1ιΡ)} Ηθ { ) ζ1, (ί )}

Α(ί) = НеЦ.Гр)'/ + 7-г_];Р)}В.е{';!,(/;)} Α,(ί) = + τ,_1ιΡ) }1т{\,(£)} (71)Α (ί) = NeTs.Gr) '/ r + 7- _]; P) VE} {';!, (/; )} Α, (ί) = + τ, _ 1ιΡ)} 1t {\ , (£)} (71)

Приближение в уравнении (70) становится равенством по мере того, как Т^-да, тогда как для конечных значений Т1 существует случайная ошибка оценки средних по ансамблю значений, что является причиной знака примерного равенства в уравнении (70). В учебниках по обработке сигналов можно найти, чтоThe approximation in equation (70) becomes equality as T ^ is yes, whereas for finite values of T 1 there is a random error in estimating ensemble mean values, which is the reason for the sign of the approximate equality in equation (70). In signal processing textbooks, you can find that

Для конечных значений Т1 случайные ошибки оценки приводят к следующим аппроксимациям:For the final values of T 1, random estimation errors lead to the following approximations:

(73)(73)

- 34 014167- 34 014167

Далее следует отметить, чтоIt should be noted further that

Ηβ^ζ/ί)} = хр(1)Ηβ ^ ζ / ί)} = x p (1)

Не {^,(2)} = ζ^ί)Not {^, (2)} = ζ ^ ί)

Ιιη{5ίΓρ(ί)} - #{;Ερ(ί)} « χρ(ί - π/2ωι)Ιιη { 5 ίΓρ (ί)} - # {; Ερ (ί)} «χ ρ (ί - π / 2ωι)

1т{)г11(/)} = « 2£ι(ί - π/2ωι) (74) где приближение преобразования Гильберта посредством сигналов, запаздывающих на π/2ω£, удов летворительно для узкополосных сигналов, центрированных в ω1.1m { ) r 11 (/)} = "2 £ ι ( ί - π / 2ωι) (74) where the approximation of the Hilbert transform by means of signals delayed by π / 2ω £ is satisfactory for narrow-band signals centered at ω1.

Путем комбинации уравнений (73) и (74) получаем упрощенные выражения ,. ~ 1 4.о„-1 Д^Ьхр^ + гг-)Н{г1Д)} _ 1 ;Тг <&χρ(ί + τ,_ι,ρ)2£ι(ΐ - π/2ωι) ~~ Е0Л1 ’ μ- '·— ~г ~ ·*4ζ · ' Е£1Ц ρ . . Э2 *-Ά αΤϊ ^ΐ— (ί) IBy combining equations (73) and (74) we obtain simplified expressions, 7m . ~ 1 4. о „-1 Д ^ Лх p ^ + г г - ) Н { г1 Д)} _ 1; N <& χ ρ (ί + τ , _ι, ρ) 2 £ ι (ΐ - π / 2ωι ) ~~ E0L1 'μ -' · - ~ g ~ · * 4ζ · 'E £ 1C p. . E2 * -Ά αΤϊ ^ ΐ— (ί) I

В этом выражении преобразование Гильберта или его приближение задержки действует только на скорректированный выход фильтра верхних частот и, следовательно, должен быть применен только к одному сигналу, упрощая всю процедуру. Аналогичное выражение может быть получено из последней части уравнения (73), но здесь преобразование Гильберта или его приближение задержки должно быть применено к полученным сигналам χρ(ΐ), что требует гораздо большей обработки. Некоторое уменьшение дисперсии оценки может быть получено путем комбинации первого и последнего выражения в уравнении (73) в соответствии с уравнением (69).In this expression, the Hilbert transform or its approximation of the delay acts only on the adjusted output of the high-pass filter and, therefore, should be applied to only one signal, simplifying the whole procedure. A similar expression can be obtained from the last part of equation (73), but here the Hilbert transform or its delay approximation should be applied to the received signals χ ρ (ΐ), which requires much more processing. Some reduction in the variance of the estimate can be obtained by combining the first and last expressions in equation (73) in accordance with equation (69).

Также отметим следующее соотношение:Also note the following ratio:

^Ве{\р(Г)}1т{Ч(Ц}) = (Ке{^(г)}1т{х( %(0)^ = -<7т{т^)}Не{г,%(0}^ которое позволяет заменить приведенные выше действия над аналитическими сигналами на действия над комплексными огибающими сигналов, где их вещественные и мнимые части находят как активные и реактивные составляющие выходных сигналов стандартного квадратурного демодулятора, как описано выше.^ Be {\ p (T)} 1t {C (C}) = (Ke {^ (r)} 1t {x ( % (0) ^ = - <7t {t ^)} Not {r, % (0 } ^ which allows you to replace the above actions on analytical signals with actions on complex envelopes of signals, where their real and imaginary parts are found as active and reactive components of the output signals of a standard quadrature demodulator, as described above.

При постоянной механической развертке акустического пучка также представляет интерес использование фильтров нижних частот и фильтров верхних частот с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ), в которых иллюстративный фильтр нижних частот 1-го порядка может быть описан какWith constant mechanical scanning of the acoustic beam, it is also of interest to use low-pass filters and high-pass filters with an infinite impulse response (IIR), in which an illustrative first-order low-pass filter can be described as

где Т - постоянная времени фильтра с частотой отсечки <вс=1/Т;where T is the filter time constant with a cutoff frequency < c = 1 / T;

нижний индекс к обозначает номер импульса, как и раньше, а сигнал изображения ζ^ΐ) обновляется для каждого нового излученного импульса.the subscript k denotes the pulse number, as before, and the image signal ζ (ΐ) is updated for each new emitted pulse.

Одна и та же структура уравнения верна как для аналитического сигнала, так и для его комплексной огибающей.The same structure of the equation is true both for the analytical signal and for its complex envelope.

Таким образом, теперь разработана рекуррентная схема оценки коррекций задержек т для каждого нового излучаемого пучка. Считаем, что т даны для т вплоть до к-1. При новом излученном пучке с номером к с принятым сигналом хк(1) затем надо определить коррекции задержки т. Эту оценку обычно выполняют через минимизацию функционала, где для простоты использовано приближение аналитического сигналаThus, a recurrence scheme for estimating delay corrections of t 1k for each new emitted beam has now been developed. We assume that m 1 m are given for m up to k-1. With a new radiated beam with number k with the received signal x k (1), then it is necessary to determine the delay correction t 1k . This estimate is usually performed by minimizing the functional, where the approximation of the analytical signal is used for simplicity

Дифференцирование по т дает «=2ЛКе{^лм’ад(()р0 (79) Differentiation with respect to m 1k gives « = 2 ЛКе {^ lm ' ad (() p 0 (79)

Подставляя это приближение в уравнение (59), получаем ~ -АсЦш /Τι + τ,-ιλ) + ф1хк(1 + т11к)} (80)Substituting this approximation into Eq. (59), we obtain ~ -AcSm / Τι + τ, -ιλ) + ф1х к (1 + т 11к )} (80)

Поскольку последний подынтегральный член вещественный, равенство в приведенном выше выражении выполняется, когдаSince the last integrand is real, equality in the above expression holds when

Фильтры верхних частот более высокого порядка могут быть описаны аналогичным образом с пространственным представлением векторных состояний фильтров, известных любому специалисту в этой области техники. Также любой специалист в этой области техники может выполнить рекуррентное опреHigher-order high-pass filters can be described in a similar way with a spatial representation of the filter vector states known to any person skilled in the art. Also, any person skilled in the art can perform a recursive determination

- 35 014167 деление т в соответствии с процедурой, описанной выше.- 35 014167 division t 1k in accordance with the procedure described above.

Для надлежащего подавления линейно рассеянного сигнала необходимо иметь точность задержки, которая намного меньше, чем интервал выборок принятого радиочастотного сигнала в большинстве акустических систем построения изображения. Эта точность может быть получена через интерполяцию сигнала между выборками в соответствии с известными методами. Часто, но менее надлежащая точность может быть получена посредством комбинации коррекции задержки с точностью ближайшей выборки 1+)т и коррекции фазы ω^τ^ по аналогии с уравнением (59) + тгк) т^) (82) где §т]к=Т1к.For proper suppression of a linearly scattered signal, it is necessary to have a delay accuracy that is much smaller than the sampling interval of the received RF signal in most acoustic imaging systems. This accuracy can be obtained by interpolating the signal between samples in accordance with known methods. Often, but less appropriate accuracy can be obtained by combining delay correction with the accuracy of the closest sample 1+ ) t 1k and phase correction ω ^ τ ^ by analogy with equation (59) + т гк ) т ^) (82) where § т ] k = T 1k -T 1k.

Радиочастотный сигнал является вещественной частью уравнения (82).The radio frequency signal is a real part of equation (82).

Первый способ в соответствии с изобретением, описанный в связи с фиг. 1 и 2, может быть осуществлен как вариант приемного фильтра, который присутствует в большинстве современных цифровых сканеров, или же фильтрация на приеме может быть выполнена на пути обработки радиочастотного сигнала. Блок-схема узла обработки для определения коррекции амплитуды и/или задержки в соответствии со вторым или третьим способами согласно изобретению, вместе с параметрами изображения в соответствии с этим изобретением, как определено в уравнениях (14)-(30), (42)-(44), показана на фиг. 10. Принятые радиочастотные сигналы хк(1), обозначенные номером позиции 1001, от последовательных излученных групп импульсов поступают в фильтр 1002 верхних частот медленного времени, чтобы дать на выходе линейный сигнал 1003 изображения с подавленной реверберацией, в соответствии с уравнением (14), а также в блок 1004 памяти, чтобы обеспечить большую универсальность в обработке сигналов. Принятые сигналы затем поступают в определитель 1005 коррекций амплитуды и/или задержки, который работает в соответствии с одним из способов, представленных выше или аналогичных им, для того, чтобы получить точные оценки 1006 коррекции амплитуды и/или задержки нелинейного распространения. Полученные коррекции амплитуды и/или задержки нелинейного распространения поступают в корректирующий блок 1007, который получает сигналы из блока памяти и выдает коррекции амплитуды и/или задержки нелинейного распространения. Откорректированные сигналы затем поступают в блокThe first method in accordance with the invention described in connection with FIG. 1 and 2 can be implemented as a variant of the receiving filter, which is present in most modern digital scanners, or filtering at the reception can be performed in the way of processing the radio frequency signal. The block diagram of the processing node for determining the correction of the amplitude and / or delay in accordance with the second or third methods according to the invention, together with the image parameters in accordance with this invention, as defined in equations (14) - (30), (42) - ( 44), shown in FIG. 10. The received radio frequency signals x to (1), indicated by the position number 1001, from the successive emitted pulse groups are fed to the high-speed filter 1002 of the slow time to give a linear image signal 1003 with suppressed reverb, in accordance with equation (14), as well as to the memory unit 1004 to provide greater versatility in signal processing. The received signals are then sent to the amplitude and / or delay corrector determiner 1005, which operates in accordance with one of the methods presented above or similar in order to obtain accurate estimates of the amplitude and / or nonlinear propagation delay correction 1006. The obtained corrections of the amplitude and / or delay of nonlinear propagation are received in the correction block 1007, which receives signals from the memory block and generates corrections of the amplitude and / or delay of nonlinear propagation. The corrected signals then go to the block.

1008, который выделяет скорректированный линейный сигнал 1009, например, в соответствии с уравнениями (17) и (18), или непосредственное решение уравнения (42) или аналогичное ему, и в блок 1010, который выделяет скорректированный нелинейно рассеянный сигнал 1011, например, в соответствии с уравнениями (19) и (20), или непосредственное решение уравнения (42), или аналогичное ему. Следует отметить, что, когда для оценки используют способы, аналогичные уравнениям (42)-(44), влияние реверберации импульса на определение коррекции задержки минимально, как оно минимально также на определение сигналов линейного и нелинейного рассеяния. Согласно рассуждениям, приведенным выше, можно также использовать вторую гармоническую полосу принятых сигналов для определения задержек нелинейного распространения, а также для сигналов изображения. Соответствующие блоки на блоксхеме должны тогда содержать фильтры для выделения второй гармонической полосы или же сами входные сигналы должны быть сигналами второй гармонической полосы.1008, which extracts the corrected linear signal 1009, for example, in accordance with equations (17) and (18), or directly solves equation (42), or the like, and to block 1010, which extracts the corrected non-linearly scattered signal 1011, for example, in accordance with equations (19) and (20), either a direct solution to equation (42), or similar. It should be noted that when methods similar to Eqs. (42) - (44) are used for estimation, the effect of pulse reverberation on the determination of delay correction is minimal, as it is also minimal on the determination of linear and nonlinear scattering signals. According to the reasoning above, you can also use the second harmonic band of the received signals to determine the delay of nonlinear propagation, as well as for image signals. The corresponding blocks on the block diagram should then contain filters to isolate the second harmonic band, or the input signals themselves should be signals of the second harmonic band.

Линейные 1009 и нелинейные 1011 сигналы с коррекцией задержки вместе с определенными коррекциями 1006 задержки подают в блок 1012 определения численных параметров, в котором вычисляют один или более численный параметр 1015 нелинейного распространения в соответствии с уравнением (27) или аналогичного ему и один или более численный параметр 1016 нелинейного рассеяния в соответствии с уравнением (30) или аналогичного ему, а также коэффициент а(г) 1017 локального акустического поглощения в соответствии с уравнением (36). Блок 1005 коррекции задержки может также представлять допплеровские фазы 1013, например, согласно уравнению (24), которые поступают в допплеровский блок 1014, который рассчитывает радиальное смещение 1018 центров рассеяния, радиальную скорость 1019 центров рассеяния, радиальную деформацию смещения 1020 центров рассеяния и радиальную скорость 1021 деформации смещения центров рассеяния или вычисляет другие параметры. Сигналы 1003,Linear 1009 and non-linear 1011 delay-corrected signals along with certain delay corrections 1006 are supplied to a numerical parameter determination unit 1012 in which one or more numerical non-linear propagation parameter 1015 is calculated in accordance with equation (27) or a similar and one or more numerical parameter 1016 nonlinear scattering in accordance with equation (30) or similar, as well as the coefficient a (d) 1017 of local acoustic absorption in accordance with equation (36). The delay correction block 1005 may also represent Doppler phases 1013, for example, according to equation (24), which enter the Doppler block 1014, which calculates the radial displacement 1018 of the scattering centers, the radial velocity 1019 of the scattering centers, the radial deformation of the displacement 1020 of the scattering centers and the radial speed 1021 deformation of the displacement of the scattering centers or calculates other parameters. Signals 1003,

1009, 1011, 1015, 1016, 1017, 1018, 1019, 1020 и 1021 затем обычно подают для дальнейшей обработки и отображают для создания полных акустических изображений в соответствии с известными способами.1009, 1011, 1015, 1016, 1017, 1018, 1019, 1020 and 1021 are then typically served for further processing and displayed to create complete acoustic images in accordance with known methods.

