用于无失真多波束超声接收波束形成的系统和方法技术方案

用于无失真多波束超声接收波束形成的系统和方法。超声多线动态接收聚焦波束形成器，解决现有技术的动态接收聚焦波束形成器中内部生成的失真。这些失真在一定程度上损害动态接收聚焦波束形成之后的准确检测的能力。本发明专利技术优点是以高动态范围和非常低的信号失真进行准确的聚焦选择。因此由于不存在内部失真生成而能够清楚检测谐波和超谐波的超声系统。提供可用硬件或软件实现的能够利用支持无失真超声回溯发射聚焦的多线动态接收聚焦波束形成来准确地且高速地检测应用特征的计算高效系统和方法，其中，代替1d时域处理，也可能利用适合于需要较长检测长度的其它模态(例如Tx序列中的编码)的1d频域处理。

System and method for distortionless multibeam ultrasonic receiving beamforming

System and method for distortionless multibeam ultrasonic receiving beamforming. The ultrasonic multi line dynamic receiving focused beamformer solves the internal distortion generated in the dynamic receiving focused beamformer of the prior art. These distortions to some extent damage the ability of accurate detection after dynamic focused beam forming. The invention has the advantage of accurate focusing selection with high dynamic range and very low signal distortion. Therefore, the ultrasonic system can clearly detect harmonic and super harmonics because there is no internal distortion generation. Providing a computational efficient system and method for detecting application features accurately and at high speed by using the hardware or software that can be used to support the multi line dynamic reception focused beamforming of the undistorted ultrasonic backtracking emission focusing. In place of the 1D time domain processing, other modes that are suitable for a longer detection length may also be used. 1D frequency domain processing, for example, the encoding in the Tx sequence.

【技术实现步骤摘要】
用于无失真多波束超声接收波束形成的系统和方法
本专利技术涉及用于无失真多波束超声接收波束形成的系统和方法。
技术介绍
现今存在利用各种技术来处理超声信号以生成感兴趣信息的超声系统。例如，现今存在用于对超声接收信号执行波束形成的各种技术。波束形成的一种方法对模拟或数字化接收信号执行Rf波束形成。波束形成的另一方法对数字化接收信号执行基带波束形成。在诊断超声成像的
中，常见做法是在超声信号的接收期间以动态方式执行接收聚焦，这在较宽的深度范围上实现一定清晰度。然而，在动态接收聚焦延迟和求和波束形成技术中，信号延迟在接收期间动态地改变，结果通过波束形成它本身的信号处理生成内部信号失真。在诊断超声成像的
