由相干波对目标成像的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种成像方法，其包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由相干波对目标成像的方法和系统


[0001]本专利技术涉及通过相位可测量的波(具体地，声波或超声波、或者电磁波)的发射进行成像的一般

[0002]更准确地，本专利技术涉及用于对目标物体或诸如生物、人类或动物组织的弥散介质进行成像的设备和方法。
[0003]在下文中，将参考超声医学成像来描述本专利技术，应当理解的是，这里描述的教示可以用于利用振幅、频率和相位可控的波(即，相干波)的其他类型的应用(非医学超声、声纳、雷达等)。

技术介绍

[0004]1.常规成像系统和超便携成像系统
[0005]超声成像由于其非侵入性质、其相对较低的成本以及不会使患者暴露于有害电离辐射而被用于许多诊断程序中。
[0006]参考图1，常用的超声成像系统包括：
[0007]‑
包括多个换能器的声学探头1，以及
[0008]‑
控制和处理控制台2，具体地包括：
[0009]o处理装置21，其用于处理由探头采集的信号，
[0010]o输入装置22，其用于配置成像系统，以及
[0011]o显示装置23，其用于显示超声图像和/或与目标物体相关的其他信息，例如，声音或光信号的发射。
[0012]探头1通过有线通信装置11(例如，导电电线)连接到控制台2，以向探头1提供电力并且在探头1与控制台2之间传输数据。
[0013]探头1包括压电换能器阵列，该压电换能器阵列：
[0014]‑
在发射阶段，接收电脉冲并且发射激励超声波(聚焦或非聚焦波)，所述激励超声波在一个或更多个给定方向上朝向目标物体，并且根据基于施加于不同换能器的电压的相移或延迟的一个或更多个可变入射角进行发射，
[0015]‑
在接收阶段，接收由于每个入射超声波在不同声阻抗的区域(其可以是目标物体的界面处的不同密度的区域)之间的界面处的反射而产生的声学回声。
[0016]然后，由换能器接收的声学回声被转换成电信号，并且被处理以计算图像的每个点的回声的值及其位置(例如，通过测量超声波的发射与声学回声的接收之间经过的时间)。
[0017]由于探头1与控制台2通过有线通信装置11连接，这种传统的成像系统具有如下优点：具有较大的计算能力并且不受可以在探头1与控制台2之间传输的数据量的限制。
[0018]然而，这些传统的成像系统的主要缺点涉及它们的体积，特别是探头与控制台之间的有线连接的体积的管理。另一个缺点涉及更新这种系统的困难，这是由于这种系统的硬件能力(存储器、计算能力等)是在制造时确定的。
[0019]在过去的十五年中，超便携超声成像系统已经出现。这种超便携成像系统(其尺寸基本上相当于智能手机的尺寸)可以非常容易地运输。超便携成像系统(或“超便携探头)具体地包括用于采集超声信号的换能器阵列、通信装置、存储器和计算机。
[0020]现有技术的已知超便携成像系统具有在超便携探头内部设置图像形成的架构。
[0021]这有许多缺点。事实上，在超便携探头中执行图像形成处理将导致其升温，这种升温能够减慢超声波检查图像的形成速率，这是不希望的。此外，在某些情况下，成像技术的实施可能需要超过超便携探头的计算机能力的处理资源。
[0022]为了弥补这些缺点，本专利技术提出开发一种超便携成像系统，其中超声波检查图像由不包含在探头中的计算单元产生。
[0023]然后，需要将由探头采集(和/或预处理)的数据传输到远程计算单元，以产生超声波检查图像。
[0024]无论这种数据传输是利用有线通信装置还是无线通信装置实现的，可访问数据的传输速率通常比传统成像系统的数据传输速率低100倍。因此，优选的是使在超便携探头与远程计算单元之间传输的数据量最小化，同时能够获得与从传统超声成像系统获得的超声波检查图像的质量相当(或甚至更高)的超声波检查图像。
[0025]除了空间分辨率之外，目标物体的超声波检查图像的质量还取决于两个参数：
[0026]‑
信噪比；以及
[0027]‑
对比度分辨率。
[0028]2.提高超声波检查图像的质量的已知解决方案
[0029]2.1.聚焦成像
[0030]为了提高目标物体的超声波检查图像的质量，已知的第一种技术包括将由换能器12发射的超声波聚焦在感兴趣的点3上。
[0031]更精确地并参考图2，通过选择施加于换能器12的激励电压的延迟(或相位)和振幅，可以控制换能器12以产生超声波组合，从而形成产生的超声波13，该超声波13聚焦在具有良好空间分辨率的感兴趣的点3上。
[0032]因此，每次拍摄(即，所有换能器的发射/接收)使得能够获得关于感兴趣的焦点3的信息，并且有必要在不同的感兴趣的点处重复该操作以获得目标物体的完整超声波检查图像。作为参考，由聚焦的拍摄产生的完整超声波检查图像可能需要64到256次拍摄(甚至更多)。
[0033]对于每次拍摄，往返点的扩展函数是发射函数与接收函数的乘积，这使得能够提高对比度。事实上，由于发射和接收都集中在狭窄的区域中，低回声区域从相邻回波区域接收干扰信号(“杂波”)的机会较少，这有助于保持对比度接近其实际值。
