基于超声成像系统的动态孔径控制方法技术方案

本发明专利技术属于超声成像技术领域，具体涉及一种基于超声成像系统的动态孔径控制方法，该方法针对凸阵探头，顺序扫描方式的超声成像。该控制方法将探测深度均匀分段，通过已知的探头参数：探头曲率半径和阵元间距，计算得到在不同深度下能够完全覆盖相邻两条扫描线之间区域的波束宽度，再根据不同探测深度的波束宽度值，依照离散阵型的探头归一化指向性函数，反推在对应深度下探头所需开启的阵元个数，本动态孔径控制方法通过计算得到完全覆盖相邻两扫描线之间区域的波束宽度，可消除部分不能成像的死区区域，提高系统对扫描线之间区域的成像能力，从而有效地提高超声系统的整体成像质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超声成像
，具体涉及一种基于超声成像系统的动态孔径控制 方法。
技术介绍
在超声成像系统中，随着接收超声回波信号深度的增加，动态控制探头接收阵元 开启的过程，称为动态孔径控制技术。动态孔径控制技术是超声成像系统中的一个重要环节，具有许多优点。然而关于 这方面的研究却鲜有报道，通常在工程实现中，主要是通过人工方法进行多次反复实验去 修正、调整动态孔径的控制参数，从而得到一组较好的动态孔径控制参数，但是整个实现过 程非常机械与繁琐，如果探头参数，探测对象发生改变，那么就需要重复机械与繁琐的实验 工作，重新得到一组动态孔径的控制参数；而且现有的动态孔径控制技术中，超声成像系统 对扫描线之间区域的成像能力较弱，对整体成像质量造成一定的影响。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决上述问题，本专利技术公开了基于超声成像系统的动态孔径控制 方法，对探头的孔径大小进行动态控制，并能有效地提高成像质量。本专利技术的目的是这样实现的，包括如下 步骤1)获取超声波回波信号，分析超声波回波信号的探测深度，将探测深度均勻分段， 得到均勻分布的多个深度；2)对步骤1)获得的每一个深度，计算该深度下正好能够完全覆盖相邻两条扫描 线之间区域的波束宽度；3)对下式进行循环迭代计算，得到对应深度Zk下探头所需开启阵元的个数Nk D(bwk 12, zk) = D{- bwkNt ~Σ40.707 (-3dB) 式中，i,为第i个阵元的响应复振幅，Δ C^i为第i个阵元在计算点(χ，ζ)与焦点 的声波相位差，N为探头阵元个数；bwk为深度Zk下对应的正好能够完全覆盖相邻两条扫描 线之间区域的波束宽度； 根据所得的对应深度Zk下探头所需开启阵元的个数Nk，控制超声波成像系统探头 阵元的开启的个数。进一步，所述步骤1)中，通过下式对探测深度均勻分段，得到均勻分布的多个深 度zk = depth*k/K，k = 1，2，3，···, K ；式中cbpth为探测深度，K为均勻分段数；进一步，所述步骤2)包括如下步骤21)确定步骤1)得到的每一个深度zk，计算该深度下相邻两条扫描线之间的距离dlk :dlk = zk 4 ,式中d为阵元间距，R为探头曲率半径； K22)根据步骤21)确定得到相邻两条扫描线之间距离dlk，计算深度zk下覆盖相邻 两条扫描线之间区域的波束宽度bwk :bwk = dlk ；进一步，步骤3)中，循环迭代计算的方法如下31)判断探头阵元个数N的奇偶，N为奇数时，Nk取1为初值；N为偶数时，Nk取2 为初值；32)将波束宽度bwk，探测深度zk，阵元的开启个数Nk代入动态孔径控制计算式，判 断结果是否小于等于_3dB ；否，则转入步骤33)，是，则转入步骤34)；33)将Nk的值自加2，返回步骤32)；34)根据Nk控制超声波成像系统探头阵元的开启的个数。本专利技术的有益效果是通过计算得到完全覆盖相邻两扫描线之间区域的波束宽 度，可以消除部分不能成像的死区区域，从而提高超声成像系统对扫描线之间区域的成像 能力，并能有效地提高超声成像系统的整体成像质量。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进 一步的详细描述图1示出了本专利技术超声波成像系统的动态孔径控制方法的控制原理示意图；图2示出了本专利技术实施例中，对某凸阵探头阵元开启变换图。具体实施例方式以下将对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。参见图1，其中，o为坐标原点，d为阵元间距，R为探头曲率半径，3为探头阵元，阵 元个数为N。图1中所示的波束2是希望通过动态控制后得到的效果，该波束宽度是以波束 相对中心扫描线1，向两侧下降3dB时所对应的宽度。