中已知的是，波束形成中的相干求和过程需要准确的精细延迟，从而实现低旁瓣水平和良好的聚焦选择性，并且因此实现高动态范围。提出了用于精细延迟的若干技术，如内插和/或相位旋转。然而，因为相位旋转是计算更有效的，所以相位旋转不是总信号的真正的精细延迟，而只是信号的载波部分的延迟，信号的包络未精细延迟，这也导致在波束形成中生成信号失真。信号的正确的精细延迟仅可借助于内插来执行。然而，它需要内插质量的高性能手段，以防止通过内插产生的信号失真。波束形成中的高性能内插要求相当大的计算负担。多相内插是计算更有效的，但是在超声波束形成的这种情况下需要每个接收信号路径中的精细延迟控制，结果，所有波束形成元件的信号处理最后一起变得非常计算密集。另一解决方案是使用直接上采样内插，其是计算更密集的，但是它可被分割。可在波束形成的每个接收信号路径中的精细延迟控制期间实现上采样部分，并且可将内插的计算密集的滤波器部分放置在波束形成的相干求和之后。结果它成为非常计算有效的波束形成解决方案。然而，同样在这里，通过在这种类型的动态接收聚焦波束形成的上采样控制级处的变化精细延迟生成了内部信号失真。另外常见做法是处理与一个超声发射事件有关的多个动态接收聚焦超声波束，此技术提供较快的图像帧速率，但是以横向赝像或横向清晰度的损失为代价。诊断超声成像的
中的合成孔径和回溯发射聚焦提供用于还原这类问题的某种手段。作为这些技术的结果，超声波束形成需要提供更高数量的多个动态接收聚焦超声波束，以及对动态信号延迟和切趾的附加控制。为了实现具有高性能精细延迟内插质量的动态接收聚焦多波束波束形成，它变得非常计算密集。在这里命名为VCF的深度相关跟踪滤波器在诊断超声成像的
中也是常见做法。在渐增时间期间接收超声信号期间，与从渐增深度的对象接收信号有关，信号变得与深度和超声频率相关地衰减。较高的频率与较低的频率相比在深度上衰减更多，效果是在较深的位置处较高的频率严重地衰减，高频率被隐藏在噪声中。为了改进SNR，深度相关跟踪滤波器(VCF)被利用，其中，在传统的超声系统中VCF被定位在波束形成之后。在传统的波束形成之后任何种类的深度相关跟踪滤波器的存在也将由于延迟和求和波束形成的传统的方式而产生内部信号失真。另外在诊断超声波成像的
中，利用了若干其它先进技术，例如编码传输或脉冲压缩技术，并且频域波束形成技术的若干手段是已知的。-利用编码传输或脉冲压缩，与这些类型的传输相关联的检测的手段通常利用相关技术的某种手段。所使用的相关模板的时间长度可以是非常长的，从而产生具有大量滤波器抽头的滤波器。-频域波束形成主要通过2d频谱估计的某种手段与2d频域中的内插的某种手段相结合地实现。除线性阵列以外的频域波束形成仍然是非常复杂的。本公开的范围是解决上面提及的若干问题，并且提供用于无失真超声多线动态聚焦波束形成的系统和方法。本公开的另一个目的是提供以计算有效的方式允许具有另外的回溯发射聚焦能力的无失真超声多线动态聚焦波束形成的方法和超声系统。另一目的是提供允许无失真超声多线动态聚焦波束形成从而允许精细延迟内插同时减小计算负担的方法和超声系统。
技术实现思路
在描述中使用术语IQ检测：IQ检测是用于获得具有同相(I)和正交(Q)分量的复数(complex)接收信号的滤波器。IQ检测可能是带通滤波器和希尔伯特滤波器，或复数带通滤波器，或具有滤波器的I/Q解调器。另外，它可被称为IQ检测涉及IQ向量的估计。另外它可被称为所使用的术语IQRf意指其频谱内容在发射中心Rf频率fc附近的原始接收到的Rf信号的IQ版本。本专利技术将在多线动态接收聚焦延迟和求和波束形成之前对超声探头元件上原始接收到的信号s(t，Elm)执行I/Q检测和I/Q内插，其中波束形成正利用I/Q-Rf信号。级联IQ内插和预计算方案的手段用于为将与多线波束形成相结合地使用输出抽取的延迟级提供IQ内插的非常计算高效的方式。另外，本专利技术涉及对应的多线硬件或软件波束形成器系统。将在具体实施方式部分中描述若干实施例示例，其中，在以下段落[0011]中首先给出对在传统的延迟和求和波束形成内存在内部信号失真生成的问题的说明，之后，每个实施例示例将利用如此后在段落中将简要地描述的根本无失真解决方案构思。