一种用于超声成像的发射波束形成方法、系统及诊断设备技术方案

一种用于超声成像的发射波束形成方法、系统及诊断设备，其中，该方法获取第一组参数和第二组参数、根据第一组参数离线计算并存储第一计算参数和第二计算参数、根据第一计算参数、第二计算参数以及第二组参数实时计算各阵元的声程及基于最大声程实时计算各阵元的延时参数。第一组参数包括探头的阵元间距、总阵元数、阵列的曲率半径以及声束的偏转角度，第二组参数包括焦距。通过上述发射波束形成方法，只需存储第一计算参数和第二计算参数，大大减少了占用的存储资源，及减少了实时计算的运算量，对硬件设备要求低，实用性强；基于最大声程计算各阵元的延时参数，每个延时参数均为正值，无需进行额外的对齐处理，实现了延时参数的自适应补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种用于超声成像的发射波束形成方法、系统及诊断设备
本专利技术属于超声成像
，尤其涉及一种用于超声成像的发射波束形成方法、系统及诊断设备。
技术介绍
医用超声成像诊断技术具有无创和实时成像的优势，在临床中得到越来越广泛的应用，尤其是B模式成像系统。B模式成像系统由发射波束形成模块、接收波束形成模块、包络检波模块、对数压缩模块和数字扫描转换模块以及图像后处理模块等主要模块组成。其中，发射波束形成模块是医用超声成像系统中一项非常重要的技术，是指通过对超声阵列中不同的阵元施加不同延时的激励信号，使得各个阵元在不同时刻发射的超声波信号同时到达焦点位置，因此需要计算各个阵元的延时参数，以根据延时参数相应输出激励信号。目前，传统的用于波束形成的延时参数计算方法有离线计算和实时计算两种。其中，离线计算是指事先计算出各个阵元的发射延时参数并在系统初始化时加载到RAM(RandomAccessMemory，随机存取存储器)；对于离线计算方式，考虑到不同类型的超声探头、不同的偏转角度和不同的焦距组合，需要存储的延时参数非常庞大，因此需要占用非常多的存储资源；例如，3种类型的探头、5种偏转角度和16种焦距，每次参与发射的总阵元数为64，那么总共需要存储3×5×16×64＝15360个延时参数；探头类型是指按照探头中孔径阵列的排布方式分类，探头分为线阵探头、凸阵探头等。实时计算是指通过FPGA(FieldProgrammableGateArray，现场可编程逻辑门阵列)平台或者PC(PersonalComputer，个人计算机)平台实时计算各阵元延时参数，模块设计复杂，运算量大，对硬件资源要求高。此外，目前传统的延时参数计算方法均以阵列中心为参考点进行计算，即其中τk为第k个阵元的延时参数，F为焦距，lk为第k个阵元的声程，c为超声波在人体组织中的传播速度，这种计算方式的缺点为计算的每个延时参数都是相对于阵列中心的延时，因此包含有正延时和负延时，需要额外进行对齐处理。因此，传统的波束形成技术中存在着采用离线计算的方式而导致占用过多存储资源，或者采用实时计算的方式而导致运算量大、对硬件设备要求高的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种用于超声成像的发射波束形成方法、系统及诊断设备，旨在解决传统的技术方案中存在的通过离线计算的方式而导致占用过多存储资源，或者通过实时计算的方式而导致运算量大、对硬件资源要求高的问题。本专利技术实施例的第一方面提供了一种用于超声成像的发射波束形成方法，包括：以探头的孔径阵列的中心作为参考原点建立xz轴平面坐标系；获取第一组参数和第二组参数，第一组参数包括探头的阵元间距、总阵元数、阵列的曲率半径以及声束的偏转角度，第二组参数包括焦距，焦距为焦点到参考原点的距离；根据第一组参数离线计算得到第一计算参数和第二计算参数，并进行存储；根据第一计算参数、第二计算参数以及第二组参数实时计算各个阵元的声程；基于最大声程实时计算并得到各个阵元的延时参数。本专利技术实施例的第二方面提供了一种用于超声成像的发射波束形成系统，包括：参数配置模块，被配置为获取第一组参数和第二组参数，所述第一组参数包括探头的阵元间距、总阵元数、阵列的曲率半径以及声束的偏转角度，所述第二组参数包括焦距，焦距是指在以孔径阵列的中心作为参考原点建立的xz轴平面坐标系上，焦点到参考原点的距离；离线计算模块，被配置为根据所述第一组参数计算第一计算参数和第二计算参数；存储模块，被配置为存储所述第一计算参数和所述第二计算参数；实时计算模块，被配置为根据所述第一计算参数、所述第二计算参数以及所述第二组参数实时计算各个阵元的声程，并基于最大声程计算各个阵元的延时参数，以驱动各个所述阵元分别在对应的时刻发射超声波。本专利技术实施例的第三方面提供了一种诊断设备，包括：发射波束形成器、接收波束形成器、包络检波器、对数压缩器以及显示器；所述发射波束形成器与所述接收波束形成器连接，所述包络检波器与所述对数压缩器连接，所述对数压缩器与所述显示器连接；所述发射波束形成器基于如上述的发射波束形成系统进行工作，以驱动各个阵元分别在对应的时刻发射超声波；所述接收波束形成器用于接收并传输所述超声波；所述包络检波器用于获取所述超声波的包络特征以合成包络信号；所述对数压缩器用于对所述包络信号压缩为图像信号并输出至所述显示器；所述显示器用于进行图像显示。上述一种用于超声成像的发射波束形成方法、系统及诊断设备，通过离线计算并存储第一计算参数和第二计算参数，实时计算声程和延时参数，既减少了需要存储的数据、节约了存储资源，又减少了实时计算的运算量，降低对硬件设备的要求，实用性强。将该超声成像的发射波束形成方法和系统应用到超声换能器的前端控制过程中，可控制超声换能器产生不同参数配置的发射波束。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的第一方面提供的一种用于超声成像的发射波束形成方法的具体流程图；图2为探头的孔径阵列为线阵阵列时，线阵阵列在xz轴平面坐标系上的示意图；图3为探头的孔径阵列为凸阵阵列时，凸阵阵列在xz轴平面坐标系上的示意图；图4为本专利技术实施例的第一方面提供的一种用于超声成像的发射波束形成系统的模块结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在超声成像技术中，发射波束形成是指通过给阵列中的不同阵元施加不同延时的激励信号，使得各个阵元在不同时刻发射的发射波束同时到达焦点位置，焦点处声波同相叠加，形成最强声场。本申请旨在提供一种用于超声成像的发射波束形成方法、系统及诊断设备，以解决目前的技术方案中存在的通过离线计算的方式而导致占用过多存储资源，或者通过实时计算的方式而导致运算量大、对硬件资源要求高的问题。请参阅图1，为本专利技术实施例的第一方面提供的一种用于超声成像的发射波束形成方法的具体流程图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：一种用于超声成像的发射波束形成方法，包括如下步骤：S01：以探头的孔径阵列的中心作为参考原点建立xz轴平面坐标系。S02：获取第一组参数和第二组参数，第一组参数包括探头的阵元间距、总阵元数、阵列的曲率半径以及声束的偏转角度，第二组参数包括焦距，焦距为焦点到参考原点的距离。S03：根据第一组参数离线计算并存储第一计算参数和第二计算参数。S04：根据第一计算参数、第二计算参数以及第二组参数实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超声成像的发射波束形成方法，其特征在于，包括：/n以探头的孔径阵列的中心作为参考原点建立xz轴平面坐标系；/n获取第一组参数和第二组参数，第一组参数包括探头的阵元间距、总阵元数、阵列的曲率半径以及声束的偏转角度，第二组参数包括焦距，焦距为焦点到参考原点的距离；/n根据第一组参数离线计算得到第一计算参数和第二计算参数，并进行存储；/n根据第一计算参数、第二计算参数以及第二组参数实时计算各个阵元的声程；/n基于最大声程实时计算并得到各个阵元的延时参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于超声成像的发射波束形成方法，其特征在于，包括：
以探头的孔径阵列的中心作为参考原点建立xz轴平面坐标系；
获取第一组参数和第二组参数，第一组参数包括探头的阵元间距、总阵元数、阵列的曲率半径以及声束的偏转角度，第二组参数包括焦距，焦距为焦点到参考原点的距离；
根据第一组参数离线计算得到第一计算参数和第二计算参数，并进行存储；
根据第一计算参数、第二计算参数以及第二组参数实时计算各个阵元的声程；
基于最大声程实时计算并得到各个阵元的延时参数。