Четвертый способ в соответствии с изобретением, описанный в связи с уравнениями (45)-(48), работает больше в пакетном режиме для оценки коррекций для задержек нелинейного распространения и линейно и нелинейно рассеянного сигнала. Процедура такой оценки может быть представлена блоксхемой на фиг. 11, где номер позиции 1101 обозначает приходящие измеряемые сигналы хк(1), которые поступают в блок 1102 коррекции и определения амплитуды и/или задержки, выход из которого представляет собой линейно рассеянный сигнал χ1(ΐ), обозначенный номером позиции 1103, нелинейно рассеянный сигнал хп(1). обозначенный номером позиции 1104, и найденные коррекции для задержек τ(ΐ) нелинейного распространения и осцилляции амплитуды а(1), обозначенные номером позиции 1105. В связи с этим способом следует отметить, что реверберации импульса и сигналы нелинейного рассеяния минимально влияют на определение коррекций задержки, хотя при использовании второй гармонической полосы принятых сигналов существуют определенные преимущества, как обсуждалось выше в связи с уравнениями (42)-(44). Найденные величины χ1(ΐ), χη(ΐ), τ(ΐ) и а(1) затем поступают в блок 1106 определеThe fourth method in accordance with the invention, described in connection with equations (45) to (48), operates more in batch mode to evaluate corrections for non-linear propagation delays and linearly and nonlinearly scattered signals. The procedure for such an assessment can be represented by the block diagram in FIG. 11, where the position number 1101 denotes the incoming measured signals x to (1), which enter the block 1102 correction and determination of the amplitude and / or delay, the output of which is a linearly scattered signal χ 1 (обознач), indicated by the position number 1103, nonlinear scattered signal x p (1). indicated by the position number 1104, and the corrections found for the delays τ (нелиней) of the nonlinear propagation and amplitude oscillations a (1), indicated by the position number 1105. In connection with this method, it should be noted that the pulse reverberations and nonlinear scattering signals have a minimal effect on the determination of delay corrections although there are certain advantages to using the second harmonic band of the received signals, as discussed above in connection with equations (42) - (44). The found values of χ 1 (ΐ), χ η (ΐ), τ (ΐ) and a (1) then go to block 1106 to determine

- 36 014167 ния численных параметров, который выдает один или более параметров 1015 нелинейного распространения, параметр 1016 нелинейного рассеяния, параметр 1017 локального поглощения, радиальное смещение 1018 центров рассеяния, радиальную скорость 1019 центров рассеяния, радиальную деформацию 1020 смещения центров рассеяния и радиальную скорость 1021 деформации смещения центров рассеяния, или вычисляет другие параметры.- 36 014167 numerical parameters, which gives one or more nonlinear propagation parameters 1015, nonlinear scattering parameter 1016, local absorption parameter 1017, radial displacement 1018 of scattering centers, radial velocity 1019 of scattering centers, radial strain 1020 of scattering center displacement and radial strain rate 1021 of deformation displacement of scattering centers, or calculates other parameters.

Блоки обработки сигналов могут быть затем применены как для способов томографической реконструкции, основанных на измерениях пропускания и углового рассеяния, как показано на фиг. 9, так и для устройств построения изображений с помощью обратного рассеяния. Блок-схема прибора построения изображений с помощью обратного рассеяния в самом широком смысле в соответствии с изобретением показана на фиг. 12, где номер позиции 1201 обозначает решетку акустических преобразователей, содержащую высокочастотную (ВЧ) и низкочастотную (НЧ) секции. В этом самом широком применении способов решетка имеет двумерное распределение элементов, что позволяет обеспечить полное электронное 3Б-управление высокочастотным и низкочастотным пучками, которая в дальнейшем называется 2Б-решетка, причем устройство также способно как определять, так и корректировать аберрации волнового фронта. Однако понятно, что способы могут быть использованы и с менее сложными решетками, как описано ниже.The signal processing units can then be applied both to tomographic reconstruction methods based on transmission and angular scatter measurements, as shown in FIG. 9, and for backscatter imaging devices. A block diagram of a backscatter imaging device in the broadest sense in accordance with the invention is shown in FIG. 12, where reference number 1201 denotes an acoustic transducer array comprising high-frequency (HF) and low-frequency (LF) sections. In this widest application of methods, the lattice has a two-dimensional distribution of elements, which allows for full electronic 3B control of high-frequency and low-frequency beams, which is hereinafter referred to as the 2B lattice, and the device is also capable of both determining and correcting wavefront aberrations. However, it is understood that the methods can also be used with less complex lattices, as described below.

Высокочастотная часть решетки в применениях полных 3Б-изображений может иметь большое число элементов, например от 3000 до 10000, а количество каналов для приема и излучения обычно уменьшают в блоке 1202 субапертуры, где в режиме приема сигналы от нескольких соседних элементов решетки задерживают и суммируют с сигналами 1203 субапертуры для дальнейшей обработки. Для коррекции аберрации значения ширины групп субапертуры на поверхности решетки меньше корреляционной длины аберраций волнового фронта, где обычное количество групп субапертур и сигналов может быть от 100 до 1000.The high-frequency part of the grating in applications of full 3B images can have a large number of elements, for example, from 3000 to 10000, and the number of channels for receiving and emitting is usually reduced in subaperture block 1202, where in the reception mode the signals from several neighboring grating elements are delayed and summed with the signals 1203 subapertures for further processing. To correct aberration, the widths of subaperture groups on the surface of the lattice are less than the correlation length of wavefront aberrations, where the usual number of subapertures and signals can be from 100 to 1000.

Чтобы излучить группы импульсов, формирователь 1204 ВЧ излучаемого пучка подает импульсы в блок 1202 субапертуры, который задерживает и распределяет сигналы во все элементы или в субгруппы элементов ВЧ-решетки, тогда как формирователь 1205 НЧ излучаемого пучка одновременно подает импульсы в элементы НЧ-решетки. Излучение групп импульсов запускают посредством контроллера 1206 устройства, который обращается с субблоками посредством шины 1207 устройства.To emit groups of pulses, the RF emitted beam former 1204 supplies pulses to the subaperture block 1202, which delays and distributes the signals to all elements or subgroups of the RF grating elements, while the low frequency emitted beam former 1205 simultaneously delivers pulses to the low-frequency array elements. Pulse group radiation is triggered by a device controller 1206, which handles subunits via the device bus 1207.

Принятые сигналы 1203 субапертуры поступают в блок 1208, в котором сигналы субапертуры задерживают для управления направлением принятого пучка и фокусирования в предположении однородной среды с постоянной средней скоростью распространения, что в дальнейшем называется однородными задержками. 3Б-управление и фокусировка может также быть выполнена и для разреженных решеток, причем блок 1202 субапертуры обычно исключают. Для 1,75Б-решеток количество элементов ВЧ-решетки может быть настолько уменьшено, что блоки субапертуры могут быть исключены. В дальнейшем поэтому будем использовать понятия сигналы элемента и сигналы субапертуры как синонимы.The received subaperture signals 1203 arrive at block 1208, in which the subaperture signals are delayed to control the direction of the received beam and focus under the assumption of a homogeneous medium with a constant average propagation velocity, which is hereinafter referred to as uniform delays. 3B control and focusing can also be performed for sparse gratings, with subaperture block 1202 usually being excluded. For 1.75B gratings, the number of HF grating elements can be so reduced that subaperture blocks can be eliminated. In the future, therefore, we will use the concepts of element signals and subaperture signals as synonyms.

Сигналы 1209 элементов, которые скорректированы посредством однородных задержек, подают в блок 1210, где также применяют коррекции для аберраций волнового фронта, например, определенные, как описано в уравнениях (33) и (34), или в соответствии со способами, описанными в патентах США № 6485423, 6905465 и в заявке на патент США №10/89438, перед тем, как сигналы элементов суммированы в окончательный сигнал принятого пучка. Для построения 3Б-изображений обычно используют многочисленные принимаемые пучки с небольшими угловыми отклонениями, которые параллельно покрывают широкий излучаемый пучок. Коррекции аберрации для пучков с угловыми отклонениями могут являться смещенными вбок случаями коррекции для центрального пучка, которые добавлены вместе с однородными задержками для углового отклонения в блоке 1210.Signals 1209 of the elements, which are corrected by uniform delays, are fed to block 1210, where corrections for wavefront aberrations are also applied, for example, determined as described in equations (33) and (34), or in accordance with the methods described in US patents No. 6485423, 6905465 and in the application for US patent No. 10/89438, before the signals of the elements are summed into the final signal of the received beam. To construct 3B images, numerous received beams with small angular deviations, which parallel cover a wide emitted beam, are usually used. Aberration corrections for beams with angular deviations can be laterally offset correction cases for the central beam, which are added together with uniform delays for angular deviation in block 1210.

Выход 1211 блока 1210, следовательно, является одним или более радиочастотным сигналом для одного или более параллельного направления принятого пучка, который поступает в блок 1212 обработки в соответствии с настоящим изобретением, который, в свою очередь, выполняет одну или более операцию в соответствии с фиг. 2, 10 и 11. Следует отметить, что для операции в соответствии с фиг. 2 высокочастотный импульс на подавляющей части расстояния распространения расположен на отрицательном пространственном градиенте низкочастотных колебаний давления, тогда как для способов, описанных в связи с фиг. 10 и 11, высокочастотный импульс на подавляющей части расстояния распространения расположен вблизи гребня или впадины низкочастотных колебаний давления.The output 1211 of block 1210 is therefore one or more radio frequency signals for one or more parallel directions of the received beam, which enters the processing block 1212 in accordance with the present invention, which, in turn, performs one or more operations in accordance with FIG. 2, 10 and 11. It should be noted that for the operation in accordance with FIG. 2, the high-frequency pulse over the vast majority of the propagation distance is located on the negative spatial gradient of the low-frequency pressure oscillations, whereas for the methods described in connection with FIG. 10 and 11, a high-frequency pulse on the vast majority of the propagation distance is located near the crest or trough of low-frequency pressure fluctuations.

Коррекции аберрации определяют в блоке 1213, например, согласно способам, описанным в связи с цитируемыми патентами и заявками на патент, и, возможно, также используя способы, основанные на уравнениях (33) и (34). Блок 1213 берет в качестве входного сигнала сигналы 1209 с коррекциями однородной задержки и, возможно, также сигналы 1214 окончательного пучка с подавлением шума реверберации импульса в соответствии с изобретением. Сигналы 1209 элементов с коррекциями задержки обычно являются первыми обработанными с помощью способов в соответствии с изобретением, обычно с помощью способа, описанного в связи с фиг. 2 или уравнением (14), чтобы подавить шум реверберации импульса перед определением коррекций задержки. Следует отметить, что использование сигнала от движущихся центров рассеяния, как, например, имеет место для крови или миокарда и как предложено в патенте США № 6485423, улучшает действие способов подавления шума реверберации импульса, какAberration corrections are determined in block 1213, for example, according to the methods described in connection with the cited patents and patent applications, and possibly also using methods based on equations (33) and (34). Block 1213 takes as input the signals 1209 with homogeneous delay corrections, and possibly also the final beam signals 1214 with noise reverberation noise reduction in accordance with the invention. Delay correction element signals 1209 are usually first processed using the methods of the invention, typically using the method described in connection with FIG. 2 or equation (14) to suppress the pulse reverb noise before determining the delay corrections. It should be noted that the use of a signal from moving scattering centers, such as, for example, takes place for blood or myocardium and as proposed in US Pat. No. 6,485,423, improves the effect of methods for suppressing pulse reverberation noise, such as

- 37 014167 описано в отношении уравнения (14). Оценки, основанные на задержках нелинейного распространения для отдельных сигналов элементов/субапертур, которые даются уравнениями (33) и (34), также сами по себе представляют интересные оценки, а также являются отправной точкой для дальнейших оценок в соответствии с цитируемыми патентами как для фокусировки 1-го излученного пучка, а также в итерационной схеме.- 37 014167 described in relation to equation (14). Estimates based on the nonlinear propagation delays for individual element / subaperture signals given by equations (33) and (34) also represent interesting estimates in themselves, and also serve as a starting point for further estimates in accordance with the cited patents, as for focusing 1 of the emitted beam, as well as in the iterative scheme.

Когда оценка коррекций для аберрации волнового фронта основана на корреляциях сигнала с выходным сигналом 1214 формирователя пучка с сильно подавленным шумом реверберации, шум реверберации в сигналах элемента некоррелирован по отношению к выходному сигналу формирователя пучка. Если допустимы медленные обновления оценок коррекции аберрации, можно использовать такие длинные времена корреляции, что влияние шума реверберации в сигналах элемента на оценки коррекций может быть незначительным. Однако время корреляции обычно настолько мало, что является предпочтительным также подавить шум реверберации в сигналах элемента перед выполнением оценок коррекций аберрации.When the estimate of the corrections for the wavefront aberration is based on the correlations of the signal with the output signal of the beam former 1214 with strongly suppressed reverberation noise, the reverberation noise in the element signals is uncorrelated with respect to the output of the beam former. If slow updates to aberration correction estimates are acceptable, long correlation times can be used such that the effect of the reverberation noise in the element signals on the correction estimates can be negligible. However, the correlation time is usually so short that it is preferable to also suppress the reverberation noise in the element signals before performing aberration correction estimates.

Выходные сигналы блока 1212 являются линейно и нелинейно рассеянными сигналами, двумя численными нелинейными параметрами, а также данными по допплеровской фазе и частоте, как описано в отношении фиг. 10 и 11. Эти данные могут быть поданы непосредственно в блок 1216 построения изображения и в преобразователь развертки, который представляет изображения в сжатом и окрашенном виде амплитуд линейно и нелинейно рассеянных сигналов, численных нелинейных параметров/сигналов, радиальных смещений объекта, скоростей, деформаций смещения и скоростей деформации смещения, основываясь на выходных сигналах, даваемых фиг. 10 и 11. Однако для измерения радиальных скоростей крови или пузырьков газа или других текучих сред следует дальше обработать линейно или нелинейно рассеянные сигналы в области медленного времени для подавления паразитного эхо-сигнала от объекта вследствие мешающих отражений, чтобы выделить сигналы текучих сред для допплеровской обработки в соответствии с известными способами, что и делает блок 1215. Выходные сигналы из этого блока подают в блок 1216 построения изображения, чтобы быть выбранными и наложенными на изображения с другой информацией. Блок 1216 подает свои выходные сигналы на отображающее устройство 1217.The output signals of block 1212 are linearly and nonlinearly scattered signals, two numerical nonlinear parameters, and also Doppler phase and frequency data, as described with respect to FIG. 10 and 11. This data can be fed directly to the imaging unit 1216 and to a scan converter, which presents images in compressed and colored form of amplitudes of linearly and nonlinearly scattered signals, numerical nonlinear parameters / signals, radial displacements of the object, velocities, displacement deformations and displacement strain rates based on the output signals given in FIG. 10 and 11. However, to measure the radial velocities of blood or gas bubbles or other fluids, it is necessary to further process linearly or nonlinearly scattered signals in the slow time domain to suppress the spurious echo from the object due to interfering reflections in order to isolate the signals of the fluids for Doppler processing in in accordance with known methods, which is done by block 1215. The output signals from this block are sent to block 1216 imaging to be selected and superimposed on images with other information iey. Block 1216 provides its output signals to a display device 1217.