在传统的延迟和求和波束形成中生成内部失真：可将传统的延迟和求和波束形成器描述为(1)，(为了简单切趾加权被省略)。在传统的波束形成器检测被执行之后，主要使用某种IQ检测来估计包含幅度和相位的IQ向量。I/Q检测过程是在某个检测窗口时间跨度‘τw’上的卷积，其中hdet(t)作为有效的复数脉冲响应。可使波束形成之后的此IQ检测形式化为：包括有I/Q检测的传统的延迟和求和波束形成的形式化后面是用结果(2)取代前一个公式。因为波束形成器延迟部分…τdel(..-τ，..)随着微分变量dτ而非线性地改变，所以它使s(t-τdel(t，Elm)，Elm)(1)内部的时间成为非线性的，这使探头元件上原始接收到的信号s(t，Elm)被更改成非线性失真信号版本s(t，τdel(t，Elm)，Elm)。由此传统的波束形成器受到通过波束形成器它本身的信号处理所生成的内部信号失真影响。由于随着时间的推移而改变的接收聚焦延迟τdel(t，Elm)结合IQ向量的估计仅可借助于在某个检测时间跨度‘τw’上积分来找到的事实，所估计的IQ向量受到s(t-τdel(t，Elm)Elm)的失真影响，因此结果所检测到的IQ信号也受到失真影响。不管是在连续时间中还是在(更实际的)离散时间中执行信号处理，τdel(t，Elm)的使用都使波束形成器受到内部信号失真影响。即使在应用具有非常准确的延迟时间和幅度分辨率的内插情况下，这种波束形成器类型也将仍然受到内部信号失真影响。本专利技术解决内部生成的失真的解决方案：本专利技术的波束形成器解决波束形成受到通过波束形成过程本身的信号处理所生成的内部信号失真影响的问题。本专利技术的波束形成从借助于每个探头元件上原始接收到的信号s(t，Elm)与有效的复数脉冲响应hdet(t)的卷积的IQ检测开始。D(t，Elm)包含每个元件‘Elm’在每个时间‘t’的检测卷积结果，其中，检测估计过程正在某个检测时间跨度‘τw’上对未失真信号s(t，Elm)进行积分。在此卷积中，不涉及在时间跨度‘τw’上的积分期间在时间上非线性地改变的接收延迟，因此IQ检测向量D(t，Elm)未受到任何形式的失真影响。波束形成过程现在可使用在接收聚焦延迟时刻(t-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于执行超声信号的无失真多线接收聚焦波束形成的方法，包括：‑从包括一定数量的换能器元件的阵列换能器向靶发射在发射中心频率fc附近的发射波束；‑接收来自所述阵列换能器的所述换能器元件的至少一部分的回波信号；‑从阵列换能器的所述换能器元件中的每一个获得接收信号；‑处理所述接收信号以获得在所述发射中心频率fc附近具有同相(I)和正交(Q)分量的复数被检测信号；‑执行每个换能器元件的复数被检测信号分量的延迟和求和波束形成。

【技术特征摘要】
2017.01.19 EP 17152207.11.一种用于执行超声信号的无失真多线接收聚焦波束形成的方法，包括：-从包括一定数量的换能器元件的阵列换能器向靶发射在发射中心频率fc附近的发射波束；-接收来自所述阵列换能器的所述换能器元件的至少一部分的回波信号；-从阵列换能器的所述换能器元件中的每一个获得接收信号；-处理所述接收信号以获得在所述发射中心频率fc附近具有同相(I)和正交(Q)分量的复数被检测信号；-执行每个换能器元件的复数被检测信号分量的延迟和求和波束形成。2.根据权利要求1所述的方法，其中，复数被检测信号通过以下步骤来获得：-使所述接收信号的频谱内容移位(fc-fx)以获得中间信号，其中fx是预定工作频率；-通过复数内插滤波器对所述中间信号进行上采样以获得内插的中间信号；以及-使所述内插的中间信号的频谱内容移位(fx-fc)。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述工作频率fx被设定为0，使得所述中间信号是基带信号。4.根据权利要求2所述的方法，其中，根据信号带宽，对所述复数被检测信号执行抽取。5.