一种超声波束形成方法技术

本发明专利技术的一种超声波束形成方法，包括以下步骤：对各通道接收的信号进行延时和聚焦处理得到回波信号；对回波信号求子阵列信号；对子阵列信号进行算术平均得到子阵列平均信号向量；对子阵列平均信号向量进行离散余弦变换得到波束域信号向量；对波束域信号向量进行两两组合相乘；对两两组合相乘结果进行符号运算；对两两组合相乘结果进行绝对值运算后再进行开方运算；对符号运算结果和开方运算结果进行乘法运算；对乘法运算结果进行叠加求和；将叠加求和结果输入带通滤波器进行滤波，得到每条扫描线的波束形成输出。本发明专利技术的方法可提高超声成像分辨率和对比度，同时降低计算复杂度，实现快速实时成像。

Ultrasonic beam forming method

An ultrasonic beamforming method of the invention, which includes the following steps: receiving the signal of each channel delay and echo signal processing has been focused on the signal; sub array signal; sub array signal averaging sub array arithmetic average signal vector; sub array beamspace signal average signal vector vector discrete cosine transform; 22 combination multiplication on beam domain signal vector; symbol operation of 22 to 22 combined multiplication results; combined multiplication results absolute value operation after root operation; the multiplication symbol calculation results and root operation results; the multiplication results sum; will sum the input bandpass filter filtering, beam forming output each scanning line. The method of the invention can improve the resolution and contrast of the ultrasonic imaging, reduce the computational complexity and realize fast real-time imaging.

