[发明专利]用于使用相干复合菲涅尔聚焦进行超声波束形成的系统和方法

说明书

在选定仰角处进行菲涅尔仰角聚焦是通过发射一组连续菲涅尔聚焦超声脉冲来执行的，其中针对每个脉冲使用不同菲涅尔相位图案，并且其中对接收信号进行相干复合。不同菲涅尔图案经由对旁瓣区中的压力场的变化进行平均来致使旁瓣能量降低。在一些实施例中，相干复合菲涅尔聚焦方法与方位角方向上的相干复合散焦波(例如，平面波或发散波)成像相结合。通过改变分别在发射平面波或发散波序列时采用的菲涅尔图案来收集每个仰角切片，使得相干复合能够同时有益于两个平面。哈达玛接收编码和随后的动态接收波束形成可以用于进一步改善仰角方向上的性能。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年12月15日提交的标题为“SYSTEMS AND METHODS FORULTRASOUND BEAMFORMING USING COHERENTLY COMPOUNDED FRESNEL FOCUSING”的第62/434,763号美国临时申请的优先权，所述美国临时申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

背景技术

本公开涉及超声波束形成和超声成像。在一些方面，本公开涉及体积超声成像。

能够进行3D成像的超声系统呈现几个技术挑战，包括2D阵列所需的元件/波束形成通道的数目、由小型元件的高阻抗导致的电匹配问题以及3D体积的高图像采集时间。交叉电极阵列解决了其中一些问题，尤其是元件数目的大幅减少。代替超声元件的2D网格，交叉电极阵列由位于阵列顶部的线性电极组和位于阵列底部的相等但正交的电极组组成。这种设计维持了两个平面中的电气控制，同时大大减少了元件数目。然而，使用这些阵列实时创建双向聚焦体积图像仍然很困难，因为方位角和仰角维度无法同时被访问和波束形成。

像光一样，声波可以使用菲涅尔透镜或波带片方法来聚焦。菲涅尔波带片能够产生紧密聚焦，特别是在使用大孔径时。波带片由交替的透射区和不透明区的环或带组成。波围绕不透明区衍射，并且由于所述区的特定间隔，在焦点处相长干涉。在菲涅尔波带片中，两个区域都传输波，然而，在交替区域中存在相位反转。这种类型的波带片具有效率较高的优点，并且是用于进行无源超声聚焦的好方法。

发明内容

在选定仰角处进行菲涅尔仰角聚焦是通过发射一组连续菲涅尔聚焦超声脉冲来执行的，其中针对每个脉冲使用不同菲涅尔相位图案，并且其中对接收信号进行相干复合。不同菲涅尔图案经由对旁瓣区中的压力场的变化进行平均来致使旁瓣能量降低。在一些实施例中，所述相干复合菲涅尔聚焦方法与方位角方向上的相干复合散焦波(例如，平面波或发散波)成像相结合。通过改变分别在发射平面波或发散波序列时采用的菲涅尔图案来收集每个仰角切片，使得相干复合可以同时有益于两个平面。哈达玛接收编码和随后的动态接收波束形成可以用于进一步改善仰角方向上的性能。

因此，在第一方面，提供一种超声成像系统，包括：

超声阵列，包括在第一电极阵列与第二电极阵列之间界定的多个超声阵列元件；

其中所述第一电极阵列的电极沿方位角方向间隔开并垂直于方位角方向延伸，并且所述第二电极阵列的电极沿仰角方向间隔开并垂直于仰角方向延伸，使得所述第一电极阵列和所述第二电极阵列以交叉电极配置来提供；并且

其中每个超声阵列元件能够进行声学换能，使得从其发射的超声波的相位取决于施加到其上的偏置电压的极性；

超声成像系统还包括可操作地连接到所述第一电极阵列和所述第二电极阵列的控制和处理电路，所述控制和处理电路包括处理器和存储器，其中所述处理器被配置为执行所述存储器中所存储的指令用于执行以下步骤：

a)控制所述超声阵列依序发射多个超声脉冲，使得针对所述多个超声脉冲中的每个超声脉冲，向所述第一电极阵列的相应电极发送一组发射信号，同时向所述第二电极阵列的相应电极提供一组偏置电压；

其中向所述第一电极阵列提供发射信号，使得每个超声脉冲在方位角方向上不聚焦，并且使得多个超声脉冲具有适于在方位角方向上执行相干复合成像的相应波前；并且