一种用于执行超声信号的无失真多线接收聚焦波束形成的方法，包括：-从包括一定数量的换能器元件的阵列换能器向靶发射在发射中心频率fc附近的发射波束；-接收来自所述阵列换能器的所述换能器元件的至少一部分的回波信号；-从超声探头的换能器元件获得接收信号；-在延迟部分之前处理所述接收信号，以获得具有同相(I)和正交(Q)分量的复数被检测信号；-对所述复数被检测信号进行上采样以获得具有高时间分辨率的复数内插的IQ-Rf信号；-对所述具有高时间分辨率的复数内插的IQ-Rf信号应用时间延迟和抽取，以形成所述发射中心频率fc附近的延迟的复数IQ-Rf信号；-以相干方式对所述延迟的复数IQ-Rf信号进行求和以产生动态聚焦接收波束形成输出，其中，对所述复数被检测信号进行上采样包括在有或没有深度相关跟踪滤波器VCF的情况下在级联链中应用复数内插器。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述具有高时间分辨率的内插的IQ-Rf信号使用级联链中的多个复数内插器来借助于上采样的IQ内插获得，以实现较高的时间延迟分辨率，其中每fc周期至少八个IQ样本。7.一种用于执行超声信号的无失真多线接收聚焦波束形成的方法，包括：-从包括一定数量的换能器元件的阵列换能器向靶发射在发射中心频率fc附近的发射波束；-由每个换能器元件接收信号；-把所接收到的信号转换为具有同相(I)和正交(Q)分量的复数信号；-应用复数信号调制以使所述复数信号的频率中的信号频谱内容从所述发射中心频率fc移位到工作频率(fx)，从而获得中间复数信号；-对在所述工作频率fx附近的所述中间复数信号进行带通滤波，使得仅通过所述工作频率fx附近的所述复数信号的频谱内容；-使所述工作频率(fx)附近的滤波的中间复数信号的频谱内容移位回到所述发射中心频率fc；-通过利用宽带通带滤波器进行的复数内插滤波对具有移位回到所述发射中心频率fc的频谱内容的复数信号的复数内插来生成具有更精细的延迟分辨率的更高量的样本；-提供具有移位回到所述发射中心频率fc的频谱内容的复数信号的高分辨率延迟样本，每个样本较之在转换为复数接收信号的步骤之前最初采样的接收到的信号对应于更精细的延迟分辨率；-在所述样本当中选取具有最适当的高分辨率延迟的那些样本；-执行延迟和求和波束形成。8.一种用于执行超声信号的无失真多线接收聚焦波束形成的方法，包括：-从包括一定数量的换能器元件的阵列换能器向靶发射在发射中心频率fc附近的发射波束；-由每个换能器元件接收信号；-把所接收到的信号转换为具有同相(I)和正交(Q)分量的复数信号；-应用复数信号调制以使所述复数信号的频率中的信号频谱内容从所述发射中心频率fc移位到工作频率fx，从而获得中间复数信号；-对在所述工作频率fx附近的所述中间复数信号进行带通滤波，使得仅通过所述工作频率fx附近的所述频谱内容；-通过利用宽带通带滤波器进行的复数内插滤波对具有在所述工作频率(fx)处移位的频谱内容的复数信号的复数内插来生成具有更精细的延迟分辨率的更高量的样本；-使所述工作频率(fx)附近的复数信号的频谱内容移位回到所述发射中心频率fc；-提供具有移位回到所述发射中心频率fc的频谱内容的复数信号的高分辨率延迟样本，每个样本较之在转换为复数接收信号的步骤之前最初采样的接收到的信号对应于更精细的延迟分辨率；-在所述样本当中选取具有最适当的高分辨率延迟的那些样本；-执行延迟和求和波束形成。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，频移被设定为所述工作频率和所述原始发射中心频率fc的差即(fx-fc)，并且fx被选取为0，从而在两个移位和向回移位步骤处确定从所述发射中心频率到基带频率的-fc的频移，并且反之亦然。10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，该方法与回溯动态发射聚焦波束形成RTB技术相结合地提供，并且其中在选取在所述原始发射中心频率处向回移位并且与某个高分辨率精细延迟相对应的适当的复数...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·佩莱格雷蒂，西奥多勒斯·弗朗西斯库斯·穆尔德，
申请(专利权)人：百胜集团，
类型：发明
国别省市：意大利,IT