专利名称：波束形成器、医学图像系统以及用于显示诊断图像的方法
技术领域：
以下描述涉及一种波束形成器、一种诊断系统、一种医学图像系统以及一种用于显示诊断图像的方法。
背景技术：
使用合成孔径技术的图像系统可使用固定波束形成技术或自适应波束形成技术。固定波束形成技术可使用汉明窗(Hamming window)或汉宁窗(Hanning window),固定波束形成技术也可被称为独立于数据的波束形成技术。根据固定波束形成技术产生的诊断图像可能不具有适当的对比度或分辨率。因此，可使用自适应波束形成技术来获得具有比通过固定波束形成技术获得的图像更好的对比度或分辨率的更好质量的图像。根据自适应波束形成技术产生的诊断图像可具有更高的分辨率，但是自适应波束形成技术难以实现，这是因为，吞吐量高于根据固定波束形成技术产生的诊断图像的吞吐量。
发明内容
根据一方面，提供了一种使用从对象反射的多通道信号形成接收波束的波束形成器。所述波束形成器包括信号产生器，被构造为产生针对所述多通道信号应用了不同的切趾函数的多个信号；估计器，被构造为从所述多个信号估计信号主要分量和噪声主要分量；权重计算器，被构造为基于估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来计算根据每个通道的将被应用于信号主要分量的权重；权重应用器，被构造为将计算的权重应用于估计的信号主要分量。权重计算器还可被构造为基于估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来估计信噪功率比(SNR)，并通过使用估计的SNR来计算权重。信号产生器可包括第一信号产生器，被构造为针对所述多通道信号使用第一切趾函数来产生第一信号；第二信号产生器，被构造为针对所述多通道信号使用第二切趾函数来产生第二信号。估计器可包括信号主要分量估计器，被构造为通过计算第一信号与第二信号的和来估计信号主要分量；噪声主要分量估计器，被构造为通过计算第一信号与第二信号之间的差来估计噪声主要分量。估计器可被构造为将所述多个信号的和或在所述多个信号中具有最小绝对值的信号估计为信号主要分量。权重应用器可以是维纳滤波器，并且权重计算器还可被构造为计算维纳增益。从对象反射的多通道信号可由沿纵向、沿横向或沿纵向与横向的组合布置的换能器接收。在另一方面，提供了一种使用从对象反射的多通道信号产生诊断图像的设备。所述设备包括波束形成器，被构造为从针对所述多通道信号应用了不同的切趾函数的多个信号估计信号主要分量和噪声主要分量，基于估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来计算根据每个通道的权重，通过将计算的权重应用于估计的信号主要分量来形成接收波束；混合器，被构造为根据反射接收波束的位置来混合波束形成器形成的接收波束；诊断图像产生器，被构造为基于混合的接收波束来产生诊断图像。波束形成器还可被构造为基于估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来估计信噪功率比(SNR)，并基于估计的SNR来计算权重。波束形成器可被构造为通过计算应用了不同的切趾函数的所述多个信号的和来估计信号主要分量，并且通过计算所述多个信号之间的差来估计噪声主要分量。从对象反射的多通道信号可由沿纵向、沿横向或沿纵向与横向的组合布置的换能器接收。在另一方面，提供了一种医学图像系统。所述医学图像系统包括探头，被构造为使用多个换能器接收从对象反射的信号；被构造为产生诊断图像的设备，所述设备从针对从探头接收的多通道信号应用了不同的切趾函数的多个信号估计信号主要分量和噪声主要分量，基于估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来计算根据每个通道的权重，通过将计算的权重应用于估计的信号主要分量来形成接收波束，并通过混合接收波束来产生诊断图像。包括在探头中的多个换能器可沿纵向和横向布置，由探头接收的多通道信号可由沿纵向、沿横向或沿纵向与横向的组合布置的换能器接收。在另一方面，提供了一种使用从对象反射的多通道信号显示诊断图像的方法。所述方法包括产生针对所述多通道信号应用了不同的切趾函数的多个信号；从产生的多个信号估计信号主要分量和噪声主要分量；基于估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来计算根据每个通道的将被应用于信号主要分量的权重；通过将计算的权重应用于估计的信号主要分量来形成接收波束。