[发明专利]一种基于虚源的基带延时乘累加超声波束形成方法

说明书

本发明提供一种基于虚源的基带延时乘累加超声波束形成方法，基于虚源的次序波束形成能够动态扩展虚拟阵列的尺寸，并在发射和接收过程中进行动态聚焦，提高了穿透深度，可以实现深度独立的成像分辨率，与常规超声成像的发射固定聚焦、接收动态聚焦相比，能够提高横向分辨率；与完全合成孔径相比，每次发射只需要存储一条图像线，能够大大降低了对系统的需求。同时将DMAS的思想引入虚源次序波束形成的第二阶段。DMAS算法中的相乘耦合运算与空间自相关函数的运算步骤等价，能够充分考虑信号之间的相干性，以抑制低回声区域伪影的产生，提高超声成像的分辨率和对比度。本发明使用基带的方法能够避免原始射频信号的过采样和DMAS运算使用额外的带通滤波器。

技术领域

本发明涉及技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于虚源的基带延时乘累加超声波束形成方法。

背景技术

医学超声成像因其无创、无电离辐射、实时、低成本等众多优点，已成为现代医学影像不可或缺的重要手段。在超声成像系统中，波束形成是最关键最基本的一项技术，对成像质量起着决定性作用。受合成孔径雷达技术的启发，合成孔径波束形成在近年来得到了广泛的研究，合成孔径波束形成的合成效果可以等价于收发双向的理想聚焦，因而能够提升超声成像的分辨率，但其对超声成像系统硬件要求较高，在一定程度上限制了该方法的工程化应用。

为了克服上述限制，C.Passmann等学者在合成孔径波束形成的基础上提出了虚源(Virtual Source,VS)的概念。随后，Frazier和Bae等学者进一步研究了合成发射孔径中的虚源成像，结果表明，虚源与声场的焦点重合，并且可以实现深度独立的成像分辨率。Sutcliffe等拓宽了虚源成像在工业检测领域的应用。Golfetto等将典型相干平面波复合成像与具有相似帧率和发射功率的虚源成像进行了比较，结果表明，特别是在流体成像方面，虚源成像可能产生更高的信噪比。其中，Kortbek等学者在文献“Kortbek J,Jensen JA,Gammelmark K L.Sequential beamforming for synthetic aperture imaging[J].Ultrasonics,2013,53(1):1-16.”提出了一种次序波束形成合成孔径(Syntheticaperture sequential beamforming，SASB)成像，该方法将虚源的概念和经典的延时累加(Delay and Sum，DAS)波束形成相结合，并采用两阶段独立的聚焦波束形成，其中虚源成像的过程放在第二阶段波束形成中完成，在减少对系统要求的同时，仍然保持了合成孔径波束形成的优点。

次序波束形成合成孔径成像在第二阶段波束形成中对信号只是进行了简单的延时累加，然而实际应用中并非总能满足信号能够相干累加这一前提，非相干信号的累加会导致低回声区域伪影的产生，导致最终成像分辨率和对比度的下降。因此，在保持虚源成像优点的基础上，需提出一种新的波束形成方法，能够充分考虑信号之间的相干性，以实现深度独立的成像分辨率，并抑制低回声区域伪影的产生，同时，尽可能降低波束形成方法的复杂度，提高适用性，以应用于实际的医学超声成像系统。

发明内容

根据上述背景技术中提出的技术问题，而提供一种基于虚源的基带超声波束形成方法。本发明主要利用一种基于虚源的基带延时乘累加超声波束形成方法，包括以下步骤：

步骤1：在医学超声成像系统中，设定超声传感器的发射和接收模式为固定焦点聚焦；

步骤2：将各回波数据接收的通道接收的射频信号解调到基带，然后在时间分辨率中应用时延；

步骤3：为了纠正不同通道间解调过程中产生的相位误差，在相干累加之前进行相位旋转；

步骤4：对所述解调到基带的射频信号进行相干累加，构建并存储累加后的图像线；

步骤5：将声场焦点视为发射一定角度球面波的虚拟声源，多个虚拟声源组成一个虚拟阵列；

步骤6：根据虚源阵列的几何关系，计算每个成像点位置，覆盖成像点的有效虚源声场个数K(z)；