Любому специалисту в этой области техники должно быть очевидно, что могут быть выполнены многочисленные упрощения устройства, представленные на фиг. 12, хотя и с использованием в устройстве существенных аспектов изобретения. Например, можно иметь грубое разделение элементов в вертикальном направлении, что ограничивает электронное управление направлением пучка в этом направлении, хотя все еще можно получать коррекции для аберраций волнового фронта и динамической фокусировки с глубиной в вертикальном направлении. Такие решетки часто называют 1.750-решетками, которые имеют меньшее число общего количества элементов решетки, чем 2О-решетки для полного 3О-управления пучком, в результате чего блок субапертуры может быть исключен. Разреженные решетки представляют собой другой способ исключения некоторого числа элементов, так что становится практичным исключить блок 1202 субапертуры. Однако выигрыш от использования блока субапертуры существует, если только размер субапертурной группы вдоль поверхности решетки меньше корреляционной длины аберраций волнового фронта.It should be apparent to any person skilled in the art that the numerous simplifications of the device illustrated in FIG. 12, although using essential aspects of the invention in a device. For example, it is possible to have a rough separation of the elements in the vertical direction, which limits the electronic control of the beam direction in this direction, although corrections for wavefront aberrations and dynamic focusing with depth in the vertical direction can still be obtained. Such gratings are often called 1.750 gratings, which have a smaller number of total number of grating elements than 2O gratings for full 3O beam control, as a result of which the subaperture block can be eliminated. Sparse gratings are another way of eliminating a number of elements, so it becomes practical to exclude subaperture block 1202. However, there is a gain from using a subaperture block if the size of the subaperture group along the lattice surface is less than the correlation length of the wavefront aberrations.

Можно также исключить оценки и коррекции для аберраций волнового фронта, т. е. блоки 1210 и 1213, и тем не менее быть в состоянии выполнять обработку в блоке 1212 для получения как линейно, так и нелинейно рассеянных сигналов и т.д., как было описано выше. Решетку можно еще больше упростить, когда элементы, симметричные относительно оси сканирования пучка (азимутальная ось), гальванически объединены для дальнейшего уменьшения в 2 раза числа независимых каналов, при этом такую решетку часто называют 1,5О-решеткой. Аналогично можно использовать одномерные (Ш) решетки, а также кольцевые решетки с механическим сканированием направления пучка, при этом единственное изменение в блок-схеме, показанной на фиг. 12, будет заключаться в исключении блока 1212 субапертуры, блока 1210 коррекции аберрации и блока 1213 оценки коррекции аберрации.You can also exclude estimates and corrections for wavefront aberrations, i.e., blocks 1210 and 1213, and nevertheless be able to perform processing in block 1212 to obtain both linearly and nonlinearly scattered signals, etc., as described above. The lattice can be further simplified when elements symmetrical with respect to the scanning axis of the beam (azimuth axis) are galvanically combined to further halve the number of independent channels, and such a lattice is often called a 1.5 O-lattice. Similarly, one-dimensional (III) gratings can be used, as well as ring gratings with mechanical scanning of the beam direction, with the only change in the block diagram shown in FIG. 12 will be the exclusion of subaperture block 1212, aberration correction block 1210, and aberration correction estimation block 1213.

Таким образом, поскольку желательно иметь устройства с разной сложностью или с возможностью выбора сложности, для наилучшей эффективности в зависимости от измерительной ситуации желательно иметь устройства, которые выполнены с возможностью выбора между разными способами обработки, описанными выше. Нумерация способов, описанных выше, соответствует возрастающей сложности способов с вытекающим отсюда увеличением числа импульсов, требуемых для одной радиальной линии изображения, и, следовательно, увеличением времени, затраченного на построение одного изображения, которое является величиной, обратной частоте кадров.Thus, since it is desirable to have devices with different complexity or with a choice of complexity, for best efficiency, depending on the measuring situation, it is desirable to have devices that are capable of choosing between different processing methods described above. The numbering of the methods described above corresponds to the increasing complexity of the methods with the consequent increase in the number of pulses required for a single radial line of the image, and, consequently, an increase in the time taken to build one image, which is the reciprocal of the frame rate.

Преимущества и недостатки этих способов следующие.The advantages and disadvantages of these methods are as follows.

1. В первом способе в соответствии с изобретением, описанном в отношении фиг. 1 и 2, результат получают с помощью единственной группы излученных импульсов и обеспечивают подавление шума реверберации импульса с чувствительностью первой гармоники посредством радиочастотной фильтрации принятого сигнала в быстром времени в блоке 1212, изображенном на фиг. 12. Сигналы с подавленной реверберацией далее обрабатывают согласно известным способам получения структурного изображения объекта и построения допплеровского изображения движущихся центров рассеяния и текучих сред, а также радиальной деформации смещения и скоростей деформации относительного перемещения1. In a first method in accordance with the invention described in relation to FIG. 1 and 2, the result is obtained using a single group of emitted pulses and suppresses the noise of the reverberation of the pulse with the sensitivity of the first harmonic by means of radio-frequency filtering of the received signal in fast time in block 1212 shown in FIG. 12. Signals with suppressed reverb are further processed according to known methods for obtaining a structural image of an object and constructing a Doppler image of moving scattering centers and fluids, as well as radial strain of displacement and strain rates of relative displacement

- 38 014167 центра рассеяния в блоках 1215 и 1216. Этот способ не обеспечивает параметры нелинейного рассеяния или параметры задержки нелинейного распространения, но дает самую большую частоту кадров из всех способов.- 38 014167 of the scattering center in blocks 1215 and 1216. This method does not provide non-linear scattering parameters or non-linear propagation delay parameters, but gives the highest frame rate of all methods.

2. Во втором способе в соответствии с изобретением, описанном в отношении фиг. 3-7 и уравнений (10)-(41), результат получают с помощью двух или более групп излученных импульсов для каждой радиальной линии изображения с изменениями частоты, и/или фазы, и/или амплитуды низкочастотного импульса для каждой излученной группы импульсов. Путем комбинации принятых сигналов от нескольких импульсов получают первый сигнал изображения с подавлением шума реверберации импульса с чувствительностью первой гармоники, оценку задержки нелинейного распространения, которая дает второй сигнал изображения, дающий информацию о нелинейном рассеянии от объекта, микрокальцификаций и микропузырьков, а также первый и второй численные нелинейные параметры изображения. При излучении трех или более импульсов также получают допплеровскую информацию согласно уравнению (24), которая чрезвычайно полезна при изучении радиального смещения и скорости, а также радиальной деформации смещения и скоростей деформации структур объекта, таких как миокард. Обработанные первый и второй сигналы изображения могут быть использованы для построения изображения амплитуды структур объекта в блоке 1216 и для построения допплеровского изображения движущихся центров рассеяния с фильтрацией шума помех в блоке 1215. Для амплитудного построения изображения ткани способ дает более низкую частоту кадров, чем первый способ, описанный выше, поскольку нужно излучать две или более группы импульсов для каждой радиальной линии изображения, тогда как при построении допплеровского изображения, изображений деформации смещения и скоростей деформации частоты кадров обоих методов сравнимы по величине. Когда для определения задержек нелинейного распространения используют первые гармонические сигналы, в оценках задержки будут проявляться ошибки, вызванные шумом реверберации импульса, тогда как с меньшей чувствительностью можно определить задержки нелинейного распространения из второй гармонической компоненты принятых сигналов, которая обладает подавленным шумом реверберации, или же можно снизить шум реверберации другим образом, чтобы получить оценки задержек нелинейного распространения с меньшими ошибками, вызванными шумом реверберации. Нелинейное рассеяние также дает небольшие ошибки в оценках задержки, которые влияют на точность определения второго сигнала изображения и численных нелинейных параметров изображения. Однако эти ошибки лишь минимальным образом снижают подавление линейно рассеянного сигнала при формирования второго сигнала изображения, что является важным результатом. В настоящем изобретении также отмечены основные принципы конструкций двухполосных акустических решеток преобразователей, которые создают осциллаторные изменения с глубиной в фазе излученного низкочастотного импульса по отношению к высокочастотному импульсу, для минимизации максимальных задержек нелинейного распространения, так что для малых амплитуд (~50 кПа) низкочастотного импульса можно приблизительно определить вторые нелинейные сигналы изображения без коррекций на задержки нелинейного распространения.2. In a second method in accordance with the invention described in relation to FIG. 3-7 and equations (10) - (41), the result is obtained using two or more groups of emitted pulses for each radial image line with changes in the frequency and / or phase and / or amplitude of the low-frequency pulse for each emitted group of pulses. By combining the received signals from several pulses, the first image signal with the suppression of pulse reverberation noise with the sensitivity of the first harmonic is obtained, an estimate of the nonlinear propagation delay, which gives a second image signal giving information about nonlinear scattering from the object, microcalcifications and microbubbles, as well as the first and second numerical nonlinear image parameters. When three or more pulses are emitted, Doppler information is also obtained according to equation (24), which is extremely useful in studying the radial displacement and velocity, as well as the radial deformation of displacement and strain rates of object structures, such as myocardium. The processed first and second image signals can be used to construct an image of the amplitude of the structures of the object in block 1216 and to construct a Doppler image of moving scattering centers with interference noise filtering in block 1215. For amplitude imaging of a tissue, the method provides a lower frame rate than the first method, described above, since it is necessary to radiate two or more groups of pulses for each radial line of the image, whereas when building a Doppler image, images of deformations ation displacement and deformation rate frame rate of the two methods are comparable. When the first harmonic signals are used to determine non-linear propagation delays, delay estimates will show errors caused by pulse reverberation noise, while with less sensitivity, non-linear propagation delays can be determined from the second harmonic component of the received signals, which has suppressed reverb noise, or it can be reduced reverb noise in another way to get estimates of non-linear propagation delays with less errors caused by roar noise rberatsii. Nonlinear scattering also produces small errors in the delay estimates, which affect the accuracy of the determination of the second image signal and numerical nonlinear image parameters. However, these errors only minimally reduce the suppression of the linearly scattered signal during the formation of the second image signal, which is an important result. The present invention also notes the basic principles of the design of two-way acoustic transducer arrays, which create oscillatory changes with depth in the phase of the emitted low-frequency pulse with respect to the high-frequency pulse, to minimize the maximum non-linear propagation delays, so that for low amplitudes (~ 50 kPa) of the low-frequency pulse, approximately determine the second non-linear image signals without corrections for the delay of non-linear propagation.

3. В третьем способе, описанном в отношении уравнений (42)-(44), используют три или более излученные группы импульсов по меньшей мере с тремя уровнями частот, и/или фаз, и/или амплитуд низкочастотного импульса для получения одного обработанного сигнала. В способе удаляют шум реверберации импульса перед дальнейшей оценкой задержек нелинейного распространения и получают оценки линейно и нелинейно рассеянных сигналов с сильным подавлением шума реверберации импульса. Первые численные нелинейные параметры/сигналы изображения, уравнение (27), и вторые численные нелинейные параметры/сигналы изображения, уравнение (30), получают, как и во втором способе. При использовании четырех или большего числа импульсов также можно оценить допплеровскую задержку между сигналами от последовательных импульсов, которая постоянна для каждого оценочного интервала Т1, как и в уравнении (24) для второго способа. Эта допплеровская задержка чрезвычайно полезна для изучения радиального смещения и скорости, радиальной деформации смещения и скоростей деформации объекта, такого как миокард. Для построения допплеровского изображения скоростей центров рассеяния необходимо иметь фильтр для подавления мешающих отражений для удаления помех от объекта, причем обработку выполняют в блоке 1215, как и в других способах. Тем не менее, нелинейно рассеянный сигнал вносит небольшие ошибки в определение нелинейной задержки, которые влияют на точность определения второго нелинейно рассеянного сигнала изображения, но по сравнению со вторым способом эти ошибки не снижают подавление линейно рассеянного сигнала при формировании второго нелинейного сигнала изображения, что является важным результатом. Этот способ дает меньшую частоту кадров по сравнению со вторым способом.3. In the third method described in relation to equations (42) to (44), three or more emitted pulse groups with at least three levels of frequencies and / or phases and / or amplitudes of the low-frequency pulse are used to obtain one processed signal. The method removes the pulse reverberation noise before further estimating the non-linear propagation delays and obtains estimates of the linearly and non-linearly scattered signals with strong suppression of the pulse reverberation noise. The first non-linear numerical parameters / image signals, equation (27), and the second non-linear numerical parameters / image signals, equation (30), are obtained, as in the second method. When using four or more pulses, it is also possible to estimate the Doppler delay between signals from successive pulses, which is constant for each estimated interval T 1 , as in equation (24) for the second method. This Doppler delay is extremely useful for studying radial displacement and velocity, radial deformation of displacement, and strain rates of an object such as myocardium. To build a Doppler image of the velocities of the scattering centers, it is necessary to have a filter to suppress interfering reflections to remove interference from the object, and processing is performed in block 1215, as in other methods. Nevertheless, the nonlinearly scattered signal introduces small errors in the determination of the nonlinear delay, which affect the accuracy of determining the second nonlinearly scattered image signal, but compared to the second method, these errors do not reduce the suppression of the linearly scattered signal during the formation of the second nonlinear image signal, which is important result. This method gives a lower frame rate compared to the second method.

4. В четвертом способе, описанном в отношении уравнений (45)-(48), используют четыре или более излученных групп импульсов с четырьмя или большим числом уровней частот, и/или фаз, и/или амплитуд низкочастотного импульса для получения одного обработанного сигнала линейного рассеяния 1-го порядка, нелинейного рассеяния 1-го порядка и задержек нелинейного распространения. Первые численные нелинейные параметры/сигналы изображения, уравнение (27), и вторые численные нелинейные параметры/сигналы изображения, уравнение (30), получают, как и во втором способе. При использовании пяти или большего числа импульсов с пятью изменениями частоты, и/или фазы, и/или амплитуды низко4. In the fourth method described in relation to equations (45) to (48), four or more emitted pulse groups with four or more frequency levels and / or phases and / or amplitudes of the low-frequency pulse are used to obtain one processed linear signal 1st order scattering, 1st order nonlinear scattering and nonlinear propagation delays. The first non-linear numerical parameters / image signals, equation (27), and the second non-linear numerical parameters / image signals, equation (30), are obtained, as in the second method. When using five or more pulses with five changes in frequency, and / or phase, and / or amplitude, low

- 39 014167 частотного импульса также можно оценить ошибки в фазах и/или амплитудах низкочастотного импульса и/или допплеровские задержки между пятью излученными импульсами. Эта допплеровская задержка чрезвычайно полезна для изучения радиального смещения и скорости, радиальной деформации смещения и скоростей деформации объекта, такого как миокард. Для построения допплеровского изображения скоростей центров рассеяния необходимо иметь фильтр для подавления мешающих отражений для удаления помех от объекта, причем обработку выполняют в блоке 1215, как и в других способах. При этом шум реверберации импульса и нелинейное рассеяние лишь минимально влияют на определение задержек нелинейного распространения, давая, таким образом, наиболее точное определение задержек нелинейного распространения, линейно и нелинейно рассеянных сигналов за счет наименьшей частоты кадров из всех четырех способов.- 39 014167 frequency pulses, it is also possible to evaluate errors in the phases and / or amplitudes of the low-frequency pulse and / or Doppler delays between the five emitted pulses. This Doppler delay is extremely useful for studying radial displacement and velocity, radial deformation of displacement, and strain rates of an object such as myocardium. To build a Doppler image of the velocities of the scattering centers, it is necessary to have a filter to suppress interfering reflections to remove interference from the object, and processing is performed in block 1215, as in other methods. In this case, the pulse reverberation noise and nonlinear scattering only minimally affect the determination of nonlinear propagation delays, thus providing the most accurate determination of nonlinear propagation delays, linearly and nonlinearly scattered signals due to the lowest frame rate of all four methods.

Изобретение предусматривает устройство, которое может работать по меньшей мере с двумя из указанных способов, с возможностью выбора наилучшего способа в зависимости от необходимости, причем выбор может быть осуществлен при непосредственном управлении оператора или же оператор может установить ограничения, при этом устройство автоматически выбирает способы для лучшей эффективности работы в соответствии с этими ограничениями для разных условий работы.The invention provides a device that can work with at least two of these methods, with the possibility of choosing the best method depending on the need, and the choice can be made with direct control of the operator or the operator can set restrictions, while the device automatically selects methods for the best work efficiency in accordance with these restrictions for different working conditions.