计算权重的步骤可包括基于估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来估计信噪功率比(SNR)，并基于估计的SNR来计算权重。产生多个信号的步骤可包括针对所述多通道信号使用第一切趾函数来产生第一信号；针对所述多通道信号使用第二切趾函数来产生第二信号。估计的步骤可包括通过计算第一信号与第二信号的和来估计信号主要分量；通过计算第一信号与第二信号之间的差来估计噪声主要分量。从对象反射的多通道信号可由沿纵向、沿横向或沿纵向与横向的组合布置的换能器接收。所述方法还可包括根据反射接收波束的位置来混合形成的接收波束；从混合的接收波束产生诊断图像；显示产生的诊断图像。在另一方面，提供了一种存储有程序指令的计算机可读存储介质，所述程序指令使处理器执行使用从对象反射的多通道信号显示诊断图像的方法，所述方法包括产生针对所述多通道信号应用了不同的切趾函数的多个信号；从产生的多个信号估计信号主要分量和噪声主要分量；基于估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来计算根据每个通道的将被应用于信号主要分量的权重；通过将计算的权重应用于估计的信号主要分量来形成接收波束。通过以下详细描述、附图和权利要求，其他特点和方面可以是清楚的。
图I是示出使用诊断系统的环境的示例的示图；图2是示出波束形成器的示例的示图；图3是示出用于产生诊断图像的设备的示例的示图；图4是示出医学图像系统的示例的示图；图5是示出包括在探头中的以二维(2D)阵列布置的多个换能器的示例的示图；图6是示出显示诊断图像的方法的示例的流程图。贯穿附图和详细描述，除非另外描述，否则相同的附图标号将被理解为指示相同的元件、特征和结构。为了清晰、说明和方便，可能夸大这些元件的相对大小和描述。
具体实施例方式提供以下详细描述以帮助读者全面地理解这里描述的方法、设备和/或系统。因此，将向本领域普通技术人员提出这里描述的系统、设备和/或方法的各种改变、修改和等同物。此外，为了更加清楚和简要，可省略公知功能和构造的描述。图I示出使用诊断系统10的环境的示例。参照图1，诊断系统10包括探头20和用于产生诊断图像的设备30。在一些示例中，诊断系统10不限于描述的探头20和设备30。在图I的示例中，探头20和设备30被示出为分离的装置。作为另一示例，设备30和探头20可彼此结合。探头20可使用至少一个换能器发送和接收对象的信号，设备30可使用从探头20接收的信号来产生诊断图像。在各种示例中，设备30可包括波束形成器、混合器、图像产生器等。例如，设备30可使用通过将时间延迟值和权重应用于从探头20接收的信号以形成接收波束的波束形成器来产生诊断图像。混合器可用于根据接收波束被反射的位置混合形成的接收波束。诊断图像产生器可用于通过提取图像的亮度或运动信息来产生诊断图像。图2示出波束形成器100的示例。参照图2，波束形成器100包括信号产生器110、估计器120、权重计算器130和权重应用器140。与本示例相关的元件被显示在图2的波束形成器100中。然而，应该理解，其他元件可被包括在波束形成器100中。例如，图2的波束形成器100示出用于通过将权重应用于从对象反射的多通道信号来形成接收波束的元件。在各种示例中，波束形成器100还可包括用于形成发送波束的元件和用于将时间延迟值应用于从对象反射的多通道信号的元件。可通过一个或多个处理器来实现图2的波束形成器100的信号产生器110、估计器120、权重计算器130和/或权重应用器140。例如，可以以多个逻辑门的阵列，或者以通用微处理器和存储在通用微处理器中可执行的程序的存储器的组合，来实现所述处理器。波束形成器100可使用从对象反射的多通道信号来形成接收波束。例如，从对象反射的多通道信号可以是射频(RF)信号。射频(RF)信号可以从对象被反射并且由一个或多个换能器(未示出)接收。此外，接收波束的形成可表示估计在空间中的一点反射的信号的强度。信号产生器110可产生针对从对象反射的多通道信号应用了不同的切趾函数(apodization function)的多个信号。作为非限制性的示例，输入到信号产生器110的多通道信号可以是这样的信号，所述信号可以在从对象反射的信号被转换为电信号之后考虑到根据每个通道的时间延迟值而具有相同相位。此外，作为非限制性的示例，切趾函数可以是用于将根据每个通道的权重应用于从对象反射的多通道信号的窗函数。例如，切趾函数可包括矩形窗形式、汉明窗形式或汉宁窗形式。例如，响应于具有矩形窗形式的切趾函数，根据点扩展函数(PSF)，主瓣的宽度可以较小，旁瓣的电平可以为高。因此，在该示例中，分辨率可能高，而对比度可能低。