專利名稱：基于超聲成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)孔徑控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超聲成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)孔徑控制 方法。
背景技術(shù)：
在超聲成像系統(tǒng)中，隨著接收超聲回波信號(hào)深度的增加，動(dòng)態(tài)控制探頭接收陣元 開(kāi)啟的過(guò)程，稱為動(dòng)態(tài)孔徑控制技術(shù)。動(dòng)態(tài)孔徑控制技術(shù)是超聲成像系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，具有許多優(yōu)點(diǎn)。然而關(guān)于 這方面的研究卻鮮有報(bào)道，通常在工程實(shí)現(xiàn)中，主要是通過(guò)人工方法進(jìn)行多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)去 修正、調(diào)整動(dòng)態(tài)孔徑的控制參數(shù)，從而得到一組較好的動(dòng)態(tài)孔徑控制參數(shù)，但是整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò) 程非常機(jī)械與繁瑣，如果探頭參數(shù)，探測(cè)對(duì)象發(fā)生改變，那么就需要重復(fù)機(jī)械與繁瑣的實(shí)驗(yàn) 工作，重新得到一組動(dòng)態(tài)孔徑的控制參數(shù)；而且現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)孔徑控制技術(shù)中，超聲成像系統(tǒng) 對(duì)掃描線之間區(qū)域的成像能力較弱，對(duì)整體成像質(zhì)量造成一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了基于超聲成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)孔徑控制 方法，對(duì)探頭的孔徑大小進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，并能有效地提高成像質(zhì)量。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的基于超聲成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)孔徑控制方法，包括如下 步驟1)獲取超聲波回波信號(hào)，分析超聲波回波信號(hào)的探測(cè)深度，將探測(cè)深度均勻分段， 得到均勻分布的多個(gè)深度；2)對(duì)步驟1)獲得的每一個(gè)深度，計(jì)算該深度下正好能夠完全覆蓋相鄰兩條掃描 線之間區(qū)域的波束寬度；3)對(duì)下式進(jìn)行循環(huán)迭代計(jì)算，得到對(duì)應(yīng)深度Zk下探頭所需開(kāi)啟陣元的個(gè)數(shù)Nk D(bwk 12, zk) = D{- bwk
Nt ~
Σ4
0.707 (-3dB) 式中，i,為第i個(gè)陣元的響應(yīng)復(fù)振幅，Δ C^i為第i個(gè)陣元在計(jì)算點(diǎn)(χ，ζ)與焦點(diǎn) 的聲波相位差，N為探頭陣元個(gè)數(shù)；bwk為深度Zk下對(duì)應(yīng)的正好能夠完全覆蓋相鄰兩條掃描 線之間區(qū)域的波束寬度； 根據(jù)所得的對(duì)應(yīng)深度Zk下探頭所需開(kāi)啟陣元的個(gè)數(shù)Nk，控制超聲波成像系統(tǒng)探頭 陣元的開(kāi)啟的個(gè)數(shù)。進(jìn)一步，所述步驟1)中，通過(guò)下式對(duì)探測(cè)深度均勻分段，得到均勻分布的多個(gè)深 度zk = depth*k/K，k = 1，2，3，···, K ；式中cbpth為探測(cè)深度，K為均勻分段數(shù)；進(jìn)一步，所述步驟2)包括如下步驟
21)確定步驟1)得到的每一個(gè)深度zk，計(jì)算該深度下相鄰兩條掃描線之間的距離
dlk :dlk = zk 4 ,式中d為陣元間距，R為探頭曲率半徑； K22)根據(jù)步驟21)確定得到相鄰兩條掃描線之間距離dlk，計(jì)算深度zk下覆蓋相鄰 兩條掃描線之間區(qū)域的波束寬度bwk :bwk = dlk ；進(jìn)一步，步驟3)中，循環(huán)迭代計(jì)算的方法如下31)判斷探頭陣元個(gè)數(shù)N的奇偶，N為奇數(shù)時(shí)，Nk取1為初值；N為偶數(shù)時(shí)，Nk取2 為初值；32)將波束寬度bwk，探測(cè)深度zk，陣元的開(kāi)啟個(gè)數(shù)Nk代入動(dòng)態(tài)孔徑控制計(jì)算式，判 斷結(jié)果是否小于等于_3dB ；否，則轉(zhuǎn)入步驟33)，是，則轉(zhuǎn)入步驟34)；33)將Nk的值自加2，返回步驟32)；34)根據(jù)Nk控制超聲波成像系統(tǒng)探頭陣元的開(kāi)啟的個(gè)數(shù)。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)計(jì)算得到完全覆蓋相鄰兩掃描線之間區(qū)域的波束寬 度，可以消除部分不能成像的死區(qū)區(qū)域，從而提高超聲成像系統(tǒng)對(duì)掃描線之間區(qū)域的成像 能力，并能有效地提高超聲成像系統(tǒng)的整體成像質(zhì)量。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)描述圖1示出了本發(fā)明超聲波成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)孔徑控制方法的控制原理示意圖；圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例中，對(duì)某凸陣探頭陣元開(kāi)啟變換圖。