Примером ограничения, устанавливаемого оператором, может быть минимальная частота кадров, где для малых диапазонов глубины, при которых можно использовать высокую частоту следования импульсов, можно применять способ с самой высокой нумерацией из тех, что перечислены выше, который тем не менее удовлетворяет ограничению частоты кадров для получения лучшей эффективности работы с необходимой частотой кадров. Для больших диапазонов глубины, при которых частота следования импульсов должна быть снижена, устройство выбирает один из оставшихся способов, который все еще удовлетворяет ограничению частоты кадров, хотя и с более худшим качеством определения. Другим примером ограничения может служить комбинация частоты кадров и качества определения, в котором при увеличении диапазона для средних диапазонов качество падает при постоянной частоте кадров, а для больших диапазонов глубины частота кадров падает, тогда как качество сохраняется.An example of a restriction set by the operator can be the minimum frame rate, where for small depth ranges at which a high pulse repetition rate can be used, the method with the highest numbering from those listed above can be applied, which nonetheless satisfies the frame rate limit for obtaining better work efficiency with the required frame rate. For large depth ranges, at which the pulse repetition rate should be reduced, the device selects one of the remaining methods, which still satisfies the frame rate limit, although with a worse quality of determination. Another example of a limitation is the combination of the frame rate and the quality of determination, in which, as the range increases for medium ranges, the quality decreases at a constant frame rate, and for large depth ranges, the frame rate drops, while the quality is maintained.

Выбор способа также может автоматически зависеть от средств построения изображения, причем для построения линейных объектных изображений сердца используют первый способ с сигналами изображения с подавленной реверберацией для самой высокой частоты кадров, тогда как при исследовании движений в миокарде устройство может переключиться во втором способе с 2-4 групп излучаемых импульсов на каждую радиальную линию изображения, используя для движения миокарда уравнение (24). Для построения изображения скоростей центров рассеяния устройство может переключиться во втором способе с 8-16 групп излучаемых импульсов на каждую радиальную линию изображения, используя обработку в блоке 1215. Для неподвижных объектов, как предстательная железа, грудные железы, печень и т.п., обычно можно выбрать четвертый способ для наилучшего возможного определения линейно и нелинейно рассеянных сигналов 1-го порядка, задержек нелинейного распространения и численных параметров изображения.The choice of the method can also automatically depend on the means of imaging, and for constructing linear object images of the heart, the first method is used with image signals with suppressed reverberation for the highest frame rate, while when examining movements in the myocardium, the device can switch in the second method from 2-4 groups of emitted pulses to each radial image line using equation (24) for myocardial movement. In order to construct an image of the velocities of scattering centers, the device can switch in the second method from 8-16 groups of emitted pulses to each radial image line using the processing in block 1215. For immovable objects like the prostate gland, mammary glands, liver, etc., usually you can choose the fourth method for the best possible determination of linearly and nonlinearly scattered signals of the first order, non-linear propagation delays and numerical image parameters.

Для целей томографической реконструкции обработку сигналов в соответствии с настоящим изобретением обычно выполняют на отдельных принятых элементных сигналах до того, как сигналы обработаны согласно алгоритмам реконструкции разного типа, причем блок-схема типичного устройства для томографической реконструкции изображения в соответствии с изобретением показана на фиг. 13. На чертеже показаны измерения с помощью кольцевой решетки 1301, причем для специалиста в этой области техники очевидно, что другие конструкции решетки и решетки преобразователей, которые для сбора данных целиком или частично используют механическое сканирование, могут быть также использованы без отхода от сущности изобретения. Решетка окружает объект 1302. Блок 1303 из всех элементов произвольно выбирает группу излучающих элементов и создает группу излученных импульсов, состоящую из перекрывающихся во времени низкочастотного и высокочастотного импульса, которая, например, изображена на фиг. 1 и 3. Излучение групп импульсов запускается блоком 1307 управления через управляющую шину 1308. Блок 1304 из всей группы элементов выбирает принимающие элементы, последовательно или параллельно или в последовательно-параллельной комбинации, и усиливает и оцифровывает сигналы элементов для дальнейшей обработки согласно изобретению в блоке 1305. Этот блок работает в соответствии с принципами согласно изобретению, например, как описано в связи с фиг. 1 и 2 для одиночной группы импульсов на каждый обработанный сигнал или в связи с фиг. 10 или 11 для многочисленных излученных импульсов на каждый обработанный сигнал. Обработка сигналов в блоке 1305 обеспечивает один или более линейно рассеянных и излученных сигналов с существенным подавлением шума реверберации импульса (многократное рассеяние), нелинейно рассеянных сигналов и численных параметров нелинейного распространения и рассеяния, которые передают в блок 1206, выдающий компьютерные томографические изображения 2Э-слоев объекта. Путем механического перемещения решетки относительно объекта в направлении, перпендикулярном чертежу, можно получить 3Ό реконструированное изображение объекта.For the purpose of tomographic reconstruction, the signal processing in accordance with the present invention is usually performed on separate received elemental signals before the signals are processed according to different types of reconstruction algorithms, moreover, a block diagram of a typical tomographic image reconstruction device in accordance with the invention is shown in FIG. 13. The drawing shows measurements using an annular array 1301, and it will be apparent to those skilled in the art that other array designs and transducer arrays that use mechanical scanning in whole or in part to collect data can also be used without departing from the spirit of the invention. The lattice surrounds the object 1302. Block 1303 from all elements arbitrarily selects a group of emitting elements and creates a group of emitted pulses consisting of a low-frequency and a high-frequency pulse overlapping in time, which, for example, is depicted in FIG. 1 and 3. The radiation of the pulse groups is triggered by the control unit 1307 via the control bus 1308. The unit 1304 selects the receiving elements from the entire group of elements in series or in parallel or in a series-parallel combination, and amplifies and digitizes the signals of the elements for further processing according to the invention in block 1305 This unit operates in accordance with the principles of the invention, for example, as described in connection with FIG. 1 and 2 for a single group of pulses per processed signal or in connection with FIG. 10 or 11 for multiple emitted pulses per processed signal. Signal processing in block 1305 provides one or more linearly scattered and radiated signals with significant suppression of pulse reverberation noise (multiple scattering), nonlinearly scattered signals, and numerical parameters of nonlinear propagation and scattering, which are transmitted to block 1206 that produces computer tomographic images of 2E layers of the object . By mechanically moving the grating relative to the object in a direction perpendicular to the drawing, a 3Ό reconstructed image of the object can be obtained.

- 40 014167- 40 014167

Пример устройства для использования способов получения акустического изображения геологических структур вокруг нефтяной скважины показан на фиг. 14. Номером позиции 1401 показана простреленная эксплуатационная обсадная колонна нефтяной скважины с окружающими геологическими структурами 1402, которые обычно состоят из пористой горной породы, наполненной нефтью, газом, водой или их смесью, хотя могут быть найдены области твердой породы. Номером позиции 1403 показана акустическая решетка для излучения и приема групп акустических импульсов согласно изобретению в секторах пучков 1404, выполненных с возможностью выбора вокруг эксплуатационной обсадной колонны. Принятые акустические сигналы обрабатывают в соответствии со способами, описанными выше, с иллюстративными устройствами, показанными на фиг. 10-12. Когда нефтяные скважины расположены достаточно близко друг к другу, можно использовать измерения на пропускание между нефтяными скважинами и реконструировать изображения из измерений на пропускание и угловых измерений, как описано выше, в особенности в отношении фиг. 9 и 13.An example of a device for using methods of obtaining an acoustic image of geological structures around an oil well is shown in FIG. 14. Reference numeral 1401 shows a shot oil production casing with surrounding geological structures 1402, which typically consist of porous rock filled with oil, gas, water, or a mixture thereof, although hard rock areas can be found. Reference numeral 1403 shows an acoustic array for emitting and receiving groups of acoustic pulses according to the invention in sectors of beams 1404 that are selectable around a production casing. The received acoustic signals are processed in accordance with the methods described above with the illustrative devices shown in FIG. 10-12. When the oil wells are located close enough to each other, transmission measurements between the oil wells can be used and images from the transmission measurements and the angle measurements can be reconstructed as described above, in particular with respect to FIG. 9 and 13.

Таким образом, как были показаны, описаны и отмечены основные новые признаки изобретения в применении к предпочтительным вариантам выполнения, должно быть понятно, что специалистами в этой области техники могут быть выполнены различные исключения, замены и изменения в форме и деталях изображенных устройств, а также в принципах их работы без отхода от сущности изобретения.Thus, as the main new features of the invention have been shown, described and noted, as applied to the preferred embodiments, it should be understood that various exceptions, replacements and changes in the shape and details of the devices shown can be made by those skilled in the art as well as in principles of their work without departing from the essence of the invention.

Также намеренно предположено, что все комбинации тех элементов и этапов способа, которые выполняют по сути ту же функцию, по существу, тем же образом для достижения тех же результатов, попадают в область охраны изобретения. Кроме того, следует понимать, что структуры, и/или элементы, и/или этапы способа, показанные и/или описанные в связи с любой раскрытой формой или вариантом выполнения изобретения, могут быть включены в любую другую раскрытую, или описанную, или предложенную форму или вариант выполнения как основной принцип при выборе конструкции. Таким образом, изобретение намеренно ограничено сущностью пунктов формулы изобретения, приведенных ниже.It is also intentionally assumed that all combinations of those elements and steps of the method that perform essentially the same function, essentially the same way to achieve the same results, fall within the scope of the invention. In addition, it should be understood that the structures and / or elements and / or steps of the method shown and / or described in connection with any disclosed form or embodiment of the invention can be included in any other disclosed, or described, or proposed form or an embodiment as a basic principle when choosing a design. Thus, the invention is intentionally limited by the gist of the claims below.

В формуле изобретения будем использовать следующие концепции.In the claims we will use the following concepts.

Принятые сигналы являются сигналами хЩ). впервые введенными до уравнения (11), или их аналитической формой определенной в уравнении (11), или их комплексной огибающей, определенной в уравнениях (12) и (13).The received signals are xSC signals). first introduced before equation (11), or their analytical form defined in equation (11), or their complex envelope defined in equations (12) and (13).

Быстрое и медленное время или номер координаты импульса определены в отношении фиг. 5.Fast and slow time or pulse coordinate number are determined with respect to FIG. 5.

Фильтрация в медленном времени или фильтрация вдоль номера координаты импульса определены в отношении фиг. 6.Slow time filtering or filtering along the pulse coordinate number is determined with respect to FIG. 6.

Шум реверберации импульса определен в отношении фиг. 7.The pulse reverb noise is determined with respect to FIG. 7.

Построение томографических реконструированных изображений определено в отношении фиг. 9.The construction of tomographic reconstructed images is determined with respect to FIG. nine.

Нелинейно рассеянный сигнал является нелинейно рассеянным сигналом от высокочастотного импульса с сильно подавленными компонентами линейного рассеяния, определены в уравнениях (9), (11)(13), (19), (42)-(48), или его аналитическая форма, или его комплексная огибающая, определенная аналогично хк(!).A nonlinearly scattered signal is a nonlinearly scattered signal from a high-frequency pulse with strongly suppressed linear scattering components defined in equations (9), (11) (13), (19), (42) - (48), or its analytical form, or its complex envelope defined similarly to x k (!).

Линейно рассеянный сигнал является принятым сигналом от линейного рассеяния высокочастотного импульса в объекте, определенный в уравнениях (9), (11)-(13), (17), (42)-(48), или его аналитическая форма, или его комплексная огибающая, определенная аналогично хк(1).A linearly scattered signal is a received signal from linear scattering of a high-frequency pulse in an object, defined in equations (9), (11) - (13), (17), (42) - (48), or its analytical form, or its complex envelope defined similarly to x k (1).

Сигнал изображения с подавленной реверберацией, или первый сигнал изображения, определенный в уравнениях (14) и (42)-(48) или в отношении фиг. 2.The image signal with suppressed reverb, or the first image signal defined in equations (14) and (42) to (48) or in relation to FIG. 2.

Задержки нелинейного распространения определены в отношении уравнения (10).Non-linear propagation delays are defined with respect to equation (10).

Полные задержки распространения представляют собой сумму задержек нелинейного распространения и задержек допплеровского смещения (допплеровских задержек), определенные в отношении уравнения (23).The total propagation delays are the sum of the non-linear propagation delays and the Doppler shift delays (Doppler delays) defined in relation to equation (23).

Коррекции задержки или коррекции для задержек нелинейного распространения или полных задержек распространения определены в уравнениях (10), (17)-(25) и (49), (50).Delay or correction corrections for non-linear propagation delays or total propagation delays are defined in equations (10), (17) - (25) and (49), (50).

Второй сигнал изображения определен в уравнениях (19), (28) и (42)-(48) как нелинейно рассеянный сигнал.The second image signal is defined in equations (19), (28) and (42) - (48) as a nonlinearly scattered signal.

Третий сигнал изображения определен в уравнениях (17), (29) и (42)-(48) как линейно рассеянный сигнал.The third image signal is defined in equations (17), (29) and (42) - (48) as a linearly scattered signal.

Коррекции амплитуды определены в отношении уравнений (19) и (22).Amplitude corrections are defined for equations (19) and (22).

Оценочные интервалы Т1 определены в отношении уравнений (21) и (44).Estimated intervals T 1 defined in relation to equations (21) and (44).

Первый численный нелинейный параметр изображения, или параметр нелинейного распространения, определен в уравнении (27).The first numerical nonlinear image parameter, or nonlinear propagation parameter, is defined in equation (27).

Второй численный нелинейный параметр изображения, или параметр нелинейного рассеяния, определен в уравнении (30).A second numerical non-linear image parameter, or non-linear scattering parameter, is defined in equation (30).

Рекуррентная процедура - это вычислительная процедура, которая повторяется несколько этапов и в которой значения параметров обновляются в процедуре на каждом этапе; определена в отношении уравнений (54), (58), (63) и (81).A recurrent procedure is a computational procedure that repeats several stages and in which parameter values are updated in the procedure at each stage; defined in relation to equations (54), (58), (63) and (81).

Итерационная процедура - то же самое, что и рекуррентная процедура.An iterative procedure is the same as a recursive procedure.

- 41 014167- 41 014167

Ссылки [1] Бьёрн А., Дж. Ангельсен. Построение ультразвуковых изображений. - Волны, сигналы и обработка сигналов, том 2, Эмантек, Трондхайм, Норвегия, дек. 2000.References [1] Björn A., J. Angelsen. Building ultrasound images. - Waves, Signals, and Signal Processing, Volume 2, Emantek, Trondheim, Norway, Dec. 2000.