作为另一示例，响应于具有汉明窗形式的切趾函数，根据PSF，主瓣的宽度可以相对宽，旁瓣的电平可以为低。在该示例中，分辨率可能低，而对比度可能高。这样，切趾函数的形式可导致低分辨率或低对比度。波束形成器100可使用应用 了不同切趾函数的信号来形成接收波束，所述接收波束用于产生具有良好分辨率和良好对比度的诊断图像。此外，响应于具有各种窗形式的切趾函数，窗口大小可以相同。因此，可保证使用由波束形成器100形成的接收波束而产生的诊断图像的分辨率。信号产生器110可产生两个信号，例如，信号产生器110可通过将根据第一切趾函数的任意一个窗函数应用于多通道信号来产生第一信号，并通过将根据第二切趾函数的任意一个窗函数应用于多通道信号来产生第二信号。在该示例中，第一切趾函数可以是与第二切趾函数不同的窗函数。估计器120可基于由信号产生器110产生的信号估计信号主要分量和噪声主要分量。在该示例中，信号主要分量表示通过从信号提取信号分量而获得的分量，噪声主要分量表示通过从信号提取噪声分量而获得的分量。作为另一示例，在针对多通道信号应用了不同的切趾函数的信号中，一部分信号由于对象的特性而可具有相似的值，一部分信号由于旁瓣的改变而可具有不同的值。在该示例中，旁瓣的改变可以由应用的窗的改变而引起。估计器120可通过增强相似部分并减小不相似部分而从应用了不同的切趾函数
的信号估计信号主要分量和噪声主要分量。例如,信号主要分量可对应于由信号产生器110产生的信号的和，噪声主要分量可对应于由信号产生器110产生的信号之间的差。作为另一示例，信号主要分量可对应于由信号产生器110产生的信号之中具有最小绝对值的信号。权重计算器130可使用通过估计器120估计的信号主要分量和噪声主要分量来计算根据每个通道的将被应用于信号主要分量的权重。这里，权重计算器130计算的权重可对应于用于执行波束形成的切趾函数。与噪声分量比信号分量更主要的部分相比，根据每个通道的将被应用的权重可将信号分量比噪声分量更主要的部分减小得更少。例如，权重计算器130可使用信号主要分量和噪声主要分量来估计信噪功率比(SNR)，并且权重计算器130还可使用估计的SNR来计算权重。因此，波束形成器100可形成用于产生诊断图像的接收波束，并且诊断图像可通过减小旁瓣的影响而具有提高的对比度。
权重应用器140可将权重计算器130计算的权重应用于估计器120估计的信号主要分量。被权重应用器140应用了权重的信号可以是用于产生诊断图像的接收波束，并且诊断图像可具有提高的对比度。这里，作为非限制性的示例，将权重应用于信号主要分量可表示将权重与信号主要分量相乘。权重应用器140可以是滤波器。作为非限制性的示例，权重应用器140可以是维
纳(Wiener)滤波器。因此，响应于权重应用器140是维纳滤波器，权重计算器130可估计
维纳增益。换句话说，权重计算器130计算的权重可以是维纳滤波器的维纳系数或维纳增.、 Mo因此，随着旁瓣被减小，波束形成器100可形成用于产生具有提高的对比度的诊断图像的接收波束。此外，响应于包括在探头(未示出)中的换能器以二维(2D)阵列被布置，从对象反射的多通道信号可以被沿纵向布置的换能器、沿横向布置的换能器或者沿纵向布置的换能器与沿横向布置的换能器的组合接收。例如，波束形成器100可使用通过沿纵向布置的换能器、沿横向布置的换能器或者沿纵向布置的换能器与沿横向布置的换能器的组合接收的多通道信号来产生应用了不同的切趾函数的信号。波束形成器100可从所述信号估计信号主要分量和噪声主要分量，通过使用估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来计算根据每个通道的权重，并通过将计算的权重应用于噪声主要分量来形成接收波束。参照图5描述这种操作的示例。如这里所描述的，响应于包括在探头中换能器以2D阵列被布置，波束形成器100可通过应用沿纵向、横向或者纵向与横向的组合使用不同的切趾函数计算的权重来执行波束形成，从而波束形成器100能够在减小吞吐量的同时形成用于产生具有高分辨率的3D诊断图像的接收波束。图3示出用于产生诊断图像的设备30的示例。参照图3，设备30包括波束形成器100、混合器200和诊断图像产生器300。波束形成器100包括信号产生器110、估计器120、权重计算器130和权重应用器140。信号产生器110包括第一信号产生器112和第二信号产生器114。估计器120包括信号主要分量估计器122和噪声主要分量估计器124。作为另一示例，本领域普通技术人员理解的是，信号产生器110还可包括第三信号产生器(未示出)至第n信号产生器(未示出)。