具體實(shí)施例方式以下將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。參見(jiàn)圖1，其中，o為坐標(biāo)原點(diǎn)，d為陣元間距，R為探頭曲率半徑，3為探頭陣元，陣 元個(gè)數(shù)為N。圖1中所示的波束2是希望通過(guò)動(dòng)態(tài)控制后得到的效果，該波束寬度是以波束 相對(duì)中心掃描線1，向兩側(cè)下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的寬度。本實(shí)施例基于超聲成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)孔徑控制方法，針對(duì)凸陣探頭，順序掃描方式 的超聲成像，包括如下步驟1)獲取超聲波回波信號(hào)，分析超聲波回波信號(hào)的探測(cè)深度，通過(guò)下式對(duì)探測(cè)深度 均勻分段，得到均勻分布的多個(gè)深度zk = depth*k/K，k = 1，2，3，K ；式中cbpth為探測(cè)深度，K為均勻分段數(shù)，k G [1，K]；2)對(duì)步驟1)獲得的每一個(gè)深度，計(jì)算該深度下正好能夠完全覆蓋相鄰兩條掃描 線之間區(qū)域的波束寬度；具體包括如下步驟21)確定步驟1)得到的每一個(gè)深度zk，計(jì)算該深度下相鄰兩條掃描線之間的距離
dlk -.dlk = zk 4 ,式中d為陣元間距，R為探頭曲率半徑； K22)根據(jù)步驟21)確定得到相鄰兩條掃描線之間距離dlk，計(jì)算深度zk下覆蓋相鄰 兩條掃描線之間區(qū)域的波束寬度bwk :bwk = dlk ；
bwk為對(duì)應(yīng)zk深度下的波束寬度，該寬度滿足-.bwk
3)對(duì)下式進(jìn)行循環(huán)迭代計(jì)算，得到對(duì)應(yīng)深度zk下探頭所需開(kāi)啟陣元的個(gè)數(shù)Nk
D(bwk/2,zk) = D(-bwk/2,zk) =
Nt
^ 0.707(-3dB)式中，Nk即為在不同的探測(cè)深度zk處，對(duì)應(yīng)的陣元開(kāi)啟個(gè)數(shù)為第i個(gè)陣元的響 應(yīng)復(fù)振幅，△ t為第i個(gè)陣元在計(jì)算點(diǎn)(x，z)與焦點(diǎn)的聲波相位差，N為探頭陣元個(gè)數(shù)； bwk為深度zk下對(duì)應(yīng)的正好能夠完全覆蓋相鄰兩條掃描線之間區(qū)域的波束寬度；循環(huán)迭代計(jì)算的方法如下31)判斷探頭陣元個(gè)數(shù)N的奇偶，N為奇數(shù)時(shí)，Nk取1為初值；N為偶數(shù)時(shí)，Nk取2 為初值；32)將波束寬度bwk，探測(cè)深度zk，陣元的開(kāi)啟個(gè)數(shù)Nk代入動(dòng)態(tài)孔徑控制計(jì)算式，判 斷結(jié)果是否小于等于_3dB ；否，則轉(zhuǎn)入步驟33)，是，則轉(zhuǎn)入步驟34)；33)將Nk的值自加2，返回步驟32)；34)根據(jù)Nk控制超聲波成像系統(tǒng)探頭陣元的開(kāi)啟的個(gè)數(shù)。步驟3)中計(jì)算公式的推導(dǎo)過(guò)程如下①已知離散陣型的探頭歸一化指向性函數(shù)，即聲場(chǎng)分布計(jì)算公式為
D(x,z) =
S4 exp(-/A 於)
/N/
，式中~為第i個(gè)陣元的響應(yīng)復(fù)振幅，A t為第i個(gè)陣元 4
在計(jì)算點(diǎn)(X，Z)與焦點(diǎn)的聲波相位差，N為探頭陣元個(gè)數(shù)； ②令步驟①式中的焦點(diǎn)在z軸，則波束的主極大方向?yàn)閦軸方向，焦點(diǎn)深度對(duì)應(yīng)為
不同的探測(cè)深度zk，有=
藝 i,exp(—/A 於)
S4
；=1
= l(0dB)成立 ③波束相對(duì)主極大方向，向兩側(cè)下降_3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的寬度為超聲成像 系統(tǒng)的橫向分辨率，并同時(shí)希望通過(guò)動(dòng)態(tài)孔徑控制使得該寬度也為覆蓋相鄰兩 條掃描線之間區(qū)域的波束寬度bwk，根據(jù)步驟②推得動(dòng)態(tài)孔徑控制的計(jì)算式為
D{bwj2,zk) = D(-bwk/2,zk) =
Nt
Nk
Z4
0.707 (-3dB)，式中Nk即為在不