【技术实现步骤摘要】
一种超声波束形成方法
本专利技术涉及超声成像技术，具体涉及一种采用余弦变换域的延时组合乘叠加算法的超声波束形成方法。
技术介绍
在临床诊断和治疗中，医学超声成像凭借其无创、无电离辐射、实时性强、使用方便和价格便宜等优点受到广大医生和患者的青睐。超声波束形成是超声成像系统中的关键步骤,影响着图像的分辨率和对比度。延时叠加(delay-and-sum，DAS)方法是应用最广泛的波束形成方法,然而由于其形成的波束具有较高的旁瓣水平和较宽的主瓣宽度，因此具有较低的抑制噪声能力和较低的空间分辨率。如何提高超声成像质量成为该研究领域的一个重要热点问题。为了提高超声波束形成的图像质量，自适应波束形成方法应运而生。最小方差(minimumvariance,MV)波束形成方法是应用最广泛的自适应波束形成方法。然而最小方差波束形成方法的主要局限在于其计算复杂度较高，硬件开销大，实时成像效果差。为了克服该问题，迫切需要出现具有较高成像质量、较低计算复杂度的波束形成方法。现有的降低计算复杂度的波束形成方法主要分为两大类：阵列域的波束形成方法和变换域的波束形成方法。延时组合乘叠加(delaymultiplyandsum，DMAS)波束形成是这类方法的代表。DMAS方法主要借助于回波信号的空间互相关信息，通过成对组合回波信号乘积的平方根来降低波束的旁瓣水平和减小主瓣的宽度。该方法具有较高的成像分辨率和对比度。然而该方法由于没有考虑回波信号自身的自相关成分，引起了能量的部分损失；另外由于每个通道的信号需要成对进行组合相乘与平方根运算，大大增加了硬件实现的成本。因此在不增加硬件成本的条件下，怎样保证提高超声成像分辨率和对比度的同时降低计算复杂度来提高帧率，实现快速实时成像，成为一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种超声波束形成方法，可提高超声成像分辨率和对比度，同时降低计算复杂度，实现快速实时成像。本专利技术提供一种超声波束形成方法，包括以下步骤：设定超声传感器的发射和接收模式，对接收信号进行数字化、放大以及滤波处理；采用余弦变换域的延时组合乘叠加算法对接收信号进行优化处理，得到每条扫描线的波束形成输出；在超声波束形成后对所得每条扫描线的波束形成结果进行包络检波、对数压缩、扫描转换以及显示。在本专利技术的超声波束形成方法中，所述采用余弦变换域的延时组合乘叠加算法对接收信号进行优化处理具体包括以下步骤：(1)对各通道接收的信号进行延时和聚焦处理得到回波信号；(2)对回波信号求子阵列信号；(3)对子阵列信号进行算术平均得到子阵列平均信号向量；(4)对子阵列平均信号向量进行离散余弦变换得到波束域信号向量；(5)对波束域信号向量进行两两组合相乘；(6)对步骤(5)中两两组合相乘结果进行符号运算；(7)对步骤(5)中两两组合相乘结果进行绝对值运算后再进行开方运算；(8)对符号运算结果和开方运算结果进行乘法运算；(9)对乘法运算结果进行叠加求和；(10)将叠加求和结果输入带通滤波器进行滤波，得到每条扫描线的波束形成输出。在本专利技术的超声波束形成方法中，根据下式对各通道接收的信号进行延时聚焦得到回波信号：X(t)＝[x1(t),x2(t)...xM(t)]T，M是接收传感器通道的总数，t是时间索引序号，xi(t)表示第i通道接收的经过延时后的信号。在本专利技术的超声波束形成方法中，根据下式对回波信号求子阵列信号：Xl(t)＝[xl(t),xl+1(t),...,xl+L-1(t)]T,l＝1,2,...,M-L+1，其中L表示子阵列长度，L的取值在1到M/2之间，可作为用户定义的参数来调整该方法的成像性能和鲁棒性，L可根据实际的检测对象来选择确定。在本专利技术的超声波束形成方法中，根据下式对子阵列信号进行算术平均得到子阵列平均信号向量：M是接收传感器通道的总数，L表示子阵列长度。在本专利技术的超声波束形成方法中，根据下式对子阵列平均信号向量进行离散余弦变换得到波束域信号向量：其中，是余弦变换矩阵，k,n是矩阵的指标索引，k＝1,2,...p+1代表行标，n＝1,2,...,L代表列标；Ti是余弦变换矩阵T的第i行，参数p的值根据实际超声成像所能容许的计算复杂度来选择确定，p不超过10。在本专利技术的超声波束形成方法中，对波束域信号向量进行两两组合相乘，得到如下结果：在本专利技术的超声波束形成方法中，对波束域信号向量进行两两组合相乘的结果进行符号运算，得到如下结果：mi,j(t)＝sign(si,j(t)),i＝1,...p,j＝i,...,p+1。在本专利技术的超声波束形成方法中，对波束域信号向量进行两两组合相乘的结果进行取绝对值和开方运算，得到如下结果：在本专利技术的超声波束形成方法中，对符号运算结果和开方运算结果进行乘法运算所得结果为：xi,j(t)＝mi,j(t)qi,j(t),i＝1,...p,j＝i,...,p+1，对上述结果再进行叠加求和，所得结果为：本专利技术的超声波束形成方法至少具有以下有益效果：1.较强地抑制噪声和降低旁瓣，提高成像信噪比；2.图像的分辨率和对比度大幅度提高，并具有较高的帧率；3.具有较低的计算复杂度，易于硬件实现。附图说明图1是本专利技术采用的余弦变换域的延时组合乘叠加算法的流程图；图2a是采用传统的延时叠加波束形成方法获得的点状目标仿真图像；图2b是采用最小方差波束形成方法获得的点状目标仿真图像；图2c是采用波束域最小方差波束形成方法获得的点状目标仿真图像；图2d是采用本专利技术的超声波束形成方法且波束数为10时获得的点状目标仿真图像；图2e是采用本专利技术的超声波束形成方法且波束数为4时获得的点状目标仿真图像；图3a是图2a至图2e中点目标仿真图像在50mm深度的横向分辨率图像；图3b是图2a至图2e中点目标仿真图像在70mm深度的横向分辨率图像；图4(a)是采用传统的延时叠加波束形成方法获得的吸声斑仿真图像；图4(b)是采用最小方差波束形成方法获得的吸声斑仿真图像；图4(c)是采用波束域最小方差波束形成方法获得的吸声斑仿真图像；图4(d)是采用本专利技术的超声波束形成方法且波束数为10时获得的吸声斑仿真图像；图4(e)是采用本专利技术的超声波束形成方法且波束数为4时获得的吸声斑仿真图像；图5是50mm深度处吸声斑图像的横向分辨率图像。具体实施方式本专利技术的超声波束形成方法，包括以下步骤：设定超声传感器的发射和接收模式，对接收信号进行数字化、放大以及滤波处理；采用余弦变换域的延时组合乘叠加算法对接收信号进行优化计算，得到每条扫描线的波束形成输出；在超声波束形成后对所得每条扫描线的波束形成结果进行包络检波、对数压缩、扫描转换以及显示。图1为本专利技术的超声波束形成方法的详细流程图。在该特定实施例中，使用了线阵成像模式。应当理解，本专利技术也可适用于其他成像模式，比如相控阵成像和合成孔径超声成像等。具体采用的余弦变换域的延时组合乘叠加算法包括以下步骤：(1)对各通道接收的信号进行延时和聚焦处理得到回波信号；(2)对回波信号求子阵列信号；(3)对子阵列信号进行算术平均得到子阵列平均信号向量；(4)对子阵列平均信号向量进行离散余弦变换得到波束域信号向量；(5)对波束域信号向量进行两两组合相乘；(6)对步骤(5)中两两组合相乘结果进行符号运算；(7)对步骤(5)中两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：设定超声传感器的发射和接收模式，对接收信号进行数字化、放大以及滤波处理；采用余弦变换域的延时组合乘叠加算法对接收信号进行优化处理，得到每条扫描线的波束形成输出；在超声波束形成后对所得每条扫描线的波束形成结果进行包络检波、对数压缩、扫描转换以及显示。

【技术特征摘要】
1.一种超声波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：设定超声传感器的发射和接收模式，对接收信号进行数字化、放大以及滤波处理；采用余弦变换域的延时组合乘叠加算法对接收信号进行优化处理，得到每条扫描线的波束形成输出；在超声波束形成后对所得每条扫描线的波束形成结果进行包络检波、对数压缩、扫描转换以及显示。2.如权利要求1所述的超声波束形成方法，其特征在于，所述采用余弦变换域的延时组合乘叠加算法对接收信号进行优化处理具体包括以下步骤：(1)对各通道接收的信号进行延时和聚焦处理得到回波信号；(2)对回波信号求子阵列信号；(3)对子阵列信号进行算术平均得到子阵列平均信号向量；(4)对子阵列平均信号向量进行离散余弦变换得到波束域信号向量；(5)对波束域信号向量进行两两组合相乘；(6)对步骤(5)中两两组合相乘结果进行符号运算；(7)对步骤(5)中两两组合相乘结果进行绝对值运算后再进行开方运算；(8)对符号运算结果和开方运算结果进行乘法运算；(9)对乘法运算结果进行叠加求和；(10)将叠加求和结果输入带通滤波器进行滤波，得到每条扫描线的波束形成输出。3.如权利要求1所述的超声波束形成方法，其特征在于，根据下式对各通道接收的信号进行延时聚焦得到回波信号：X(t)＝[x1(t),x2(t)...xM(t)]T，M是接收传感器通道的总数，t是时间索引序号，xi(t)表示第i通道接收的经过延时后的信号。4.如权利要求3所述的超声波束形成方法，其特征在于，根据下式对回波信号求子阵列信号：Xl(t)＝[xl(t),xl+1(t),...,...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏婷，张石，李大宇，姚定界，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21