本实施例，针对凸阵探头，顺序扫描方式 的超声成像，包括如下步骤1)获取超声波回波信号，分析超声波回波信号的探测深度，通过下式对探测深度 均勻分段，得到均勻分布的多个深度zk = depth*k/K，k = 1，2，3，K ；式中cbpth为探测深度，K为均勻分段数，k G ；2)对步骤1)获得的每一个深度，计算该深度下正好能够完全覆盖相邻两条扫描 线之间区域的波束宽度；具体包括如下步骤21)确定步骤1)得到的每一个深度zk，计算该深度下相邻两条扫描线之间的距离dlk -.dlk = zk 4 ,式中d为阵元间距，R为探头曲率半径； K22)根据步骤21)确定得到相邻两条扫描线之间距离dlk，计算深度zk下覆盖相邻 两条扫描线之间区域的波束宽度bwk :bwk = dlk ； bwk为对应zk深度下的波束宽度，该宽度满足-.bwk3)对下式进行循环迭代计算，得到对应深度zk下探头所需开启阵元的个数NkD(bwk/2,zk) = D(-bwk/2,zk) =Nt^ 0.707(-3dB)式中，Nk即为在不同的探测深度zk处，对应的阵元开启个数为第i个阵元的响 应复振幅，△ t为第i个阵元在计算点(x，z)与焦点的声波相位差，N为探头阵元个数； bwk为深度zk下对应的正好能够完全覆盖相邻两条扫描线之间区域的波束宽度；循环迭代计算的方法如下31)判断探头阵元个数N的奇偶，N为奇数时，Nk取1为初值；N为偶数时，Nk取2 为初值；32)将波束宽度bwk，探测深度zk，阵元的开启个数Nk代入动态孔径控制计算式，判 断结果是否小于等于_3dB ；否，则转入步骤33)，是，则转入步骤34)；33)将Nk的值自加2，返回步骤32)；34)根据Nk控制超声波成像系统探头阵元的开启的个数。步骤3)中计算公式的推导过程如下①已知离散阵型的探头归一化指向性函数，即声场分布计算公式为D(x,z) =S4 exp(-/A 於)/N/，式中~为第i个阵元的响应复振幅，A t为第i个阵元 4在计算点(X，Z)与焦点的声波相位差，N为探头阵元个数； ②令步骤①式中的焦点在z轴，则波束的主极大方向为z轴方向，焦点深度对应为不同的探测深度zk，有=艺 i,exp(—/A 於)S4；=1= l(0dB)成立 ③波束相对主极大方向，向两侧下降_3dB时所对应的宽度为超声成像 系统的横向分辨率，并同时希望通过动态孔径控制使得该宽度也为覆盖相邻两 条扫描线之间区域的波束宽度bwk，根据步骤②推得动态孔径控制的计算式为D{bwj2,zk) = D(-bwk/2,zk) =NtNkZ40.707 (-3dB)，式中Nk即为在不同探测深度zk处，对应的阵元开启个数，由于Nk只能取整数，因而不一定刚好得到_3dB的值。图2是基于本专利技术方法的某凸阵探头阵元开启变换图，横轴为探测深度，纵轴为 对应深度下开启的阵元数目。其中探头参数为，阵元间距d = 0. 78mm，探头曲率半径R = 60_，超声声速c = 1540m/s，脉冲中心频率f。= 3. 5MHz，将探测深度均勻分为10段，Zl = 20，z2 = 40，......z10 = 200，单位 mm。以上所述仅为本专利技术的优选并不用于限制本专利技术，显然，本领域的技术人员可以 对本专利技术进行各种改动和变型而不脱离本专利技术的精神和范围。这样，倘若本专利技术的这些修 改和变型属于本专利技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本专利技术也意图包含这些改动和 变型在内。权利要求，其特征在于，包括如下步骤1)获取超声波回波本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于超声成像系统的动态孔径控制方法，其特征在于，包括如下步骤：１）获取超声波回波信号的深度，将该深度均匀分段，得到均匀分布的多个深度；２）根据步骤１）计算不同深度下相邻两条扫描线之间的距离；３）对步骤２）获得的每一个深度下相邻两条扫描线之间距离，计算该深度下正好能够完全覆盖相邻两条扫描线之间区域的波束宽度；４）对下式进行循环迭代计算，得到对应深度ｚ↓［ｋ］下探头所需开启阵元的个数Ｎ↓［ｋ］：Ｄ（ｂｗ↓［ｋ］／２，ｚ↓［ｋ］）＝Ｄ（－ｂｗ↓［ｋ］／２，ｚ↓［ｋ］）＝｜＊＊↓［ｉ］ｅｘｐ（－ｊΔφ↓［ｉ］）｜／｜＊＊↓［ｉ］｜≈０．７０７（－３ｄＢ）；上式中，＊↓［ｉ］为第ｉ个阵元的响应复振幅，Δφ↓［ｉ］为第ｉ个阵元在计算点（ｘ，ｚ）与焦点的声波相位差，Ｎ为探头阵元个数；ｂｗ↓［ｋ］为深度ｚ↓［ｋ］下对应的正好能够完全覆盖相邻两条扫描线之间区域的波束宽度；根据所得的对应深度ｚ↓［ｋ］下探头所需开启阵元的个数Ｎ↓［ｋ］，控制超声波成像系统探头阵元的开启的个数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，许琴，王伟明，陈民铀，何为，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]