Claims (59)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ измерения или построения изображения по меньшей мере одного из акустических свойств рассеяния и распространения в объекте с использованием множества радиальных линий измерения или изображения, причем для каждой радиальной линии измерения или изображения в способе:1. A method of measuring or constructing an image of at least one of the acoustic properties of scattering and propagation in an object using a plurality of radial measurement or image lines, and for each radial measurement or image line in the method: a) излучают пучками по меньшей мере одну группу акустических импульсов в направлении к объекту, причем указанная по меньшей мере одна группа импульсов состоит по меньшей мере из одного высокочастотного (ВЧ) импульса и по меньшей мере одного низкочастотного (НЧ) импульса и с теми же или перекрывающимися направлениями пучков;a) emit beams of at least one group of acoustic pulses towards the object, wherein said at least one group of pulses consists of at least one high-frequency (HF) pulse and at least one low-frequency (LF) pulse and with the same or overlapping beam directions; b) получают ВЧ-сигналы с помощью решетки ВЧ-преобразователей по меньшей мере от одной акустической волны, полученной в результате рассеяния по меньшей мере одного ВЧ-импульса, который прошел через объект; иb) receive the RF signals using the array of RF converters from at least one acoustic wave obtained by scattering of at least one RF pulse that has passed through the object; and c) формируют сигналы измерения или изображения из принятых ВЧ-сигналов в процессе, причем используют указанный по меньшей мере один НЧ-импульс для создания нелинейного управления упругими свойствами объекта, наблюдаемого посредством указанного по меньшей мере одного ВЧ-импульса, для подавления ухудшающего эффекта на измерение или построение сигналов из-за реверберации импульса благодаря многократному рассеянию указанного по меньшей мере одного ВЧ-импульса.c) generating measurement signals or images from the received RF signals in the process, using at least one LF pulse to create non-linear control of the elastic properties of the object observed by the at least one HF pulse in order to suppress the worsening effect on the measurement or signal construction due to pulse reverberation due to the multiple scattering of said at least one RF pulse. 2. Способ по п.1, в котором выполняется одно или оба из следующего:2. The method according to claim 1, in which one or both of the following are performed: a) указанный ВЧ-импульс по меньшей мере в части диапазона глубины изображения распространяют на отрицательном пространственном градиенте формы сигнала указанного НЧ-импульса иa) the specified RF pulse at least in part of the range of image depths propagate on a negative spatial gradient of the waveform of the specified RF pulse and b) пучки указанных ВЧ- и НЧ-импульсов располагают так, что фазовое соотношение между ВЧ- и НЧ-импульсами так изменяется с глубиной, что в одном диапазоне указанный ВЧ-импульс распространяется вдоль нулевого или положительного пространственного градиента формы сигнала указанного НЧимпульса, в результате чего получают улучшенное разрешение указанного ВЧ-импульса при более глубоких диапазонах и улучшенное частотное разделение шума реверберации импульса и рассеянного сигнала 1го порядка ВЧ-импульса.b) the beams of the indicated HF and LF pulses are positioned so that the phase relationship between the HF and LF pulses changes so much with depth that in the same range the specified HF pulse propagates along the zero or positive spatial gradient of the waveform of the indicated LF pulse, as a result which results in improved resolution of the indicated RF pulse at deeper ranges and improved frequency separation of the noise of the reverberation of the pulse and the scattered signal of the first order of the RF pulse. 3. Способ по п.2, в котором принятые ВЧ-сигналы фильтруют в пространстве быстрого времени (время глубины) посредством фильтра, который подавляет, по меньшей мере, более низкие частоты и в котором, по меньшей мере, нижняя частота отсечки фильтра изменяется с глубиной для получения первого сигнала, представляющего собой линейно рассеянный от объекта высокочастотный сигнал с существенным подавлением шума реверберации импульса на каждой глубине изображения для дальнейшей обработки, чтобы сформировать сигналы измерения или изображения.3. The method according to claim 2, in which the received RF signals are filtered in the fast-time space (depth time) by means of a filter that suppresses at least lower frequencies and in which at least the lower cut-off frequency of the filter changes from depth to obtain the first signal, which is a high-frequency signal linearly scattered from the object with a significant suppression of pulse reverberation noise at each image depth for further processing to form measurement or image signals. 4. Способ по п.1, в котором по меньшей мере две группы импульсов излучают в направлении к указанному объекту с теми же или перекрывающимися направлениями пучков для каждой линии изображения и в котором частоту, и/или фазу, и/или амплитуду НЧ-импульса изменяют для каждой излученной группы импульсов в процессе формирования сигналов измерения или изображения.4. The method according to claim 1, in which at least two groups of pulses emit towards the specified object with the same or overlapping beam directions for each image line and in which the frequency, and / or phase, and / or amplitude of the LF pulse change for each emitted group of pulses in the process of forming the measurement signals or image. 5. Способ по п.4, в котором на этапе формирования сигналов измерения или изображения определяют по меньшей мере один из следующих сигналов из ВЧ принятых сигналов:5. The method according to claim 4, in which at the stage of forming the measurement signals or image determine at least one of the following signals from the RF received signals: первый сигнал, представляющий собой принятый сигнал от линейно рассеянных ВЧ-импульсов с существенным подавлением шума реверберации импульса;a first signal, which is a received signal from linearly scattered RF pulses with significant suppression of pulse reverb noise; второй сигнал, представляющий собой принятый сигнал от нелинейно рассеянных ВЧ-импульсов с существенным подавлением линейно рассеянного сигнала; и третий сигнал, представляющий собой принятый сигнал от линейно рассеянных ВЧ-импульсов с таким же усилением, изменяющимся с глубиной и акустическим поглощением, что и 2-й сигнал.a second signal, which is a received signal from non-linearly scattered RF pulses with significant suppression of the linearly scattered signal; and a third signal, which is a received signal from linearly scattered RF pulses with the same gain, varying with depth and acoustic absorption as the 2nd signal. 6. Способ по п.5, в котором первый сигнал выделяют из ВЧ принятых сигналов в процессе, который включает этапы фильтрации вдоль номера координаты импульса (медленного времени) для подавления низкочастотных компонентов медленного времени и пропускания высокочастотных компонентов медленного времени.6. The method according to claim 5, in which the first signal is isolated from the HF received signals in a process that includes filtering steps along the pulse coordinate number (slow time) to suppress the low-frequency components of the slow time and pass the high-frequency components of the slow time. 7. Способ измерения или построения изображения нелинейного акустического рассеяния от области в объекте, в котором:7. A method of measuring or constructing an image of nonlinear acoustic scattering from a region in an object in which: a) излучают по меньшей мере две группы акустических импульсов в направлении к области объекта, причем каждая из указанных по меньшей мере двух групп импульсов состоит по меньшей мере из одного высокочастотного (ВЧ) импульса и по меньшей мере одного низкочастотного (НЧ) импульса и с теми же или перекрывающимися направлениями пучков, при этом в каждой из указанных по меньшей мере двух групп импульсов по меньшей мере один из параметров: частота, амплитуда или фаза указанного по меньшей мере одного НЧ-импульса меняется;a) emit at least two groups of acoustic pulses in the direction of the region of the object, each of the at least two groups of pulses consisting of at least one high-frequency (HF) pulse and at least one low-frequency (LF) pulse and with those the same or overlapping directions of the beams, while in each of the indicated at least two groups of pulses at least one of the parameters: the frequency, amplitude or phase of the specified at least one LF pulse varies; b) получают ВЧ-сигналы с помощью решетки ВЧ-преобразователей, которая улавливает по меньb) receive RF signals using an array of RF converters, which picks up at least - 42 014167 шей мере одну из акустических волн, созданных в результате рассеяния на объекте по меньшей мере одного ВЧ-импульса, и акустических волн указанного по меньшей мере одного ВЧ-импульса, который прошел через объект;- 42 014167 at least one of the acoustic waves generated as a result of scattering at least one RF pulse from the object and acoustic waves of said at least one RF pulse that passed through the object; с) оценивают разность в общей задержке распространения между ВЧ-импульсами, основываясь на ВЧ принятых сигналах, и корректируют с учетом задержки ВЧ принятые сигналы по меньшей мере из двух ВЧ-импульсов с оцененными разностями в общей задержке распространения иc) evaluate the difference in the total propagation delay between the RF pulses based on the RF received signals, and adjust the received signals from at least two RF pulses with the estimated differences in the total propagation delay taking into account the RF delay and й) формируют второй сигнал, представляющий собой нелинейное рассеяние на объекте с сильным подавлением линейно рассеянного сигнала на объекте путем комбинации ВЧ принятых сигналах, скорректированных с учетом задержки, и путем использования указанного по меньшей мере одного НЧимпульса для создания нелинейного управления упругими свойствами объекта, наблюдаемого посредством указанного по меньшей мере одного ВЧ-импульса.g) form a second signal, which is nonlinear scattering at the object with strong suppression of the linearly scattered signal at the object by combining the RF received signals, adjusted for the delay, and by using the specified at least one LF pulse to create a nonlinear control of the elastic properties of the object observed by the specified at least one RF pulse. 8. Способ по п.1 или 7, в котором высокочастотные сигналы, которые были рассеяны под углом от объекта и/или прошли сквозь объект, используют для реконструкции томографического изображения акустических свойств объекта.8. The method according to claim 1 or 7, in which high-frequency signals that were scattered at an angle from the object and / or passed through the object are used to reconstruct the tomographic image of the acoustic properties of the object. 9. Способ по п.2 или 5, в котором высокочастотные сигналы, которые были рассеяны под углом от объекта и/или прошли сквозь объект, обрабатывают для существенного подавления шума реверберации импульса перед тем, как их используют для томографических реконструкций изображения акустических свойств объекта.9. The method according to claim 2 or 5, in which high-frequency signals that were scattered at an angle from the object and / or passed through the object are processed to significantly suppress the noise of the reverberation of the pulse before they are used for tomographic reconstructions of the image of the acoustic properties of the object. 10. Способ по п.4 или 7, в котором переменные полные задержки распространения с поимпульсным накоплением, как сумма допплеровских задержек между группами импульсов и задержек нелинейного распространения, вызванных нелинейным управлением НЧ-импульсом скоростью распространения ВЧимпульса, определяют из ВЧ принятых сигналов по меньшей мере от двух групп импульсов, при этом определенные полные задержки распространения используют в процессе формирования сигналов измерения или изображения.10. The method according to claim 4 or 7, in which the variable total propagation delays with pulse-by-pulse accumulation, as the sum of the Doppler delays between groups of pulses and non-linear propagation delays caused by non-linear control of the low-frequency pulse by the frequency of propagation of the high-frequency pulse, is determined from at least the received signals from two groups of pulses, while certain total propagation delays are used in the process of generating measurement or image signals. 11. Способ по п.10, в котором задержки нелинейного распространения определяют непосредственно из одного из следующих параметров:11. The method according to claim 10, in which the delay of nonlinear propagation is determined directly from one of the following parameters: a) допплеровские задержки, которые равны нулю благодаря отсутствию перемещения между центрами рассеяния и решеткой преобразователей; иa) Doppler delays that are zero due to the lack of movement between the scattering centers and the array of transducers; and b) по меньшей мере три излученные группы импульсов с разными амплитудами низкочастотного импульса, а из ВЧ принятых сигналов раздельно определяют как задержки нелинейного распространения, так и допплеровские задержки, при этом определенные допплеровские задержки и/или задержки нелинейного распространения используют в процессе формирования сигналов измерения или изображения.b) at least three emitted groups of pulses with different amplitudes of the low-frequency pulse, and both non-linear propagation delays and Doppler delays are separately determined from the RF received signals, while certain Doppler delays and / or non-linear propagation delays are used in the process of generating measurement signals or Images. 12. Способ по п.10, в котором разности в общей задержке распространения оценивают исходя из минимизации мощности в сигналах измерения или изображения, которая представляет собой нелинейное рассеяние на объекте.12. The method of claim 10, in which the differences in the total propagation delay are estimated based on minimizing the power in the measurement or image signals, which is nonlinear scattering at the object. 13. Способ по пп.5, 9 или 10, в котором корректируют задержку указанных ВЧ принятых сигналов с одной из указанных определенных полных задержек распространения и задержек нелинейного распространения для формирования ВЧ принятых сигналов с корректировками задержки, а указанный второй сигнал, который является оценкой нелинейно рассеянного сигнала, представляющей собой локальные параметры нелинейного рассеяния объекта, выделяют в процессе, который включает этапы объединения указанных ВЧ принятых сигналов с корректировками задержки вдоль координаты номера импульса (медленного времени) для подавления низкочастотных компонентов медленного времени указанных ВЧ принятых сигналов с корректировками задержки.13. The method according to claims 5, 9 or 10, in which the delay of said HF received signals is corrected with one of said specific total propagation delays and non-linear propagation delays to generate HF received signals with delay adjustments, and said second signal, which is a non-linear estimate the scattered signal, which is the local parameters of the nonlinear scattering of the object, is isolated in the process, which includes the steps of combining these HF received signals with delay adjustments along the the ordinates of the pulse number (slow time) to suppress the low-frequency components of the slow time of the specified RF received signals with delay adjustments. 14. Способ по п.7 или 13, в котором в дополнение к указанным коррекциям задержки ВЧ принятые сигналы подвергают также коррекциям амплитуды для максимального подавления линейно рассеянного сигнала в процессе формирования указанного второго сигнала.14. The method according to claim 7 or 13, in which, in addition to the specified RF delay corrections, the received signals are also subjected to amplitude corrections for the maximum suppression of the linearly scattered signal during the formation of the specified second signal. 15. Способ по п.14, в котором указанные коррекции амплитуды определяют из минимизации мощности в указанном втором сигнале с ограничением, заключающимся в фиксированной норме вектора коррекции амплитуды.15. The method of claim 14, wherein said amplitude corrections are determined from minimizing power in said second signal with a restriction of a fixed norm of the amplitude correction vector. 16. Способ по п.12 или 15, в котором дополнительно используют визуальное наблюдение мощности в сигналах измерения или изображения в качестве обратной связи для ручной корректировки по меньшей мере одного из: оценок коррекций амплитуды и оценок разностей в задержке распространения на различный глубинах вдоль пучка для минимизации мощности в сигналах измерения или изображения, представляющей собой нелинейное рассеяние на объекте.16. The method according to item 12 or 15, which additionally uses visual observation of power in the measurement or image signals as feedback for manually adjusting at least one of: estimates of amplitude corrections and estimates of differences in propagation delay at different depths along the beam for minimize power in the measurement signals or image, which is a nonlinear scattering on the object. 17. Способ по п.7 или 11, в котором указанные разности в задержке нелинейного распространения оценивают из вычисления для нескольких глубин с использованием зависящей от давления вариации скорости распространения, определяемой по формуле с(ры) = со(1 + βηΚΡίρ) а их зависимость от давления рЬР НЧ-импульса в месте нахождения ВЧ-импульса как функция глубины и оценка давления НЧ-импульса в месте нахождения ВЧ-импульса для нескольких глубин с выбранными материальными параметрами β,,κ и с0 на нескольких глубинах дополнительно корректируют 17. The method according to claim 7 or 11, in which the indicated differences in the delay of nonlinear propagation are estimated from a calculation for several depths using a pressure-dependent variation of the propagation velocity determined by the formula c (s) = co (1 + βηΚΡίρ) and their dependence depending on the pressure p LF of the LF pulse at the location of the HF pulse as a function of depth and the estimate of the pressure of the LF pulse at the location of the HF pulse for several depths with the selected material parameters β ,, κ and c 0 at several depths are additionally adjusted - 43 014167 вручную для улучшения подавления линейно рассеянного сигнала.- 43 014167 manually to improve the suppression of the linearly scattered signal. 18. Способ по п.11, в котором нелинейный параметр или сигнал изображения, который представляет собой локальный параметр или сигнал изображения нелинейного прямого распространения, определяющий локальные параметры нелинейного распространения в объекте, формируют из разности вдоль быстрого времени оцененных задержек нелинейного распространения.18. The method of claim 11, wherein the non-linear parameter or image signal, which is a local parameter or non-linear direct propagation image signal defining local non-linear propagation parameters in an object, is formed from the difference along the fast time of the estimated non-linear propagation delays. 