2.如权利要求1所述的发射波束形成方法，其特征在于，步骤根据第一组参数离线计算并存储第一计算参数具体为：
根据第一组参数采用第一公式离线计算并存储第一计算参数，第一公式为：
K1＝Xk2；
其中，K1为第一计算参数；当探头的孔径阵列为线阵阵列时，Xk＝Xk1；当探头的孔径阵列为凸阵阵列时，Xk＝Xk2；
并且，



其中，k表示第k个阵元的序号，k＝0，1，2，……，N-2，N-1；N为孔径阵列的总阵元数，d为阵元间距；



其中，r为凸阵阵列的曲率半径，k表示第k个阵元的序号，k＝0，1，2，……，N-2，N-1；N为孔径阵列的总阵元数，d为阵元间距。


3.如权利要求2所述的发射波束形成方法，其特征在于，步骤根据第一组参数离线计算并存储第二计算参数具体为：
当探头的孔径阵列为线阵阵列时，根据第一组参数采用第二公式离线计算并存储第二计算参数，第二公式为：
K2＝-2Xk1sinθ；
当探头的孔径阵列为凸阵阵列时，根据第一组参数采用第三公式离线计算并存储第二计算参数，第三公式为：



其中，K2为第二计算参数，θ为声束的偏转角度，αk为凸阵阵列中第k个阵元与阵列中心之间的夹角。


4.如权利要求1所述的发射波束形成方法，其特征在于，步骤根据第一计算参数、第二计算参数以及第二组参数实时计算各个阵元的声程具体为：
根据第一计算参数、第二计算参数以及第二组参数，采用第四公式实时计算各个阵元的声程，第四公式为：



其中，lk为第k个阵元的声程，k＝0，1，2，……，N-2，N-1；K1为第一计算参数，K2为第二计算参数，F为焦距。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭要强，王鑫，王创，王芳，
申请(专利权)人：深圳驼人生物医疗电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44