图3的设备30包括与当前示例相关的元件，本领域普通技术人员理解的是，其他通用元件可被包括在设备30中。此外，波束形成器100、混合器200和诊断图像产生器300可以由一个或多个处理器实现。图3的设备30对应于图I的设备30以及图2的波束形成器100。因此，波束形成器100不限于图3中示出的元件。此外，因为参照图I和图2描述说明可被应用于图3的设备30，所以为了简明将不再重复其重叠描述。设备30通过使用从对象反射的多通道信号来产生诊断图像。这里，诊断图像可对应于显示从对象反射的多通道信号的幅度信息的A模式图像、显示对象的亮度信息的B模式图像或显示对象的运动信息的D模式图像。因为A模式图像、B模式图像和D模式图像为本领域普通技术人员所理解，所以为了简明这里将不提供其描述。
波束形成器100可从针对从对象反射的多通道信号应用了不同的切趾函数的多个信号估计信号主要分量和噪声主要分量，通过使用估计的信号主要分量和噪声主要分量来计算根据每个通道的权重，并通过将计算的权重应用于估计的信号主要分量来形成接收波束。信号产生器110可产生针对从对象反射的多通道信号应用了不同的切趾函数的信号。这里，响应于信号产生器110产生两个信号，第一信号产生器112可产生应用了第一切趾函数的第一信号，第二信号产生器114可产生应用了第二切趾函数的第二信号。第一切趾函数可以与第二切趾函数不同。估计器120可从信号产生器110产生的信 号估计信号主要分量和噪声主要分量。例如，信号主要分量估计器122基于对第一信号与第二信号的和的计算来估计信号主要分量，噪声主要分量估计器124基于对第一信号与第二信号之间的差的计算来估计噪声主要分量。作为示例，信号主要分量估计器122可使用等式I来估计信号主要分量。[等式I]rsignal (n) = S1 (n) +S2 (n)在等式I中，rsignal(n)表不信号主要分量，S1 (n)表不第一信号，S2 (n)表不第二信号。此外，噪声主要分量估计器124可使用等式2来估计噪声主要分量。[等式2]rnoise (n) = S1 (n) -S2 (n)在等式2中，rnoise (n)表不噪声主要分量，S1 (n)表不第一信号，S2 (n)表不第二信号。作为另一方面，可响应于信号产生器110产生第一信号和第二信号来使用等式I和等式2。因此，响应于信号产生器110产生n个信号(其中n为等于或大于3的整数)，信号主要分量估计器122可计算第一信号至第n信号的和，噪声主要分量估计器124可计算第一信号至第n信号之间的差。在该示例中，本领域普通技术人员理解的是，噪声主要分量估计器124可使用任意方法来估计噪声主要分量，例如，通过计算第一信号和第二信号
之间的差、第三信号和第四信号之间的差.....以及第n-1信号和第n信号之间的差，并将
所述差相加来估计噪声主要分量。作为另一示例，可通过计算第一信号和第二信号之间的
差、第二信号和第三信号之间的差.....以及第n-1信号和第n信号之间的差，并将所述差
相加来估计噪声主要分量。作为另一示例，信号主要分量估计器122可计算信号产生器110产生的信号的绝对值，并将具有最小绝对值的信号估计为信号主要分量。权重计算器130可使用估计器120估计的信号主要分量和噪声主要分量来计算根据每个通道的将被应用于信号主要分量的权重。例如，权重计算器130可通过使用信号主要分量和噪声主要分量来估计SNR，并通过使用估计的SNR来计算权重。作为另一示例，权重计算器130可通过使用以下的等式3来估计SNR，并使用等式4来计算权重。[等式3]
权利要求
1.一种使用从对象反射的多通道信号形成接收波束的波束形成器，所述波束形成器包括: 信号产生器，被构造为产生针对所述多通道信号应用了不同的切趾函数的多个信号； 估计器，被构造为从所述多个信号估计信号主要分量和噪声主要分量； 权重计算器，被构造为基于估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来计算根据每个通道的将被应用于信号主要分量的权重； 权重应用器，被构造为将计算的权重应用于估计的信号主要分量。
2.如权利要求I所述的波束形成器，其中，权重计算器还被构造为基于估计的信号主 要分量和估计的噪声主要分量来估计信噪功率比SNR，并基于估计的SNR来计算权重。
3.如权利要求I所述的波束形成器，其中，信号产生器包括 第一信号产生器，被构造为针对所述多通道信号使用第一切趾函数来产生第一信号； 第二信号产生器，被构造为针对所述多通道信号使用第二切趾函数来产生第二信号。