[0034]信噪比在聚焦区域(超声能量沿线集中)中较高，并且可以通过以下方式得到进一步优化：首先增加激励电压(在安全法规或硬件允许的限度内)，其次累积具有相同参数的拍摄(如果没有热限制)。累积的信号随相似拍摄的次数而增加，并且噪声(假设是随机的)随拍摄的次数的平方根而增加。因此，信噪比的强度也随着拍摄的次数的平方根而增加。
[0035]这种技术的一个缺点涉及需要大量的拍摄来形成目标物体的完整超声波检查图像(通常需要64到256次拍摄来形成目标物体的完整图像)。
[0036]因此，该技术不适用于具有远程计算装置的超便携成像系统的情况，这是由于必
须在采集探头与远程计算单元之间传输的数据量太大。
[0037]2.2.合成成像
[0038]用于可能减少发射和接收次数的另一种已知成像技术是合成成像，其包括朝向目标物体发射一个或更多个平面(或球形的、或发散的或由时空代码指定的，或具有较深的焦点以允许不太精细聚焦的波束)超声波。为了使轴向分辨率最大，施加于每个换能器的激励信号通常是较短持续时间和较宽带宽的信号。
[0039]与聚焦成像不同，合成成像使得能够由第一次拍摄(当该拍摄是照射整个介质的激励时)获得完整的超声波检查图像。
[0040]为了提高目标物体的超声波检查图像的质量，已经提出了沿着不同的角度朝向目标物体发射数个平面(或球形的或发散的)超声波。
[0041]更精确地并参考图3，根据施加于换能器12的激励电压的相位和振幅，能够控制换能器12以使它们产生超声波组合，从而形成产生的平面超声波14，该平面超声波14沿着期望的方向15在要成像的组织中传播。该产生的平面超声波14以不同的角度(即，不同的方向)发射，以提高横向分辨率(通过传输中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种处理由接收器记录的声学或电磁信号的方法，所述声学或电磁信号表示由发射器发射以照射要研究的介质的声学或电磁波被所述介质反射后由要研究的介质反射的声学或电磁波，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
‑
响应于将包含在发射器的激励频率范围内的第一分离频带和第二分离频带中的第一电激励信号和第二电激励信号连续施加于发射器，由发射器连续发射第一波和第二波，如基于
‑
6dB的带宽测量的第一电激励信号和第二电激励信号的每个的频带小于发射器的频率范围的四分之一，
‑
由接收器接收由于第一波和第二波在要研究的介质中包含的目标物体的界面处的相应反射而产生的第一声学或电磁回声和第二声学或电磁回声，并且将第一声学或电磁回声和第二声学或电磁回声转换成相应的第一电接收信号和第二电接收信号，
‑
对第一电接收信号和第二电接收信号进行预处理以获得预处理的信号，所述预处理包括：o对第一电接收信号和第二电接收信号进行数字化(100)以获得第一数字信号和第二数字信号，o对第一数字信号和第二数字信号进行至少一次混合(200)以获得第一混合信号和第二混合信号，第一数字信号的混合频率不同于第二数字信号的混合频率，o对第一混合信号和第二混合信号进行至少一次低通滤波(300)以获得第一滤波后的信号和第二滤波后的信号，如基于
‑
6dB带宽测量的低通滤波器的截止频率小于发射器的频率范围的八分之一，o对第一滤波后的信号和第二滤波后的信号进行至少一次抽取(400)以获得第一抽取后的信号和第二抽取后的信号，第一抽取后的信号和第二抽取后的信号的特征在于，解调和抽取后的复样本的流速小于发射器的频率范围的一半。2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于第一数字信号和第二数字信号的解调步骤：
‑
第一数字信号的每个混合频率选择为等于：o第一频带的中心频率，或o第一频带的谐波，或o第一频带的次谐波，
‑
第二数字信号的每个混合频率选择为等于：o第二频带的中心频率，或o第二频带的谐波，或o第二频带的次谐波。3.根据权利要求1或2的任一项所述的方法，其中，第一电激励信号和第二电激励信号分别包括时间变迹型的电信号。4.根据权利要求1至3的任一项所述的方法，其中，所述发射器适于沿着不同的传播方向发射波，连续发射第一波和第二波的步骤包括以下子步骤：
‑
仅沿着第一方向发射第一波，以及
‑
仅沿着与第一方向不同的第二方向发射第二波。5.根据权利要求1至4的任一项所述的方法，其中，发射器包括线性延伸的换能器组，发射第一波和第二波的步骤包括以下子步骤：
‑
从换能器组的第一组换能器发射第一波，
‑
从换能器组的第二组换能器发射第二波，第二组换能器不同于第一组换能器。6.根据权利要求1至5的任一项所述的方法，其进一步包括由接收器向远程处理设备发射预处理的信号的步骤。7.根据权利要求1至6的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：瓦尔皮雷茨公司，
类型：发明
国别省市：