同探測(cè)深度zk處，對(duì)應(yīng)的陣元開(kāi)啟個(gè)數(shù)，由于Nk只能取整數(shù)，因而不一定剛好得到_3dB的值。圖2是基于本發(fā)明方法的某凸陣探頭陣元開(kāi)啟變換圖，橫軸為探測(cè)深度，縱軸為 對(duì)應(yīng)深度下開(kāi)啟的陣元數(shù)目。其中探頭參數(shù)為，陣元間距d = 0. 78mm，探頭曲率半徑R = 60_，超聲聲速c = 1540m/s，脈沖中心頻率f。= 3. 5MHz，將探測(cè)深度均勻分為10段，Zl = 20，z2 = 40，......z10 = 200，單位 mm。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修 改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和 變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
基于超聲成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)孔徑控制方法，其特征在于，包括如下步驟1)獲取超聲波回波信號(hào)的深度，將該深度均勻分段，得到均勻分布的多個(gè)深度；2)根據(jù)步驟1)計(jì)算不同深度下相鄰兩條掃描線之間的距離；3)對(duì)步驟2)獲得的每一個(gè)深度下相鄰兩條掃描線之間距離，計(jì)算該深度下正好能夠完全覆蓋相鄰兩條掃描線之間區(qū)域的波束寬度；4)對(duì)下式進(jìn)行循環(huán)迭代計(jì)算，得到對(duì)應(yīng)深度zk下探頭所需開(kāi)啟陣元的個(gè)數(shù)Nk上式中， 為第i個(gè)陣元的響應(yīng)復(fù)振幅，Δφi為第i個(gè)陣元在計(jì)算點(diǎn)(x，z)與焦點(diǎn)的聲波相位差，N為探頭陣元個(gè)數(shù)；bwk為深度zk下對(duì)應(yīng)的正好能夠完全覆蓋相鄰兩條掃描線之間區(qū)域的波束寬度；根據(jù)所得的對(duì)應(yīng)深度zk下探頭所需開(kāi)啟陣元的個(gè)數(shù)Nk，控制超聲波成像系統(tǒng)探頭陣元的開(kāi)啟的個(gè)數(shù)。FSA00000186930400011.tif,FSA00000186930400012.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)孔徑控制方法，其特征在于所述 步驟1)中，通過(guò)下式對(duì)探測(cè)深度均勻分段，得到均勻分布的多個(gè)深度zk = depth*k/K, k = 1,2,3, K ； 式中depth為探測(cè)深度，K為均勻分段數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)孔徑控制方法，其特征在于所述 步驟2)包括如下步驟21)確定步驟1)得到的每一個(gè)深度zk，計(jì)算該深度下相鄰兩條掃描線之間的距離dlk:dlk = zk 4，式中d為陣元間距，R為探頭曲率半徑； K22)根據(jù)步驟21)確定得到相鄰兩條掃描線之間距離dlk，計(jì)算深度zk下覆蓋相鄰兩 條掃描線之間區(qū)域的波束寬度bwk :bwk = dlk。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的基于超聲成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)孔徑控制方法，其特 征在于步驟3)中，所述得到對(duì)應(yīng)深度下探頭所需開(kāi)啟陣元的個(gè)數(shù)，循環(huán)迭代計(jì)算的方法 如下31)判斷探頭陣元個(gè)數(shù)N的奇偶，N為奇數(shù)時(shí)，Nk取1為初值；N為偶數(shù)時(shí)，Nk取2為初值；32)將波束寬度bwk，探測(cè)深度zk，陣元的開(kāi)啟個(gè)數(shù)Nk代入動(dòng)態(tài)孔徑控制計(jì)算式，判斷結(jié) 果是否小于等于一 3dB ；否，則轉(zhuǎn)入步驟33)，是，則轉(zhuǎn)入步驟34)；33)將Nk的值自加2，返回步驟32)；34)根據(jù)Nk控制超聲波成像系統(tǒng)探頭陣元的開(kāi)啟的個(gè)數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明屬于超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超聲成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)孔徑控制方法，該方法針對(duì)凸陣探頭，順序掃描方式的超聲成像。該控制方法將探測(cè)深度均勻分段，通過(guò)已知的探頭參數(shù)探頭曲率半徑和陣元間距，計(jì)算得到在不同深度下能夠完全覆蓋相鄰兩條掃描線之間區(qū)域的波束寬度，再根據(jù)不同探測(cè)深度的波束寬度值，依照離散陣型的探頭歸一化指向性函數(shù)，反推在對(duì)應(yīng)深度下探頭所需開(kāi)啟的陣元個(gè)數(shù)，本動(dòng)態(tài)孔徑控制方法通過(guò)計(jì)算得到完全覆蓋相鄰兩掃描線之間區(qū)域的波束寬度，可消除部分不能成像的死區(qū)區(qū)域，提高系統(tǒng)對(duì)掃描線之間區(qū)域的成像能力，從而有效地提高超聲系統(tǒng)的整體成像質(zhì)量。
文檔編號(hào)G01S7/52GK101893705SQ20101021473
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者何為, 王偉明, 王平, 許琴, 陳民鈾 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)