4.如权利要求3所述的波束形成器，其中，估计器包括 信号主要分量估计器，被构造为通过计算第一信号与第二信号的和来估计信号主要分量; 噪声主要分量估计器，被构造为通过计算第一信号与第二信号之间的差来估计噪声主要分量。
5.如权利要求I所述的波束形成器，其中，估计器被构造为将所述多个信号的和或在所述多个信号中具有最小绝对值的信号估计为信号主要分量。
6.如权利要求I所述的波束形成器，其中，权重应用器是维纳滤波器，并且权重计算器还被构造为计算维纳增益。
7.如权利要求I所述的波束形成器，其中，从对象反射的多通道信号由沿纵向、沿横向或沿纵向与横向的组合布置的换能器接收。
8.一种使用从对象反射的多通道信号产生诊断图像的设备，所述设备包括 波束形成器，被构造为从针对所述多通道信号应用了不同的切趾函数的多个信号估计信号主要分量和噪声主要分量，基于估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来计算根据每个通道的权重，通过将计算的权重应用于估计的信号主要分量来形成接收波束；混合器，被构造为根据反射接收波束的位置来混合波束形成器形成的接收波束； 诊断图像产生器，被构造为基于混合的接收波束来产生诊断图像。
9.如权利要求8所述的设备，其中，波束形成器还被构造为基于估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来估计信噪功率比SNR，并基于估计的SNR来计算权重。
10.如权利要求8所述的设备，其中，波束形成器被构造为通过计算应用了不同的切趾函数的所述多个信号的和来估计信号主要分量，并且通过计算所述多个信号之间的差来估计噪声主要分量。
11.如权利要求8所述的设备，其中，从对象反射的多通道信号由沿纵向、沿横向或沿纵向与横向的组合布置的换能器接收。
12.—种医学图像系统，包括 探头，被构造为使用多个换能器接收从对象反射的信号； 被构造为产生诊断图像的设备，所述设备从针对从探头接收的多通道信号应用了不同的切趾函数的多个信号估计信号主要分量和噪声主要分量，基于估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来计算根据每个通道的权重，通过将计算的权重应用于估计的信号主要分量来形成接收波束，并通过混合接收波束来产生诊断图像。
13.如权利要求12所述的医学图像系统，其中，包括在探头中的多个换能器沿纵向和横向布置，由探头接收的多通道信号由沿纵向、沿横向或沿纵向与横向的组合布置的换能器接收。
14.一种使用从对象反射的多通道信号显示诊断图像的方法，所述方法包括 产生针对所述多通道信号应用了不同的切趾函数的多个信号； 从产生的多个信号估计信号主要分量和噪声主要分量； 基于估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来计算根据每个通道的将被应用于信号主要分量的权重； 通过将计算的权重应用于估计的信号主要分量来形成接收波束。
15.如权利要求14所述的方法，其中，计算权重的步骤包括基于估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来估计信噪功率比SNR，并基于估计的SNR来计算权重。
16.如权利要求14所述的方法，其中，产生多个信号的步骤包括 针对所述多通道信号使用第一切趾函数来产生第一信号； 针对所述多通道信号使用第二切趾函数来产生第二信号。
17.如权利要求16所述的方法，其中，估计的步骤包括 通过计算第一信号与第二信号的和来估计信号主要分量； 通过计算第一信号与第二信号之间的差来估计噪声主要分量。
18.如权利要求14所述的方法，其中，从对象反射的多通道信号由沿纵向、沿横向或沿纵向与横向的组合布置的换能器接收。
19.如权利要求14所述的方法，还包括 根据反射接收波束的位置来混合形成的接收波束； 从混合的接收波束产生诊断图像； 显示产生的诊断图像。
全文摘要
提供一种波束形成器、医学图像系统以及用于显示诊断图像的方法。所述波束形成器包括信号产生器，可产生针对多通道信号应用了不同的切趾函数的多个信号；估计器，可从所述多个信号估计信号主要分量和噪声主要分量；权重计算器，可使用估计的信号主要分量和估计的噪声主要分量来计算根据每个通道的将被应用于信号主要分量的权重；权重应用器，可将计算的权重应用于估计的信号主要分量。
文档编号A61B8/00GK102755174SQ20121010240
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月9日 优先权日2011年4月26日
发明者朴成灿, 金圭洪, 金晶澔 申请人:三星电子株式会社