19. Способ по п.18, в котором первый численный нелинейный параметр или сигнал изображения, который является локальным параметром или сигналом изображения нелинейного прямого распространения, представляющий собой параметры нелинейного распространения объекта, формируют как комбинацию производной указанных определенных задержек нелинейного распространения вдоль быстрого времени и как оценку локальной амплитуды давления указанного по меньшей мере одного НЧ-импульса в месте нахождения указанного по меньшей мере одного ВЧ-импульса.19. The method according to p, in which the first numerical non-linear parameter or image signal, which is a local parameter or image signal of non-linear direct propagation, which is the non-linear propagation parameters of the object, is formed as a combination of the derivative of these specific non-linear propagation delays along a fast time and how an estimate of the local pressure amplitude of said at least one LF pulse at the location of said at least one HF pulse. 20. Способ по пп.5 или 7 и 10 или 11, в котором корректируют задержку указанных ВЧ принятых сигналов с одной из указанных определенных полных задержек распространения и задержек нелинейного распространения для формирования ВЧ принятых сигналов с корректировками задержки, а указанный третий сигнал, который является оценкой линейно рассеянного ВЧ-сигнала, с таким же усилением, изменяющимся с глубиной и акустическим поглощением, что и второй сигнал, который является нелинейно рассеянным сигналом, выделяют в процессе, который включает этапы объединения указанных сигналов с корректировками задержки вдоль координаты номера импульса (медленного времени) для пропускания частотных компонентов медленного времени около нуля и подавления других частотных компонентов медленного времени.20. The method according to claims 5 or 7 and 10 or 11, in which the delay of said HF received signals is corrected with one of said specific total propagation delays and non-linear propagation delays for generating HF received signals with delay adjustments, and said third signal, which is by evaluating a linearly scattered RF signal, with the same gain varying with depth and acoustic absorption as the second signal, which is a nonlinearly scattered signal, is isolated in a process that includes the steps of said signals of the connections of delay as adjusted along the pulse number coordinate (slow time) for passing slow time frequency components around zero and suppressing other frequency slow time components. 21. Способ по пп.5 или 7 и 20, в котором нелинейный параметр или сигнал изображения, являющийся локальным параметром или сигналом изображения нелинейного рассеяния, определяющий локальные параметры нелинейного рассеяния объекта, формируют путем комбинации огибающей второго сигнала и огибающей третьего сигнала.21. The method according to claims 5 or 7 and 20, wherein the non-linear parameter or image signal, which is a local parameter or non-linear scattering image signal, which determines the local non-linear scattering parameters of an object, is formed by combining the envelope of the second signal and the envelope of the third signal. 22. Способ по п.21, в котором второй численный нелинейный параметр или сигнал изображения, являющийся численным параметром или сигналом изображения нелинейного рассеяния, представляющий собой локальные параметры нелинейного рассеяния объекта, формируют путем комбинирования огибающей указанного второго сигнала, огибающей указанного третьего сигнала и оценки локальной амплитуды давления указанного по меньшей мере одного НЧ-импульса на распространяющемся совместно по меньшей мере одном ВЧ-импульсе.22. The method according to item 21, in which the second numerical non-linear parameter or image signal, which is a numerical parameter or non-linear scattering image signal, representing the local non-linear scattering parameters of the object, is formed by combining the envelope of the specified second signal, the envelope of the specified third signal and estimating the local the pressure amplitudes of the at least one LF pulse at a jointly propagating at least one HF pulse. 23. Способ по п.11, в котором из указанных определенных допплеровских задержек оценивают один или более из следующих параметров:23. The method according to claim 11, in which of these specific Doppler delays evaluate one or more of the following parameters: радиальное смещение объекта вдоль направления пучка как функцию глубины вдоль пучка;radial displacement of the object along the beam direction as a function of depth along the beam; радиальную скорость смещения объекта вдоль направления пучка как функцию глубины вдоль пучка;the radial velocity of the displacement of the object along the direction of the beam as a function of depth along the beam; радиальную механическую деформацию объекта вдоль направления пучка оценивают из производной указанного оцененного смещения вдоль диапазона глубины и радиальную скорость механической деформации объекта вдоль направления пучка оценивают из производной указанной оцененной скорости смещения вдоль диапазона глубины.the radial mechanical deformation of the object along the direction of the beam is estimated from the derivative of the estimated estimated displacement along the depth range and the radial speed of the mechanical deformation of the object along the direction of the beam is estimated from the derivative of the estimated estimated displacement along the depth range. 24. Способ по пп.19 и 22, в котором один или оба из указанных первого и второго численных нелинейных параметров/сигналов изображения используют для оценки либо относительного объема микрососудов в объекте, либо перфузии текучей среды через объект, либо и того и другого.24. The method according to PP.19 and 22, in which one or both of the first and second numerical non-linear parameters / image signals are used to evaluate either the relative volume of microvessels in the object, or perfusion of the fluid through the object, or both. 25. Способ по п.3 или 5, в котором первый сигнал с подавлением шума реверберации используют в процессе оценки коррекций аберраций волнового фронта.25. The method according to claim 3 or 5, in which the first signal with the suppression of reverberation noise is used in the process of evaluating the correction of wavefront aberrations. 26. Способ по п.25, в котором решетка ВЧ-преобразователей имеет двумерное распределение элементов и в котором по меньшей мере один из сигналов:26. The method according A.25, in which the array of RF converters has a two-dimensional distribution of elements and in which at least one of the signals: сигналы, принятые от элементов, которые являются ВЧ принятыми сигналами от элементов решетки; и сигналы, принятые от субапертур, которые являются комбинацией ВЧ принятых сигналов от групп субапертур смежных элементов решетки, обрабатывают согласно п.3 или 5 для получения новых ВЧ-сигналов элемента или субапертуры с существенным подавлением шума реверберации импульса, причем указанные новые высокочастотные сигналы элемента или субапертуры используют в оценке коррекций для аберраций волнового фронта.signals received from elements that are RF received signals from elements of the array; and signals received from subapertures, which are a combination of RF received signals from groups of subapertures of adjacent lattice elements, are processed according to claim 3 or 5 to obtain new RF signals of the element or subaperture with significant suppression of pulse reverberation noise, said new high-frequency signals of the element or subapertures are used in the estimation of corrections for wavefront aberrations. 27. Способ по пп.26 и 11, в котором задержки нелинейного распространения определяют для указанных сигналов элемента или субапертуры и используют в процессе оценки коррекций для аберраций волнового фронта.27. The method according to claims 26 and 11, wherein the nonlinear propagation delays are determined for the indicated signals of the element or subaperture and are used in the process of evaluating corrections for wavefront aberrations. 28. Способ по п.3, или 5, или 7, в котором излучают широкие ВЧ- и НЧ-пучки, покрывающие многочисленные параллельные ВЧ принятые пучки для увеличения частоты кадров изображения при построении 2Ό- и 30-изображений, и в котором по меньшей мере один из указанных 1-, 2- и 3-го сигналов получают для каждого из указанных параллельных принятых пучков.28. The method according to claim 3, or 5, or 7, in which wide HF and LF beams are emitted, covering numerous parallel HF received beams to increase the frame rate of the image when constructing 2Ό and 30 images, and in which at least at least one of the indicated 1-, 2- and 3rd signals is obtained for each of the indicated parallel received beams. 29. Способ по п.25 или 28, в котором коррекции аберрации для одного направления излученного пучка оценивают с помощью сильно сфокусированного ВЧ-пучка, после чего излучают широкие ВЧ- и 29. The method according A.25 or 28, in which the correction of aberration for one direction of the emitted beam is estimated using a highly focused RF beam, after which a wide RF and - 44 014167- 44 014167 НЧ-пучки при многочисленных параллельных ВЧ принятых пучках для увеличения частоты кадров 2Όи 30-изображений, используя коррекции аберрации для каждого ВЧ принятого пучка, вычисленные из оцененных коррекций аберрации, полученных с помощью сфокусированных ВЧ излученных пучков.LF beams with multiple parallel HF received beams to increase the frame rate of 2Ό and 30 images using aberration corrections for each HF received beam, calculated from the estimated aberration corrections obtained using focused HF radiated beams. 30. Способ по п.10, в котором полный интервал времени Т для принятия сигнала делят на субинтервалы Т1, настолько короткие, что полные задержки распространения можно аппроксимировать постоянной величиной в каждом субинтервале, причем указанные полные задержки распространения определяют в процессе максимизации мощности в каждом субинтервале сигнала, который получают путем коррекции задержки указанных ВЧ принятых сигналов с указанными определенными полными задержками распространения и путем низкочастотной фильтрации ВЧ принятых сигналов с коррекцией задержки в координате медленного времени.30. The method according to claim 10, in which the total time interval T for signal reception is divided into sub-intervals T 1 so short that the total propagation delays can be approximated by a constant in each sub-interval, and these full propagation delays are determined in the process of maximizing the power in each the sub-interval of the signal, which is obtained by correcting the delay of the specified RF received signals with the specified specific total propagation delays and by low-pass filtering of the RF received signal a delay correction in the slow time coordinate. 31. Способ по пп.5, 10 или 11, в котором ВЧ принятые сигналы из ряда групп излученных импульсов сначала объединяют для формирования ряда новых ВЧ-сигналов с подавлением шума реверберации импульса, причем указанный ряд новых ВЧ-сигналов используют для оценки указанных задержек распространения и одного или всех из линейно рассеянного высокочастотного сигнала и нелинейно рассеянного ВЧ-сигнала с сильным подавлением шума реверберации импульса, при этом указанные первый и третий сигналы устанавливают равными указанному оцененному линейно рассеянному ВЧ-сигналу, а указанный второй сигнал устанавливают равным указанному нелинейно рассеянному ВЧ-сигналу.31. The method according to PP.5, 10 or 11, in which the RF received signals from a number of groups of emitted pulses are first combined to form a series of new RF signals with noise reduction of the reverberation of the pulse, and this series of new RF signals is used to estimate these propagation delays and one or all of a linearly scattered high-frequency signal and a non-linearly scattered RF signal with strong suppression of pulse reverberation noise, wherein said first and third signals are set equal to said estimated linearly scattered yannomu RF signal and said second signal is set equal to said linearly scattered HF signal. 32. Способ по пп.5 и 11, в котором излучают по меньшей мере пять групп импульсов с разными амплитудами НЧ-импульса, а измеренные ВЧ принятые сигналы получают для каждой излученной группы импульсов, при этом линейно рассеянный сигнал, нелинейно рассеянный сигнал и указанные задержки нелинейного распространения и допплеровские задержки определяют из указанных измеренных ВЧ принятых сигналов в процедуре, в которой:32. The method according to claims 5 and 11, wherein at least five groups of pulses with different amplitudes of the low-frequency pulse are emitted, and the measured high-frequency received signals are obtained for each emitted group of pulses, wherein the linearly scattered signal, the nonlinearly scattered signal and the indicated delays non-linear propagation and Doppler delays are determined from the indicated measured HF received signals in a procedure in which: a) измеренные ВЧ принятые сигналы аппроксимируют посредством модели сигнала, которая является комбинацией линейно рассеянных сигналов, нелинейно рассеянных сигналов и шума реверберации импульса, причем указанную модель сигнала определяют по параметрам задержки, представляющих собой задержки нелинейного распространения и допплеровские задержки указанных измеренных ВЧ принятых сигналов; иa) the measured RF received signals are approximated by a signal model, which is a combination of linearly scattered signals, non-linearly scattered signals and pulse reverberation noise, the specified signal model being determined by the delay parameters, which are non-linear propagation delays and Doppler delays of the measured RF received signals; and b) в качестве ВЧ-сигналов, обеспечивающих преемственность, в смысле определения, модели сигнала к измеренным сигналам, определяют оценки линейно рассеянных сигналов, нелинейно рассеянных сигналов и шума реверберации импульса для с) оценки задержки нелинейного распространения и допплеровских задержек, полученных как параметры задержки, которые минимизируют ошибку между указанной моделью сигнала и указанными измеренными ВЧ принятыми сигналами, и указанные первый и третий сигналы устанавливают равными указанному оцененному линейно рассеянному сигналу, а указанный второй сигнал устанавливают равным указанному оцененному нелинейно рассеянному сигналу.b) estimates of linearly scattered signals, non-linearly scattered signals and pulse reverberation noise are determined as RF signals ensuring continuity, in the sense of determining the signal model to the measured signals, for c) estimating the delay of nonlinear propagation and Doppler delays obtained as delay parameters, which minimize the error between the indicated signal model and the indicated measured HF received signals, and the first and third signals are set equal to the specified estimated linearly eyannomu signal and said second signal is set equal to the estimated said nonlinearly scattered signal. 33. Способ по п.32, в котором оценки линейно рассеянных сигналов, нелинейно рассеянных сигналов и шума реверберации импульса находят как оценки, которые обеспечивают наилучшую преемственность указанной модели сигнала к указанным измеренным сигналам в смысле наименьших квадратов.33. The method according to p, in which the estimates of linearly scattered signals, non-linearly scattered signals and noise reverberation of the pulse are found as estimates that provide the best continuity of the specified signal model to the specified measured signals in the sense of least squares. 34. Способ по п.32, в котором для известных или пренебрежимо малых допплеровских задержек между излученными группами импульсов излучают на одну меньше, т.е. по меньшей мере четыре группы акустических импульсов с заданными характеристиками, и в котором оценивают только задержку нелинейного распространения.34. The method according to p, in which for known or negligible Doppler delays between the emitted groups of pulses emit one less, i.e. at least four groups of acoustic pulses with predetermined characteristics, and in which only the delay of nonlinear propagation is evaluated. 35. Способ по п.19 или 22, в котором по меньшей мере один из указанных первого и второго численных нелинейных параметров/сигналов изображения используют в процессе отслеживания локальной температуры объекта во время его термической обработки.35. The method according to claim 19 or 22, in which at least one of the first and second numerical non-linear parameters / image signals is used in the process of tracking the local temperature of the object during its heat treatment. 36. Способ по п.5 или 7, в котором по меньшей мере один из 1-, 2- и 3-го сигналов используют для обнаружения или построения изображения объектов с высокой податливостью, включая по меньшей мере одно из: жировых или липидных частиц, пузырьков газа, рыб или морских животных или газа в геологических структурах.36. The method according to claim 5 or 7, in which at least one of the 1st, 2nd and 3rd signals is used to detect or image objects with high compliance, including at least one of: fat or lipid particles, gas bubbles, fish or marine animals or gas in geological structures. 37. Способ по п.1 или 7, в котором в формировании сигналов изображения используют вторую гармоническую полосу принятого сигнала.37. The method according to claim 1 or 7, in which in the formation of image signals using the second harmonic band of the received signal. 38. Способ по п.10, в котором для оценки полных задержек распространения используют вторую гармоническую полосу принятых сигналов.38. The method of claim 10, wherein a second harmonic band of received signals is used to estimate the total propagation delays. 39. Способ по п.7, или 13, или 31, или 32, или 34, в котором указанный нелинейно рассеянный сигнал используют для обнаружения и/или построения изображения объектов с высокой податливостью, включая по меньшей мере одно из: жировых или липидных частиц, пузырьков газа, рыб или морских животных или газа в геологических структурах.39. The method according to claim 7, or 13, or 31, or 32, or 34, in which the specified non-linearly scattered signal is used to detect and / or image objects with high compliance, including at least one of: fat or lipid particles , gas bubbles, fish or marine animals or gas in geological structures. 40. Способ по п.7, или 13, или 31, или 32, или 34, в котором указанный нелинейно рассеянный сигнал используют для обнаружения и/или построения изображения структур в более мягких объектах с низкой податливостью, включая по меньшей мере одно из: микрокальцификаций, соединительной ткани высокой плотности в мягкой ткани или залежей в геологических структурах.40. The method according to claim 7, or 13, or 31, or 32, or 34, wherein said nonlinearly scattered signal is used to detect and / or image structures in softer objects with low compliance, including at least one of: microcalcifications, high density connective tissue in soft tissue or deposits in geological structures. 41. Способ по п.1 или 7, в котором указанный объект является окрестностью нефтяной скважины.41. The method according to claim 1 or 7, in which the specified object is a neighborhood of an oil well. 42. Способ по п.1 или 7, в котором указанный объект является рыбой или морским животным.42. The method according to claim 1 or 7, in which the specified object is a fish or sea animal. - 45 014167- 45 014167 43. Способ по п.7, или 13, или 31, или 32, или 34, в котором указанный нелинейно рассеянный сигнал используют для дифференциации между горными породами, содержащими нефть, газ или воду вблизи нефтяной скважины.43. The method according to claim 7, or 13, or 31, or 32, or 34, wherein said nonlinearly scattered signal is used to differentiate between rocks containing oil, gas or water near an oil well. 44. Способ по п.19 или 22, в котором по меньшей мере один из указанных первого и второго численных нелинейных параметров/сигналов изображения используют для получения численных значений одного из следующего:44. The method according to claim 19 or 22, in which at least one of the first and second numerical non-linear parameters / image signals is used to obtain numerical values of one of the following: относительный объем газа или нефти в пористой горной породе;the relative volume of gas or oil in the porous rock; изменения в объеме газа или нефти в пористой горной породе и размеры и количество рыб с плавательным пузырем или морских животных с легкими в воде.changes in the volume of gas or oil in the porous rock and the size and number of fish with a swimming bladder or marine animals with lungs in the water. 45. Способ по п.1 или 7, в котором гармонические компоненты НЧ-импульса в принятой ВЧ-полосе подавляют путем излучения НЧ-импульса без ВЧ-импульса, запоминают принятый от этого НЧимпульса ВЧ принятый сигнал и вычитают указанный запомненный ВЧ принятый сигнал из ВЧ принятых сигналов от групп излученных импульсов, которые содержат как НЧ-, так и ВЧ-импульсы.45. The method according to claim 1 or 7, in which the harmonic components of the LF pulse in the received HF band are suppressed by emitting the LF pulse without an HF pulse, the received signal received from this LF pulse, the received signal is subtracted, and the indicated stored HF received signal is subtracted from the HF received signals from groups of emitted pulses that contain both low and high frequency pulses. 46. Способ по п.11, в котором локальный коэффициент поглощения в объекте определяют из указанного определенного запаздывания нелинейного распространения, градиента по глубине от указанного определенного запаздывания нелинейного распространения, и оценки верхней центральной частоты в ВЧ принятом сигнале и градиента по глубине от указанной оценки центральной частоты, при этом ВЧ-импульс значительную часть диапазона глубины распространяется вдоль отрицательного пространственного градиента НЧ-импульса.46. The method according to claim 11, in which the local absorption coefficient in the object is determined from the specified specific delay of non-linear propagation, the gradient in depth from the specified specific delay of non-linear propagation, and the estimate of the upper center frequency in the RF received signal and the gradient in depth from the specified estimate of the central frequency, with the HF pulse, a significant part of the depth range propagates along the negative spatial gradient of the LF pulse. 47. Способ по п.2, в котором ВЧ-импульсы для осуществления наблюдения используют для наблюдения за деформацией объекта из-за излучательной силы осуществляющих нажим акустических импульсов и в котором указанные импульсы для осуществления наблюдения значительную часть диапазона глубины распространяются вдоль отрицательного пространственного градиента НЧ-импульса для задания преобразования вверх по частоте от сжатия импульса указанных ВЧ-импульсов для осуществления наблюдения;47. The method according to claim 2, in which the RF pulses for observation are used to observe the deformation of the object due to the emitting force of the acoustic pulses that are pressed and in which the indicated pulses for monitoring a significant part of the depth range propagate along the negative spatial gradient of the LF pulse to set the conversion up in frequency from the compression of the pulse of these RF pulses for observation; указанные обладающие излучательной силой осуществляющие нажим импульсы излучают как:these emitting force pressing pulses emit as: a) ВЧ осуществляющий нажим импульс без низкочастотного импульса илиa) an RF push pulse without a low frequency pulse or b) как последовательность ВЧ осуществляющих нажим импульсов вместе с НЧ-импульсами, где значительную часть диапазона глубины указанные ВЧ осуществляющие нажим импульсы распространяются вдоль положительного пространственного градиента указанных НЧ-импульсов для преобразования вниз по частоте указанных ВЧ осуществляющих нажим импульсов, так что перекрывающиеся принятые сигналы от указанных импульсов для осуществления наблюдения и указанных осуществляющих нажим импульсов могут быть разделены путем фильтрации по времени глубины (быстрому времени).b) as a sequence of HF pushing pulses along with LF pulses, where a significant part of the depth range of said HF pushing pulses propagate along the positive spatial gradient of said LF pulses to convert downstream of said HF pushing pulses so that the received signals overlap from these pulses for observation and these pressure impulses can be separated by filtering by time depth ( three times). 48. Способ по п.1 или 7, в котором для увеличения гармонического искажения ВЧ-импульса указанный ВЧ-импульс, по меньшей мере, в ближнем диапазоне глубины располагают вблизи положительного пика давления НЧ-импульса в излученной группе импульсов, так что максимальную амплитуду ВЧимпульса можно увеличить в пределах максимально возможной благодаря механическому индексу группы.48. The method according to claim 1 or 7, in which to increase the harmonic distortion of the RF pulse, the specified RF pulse, at least in the near depth range, is located near the positive pressure peak of the LF pulse in the emitted pulse group, so that the maximum amplitude of the RF pulse can be increased as much as possible due to the mechanical index of the group. 49. Способ по п.1 или 7, в котором обработка включает этапы подавления компонентов НЧимпульса в ВЧ принятом сигнале для выделения ВЧ принятого сигнала для его дальнейшей обработки и в котором подавление указанных компонентов НЧ-импульса выполняют в фильтре.49. The method according to claim 1 or 7, in which the processing includes the steps of suppressing the components of the LF pulse in the HF received signal to extract the HF received signal for further processing and in which the suppression of these components of the LF pulse is performed in the filter. 50. Способ построения изображения акустических свойств нелинейного рассеяния в области объекта, в котором излучают последовательность по меньшей мере из двух групп акустических импульсов к указанной области, причем указанные группы импульсов состоят из высокочастотного (ВЧ) импульса и низкочастотного (НЧ) импульса, перекрывающихся во времени, и с теми же или перекрывающимися направлениями пучков; и между излученными группами импульсов изменяют частоту, и/или фазу, и/или амплитуду указанных излученных НЧ-импульсов относительно указанных ВЧ-импульсов для обеспечения нелинейного управления акустической упругостью указанного объекта, как наблюдается указанными ВЧ-импульсами, которые изменяются от импульса к импульсу; и указанные НЧ- и ВЧ-импульсы создают посредством отдельных решеток акустических преобразователей с отстоящими друг от друга излучательными поверхностями, так что фаза указанных НЧимпульсов изменяется относительно фазы указанных ВЧ-импульсов во всем фактическом диапазоне изображения для создания задержки нелинейного распространения указанных высокочастотных импульсов посредством указанных НЧ-импульсов, которые проявляют немонотонное изменение вдоль оси ВЧпучка, что ограничивает максимальную задержку нелинейного распространения, так что для низких амплитуд НЧ-импульса (~50 кПа) можно подавить линейно рассеянный от ткани ВЧ-сигнал и оценить нелинейно рассеянный ВЧ-сигнал через комбинацию координаты номера импульса ВЧ принятых сигналов по меньшей мере от двух импульсов без коррекций на задержки нелинейного распространения в быстром времени.50. A method of constructing an image of the acoustic properties of nonlinear scattering in the region of an object in which a sequence of at least two groups of acoustic pulses is emitted to a specified region, said groups of pulses consisting of a high-frequency (HF) pulse and a low-frequency (LF) pulse, overlapping in time , and with the same or overlapping beam directions; and between the emitted groups of pulses, the frequency and / or phase and / or amplitude of the emitted LF pulses are changed relative to the indicated HF pulses to provide non-linear control of the acoustic elasticity of the indicated object, as observed by the indicated HF pulses, which vary from pulse to pulse; and said LF and HF pulses are generated by separate arrays of acoustic transducers with spaced apart radiating surfaces, so that the phase of these LF pulses changes relative to the phase of these HF pulses in the entire actual image range to create a delay in the nonlinear propagation of these high-frequency pulses by these LF -pulses that exhibit a nonmonotonic change along the axis of the HF beam, which limits the maximum delay of nonlinear propagation so that for low amplitudes of the LF pulse (~ 50 kPa), the HF signal linearly scattered from the tissue can be suppressed and the nonlinearly scattered HF signal can be estimated through the combination of the coordinate number of the pulse of the HF received signals from at least two pulses without corrections for the delay of nonlinear propagation in quick time. 51. Способ по п.50, в котором указанная решетка преобразователей для ВЧ-импульса представляет 51. The method according to item 50, in which the specified array of converters for the RF pulse is - 46 014167 собой линейную или криволинейную решетку, а указанная решетка преобразователей для НЧ-импульса представляет одну решетку из линейной или криволинейной решетки, установленной на одной стороне указанной ВЧ-решетки, и две линейные или криволинейные решетки, каждая из которых установлена на каждой стороне указанной ВЧ-решетки.- 46 014167 is a linear or curved grating, and the specified lattice of the converters for the low frequency pulse represents one grating of a linear or curved grating installed on one side of the specified RF grating, and two linear or curved gratings, each of which is installed on each side of the specified RF trellis. 52. Акустическое устройство для построения изображения области объекта, содержащее:52. An acoustic device for constructing an image of an object region, comprising: a) излучающий преобразователь, выполненный для излучения по меньшей мере одного акустического импульса, состоящего из высокочастотного (ВЧ) и низкочастотного (НЧ) импульса с перекрывающимися направлениями пучков;a) an emitting transducer configured to emit at least one acoustic pulse, consisting of a high-frequency (HF) and low-frequency (LF) pulse with overlapping beam directions; b) принимающий преобразователь, выполненный для приема ВЧ принятых сигналов, полученных рассеянием в объекте ВЧ-импульса и/или акустических волн ВЧ-импульса, который прошел через объект; иb) a receiving transducer configured to receive the RF received signals obtained by scattering in the object of the RF pulse and / or acoustic waves of the RF pulse that has passed through the object; and c) средство обработки, выполненное для обработки ВЧ принятого сигнала, причем указанная обработка обеспечивает сигналы измерения или изображения из указанных ВЧ принятых сигналов в процессах, в которых шум реверберации импульса из-за многократного рассеяния указанного ВЧ-импульса подавляется посредством нелинейной манипуляции НЧ-импульсом свойствами упругости объекта, как наблюдается ВЧ-импульсом.c) processing means for processing the RF received signal, said processing providing measurement signals or images from said RF received signals in processes in which the noise of the reverberation of the pulse due to multiple scattering of said RF pulse is suppressed by non-linear manipulation of the RF pulse by the properties the elasticity of the object, as observed by the RF pulse. 53. Устройство для измерения или построения изображения акустических свойств нелинейного рассеяния и/или распространения в объекте, содержащее:53. A device for measuring or imaging the acoustic properties of nonlinear scattering and / or propagation in an object, comprising: a) средство для излучения групп акустических импульсов, состоящих по меньшей мере из одного высокочастотного (ВЧ) импульса и по меньшей мере одного низкочастотного (НЧ) импульса с одинаковыми или перекрывающимися направлениями пучков;a) means for emitting groups of acoustic pulses consisting of at least one high-frequency (HF) pulse and at least one low-frequency (LF) pulse with the same or overlapping beam directions; b) ВЧ-преобразователь и средство приема, выполненные для приема ВЧ принятых сигналов, по меньшей мере, от рассеянных волн, полученных от указанного по меньшей мере одного ВЧ-импульса;b) an RF converter and reception means configured to receive RF received signals from at least the scattered waves received from said at least one RF pulse; c) средство обработки, выполненное для обработки ВЧ принятых сигналов по меньшей мере из двух излученных групп импульсов, причем для каждой из указанных по меньшей мере двух групп импульсов по меньшей мере один из параметров: частота, амплитуда и фаза указанного по меньшей мере одного НЧ-импульса меняется; иc) processing means for processing RF received signals from at least two emitted pulse groups, and for each of said at least two groups of pulses, at least one of the parameters: frequency, amplitude and phase of said at least one LF- momentum is changing; and й) средство обработки, дополнительно содержащее средство для оценки задержек нелинейного распространения между ВЧ принятым сигналом, для корректировки с учетом задержек ВЧ принятых сигналов и для комбинации скорректированных с учетом задержек ВЧ принятых сигналов по меньшей мере из двух групп импульсов для получения сигналов измерения или изображения, которые представляют собой нелинейное рассеяние излученных ВЧ-импульсов из объекта, путем использования указанного по меньшей мере одного НЧ-импульса для получения нелинейного управления упругими свойствами объекта, как наблюдается указанным по меньшей мере одним ВЧ-импульсом.j) processing means, further comprising means for estimating non-linear propagation delays between the RF received signal, for adjusting for the delays of the RF received signals and for combining the received signals from at least two pulse groups corrected for the delays of the RF to obtain measurement or image signals, which are nonlinear scattering of the emitted RF pulses from the object, by using the specified at least one LF pulse to obtain a nonlinear control , the elastic properties of the object as observed by said at least one rf pulse. 54. Устройство по п.52 или 53, в котором средство обработки оценивает сигналы измерения или изображения, которые представляют собой по меньшей мере один из следующих параметров:54. The device according to paragraph 52 or 53, in which the processing means evaluates the measurement signals or images, which are at least one of the following parameters: линейное рассеяние от объекта;linear scattering from the object; нелинейное рассеяние от объекта;nonlinear scattering from the object; локальный параметр нелинейного распространения в объекте;local parameter of nonlinear propagation in the object; локальный параметр нелинейного рассеяния от объекта;local parameter of nonlinear scattering from the object; численный локальный параметр нелинейного распространения в объекте и локальный параметр нелинейного рассеяния от объекта.a numerical local parameter of nonlinear propagation in the object and a local parameter of nonlinear scattering from the object. 55. Устройство по п.52 или 53, в котором способ обработки выбирается контроллером устройства для наилучшей эффективности работы при ограничениях, которые установлены при производстве устройства или оператором.55. The device according to paragraph 52 or 53, in which the processing method is selected by the controller of the device for the best performance under the restrictions that are established in the manufacture of the device or by the operator. 56. Устройство по п.52 или 53, в котором:56. The device according to paragraph 52 or 53, in which: a) излучающий преобразователь выполнен для излучения широкого пучка;a) the emitting transducer is designed to emit a wide beam; b) принимающий преобразователь выполнен для приема ВЧ-сигнала из многочисленных параллельных ВЧ принятых пучков, которые содержатся в широком излученном пучке; иb) a receiving transducer is configured to receive an RF signal from multiple parallel RF received beams that are contained in a wide radiated beam; and c) средство обработки выполнено для параллельной обработки ВЧ принятых сигналов их указанных параллельных ВЧ принятых сигналов так, что получают увеличенную частоту кадров изображения для построения 2Ό- и 3Б-изображений.c) the processing means is arranged for parallel processing of the HF received signals of their indicated parallel HF received signals so that an increased image frame rate is obtained for constructing 2Ό- and 3B-images. 57. Устройство по п.52 или 53, в котором:57. The device according to paragraph 52 or 53, in which: a) указанный излучающий преобразователь и принимающий преобразователь содержат решетку преобразователей с двумерным распределением элементов решетки; иa) said radiating transducer and receiving transducer comprise a transducer array with a two-dimensional distribution of the array elements; and b) указанный принимающий преобразователь выполнен для переадресовки принятого от отдельных элементов решетки или субапертур элементов решетки ВЧ-сигнала к указанному средству обработки; иb) the specified receiving transducer is designed to redirect received from the individual elements of the lattice or subapertures of the elements of the lattice of the RF signal to the specified processing means; and c) указанное средство обработки выполнено для оценки коррекций аберрации волнового фронта из указанных ВЧ-сигналов элемента или субапертуры и содержит й) средство для наложения указанных коррекций аберрации волнового фронта на указанные ВЧ-сигналы элементов или субапертур до того, как они суммируются для формирования ВЧ принятых сигналов пучка, а также е) средство для наложения указанных коррекций аберрации волнового фронта на сигналы, излученные из указанного излучающего c) the specified processing means is designed to evaluate the wavefront aberration corrections from the indicated RF signals of the element or subaperture and contains j) the means for applying the specified wavefront aberration corrections to the indicated RF signals of the elements or subapertures before they are summed to form the received RF beam signals; and e) means for applying the indicated wavefront aberration corrections to the signals emitted from the specified radiating - 47 014167 преобразователя.- 47 014167 converters. 58. Устройство по п.52 или 53, в котором средство обработки создает реконструкцию томографического изображения из ВЧ принятых сигналов.58. The device according to paragraph 52 or 53, in which the processing means creates a reconstruction of the tomographic image from the RF received signals. 59. Устройство по п.58, в котором средство обработки основывает реконструкцию томографического изображения на оценках сигналов, которые представляют собой по меньшей мере один из следующих параметров:59. The device according to § 58, in which the processing means bases the reconstruction of the tomographic image on the estimates of the signals, which are at least one of the following parameters: линейное рассеяние от объекта;linear scattering from the object; нелинейное рассеяние от объекта;nonlinear scattering from the object; локальный параметр нелинейного распространения в объекте;local parameter of nonlinear propagation in the object; локальный параметр нелинейного рассеяния от объекта;local parameter of nonlinear scattering from the object; численный локальный параметр нелинейного распространения в объекте и локальный параметр нелинейного рассеяния от объекта.a numerical local parameter of nonlinear propagation in the object and a local parameter of nonlinear scattering from the object.
EA200800748A 2005-09-08 2005-09-08 Method for imaging of acoustic properties by nonlinear low frequency manipulation of high frequency scattering and propagation properties (variants) and acoustic instrument for implementing said method EA014167B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/NO2005/000323 WO2007030016A1 (en) 2005-09-08 2005-09-08 Acoustic imaging by nonlinear low frequency manipulation of high frequency scattering and propagation properties

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200800748A1 EA200800748A1 (en) 2008-08-29
EA014167B1 true EA014167B1 (en) 2010-10-29

Family

ID=36215797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200800748A EA014167B1 (en) 2005-09-08 2005-09-08 Method for imaging of acoustic properties by nonlinear low frequency manipulation of high frequency scattering and propagation properties (variants) and acoustic instrument for implementing said method

Country Status (3)

Country Link
BR (1) BRPI0520533A2 (en)
EA (1) EA014167B1 (en)
WO (1) WO2007030016A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104049243A (en) * 2014-06-12 2014-09-17 中国科学院电子学研究所 Method and system for synthetic aperture radar image emulation

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8547791B2 (en) 2008-07-02 2013-10-01 Chevron U.S.A. Inc. Device and method for generating a beam of acoustic energy from a borehole, and applications thereof
US8547790B2 (en) 2008-07-02 2013-10-01 Chevron U.S.A. Inc. Device and method for generating a beam of acoustic energy from a borehole, and applications thereof
US8559269B2 (en) 2008-07-02 2013-10-15 Chevron U.S.A., Inc. Device and method for generating a beam of acoustic energy from a borehole, and applications thereof
US8345509B2 (en) 2009-04-16 2013-01-01 Chevron U.S.A., Inc. System and method to create three-dimensional images of non-linear acoustic properties in a region remote from a borehole
GB2484753B (en) * 2010-08-20 2013-01-02 Surf Technology As Method for imaging of nonlinear interaction scattering
US9046620B2 (en) 2010-11-12 2015-06-02 Los Alamos National Security Llc System and method for investigating sub-surface features and 3D imaging of non-linear property, compressional velocity VP, shear velocity VS and velocity ratio VP/VS of a rock formation
US20140056111A1 (en) 2012-08-21 2014-02-27 Cung Khac Vu Acoustic detector
TWI461723B (en) * 2013-10-11 2014-11-21 Univ Nat Taiwan A method of calibrating ultrasound velocity
US20190029651A1 (en) * 2016-02-26 2019-01-31 Koninklijke Philips N.V. Clutter filters for strain and other ultrasonic deformation imaging
WO2018060820A1 (en) * 2016-09-29 2018-04-05 Koninklijke Philips N.V. Ultrasonic shear wave imaging with background motion compensation
CN113759354B (en) * 2020-06-02 2024-02-09 中国科学院声学研究所 Self-adaptive bottom reverberation suppression method suitable for side-scan sonar
CN112433219B (en) * 2020-11-03 2024-05-31 深圳市汇海潜水工程服务有限公司 Underwater detection method, system and readable storage medium
CN113406637B (en) * 2021-06-23 2022-11-01 电子科技大学 Joint iterative tomography method based on dual-frequency narrow-band signals
CN114812790B (en) * 2022-03-30 2023-09-12 江南工业集团有限公司 Method and device for resisting interference in acoustic signal processing
CN117310671B (en) * 2023-11-29 2024-03-01 中国海洋大学 Shallow sea sound source distance environment self-adaptive estimation method applying frequency dispersion elimination transformation

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4081783A (en) * 1975-09-26 1978-03-28 Keisuke Honda Fish finder capable of discriminating sizes of fish
US4532812A (en) * 1983-06-30 1985-08-06 Nl Industries, Inc. Parametric acoustic flow meter
US4610255A (en) * 1983-12-02 1986-09-09 Fujitsu Limited Ultrasonic non-linear parameter measuring system
US4686659A (en) * 1985-06-14 1987-08-11 Keisuke Honda Color sonar system for displaying echo signals from fish
EP0279314A1 (en) * 1987-02-09 1988-08-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Ultrasonic examination apparatus
US4936308A (en) * 1988-05-27 1990-06-26 Agency Of Industrial Science & Technology Method and apparatus for measuring acoustic characteristics and temperature
JPH03110491A (en) * 1989-09-25 1991-05-10 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Detection of underwater suspended matter
US6401539B1 (en) * 1997-08-01 2002-06-11 Acuson Corporation Ultrasonic imaging aberration correction system and method
US20020122352A1 (en) * 2001-03-01 2002-09-05 Khan Tawassul A. Mapping subsurface fractures using nonlinearity measurements
US20020161300A1 (en) * 2000-10-19 2002-10-31 Lars Hoff Ultrasound measurement techniques for bone analysis
US6485423B2 (en) * 2000-01-31 2002-11-26 Bjorn A. J. Angelsen Correction of phasefront aberrations and pulse reverberations in medical ultrasound imaging
US20030073905A1 (en) * 2001-10-17 2003-04-17 Bernardi Richard Bruce Apparatus and method for indicating mechanical stiffness properties of body tissue
RU2205425C1 (en) * 2002-01-28 2003-05-27 Бахарев Сергей Алексеевич Method determining stocks of fish with gas bladders
US6676599B2 (en) * 1999-08-23 2004-01-13 G.E. Vingmed Ultrasound As Method and apparatus for providing real-time calculation and display of tissue deformation in ultrasound imaging
US6682487B1 (en) * 2002-09-10 2004-01-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Ultrasonic imaging aberration correction using harmonic and non-harmonic signals
US20040267129A1 (en) * 2003-05-30 2004-12-30 Angelsen Bjorn A.J. Ultrasonic contrast agent detection and imaging by low frequency manipulation of high frequency scattering properties
WO2006009469A2 (en) * 2004-07-23 2006-01-26 Angelsen Bjoern A J Ultrasound imaging using non-linear manipulation of forward propagation

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6789018B1 (en) * 2003-08-29 2004-09-07 Nonlinear Seismic Imaging, Inc. Mapping reservoir rocks using frequency spectral broadening and the presence of the slow-wave

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4081783A (en) * 1975-09-26 1978-03-28 Keisuke Honda Fish finder capable of discriminating sizes of fish
US4532812A (en) * 1983-06-30 1985-08-06 Nl Industries, Inc. Parametric acoustic flow meter
US4610255A (en) * 1983-12-02 1986-09-09 Fujitsu Limited Ultrasonic non-linear parameter measuring system
US4686659A (en) * 1985-06-14 1987-08-11 Keisuke Honda Color sonar system for displaying echo signals from fish
EP0279314A1 (en) * 1987-02-09 1988-08-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Ultrasonic examination apparatus
US4936308A (en) * 1988-05-27 1990-06-26 Agency Of Industrial Science & Technology Method and apparatus for measuring acoustic characteristics and temperature
JPH03110491A (en) * 1989-09-25 1991-05-10 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Detection of underwater suspended matter
US6401539B1 (en) * 1997-08-01 2002-06-11 Acuson Corporation Ultrasonic imaging aberration correction system and method
US6676599B2 (en) * 1999-08-23 2004-01-13 G.E. Vingmed Ultrasound As Method and apparatus for providing real-time calculation and display of tissue deformation in ultrasound imaging
US6485423B2 (en) * 2000-01-31 2002-11-26 Bjorn A. J. Angelsen Correction of phasefront aberrations and pulse reverberations in medical ultrasound imaging
US20020161300A1 (en) * 2000-10-19 2002-10-31 Lars Hoff Ultrasound measurement techniques for bone analysis
US20020122352A1 (en) * 2001-03-01 2002-09-05 Khan Tawassul A. Mapping subsurface fractures using nonlinearity measurements
US20030073905A1 (en) * 2001-10-17 2003-04-17 Bernardi Richard Bruce Apparatus and method for indicating mechanical stiffness properties of body tissue
RU2205425C1 (en) * 2002-01-28 2003-05-27 Бахарев Сергей Алексеевич Method determining stocks of fish with gas bladders
US6682487B1 (en) * 2002-09-10 2004-01-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Ultrasonic imaging aberration correction using harmonic and non-harmonic signals
US20040267129A1 (en) * 2003-05-30 2004-12-30 Angelsen Bjorn A.J. Ultrasonic contrast agent detection and imaging by low frequency manipulation of high frequency scattering properties
WO2006009469A2 (en) * 2004-07-23 2006-01-26 Angelsen Bjoern A J Ultrasound imaging using non-linear manipulation of forward propagation

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FLAX S.W. ET AL.: "PHASE-ABERRATION CORRECTION USING SIGNALS FROM POINT REFLECTORS AND DIFFUSE SCATTERERS: BASIC PRINCIPLES" IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS AND FREQUENCY CONTROL, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 35, no. 6, 1 November, 1988 (1988-11-01), pages 758-767, XP000032893, ISSN: 0885-3010, the whole document *
FUKUKITA H. ET AL.: "ULTRASOUND PULSE REFLECTION MODE MEASUREMENT OF NONLINEARITY PARAMETER B/A AND ATTENUATION COEFFICIENT". JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA, AIP/ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA, MELVILLE, NY, US, vol. 99, no. 5, 1 May, 1996 (1996-05-01), pages 2775-2782, XP000621081, ISSN: 0001-4966, abstract; figures 1, 2, 5, 7, page 2775, left-hand column - page 2781, right-hand column *
NIGHTINGALE K.R. ET AL.: "INVESTIGATION OF REAL-TIME REMOTE PALPATION IMAGING". PROCEEDINGS OF THE SPIE, SPIE, BELLINGHAM, VA, US, vol. 4325, 21 February, 2001 (2001-02-21), pages 113-119, XP001205482, ISSN: 0277-786X, the whole document *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 015, no. 309 (P-123S), 7 August, 1991 (1991-08-07) & JP 03110491 A (ISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY IND CO LTD), 10 May, 1991 (1991-05-10), abstract *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104049243A (en) * 2014-06-12 2014-09-17 中国科学院电子学研究所 Method and system for synthetic aperture radar image emulation

Also Published As

Publication number Publication date
BRPI0520533A2 (en) 2009-10-06
EA200800748A1 (en) 2008-08-29
WO2007030016A1 (en) 2007-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA014167B1 (en) Method for imaging of acoustic properties by nonlinear low frequency manipulation of high frequency scattering and propagation properties (variants) and acoustic instrument for implementing said method
JP6013493B2 (en) Nonlinear imaging with dual-band pulse composites
US8038616B2 (en) Acoustic imaging by nonlinear low frequency manipulation of high frequency scattering and propagation properties
Jensen Medical ultrasound imaging
CN102027386B (en) Utilize the nonlinear elasticity imaging of double frequency elasticity pulse complex
US9939413B2 (en) Measurement and imaging of scatterers with memory of scatterer parameters using at least two-frequency elastic wave pulse complexes
EP2287632A1 (en) Ultrasound imaging using non-linear manipulation of forward propagation properties of a pulse
US20050277835A1 (en) Ultrasound imaging by nonlinear low frequency manipulation of high frequency scattering and propagation properties
US20180092627A1 (en) Ultrasound signal processing device, ultrasound signal processing method, and ultrasound diagnostic device
US11397167B2 (en) Local speed of sound estimation method for medical ultrasound
US20220084496A1 (en) Method and system for ultrasonic characterization of a medium
Urban et al. Multifrequency vibro-acoustography
CN114176640A (en) Method and system for ultrasonic characterization of a medium
Lambert et al. Ultrasound matrix imaging—Part I: The focused reflection matrix, the F-factor and the role of multiple scattering
JP7356504B2 (en) Ultrasonic estimation of nonlinear bulk elasticity of materials
Rau et al. Methods for reverberation suppression utilizing dual frequency band imaging
Burov et al. Ultrasound tomography of soft biological tissues containing strong inhomogeneities
Pan et al. A New Method of Plane-Wave Ultrasound Imaging based on Reverse Time Migration
JP2023540954A (en) Method and system for ultrasonic characterization of media
CN114176625A (en) Method and system for ultrasonic characterization of a medium
JP7282492B2 (en) Ultrasound diagnostic device, medical image processing device and medical image processing program
Wang et al. Multiline acquisition beamforming for ultrasound computed tomography
Jirik et al. Ultrasonic attenuation tomography based on log-spectrum analysis
Frijlink et al. A simulation study on tissue harmonic imaging with a single-element intravascular ultrasound catheter
Jensen Fast plane wave imaging

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Registration of transfer of a eurasian patent by assignment
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU