利用双带脉冲复合体的非线性成像的制作方法

利用双带脉冲复合体的非线性成像的制作方法
【专利摘要】本发明呈现利用具有一般性质的波、例如电磁波(EM)及弹性波(EL)对对象的区域进行测量或成像的方法和仪器，其中，用于对象中的波传播以及散射的材料参数取决于波场强度。本发明专门致力于抑制被称作脉冲混响噪声的3阶多重散射噪声，以及抑制线性散射分量以增强来自于非线性散射的信号分量。脉冲混响噪声被分成三个等级，其中，本发明专门致力于等级I和等级II的3阶多重散射，其由相同的三个散射体产生，但以相反的顺序。专门致力于达到接近于对等级I和II的脉冲混响噪声的相同敏感性的方法，其简化了对两个经组合的等级的抑制，以及用于脉冲混响噪声的抑制的估计的方法，其补偿等级I与等级II的噪声之间的差。该方法基于包括低频(LF)脉冲和高频(HF)脉冲的双带脉冲复合体的传输，其中LF脉冲被用于非线性地操纵由共同传播的HF脉冲所观测的对象参数。来自于HF脉冲的散射及传输分量中的一个或两个被拾取，并进一步被处理以抑制脉冲混响噪声并增强非线性散射分量。
【专利说明】利用双带脉冲复合体的非线性成像 1.

【技术领域】
[0001] 本发明针对心脏的实时超声成像，以及对图像的可视化和分析以用于检测心肌 (MC)收缩和舒张功能中的区域缺陷。 2.

【背景技术】
[0002] 确定材料中的电磁（EM)或弹性（EL)波传播和散射的材料特性通常示出了随波中 的场强的变化。这种材料被称作是非线性的，并引起了 EM和EL波两者的非线性波传播和 非线性散射。非线性散射源的测量或成像在许多情形中对识别这种材料的特性是有用的。
[0003] EM或EL波的前向波传播和局部散射这两者具有数学相似性，且用于成像的方法 和仪器因此具有相似的结构。EL波的使用的示例是利用剪切波和压缩波两者的材料检测、 利用压缩波的超声医学成像、SONAR海底和地质测量、以及地震成像。EM波具有相似的用 途，其中特别是EM技术的新进展显得对地质和医学成像两者是有用的，提供附加的信息给 弹性波图像。红外及光频范围中的EM成像还提供对材料检测和医学成像两者有用的信息。
[0004] 非线性散射对于EM或EL波可被分尚成参量和共振散射类型。对于EL波，参量散 射来源于随着局部弹性波场的幅值的局部弹性参数的非线性变化，其中，非线性变化的空 间变化产生非线性散射。对于EM波，参量散射来源于随着局部EM波场的幅值的局部介电 常数或磁导率的非线性变化，其中，非线性变化的空间变化产生非线性散射。利用被称作为 声波的弹性压缩波，例如在软材料与硬材料之间的界面处得到强的非线性参量散射，例如， 如以来自于软组织中的微钙化的超声非线性散射或者来自于类土质矿藏中的坚硬物体或 其他物体的声散射所发现的。还在较硬材料与软得多的材料之间的界面处得到强的非线性 散射，例如，如以来自于血液中的气体微气泡或水中的鱼的充气鱼鳔及类似物的超声散射 所发现的。
[0005] 共振非线性散射涉及到时滞，其在一些情形下可被用于将信号分量从入射波的局 部非线性散射和前向传播失真中分离。然而，本发明为局部共振非线性散射源的成像提供 进一步的优势。
[0006] 对于声波，气体微气泡示出共振散射，例如，其中，共振来源于具有壳与气体的气 泡的非线性弹性之间的能量交换，且围绕气泡的共同振荡的流体质量（mass)具有近似三 倍于气泡体积的体积。因为弹性和质量两者随着气泡的压缩而变化，所以共振频率非线性 地受入射声波场的影响，产生特别强的非线性散射，所述非线性散射具有散射场中的大量 的入射频率的谐波分量（η倍于入射频率）以及甚至入射频率的次谐波分量（入射频率的 一部分），以及入射频率的超谐波分量（围绕谐波分量的带）。然而，为了以远高于气泡共 振频率的频率成像，非线性散射低得多，且本发明提供用于以高于共振频率的频率的微气 泡的增强成像的解决方案。
[0007] 共振非线性ΕΜ散射来源于波场与原子和分子之间的相互作用，其最佳地在量子 物理学领域内描述。ΕΜ共振散射的示例是荧光，其与子谐振声散射具有相似性。例如，当入 射频率处于紫外范围中时，散射频率可处于可见光范围中。散射频率也可与被称作"共振荧 光"的入射频率相同。另一个示例是双光子量子散射，其类似于2次谐波参量散射，但是包 括在过程中具有时滞的详细的原子动力学。
[0008] 还发现了材料中的EM与EL波之间的非线性相互作用，其中例如，EL压缩波改变 称为声光效应（acousto-optic effect)的过程中的EM材料参数。材料中的EM波的吸收 产生对材料的快速的、局部的加热，其在称为光声效应（photo-acoustic effect)的过程中 生成声波。本发明因此提出EM和EL波两者，以及它们的组合，其中，说明书和权利要求中 提及的波可以是EM和/或EL波两者。
[0009] 利用单频带入射波，参量非线性散射在散射波中产生入射频带的谐波分量。利用 局部地相互作用的双带入射波，参量非线性散射产生围绕入射频带的卷积的带，其产生围 绕入射频率的和与差的带。然而，材料参数的非线性变化也产生前向传播的波的累积非线 性失真。当高频脉冲的脉冲长度增加近似超过低频脉冲的周期时，来自于非线性前向传播 失真的线性散射具有类似于局部非线性散射的信号特征（signature)，且在这种情形中，难 以区分由入射波的非线性传播失真的线性散射产生的信号分量和发生于局部非线性散射 的信号分量。这是例如利用采用医学超声成像的当前谐波成像的情形。
[0010] 相反地，当高频脉冲的脉冲长度变得近似短于低频脉冲的半个周期时，高度地 抑制线性散射分量以对非线性散射分量进行测量或成像是可能的，例如如在US专利 8, 038, 616和US专利申请12/351766、12/500518和13/213965中所示出的。来自于强散射 体的EL和EM波的多重散射通常在测量和图像中产生强干扰噪声。当高频脉冲的脉冲长度 变得短于低频率脉冲的波长的一半时，高度地抑制该多重散射噪声是可能的，其中一些方 法在所引用的US专利申请中呈现。
[0011] 基于该背景，本发明的目的是呈现用于利用弹性波和电磁波两者对非线性散射分 量进行测量和成像以及对多重散射噪声进行抑制的改进的方法和仪器。 3.
【发明内容】

[0012] 呈现本发明的概述。该概述仅仅用于例示目的，并不意味着表示对本发明的限制， 其在它的最宽的方面中由本文所附的权利要求所限定。
[0013] 本发明呈现利用具有一般性质的波、例如电磁（EM)或弹性（EL)波对对象的区域 进行测量或成像的方法和仪器，其中，用于对象中的波传播和散射的材料参数取决于波场 强度。这种材料被称作是非线性的，并且这种材料中的波传播限定了非线性波传播和散射 的概念。本发明专门致力于强抑制被称作脉冲混响噪声的3阶多重散射噪声，且还抑制线 性散射分量以增强来自于非线性散射的信号分量。脉冲混响噪声被分为三个等级（class)， 其中，本发明专门致力于由相同的三个散射体生成的等级I和Π 的3阶多重散射，但是以 相反的顺序。专门致力于在测量中达到接近类似于等级I和II的脉冲混响噪声的方法， 其简化了对两个经组合的等级的抑制，并且解决用于对等级I和II的噪声的组合抑制的方 法，其补偿测量中的等级I和II噪声中的差。
[0014] 方法基于包括低频（LF)脉冲和高频（HF)脉冲的双带脉冲复合体的传输，其中，LF 脉冲被用于非线性地操纵由共同传播的HF脉冲所观测的对象材料参数。来自于HF脉冲的 散射及传输分量中的一个或两者被拾取并给出HF接收信号，所述HF接收信号进一步被处 理以抑制脉冲混响噪声并增强非线性散射分量。
[0015] 典型地，希望HF脉冲沿着共同传播的LF脉冲的波峰或波谷传播。通过LF脉冲对 对象特性进行非线性操纵对于共同传播的HF脉冲来说产生波传播速度的改变。该传播速 度的改变引入由HF脉冲的中心处的LF场强和极性给出的非线性传播延迟，其中，所述非线 性传播延迟随着传播距离而累积。对于给定的LF脉冲的极性，可得到负的非线性传播延 迟，其表示传播提前。然而，应采用延迟的广义概念，其可以是正的和负的两者。沿着共同 传播的HF脉冲的LF场强的变化产生HF脉冲的非线性脉冲波形失真，其也随着传播距离累 积。非线性对象参数的空间变化产生HF脉冲的散射，其取决于共同传播的LF脉冲的局部 值。
[0016] 除了通过LF脉冲非线性操纵共同传播的HF脉冲的传播速度和散射之外，对象参 数的非线性通过HF脉冲本身的场强引入HF脉冲的自失真。该HF脉冲的自失真引入围绕 基本的、所传输的HF带的谐波分量的HF脉冲中的谐波带，并且是当前谐波成像的方法的基 础。能量到谐波带的传递被以作为基本HF带的非线性衰减被观测到，所述基本HF带在根 据本发明的噪声抑制的估计的基于模型的方法中得到补偿。
[0017] 在脉冲复合体的第一散射处，LF和HF脉冲这两者的幅值通常下降如此多以致于 在该第一散射之后对HF脉冲传播和散射的非线性效应可被忽略。由于在相同的传播滞后 处对波的1阶和多阶散射的非线性效应是不同的，这针对使用本方法来抑制HF接收信号中 的多重散射噪声而开放。
[0018] 为了观测多重散射噪声，第一散射体必须位于传输波束内部，并且最后散射体必 须位于接收波束内部。对于单个的、相当狭窄的传输波束，这隐含主要利用后向散射测量来 观测奇阶散射。由于脉冲幅值针对每个散射都下降，所以主要观测3阶多重散射噪声（即， 三个散射体），其中，第一散射体位于传输波束的内部，并且第三散射体位于接收波束的内 部。对于非常宽的传输波束的多次传输，其中接收信号针对窄的、合成的传输波束加以重 构，情形是相同的。然而，对于与多个平行的高度聚焦的接收波束重叠的平行的传输波束或 者非常宽的传输波束，在原则上观测2阶多重散射是可能的，其中，第一散射体以距位于高 度聚焦的接收波束内部的第二散射体一定距离而位于传输波束内部。然而，主要的干扰的 多重散射噪声来源于肌肉或薄壁组织内部的脂肪层，其中，传输及接收波束接近垂直入射 到该层。这种剖析使得这种2阶散射变低。然而，肋骨或其它相似的结构可能与波束具有 空间关系，其使得2阶散射噪声在特殊的情形中可见。
[0019] 利用位置= >12 = >&处的三阶散射体的顺序，其中，位于传输波束内部，而 13位于接收波束内部，还将具有来自于以相反顺序的，即I3 = = 的相同散射体的3 阶散射，其中，13位于传输波束内部，并且位于接收波束内部。因此将3阶散射噪声分为 三个等级，其中，对于等级I，散射体的顺序为L· = = >L·，其中，对于第一散射体，ri〈r/2 其中r = ct/2作为图像点的深度，t是信号到达的时间（快轴时间（fast time))，并且c是 波传播速度。针对发生在r = ct/2处的等级I的噪声，对于第三散射体，r3>r/2。对于等级 II的噪声，该情形是相反的，其中，对于第一散射体r3>r/2,并且对于第三散射体，ri〈r/2。 对于等级III的噪声，第一和第三散射体两者都接近于r，即比r/2深。利用对噪声抑制的 基于模型的估计，等级III的噪声可结合等级I和等级II的噪声被抑制。然而，等级III 的噪声在许多情形中比经组合的等级I和II的噪声弱。
[0020] 在回波的限定快轴时间到达t处，HF接收信号包括来自于所传输的HF脉冲的1阶 及3阶散射分量两者的几个重叠的脉冲。取决于脉冲的详细到达时间，该几个重叠的脉冲 将既相长干涉又相消干涉，且该干涉因此在HF接收信号的包络中产生深度变化，其对于相 干成像系统是典型的，且将其称为散斑（speckle)。LF脉冲一般将引入HF接收信号的非线 性传播延迟/提前，以及另外HF接收信号散斑中的依赖LF脉冲的变化两者。
[0021] 根据本发明的方法的中心部分因此是
[0022] -处理所述HF接收信号以形成测量或图像信号，其中，所述处理包括通过下面中 的至少一个校正所述HF接收信号中的至少一个：
[0023] i)快轴时间（深度-时间）上使用校正延迟的延迟校正，以及
[0024] ii)在快轴时间上使用散斑校正的散斑校正，
[0025] 以形成经校正的HF信号，以及
[0026] -进一步处理所述经校正的HF信号，以形成具有对脉冲混响噪声的抑制的经噪声 抑制的HF信号和具有对线性散射分量的抑制的非线性散射信号中的至少一个。
[0027] 对于与LF脉冲的频率相比带宽为宽的HF接收信号来说，该HF接收信号中的脉冲 波形失真的主要效应在HF接收带的边缘处被发现。通过经由带通滤波降低HF接收信号的 带宽，得到感兴趣的对于脉冲波形失真的校正。
[0028] 对于1阶散射信号，在共同传播的HF脉冲直到图像深度r = ct/2的位置处通过 LF脉冲的传播速度的累积改变给出非线性传播延迟。对于经组合的等级I和II的脉冲混 响噪声，非线性噪声延迟通过等级I和等级II的非线性噪声延迟的平均给出，其两者是在 r = ct/2处贡献于等级I和II的噪声的第一散射体的分布的非线性传播延迟的平均。LF 脉冲与经组合的等级I和II的非线性噪声延迟之间的关系因此比1阶散射的更复杂。然 而，对于接近于相等的HF传输和接收波束以及利用HF接收信号的快轴时间到达t的非线 性传播延迟τ (t)的线性变换，噪声校正延迟可近似于τ (t)/2。
[0029] 1阶散射信号散斑对于LF脉冲的依赖性主要由依靠在快轴时间t处产生1阶散射 信号的共同传播的LF脉冲的所传输的HF脉冲的脉冲波形失真给出。经聚焦的LF脉冲的相 位将从近场向衍射极限聚焦区域滑动90度，且共同传播的HF脉冲随后将在某些深度范围 处观测沿着HF脉冲的LF场的不可忽略的梯度，取决于沿着HF脉冲的LF场梯度及其极性 而产生HF脉冲的压缩/扩展。利用其中衍射扮演了可忽略的角色的宽的LF传输波束，可 针对整个测量或图像深度在共同传播的LF脉冲的波峰或波谷处定位HF脉冲，通过LF脉冲 降低HF脉冲的脉冲波形失真。然而，如果HF脉冲与LF脉冲振荡周期相比具有不可忽略的 脉冲长度，则在此情形中，将得到直到第一散射的HF脉冲的不可忽略的HF脉冲波形失真。
[0030] 在HF接收信号的快轴时间t处重叠的1阶散射脉冲的非线性传播延迟的变化，还 将根据1阶散射分量产生HF接收信号的依赖LF脉冲的散斑。这种变化的主要原因在于HF 接收波束如此弱地聚焦以致于非线性传播延迟跨接收波束变化。降低该效应的补救方法是 利用较低的焦距比数（F-number)聚焦的较强的HF接收波束。然而，这可在HF传输和接收 波束之间引入差异，其使经组合的等级I和II的非线性噪声延迟的估计复杂化。本发明中 给出了对这些问题的几个解决方案，诸如，采用多个传输焦点，或者利用在大的图像点组中 的合成的传输聚焦在不同方向上传输宽的LF和HF传输波束，或者采用对针对1阶非线性 信号延迟和散斑两者的校正的基于模型的估计。通过采用短HF脉冲来降低来自沿着波束 轴的非线性传播延迟的变化的对信号散斑的影响。
[0031] 经组合的等级I和等级II的噪声散斑对LF脉冲的依赖性，就非线性噪声延迟而 言，比1阶散射分量更复杂。其原因在于，具有第一散射体的宽的位置分布的大量经组合的 等级I和II噪声脉冲可在HF接收信号的相同快轴时间点t=2r/c处重叠。由于沿着不同 传播路径对第一散射体的不同累积传播长度，具有不同第一散射体的脉冲具有不同的非线 性传播延迟和脉冲波形失真，并因此具有随着LF脉冲的场强和极性的不同变化，使得干涉 和噪声散斑相比于限定快轴时间t处的HF接收信号中的1阶散射分量对LF脉冲的变化敏 感得多。当HF传输和接收波束相等时，特殊的情形被发现，具有所传输的HF脉冲的可忽略 的脉冲波形失真和伴随有随着非线性传播延迟的快轴时间t的线性变化，其中，经组合的 等级I和II的噪声散斑独立于LF脉冲的极性，其对抑制经组合的等级I和II的脉冲混响 噪声是有用的。在其他情形中，示出了如何通过基于模型的估计获得对于经组合的等级I 和II的脉冲混响噪声的非线性噪声延迟和噪声散斑两者的校正。
[0032] 在根据本发明的第一实施例中，HF接收及传输孔径和HF接收及传输焦点被选择， 使得HF接收信号中的等级I和II的脉冲混响噪声之间的差大致被最小化。在该方法的进 一步特殊化的实施例中，HF传输及接收孔径和焦点被设置成相等。为了在深度范围上获得 足够的波束聚焦，本发明配备成对每一组脉冲复合体利用不同的HF传输及接收焦深来沿 着每个图像线传输多组脉冲复合体，以在图像中的多于一个的深度范围处获得焦点。本发 明还配备成针对多个相邻的图像线使用HF接收信号的横向滤波，以获得具有固定焦点的 经组合的HF传输及接收波束的深度可变的聚焦。
[0033] 本发明可替换地提出利用具有不同方向的宽的传输波束传输多个脉冲复合体，并 接收和存储来自于HF接收器阵列的所有HF接收元件信号，且对提供合成的HF传输及接收 波束的大的图像点组进行合成的图像重构，对于所述组的图像点来说，所述合成的HF传输 及接收波束可被选择以提供大致相似的等级I和Π 的脉冲混响噪声，其大大简化了对所述 图像点组中的等级I和Π 的脉冲混响噪声的组合抑制的处理。在许多情形中，大致相似的 等级I和II的脉冲混响噪声可在图像点中通过在所述图像点中将合成的传输及接收波束 选择为相等来获得。对于该方法，可取但非必要的是，至少在一个方向上采用接近于平面的 传输波前，其通常被称作为平面波成像。
[0034] 利用HF接收信号中的等级I和II的脉冲混响噪声之间的小的差，优点在于，选择 LF和HF传输孔径以使得所传输的HF脉冲的非线性传播延迟τ (t)具有随着快轴时间t的 大致线性的变化，且为了组合抑制等级I和II的脉冲混响噪声，所述校正延迟被设置为等 于 τ (t)/2。
[0035] 在方法的进一步修正中，不寻求使HF接收信号中的等级I和II的脉冲混响噪声 之间的差最小化，其中，相反地，所述校正延迟和所述散斑校正中的至少一个被估计以补偿 所述HF接收信号中的等级I和II的噪声之间的差。
[0036] 在校正延迟和散斑校正的估计中，经常在利用限定材料参数的对象中使用非线性 波传播的仿真。所述限定材料参数可被调节用于在所处理的HF接收信号中抑制下面中的 至少一个：i)脉冲混响噪声，和ii) 1阶线性散射分量，以通过下面中的一个或两者提供非 线性散射分量：
[0037] _a)基于所显示的图像中的观测的对所述对象材料参数的手动调节，以及
[0038] _b)对所述对象材料参数的基于计算机的调节以在图像的区域中使所述所处理的 HF接收信号中的总功率最小化。
[0039] 为了提前抑制具有HF接收信号中的等级I和II的噪声之间的差的经组合的等级 I和II的噪声，本发明配备成：
[0040] -通过利用限定参数的对用于实际LF/HF脉冲复合体的非线性波方程的仿真根据 第一散射体的位置而获得针对所传输的HF脉冲的非线性传播延迟和脉冲波形失真，以及
[0041] -从所测量的HF接收信号获得根据波束的深度与强反射体的相对反射系数相关 的参数的估计，以及
[0042] -在包括与用于脉冲混响噪声的数学模型结合的过程中获得对噪声校正延迟和散 斑校正的估计，直到第一散射体的所述非线性传播延迟和脉冲波形失真通过仿真获得，且 所述对与相对反射系数相关的参数的估计从所测量的HF接收信号获得。所述方法也可被 扩展成抑制经组合的等级Ι/Π /ΙΙΙ的脉冲混响噪声。
[0043] 在该情形中，将典型地以每一步都应用如前述段落中的方法的步骤实行该过程， 且对于每一步，所述限定参数被调节以增加对脉冲混响噪声的抑制，其中，所述调节如下面 中的一个或两者实行：
[0044] -a)基于对所显示的图像的观测的手动调节，以及
[0045] _b)自动调节以使图像的区域中的所处理的HF接收信号的总功率最小化。
[0046] 本发明进一步配备成在测量前针对不同的参数集合实行非线性波方程的所述仿 真，并且电子地存储针对所述参数集合的所述仿真的结果，且在仿真过程中，基于与所述限 定参数相关的存储地址从存储器中检索针对限定参数的仿真。
[0047] 本发明进一步配备成从针对典型的材料参数集合的非线性波方程的仿真中获得 和存储非线性传播延迟和脉冲波形失真两者以及另外这些的梯度，以使得针对不同材料参 数的非线性传播延迟和脉冲波形失真可通过其秦勒或傅里叶级数表示法根据材料参数的 变化而获得。
[0048] 对于回波薄弱区域中的等级I和II的脉冲混响噪声的组合抑制，利用非零LF脉 冲获得的相同的HF接收信号利用两个不同的校正延迟进行延迟校正，以提供两个经校正 的HF信号，且所述两个经校正的HF信号被组合以提供经噪声抑制的HF信号。该方法降低 了对于散斑校正的需要。
[0049] 方法进一步包括组合抑制脉冲混响噪声和增强非线性散射分量，其中，所述传输 的步骤包括传输具有不同LF脉冲的至少三个脉冲复合体，且其中，所述校正步骤包括校正 和组合HF接收信号以形成至少两个经噪声抑制的HF信号，且所述至少两个经噪声抑制的 HF信号进一步由下面中的至少一个来处理：
[0050] i)在快轴时间（深度-时间）上使用校正延迟的延迟校正，以及
[0051] ii)在快轴时间上使用散斑校正的散斑校正，
[0052] 以形成至少两个经校正的中间HF信号，且所述经校正的中间HF信号被组合以抑 制线性散射分量以形成HF信号的非线性测量或成像。
[0053] 本发明进一步限定了用于实行本发明的方法的仪器，其中所述仪器包括：
[0054] -传输装置，其包括用于朝向所述区域传输至少两个脉冲波复合体的低频（LF)传 输孔径和高频（HF)传输孔径，所述脉冲复合体中的每一个包括具有从LF孔径所传输的LF 带中的频率的LF脉冲和具有从HF孔径所传输的HF带中的频率的HF脉冲，HF脉冲在空间 上如此接近LF脉冲地传播，以致于HF脉冲至少针对HF脉冲的传播深度的一部分观测到共 同传播的LF脉冲对对象材料参数的操纵，且至少所传输的LF脉冲针对每个所传输的脉冲 复合体变化以产生对对象的不同操纵，以及
[0055] -接收及波束形成装置，其包括HF接收孔径，其从来自于至少两个所传输的脉冲 复合体的散射及传输的HF分量中的一个或两者中拾取HF接收信号，以及
[0056] -校正装置，其用于处理所述HF接收信号以形成测量或图像信号，其中，所述处理 包括通过下面中的至少一个来校正所述所接收的HF信号中的至少一个：
[0057] i)使用快轴时间（深度-时间）中的校正延迟的延迟校正，以及
[0058] ii)使用快轴时间中的散斑校正的散斑校正，
[0059] 以形成经校正的HF信号，以及
[0060] -用于进一步处理所述经校正的HF信号以形成具有对脉冲混响噪声的抑制的经 噪声抑制的HF信号和具有对线性散射分量的抑制的非线性散射信号中的至少一个的装 置。
[0061] 仪器的实施例包括用于选择HF传输及接收孔径和HF传输及接收焦点以使HF接 收信号中的等级I与II的脉冲混响噪声之间的差最小化的装置。为了获得深度范围中的 良好聚焦，仪器的实施例可包括用于传输沿着每个图像线具有不同HF焦深的多个脉冲复 合体的装置，和用于针对每个传输脉冲焦点选择HF接收孔径及焦点以使等级I与II的脉 冲混响噪声之间的差最小化的装置。在许多情形中，选择相等的HF传输及接收孔径和HF 传输及接收焦点是恰当的。
[0062] 仪器的实施例进一步包括用于传输多于一个的具有宽波束和朝向所述对象的不 同方向的脉冲复合体的装置，且所述接收装置包括HF接收孔径，所述HF接收孔径包括多于 一个的HF接收元件的阵列，其允许针对每个HF接收元件和每个所传输的脉冲复合体接收 和存储HF接收元件信号，以及用于对大的图像点组进行图像重构的装置，其包括用于针对 所述组的每个图像点组合来自于所述所传输的脉冲复合体的所述HF接收元件信号，以提 供合成的HF传输及接收波束，以使得等级I和II的脉冲混响噪声之间的差在针对所述图 像点组的经重构的HF接收信号中大致被最小化的装置。在许多情形中，这可通过选择对图 像点进行图像重构以使得合成的HF传输及接收波束变得大致相等来获得。在一个实施例 中，所述传输装置允许在至少一个方向上具有基本上是平面的波前的LF和HF脉冲波的传 输。
[0063] 仪器进一步包括用于根据已知方法或根据本发明的新方法估计所述校正延迟和 散斑校正中的至少一个的估计装置，在根据本发明的新方法中，所述用于估计所述校正延 迟和所述散斑校正的装置被设计成，补偿所述HF接收信号中的等级I和II的脉冲混响噪 声中的差，以用于组合抑制等级I和II的脉冲混响噪声。所述估计方法可被进一步扩展成 还抑制经组合的等级Ι/Π /ΙΙΙ的脉冲混响噪声。
[0064] 在本发明的进一步实施例中，所述传输装置允许LF和HF传输孔径被选择使得 所传输的HF脉冲的非线性传播延迟τ (t)具有随着快轴时间t = 2r/c的大致线性的变 化。当实际的以及合成的HF传输及接收孔径和焦点都被选择使得等级I和II的噪声之间 的差被最小化时，在快轴时间t处用于抑制脉冲混响噪声的所述校正延迟可被设置为接近 τ (t)/2。
[0065] 在根据本发明的进一步实施例中，所述估计装置包括用于利用限定材料参数仿真 对象中的非线性波传播的装置，其中，直到第一散射体的所述非线性传播延迟和脉冲波形 失真从所仿真的HF脉冲波中获得。所述用于仿真的装置可包括用于存储具有不同限定参 数的仿真的集合的装置，其中，所述仿真的集合在测量之前实行，且在估计过程中，基于与 所述限定参数相关的存储器地址从存储器中检索针对限定参数的仿真。
[0066] 所述用于仿真的装置还可包括用于存储针对给定的材料参数集合所仿真的、非线 性传播延迟和脉冲波形失真及其梯度的装置，以使得针对其他材料参数的对非线性传播延 迟和脉冲波形失真的估计可通过其随材料参数的变化的秦勒级数表示来获得。
[0067] 所述仿真装置进一步可包括用于调节所述限定参数以增加对下面中的一个或两 者的抑制的装置：所处理的HF接收信号中的i)脉冲混响噪声和ii) 1阶线性散射分量，其 中，所述调节如下面中的一个或两者来实行：
[0068] a)基于对所显示的图像的观测的手动调节，以及
[0069] b)自动调节以使图像的区域中的所处理的HF接收信号中的总功率最小化。
[0070] 在用于抑制脉冲混响噪声的基于特定模型的估计中，所述用于仿真的装置提供对 直到第一散射体的传播HF脉冲的非线性传播延迟和脉冲波形失真中的至少一个的估计， 且所述用于估计的装置进一步包括用于从所测量的HF接收信号获得根据波束的深度与强 反射体的相对反射系数相关的参数的估计的装置，以及用于在包括与用于脉冲混响噪声的 数学模型结合的过程中获得对噪声校正延迟和散斑校正的估计的装置，所述非线性传播延 迟和脉冲波形失真通过仿真获得，且所述对与相对反射系数相关的参数的估计从所测量的 HF接收信号获得。
[0071] 为了提供对脉冲混响噪声的组合抑制和对HF接收信号中的非线性散射分量的增 强，所述传输装置包括用于传输具有朝向对象的不同的LF脉冲的至少3个脉冲复合体的装 置，且所述校正装置包括校正和组合HF接收信号以形成至少两个经噪声抑制的HF信号，以 及用于进一步处理包含下面中的至少一个的所述至少两个经噪声抑制的HF信号的装置： [0072] i)使用快轴时间（深度-时间）中的校正延迟的延迟校正，以及
[0073] ii)使用快轴时间中的散斑校正的散斑校正，
[0074] 以形成至少两个经校正的中间HF信号，以及用于组合所述经校正的中间HF信号 以抑制线性散射分量以增强HF接收信号中的非线性散射分量的装置。 4.【专利附图】

【附图说明】
[0075] 图1示出了用于抑制多重散射噪声和/或1阶散射的现有技术的双带脉冲复合 体，以利用脉冲波测量或成像示出非线性散射，以及
[0076] 图2示出了在器官的典型超声图像中发现的不同类型的多重散射噪声的分级，以 及
[0077] 图3阐释了用于计算所接收的1阶和3阶散射信号的坐标和量，以及
[0078] 图4示出和阐释了根据宽波束的多分量传输的图像重构，以及
[0079] 图5示出了示例性的平面反射体，其生成强3阶脉冲混响噪声，以及
[0080] 图6在快轴时间域中示出了用于第一至第三反射体的坐标，以及
[0081] 图7示出了当Q > 1时的等级I与II的脉冲混响噪声之间的干涉，以及
[0082] 图8示出了非线性传播延迟的随着快轴时间的非线性变化的噪声校正延迟上的 效应的图示，以及
[0083] 图9示出了根据本发明的仪器的框图。 5.【具体实施方式】
[0084] 5. 1 1阶和3阶散射的背景
[0085] 在下面呈现根据本发明的示例性实施例。
[0086] 方法和仪器的结构可应用于电磁（EM)和弹性（EL)波两者，且可应用于具有宽应 用范围的宽频率范围。对于EL波，可将该方法和仪器应用于处于次声、声速、和超声频率范 围中的剪切波和压缩波。在实施例中，通过示例的方式描述了用于技术和医学应用两者的 超声测量或成像。该描述仅仅用于例示目的，并不意味着对本发明的限制，其在它的最宽的 方面中由本文所附的权利要求所限定。
[0087] 脉冲回波测量和成像中的大多数有害噪声来源于所传输的脉冲的多重散射。将该 噪声称为多重散射噪声或脉冲混响噪声。由于对于每次散射，散射的脉冲的幅值下降，所以 2阶和3阶散射主导噪声。后向散射成像主要具有3阶散射噪声，其中，第一散射体位于传 输波束内部，并且最后（第三）散射体位于接收波束内部。对于非常宽的传输波束，与平面 波成像及类似物相似的，也可观测2阶散射噪声。然而，主要类型的强散射体是体壁中相当 平行的脂肪及肌肉层，其也随着宽的传输波束需要3阶散射。骨结构和肺及肠中的空气可 随着合成的多波束成像（例如，平面波成像）产生2阶散射噪声。
[0088] 本发明提出了用于这种多重散射噪声的抑制以及波的非线性散射的测量和成 像的方法和仪器。这种方法和仪器也在US专利8, 038, 616和US专利申请12/351766、 12/500518和13/213965中呈现，其中，本发明呈现了新的且更先进的方法和仪器，其利用 与所述应用中类似的双带脉冲复合体的传输。
[0089] 这种双带传输脉冲复合体的示例如图la中的101所示，其包括低频（LF)脉冲 (102)和高频（HF)脉冲（103)。HF脉冲典型地比LF脉冲的周期的％短，且该方法利用如 由共同传播的HF脉冲所观测的LF脉冲对对象材料参数（例如，对象弹性）的非线性操纵。 典型地传输具有LF脉冲中的差异的至少两个脉冲复合体，并处理从至少两个所传输的脉 冲复合体的散射的及所传输的HF脉冲中的一个或两者拾取的HF接收信号，以抑制脉冲混 响噪声和/或对来自于对象的非线性散射进行测量或成像。
[0090] 图la中示例地示出了具有示出为102相对105的相反极性的LF脉冲的两个脉冲 复合体（101、104)。图lb中同样示出了具有两个极性（108、110)的LF脉冲。在图la中， 在LF脉冲102的波峰处发现HF脉冲103,其具有时间脉冲长度T pH，其相对于LF脉冲振荡 周期?Υ如此短，以致于它主要观测由共同传播的HF脉冲所观测的LF脉冲对材料参数的恒 定操纵，并因此观测来自于参数的空间变化的HF脉冲波传播速度和HF脉冲散射两者。当 将LF脉冲的极性切换到105以使得在LF脉冲的波谷处发现HF脉冲106时，HF脉冲观测 LF脉冲对传播速度和散射的不同操纵。在图lb中，在LF脉冲108和110的梯度处发现HF 脉冲107和109,以使得传播速度的LF操纵沿着HF脉冲变化，产生随着传播距离累积的共 同传播的HF脉冲的脉冲波形失真。由于LF脉冲的衍射，沿着LF脉冲振荡的HF脉冲的位 置可随着传播距离滑动，如在图lc中沿着LF脉冲振荡的HF脉冲的不同位置111、112、113 所指示的，其主要在位置111和113处提供脉冲波形失真，并且在位置112处提供传播提前 /延迟。
[0091] 为了更详细的分析混响噪声，参考图2,在图2a中示意性地阐释了 1阶散射的情 形，在图2b-c中示意性地阐释了 3个不同等级的3阶多重散射噪声，定义为等级1-111。附 图中都示出了具有前传输/接收及反射表面201的超声换能器阵列200。脉冲传播路径和 方向利用线和箭头202指示，其中，第一散射体由点203指示，且在图2a中，利用1阶散射， 所传输的脉冲复合体传播到第一散射体203并返回到换能器，在那里它被转换为电信号并 被进一步处理以形成测量或图像信号。
[0092] 在图2b_c中，来自于第一散射体203的后向散射信号由可具有如图中所指示的多 个位置的第二散射体204反射/散射。脉冲复合体随后传播到第三散射体205,在那里它 被反射回换能器200,在那里信号被拾取并被进一步处理以提供具有对脉冲混响噪声的强 抑制和/或对线性散射的抑制的测量或图像信号，以增强来自非线性散射的HF接收信号分 量。由于第二散射体的多个位置，两个第一及第三散射体203和205随后生成跟随第一及第 三散射体中最深的那个的脉冲混响噪声206的尾迹。207出于例示性示例示出低回波区域， 例如医学上的血管或囊肿的剖面，其具有希望在对脉冲混响噪声的高抑制情况下进行成像 的散射表面208。对象具有如此低的内散射，以致于在不同等级中生成的脉冲混响噪声206 在散射表面208的界限中产生干扰。
[0093] 为了在图像中获得可见的干扰混响噪声，第一-第三散射体必须具有某一强度， 其中，第一散射体必须位于传输波束内部，并且第三散射体必须位于接收波束内部。在医学 超声应用中，这通常由体壁中的脂肪层发现，而在技术应用中，取决于应用，可能遇到许多 不同的结构。在超声应用中，最强的第二散射体通常是超声换能器阵列表面本身，这是因为 这可具有?10dB或远高于来自其他软组织结构的反射系数的反射系数。涉及如第二散射 体的换能器表面的脉冲混响噪声因此特别强，其由209指示。等级I-III的脉冲混响噪声 的定义更详细。
[0094] 等级I (图2. lb)是第一散射体（203)在快轴时间（深度时间）h = 2Zl/c处最接 近换能器的情形，其中，Zl是散射体的3阶散射序列中的第一散射体的深度，且c为弹性波 传播速度。对于等级I的脉冲混响，使h < t/2且t = 2z/c是用于接收来自于图2a中的 深度z处的散射体703的1阶后向散射信号的快轴时间（深度时间）。第二散射体（204) 处于深度z 2处并且快轴时间t2 = 2z2/c。第三散射体205和附图中与对象表面208 -致的 噪声点之间的距离与第一和第二散射体之间的距离d = ti-t2相同。随着第二散射体204 的位置的改变，获得脉冲混响噪声的尾迹206。当换能器表面201是最强的第二散射体时， 在209处获得特别强的噪声。
[0095] 等级II (图2. lc)等级II的脉冲混响噪声具有与等级I的噪声相同的三个散射 体，其中，第一和第三散射体互换。等级I和Π 的脉冲混响噪声因此总是共同存在，并且对 于等级Π 的噪声，有针对第一散射体203的快轴时间> t/2 = z/c。对于脉冲混响噪声 206的尾迹的推论与针对等级I的相同，其中，强反射换能器表面给出噪声209。当第二散 射体是超声换能器阵列自身时，可限定如下：
[0096] 等级I的混响：第一散射体Zi < z/2且第三散射体z3 > z/2, z3 = z-Zi
[0097] 等级II的混响：第一散射体z3 < z/2且第三散射体Zi > z/2, Zi = z_z3
[0098] 谐波成像将主要抑制等级I的脉冲混响噪声，其中，Zl接近于换能器，其中，下面将 示出根据本发明的方法抑制经组合的等级I和Π 的脉冲混响噪声，而不管Zl的值，这是因 为经组合的等级I和II的噪声的非线性传播延迟和脉冲波形失真与针对1阶散射的那些 十分不同。
[0099] 等级III (图2. Id)存在这样的情形，其中等级I和II合并，S卩，第一及第三散射 体处于相同的深度，且第一散射体接近于z，g卩，全部3个散射体接近于z。针对等级III的 非线性传播延迟和脉冲波形失真因此类似于针对在噪声被观测到的深度处的1阶散射的 那些，并且随后难以相对于1阶散射抑制等级III的噪声。当等级III的噪声与等级I和 II的噪声共同存在且在相同的深度处干涉时，对针对噪声的校正延迟和散斑校正的基于模 型的估计能够抑制经组合的等级I、Π 和III的噪声。
[0100] 首先应通过分析具有线性波传播的情形开始。
[0101] 5. 2用于线性材料中的1阶及3阶散射的信号模型
[0102] A.用于1阶散射的模型
[0103] 首先分析来自于对象的压力无关的弹性，即线性弹性的范围内的1阶散射波分量 的HF接收信号。参考图3,获得线性传输场，如[1]

【权利要求】
1. 一种利用波对对象的区域进行测量或成像的方法，其中对象材料参数由波场强度修 正，所述方法包括 a) 朝向所述区域传输至少两个脉冲波复合体，所述脉冲复合体中的每一个包括 -低频（LF)脉冲，其具有从具有LF阵列元件的LF阵列孔径所传输的LF带中的频率， 以及 -高频（HF)脉冲，其具有从具有HF阵列元件的HF阵列孔径所传输的HF带中的频率， 其中 -所传输的HF脉冲的脉冲长度小于所传输的LF脉冲的振荡周期的一半，并且其中 -所述所传输的HF脉冲在空间上如此接近所述所传输的LF脉冲地传播，以致于所述 HF脉冲至少针对所述HF脉冲的传播深度的一部分观测所述共同传播的LF脉冲对所述对象 材料参数的操纵，并且其中 -对于每个所传输的脉冲复合体，至少所述所传输的LF脉冲变化以产生对所述对象的 不同操纵，其中，所述所传输的LF脉冲也能够为零，以及 b) 使用HF接收阵列元件从来自于每个所传输的脉冲复合体的散射及传输的HF分量中 的一个或两者中拾取HF接收元件信号，其中，对于每个所传输的脉冲复合体，利用给定的 HF接收孔径和HF接收焦点所述HF接收元件信号组合为HF接收信号，以及 c) 通过下面中的至少一个，以快轴时间间隔校正所述HF接收信号 i) 在快轴时间上利用校正延迟的延迟校正，其对在所述快轴时间间隔中的所述HF接 收信号中发现的多重散射HF脉冲的非线性传播延迟的加权平均进行近似，以及 ii) 在所述快轴时间上的散斑校正，其补偿在所述快轴时间间隔中的所述HF接收信号 中发现的所述多重散射HF脉冲的散斑的LF压力变化， 其中，所述延迟校正和散斑校正中的一个或两者能够对于至少一个HF接收信号为零， 以针对所述快轴时间间隔形成经校正的HF信号，以及 d) 组合来自于至少两个所传输的脉冲复合体的所述经校正的HF信号，以形成具有对 脉冲混响噪声的抑制的至少一个经噪声抑制的HF信号。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中 -步骤a)和b)包括朝向产生至少3个HF接收信号的所述对象传输具有不同LF脉冲 的至少3个脉冲复合体，并且其中，步骤c)和d)包括， -校正和组合所述HF接收信号以形成至少两个经噪声抑制的HF信号，以及 -所述至少两个经噪声抑制的HF信号通过下面中的至少一个进一步校正 i) 在快轴时间上使用校正延迟的延迟校正，以及 ii) 在所述快轴时间上使用散斑校正的散斑校正， 以形成至少两个经校正的经噪声抑制的HF信号，以及 -组合所述至少两个经校正的经噪声抑制的HF信号，以形成具有经大致抑制的线性散 射分量和脉冲混响噪声的至少一个非线性散射HF信号。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述散斑校正在所述快轴时间上利用滤波器 进行。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述滤波器是降低所述信号的带宽的带通滤波 器。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，HF传输及接收波束选择为使零LF脉冲的等级I 和等级II的3阶散射噪声之间的差最小化。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中， -具有匹配的HF接收波束的多个传输波束以不同方向传输，以在所述不同方向上形成 HF接收信号，以及 -针对至少一个深度对组合具有不同方向的许多相邻HF接收波束的HF接收信号进行 横向滤波，以获得具有在所述至少一个深度处的合成的HF图像波束焦点的合成的HF接收 信号，用于 -根据权利要求1的点c)和d)进行进一步处理。
7. 根据权利要求5所述的方法，包括对多于一个的深度区域成像，其中每个深度区域 利用来自于不同的所传输的脉冲复合体的不同HF接收信号进行成像，HF传输及接收波束 焦点在所述每个深度区域内选择。
8. 根据权利要求1所述的方法，包括 a) 朝向所述对象传输具有不同方向的多于一个的脉冲复合体，以及 b) 针对每个HF接收阵列元件和每个所传输的脉冲复合体接收和存储HF接收阵列元件 信号，以及 c) 针对图像点组组合来自于所述所传输的脉冲复合体的所述HF接收阵列元件信号， 以针对每个图像点为合成的HF接收信号提供合成的HF传输及接收波束，所述合成的HF传 输及接收波束构造为使得对于具有零LF脉冲的脉冲复合体所述合成的HF接收信号中的等 级I与等级II的3阶散射噪声信号之间的差在每个图像点中大致最小化。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述多于一个的所传输的脉冲复合体中的每一 个具有在至少一个方向上大致是平面的波前。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中，针对多重散射噪声信号，所述校正延迟和所述 散斑校正中的至少一个在使用i)HF接收信号延迟和ii)HF接收信号散斑中的至少一个中 的LF脉冲生成的变化的数学模型的过程中被估计。
11. 根据权利要求11所述的方法，所述过程包括 a) 通过利用实际的所传输的LF/HF脉冲复合体和限定对象材料参数的前向传播的HF 脉冲的非线性波方程的仿真，在多个深度处获得用于所述前向传播的HF脉冲的非线性传 播延迟和脉冲波形失真，以及 b) 从所测量的HF接收信号中获得根据沿着波束的深度与强反射体的相对反射系数相 关的参数，以及 c) 在包括组合所述HF脉冲的所述非线性传播延迟和脉冲波形失真中的一个或两者的 过程中，获得对所述校正延迟和散斑校正的估计，所述HF脉冲根据点a)利用根据深度与相 对反射系数相关的所述参数获得，根据点b)在用于多重散射HF噪声信号的数学模型中获 得。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述过程在其中每个步骤都应用根据权利要 求11所述的方法的步骤中实行，并且对于每个步骤，所述限定参数被调节以增加对脉冲混 响噪声的抑制，其中，所述调节实行为下面中的一个或两者： a)基于对所显示的图像的观测的手动调节，以及 b)自动调节以使图像的区域中的所处理的HF接收信号的泛函最佳化。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述泛函是图像的区域中的所处理的HF接收 信号的总功率。
14. 根据权利要求12所述的方法，其中，利用实际的所传输的LF/HF脉冲复合体和限定 参数的前向传播的HF脉冲的非线性波方程的仿真，在测量之前针对多个限定参数的集合 实行并预存储在电子存储器中，并且在估计过程中针对限定参数的仿真基于与所述限定参 数相关的地址从存储器中检索。
15. 根据权利要求11所述的方法，其中，对于点a)，所述非线性传播延迟和脉冲波形失 真对LF脉冲和限定对象材料参数的依赖性的级数展开系数被计算和存储，以使得对于给 定的所传输的LF脉冲和限定对象材料参数，对所述非线性传播延迟和脉冲波形失真的估 计能够利用所述所存储的级数展开系数通过所述级数展开来计算。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述级数展开为泰勒级数和傅里叶级数展开 中的一个或两者。
17. 根据权利要求1所述的方法，其中，对于回波薄弱区域中的脉冲混响噪声的抑制， 利用非零LF脉冲所获得的相同的HF接收信号利用两个不同的校正延迟进行延迟校正，以 提供两个经校正的HF信号，并且所述两个经校正的HF信号被组合以提供经噪声抑制的HF 信号。
18. 根据权利要求1所述的方法，其中，LF和HF传输孔径被限定使得针对所述所传输 的HF脉冲的非线性传播延迟τ (t)具有随着快轴时间t的大致线性的变化，以及为了抑制 脉冲混响噪声，所述校正延迟通过τ (t)/2近似。
19. 根据权利要求1所述的方法，其中，传输LF阵列元件选择为使得所述LF阵列孔径 具有围绕以不传输的LF脉冲的区域，以使得通过由所述共同传播的HF脉冲所观测的所述 LF脉冲对所述对象材料参数的操纵在所述HF阵列孔径的近场区域中非常低。
20. -种用于利用波对对象的区域进行测量或成像的仪器，其中对象材料参数由波场 强度修正，所述仪器包括 a) 传输装置，其包括 -具有LF阵列元件的可选择的低频（LF)传输阵列孔径和可选择的LF传输焦点及LF 传输波束方向，以及 -具有HF阵列元件的可选择的高频（HF)传输阵列孔径和可选择的HF传输焦点及HF 传输波束方向，以用于 -朝向所述区域传输至少两个脉冲波复合体，所述脉冲复合体中的每一个包括所传输 的具有LF带中的频率的LF脉冲和具有HF带中的频率的HF脉冲，其中， -所传输的HF脉冲在空间上如此接近所传输的LF脉冲地传播，以致于所述HF脉冲至 少针对所述HF脉冲的传播深度的一部分观测所述共同传播的LF脉冲对所述对象材料参数 的操纵，以及 -对于每个所传输的脉冲复合体，至少所述所传输的LF脉冲变化以产生对所述对象的 不同操纵，其中，所述所传输的LF脉冲也能够为零，以及 b) HF接收及HF波束形成装置，其包括HF接收阵列元件，其从来自于每个所传输的脉冲 复合体的散射及传输的HF分量中的一个或两者拾取HF接收元件信号，其中，波束形成装置 利用可选择的HF接收孔径和HF接收焦点将所述HF接收元件信号组合为HF接收信号，以 及 c) 校正装置，其用于通过下面中的至少一个校正所述HF接收信号： i) 在快轴时间上利用校正延迟的延迟校正，其对在所述快轴时间处的所述HF接收信 号中发现的多重散射HF脉冲的非线性传播延迟的加权平均进行近似，以及 ii) 在所述快轴时间上的散斑校正，其补偿在所述快轴时间处的所述HF接收信号中发 现的所述多重散射HF脉冲的散斑的LF压力变化，其中，所述延迟校正和散斑校正中的一个 或两者能够对于至少一个HF接收信号为零，以针对所述快轴时间间隔形成经校正的HF信 号，以及 d) 处理装置，其用于进一步组合所述经校正的HF信号，以形成具有对脉冲混响噪声的 抑制的至少一个经噪声抑制的HF信号。
21. 根据权利要求20所述的仪器，其中，所述传输装置包括用于朝向所述对象传输具 有不同LF脉冲的至少3个脉冲复合体的装置，并且其中，步骤c)包括装置用于 a) 校正和组合所述HF接收信号以形成至少两个经噪声抑制的HF信号，以及 b) 用于进一步处理所述至少两个经噪声抑制的HF信号的装置，其包括下面中的至少 一个 i) 在快轴时间（深度时间）上使用校正延迟的延迟校正，以及 ii) 在快轴时间上的散斑校正， 以形成至少两个经校正的中间HF信号，以及 c) 用于组合所述经校正的经噪声抑制的HF信号以抑制线性散射分量的装置，以形成 非线性测量或成像HF信号。
22. 根据权利要求20或21所述的仪器，包括用于以所述快轴时间上的滤波器的形式进 行散斑校正的装置。
23. 根据权利要求22所述的仪器，其中，所述快轴时间上的滤波器是降低所述信号的 带宽的带通滤波器。
24. 根据权利要求21所述的仪器，其中，所述HF传输、HF接收及HF波束形成装置包括 用于匹配HF传输及接收波束以使零LF脉冲的等级I和等级II的3阶散射噪声之间的差 最小化的装置。
25. 根据权利要求24的仪器，其中，所述传输、HF接收及HF波束形成装置包括： -用于传输具有匹配的HF接收波束的、具有不同传输波束方向的多个脉冲复合体以在 所述不同方向上形成HF接收信号的装置，以及 -用于针对至少一个深度对组合具有不同方向的许多相邻HF接收波束的HF接收信号 进行横向滤波，以获得具有在所述至少一个深度处的合成的HF图像波束焦点的合成的HF 接收信号，以用于根据权利要求20的点c)和d)进一步处理所述合成的HF接收信号的装 置。
26. 根据权利要求20所述的仪器，其中， a) 所述传输装置允许朝向所述对象传输具有不同方向的多于一个的脉冲复合体，以及 b) 所述HF接收装置包括用于针对每个HF接收阵列元件和每个所传输的脉冲复合体接 收和存储HF接收阵列元件信号的装置，以及 C)所述HF波束形成装置包括用于针对图像点组组合来自于所述所传输的脉冲复合体 的所述HF接收阵列元件信号，以针对每个图像点为合成的HF接收信号提供合成的HF传输 及接收波束的装置，所述合成的HF传输及接收波束构造为使得对于具有零LF脉冲的脉冲 复合体所述合成的HF接收信号中的等级I与等级II的3阶散射噪声信号之间的差在所述 图像点组的每个图像点中大致最小化。
27. 根据权利要求26所述的仪器，其中，所述传输装置允许传输具有在至少一个方向 上大致是平面的波前的LF及HF脉冲波。
28. 根据权利要求20或21所述的仪器，包括用于估计所述校正延迟和散斑校正中的至 少一个的估计装置。
29. 根据权利要求28所述的仪器，其中，所述估计装置针对多重散射噪声信号，使用在 i) HF接收信号延迟和ii) HF接收信号散斑中的至少一个中的LF脉冲生成的变化的数学模 型。
30. 根据权利要求29所述的仪器，其中，所述估计装置包括： a) 用于利用实际的所传输的LF/HF脉冲复合体与限定参数的前向传播的HF脉冲的非 线性波方程的仿真并获得所仿真的HF脉冲波的非线性传播延迟和脉冲波形失真的装置， 以及 b) 用于从所测量的HF接收信号中获得根据沿着波束的深度与相对反射系数相关的参 数的装置，以及 c) 用于在包括组合所仿真的HF脉冲波的所述非线性传播延迟和脉冲波形失真中的一 个或两者的过程中估计所述校正延迟和散斑校正的装置，所述所仿真的HF脉冲波根据点 a)利用根据深度与相对反射系数相关的所述参数获得，根据点b)在用于多重散射HF噪声 信号的数学模型中获得。
31. 根据权利要求30所述的仪器，其中，所述估计装置包括： 用于调节所述限定参数以增加对所处理的HF接收信号中的i)脉冲混响噪声和ii)l 阶线性散射分量中的一个或两者的抑制的装置，其中，所述调节实行为下面中的一个或两 者 i) 基于对所显示的图像的观测的手动调节，以及 ii) 自动调节以使图像的区域中的泛函HF接收信号最佳化。
32. 根据权利要求30所述的仪器，其中，所述利用用于实际的所传输的LF/HF脉冲复合 体与限定参数对前向传播的HF脉冲进行非线性波方程的仿真的装置，包括用于存储具有 不同的限定参数的仿真的集合的装置，其中，所述仿真的集合在测量之前实行，并且在估计 过程中，用于限定参数的仿真基于与所述限定参数相关的存储器地址从存储器中检索。
33. 根据权利要求30所述的仪器，其中，所述用于仿真的装置包括用于计算和存储所 述非线性传播延迟和脉冲波形失真对LF脉冲和限定对象材料参数的依赖性的级数展开系 数的装置，以使得对于给定的所传输的LF脉冲和限定对象材料参数，对所述非线性传播延 迟和脉冲波形失真的估计能够利用所述所存储的级数展开系数通过所述级数展开来计算。
34. 根据权利要求20所述的仪器，其中，所述传输装置允许LF和HF传输孔径被限定 为使得针对所述所传输的HF脉冲的非线性传播延迟τ (t)具有随着快轴时间t的大致线 性的变化，以使得为了抑制快轴时间t处的脉冲混响噪声，所述校正延迟能够通过τ (t)/2 近似。
35. 根据权利要求20所述的仪器，包括用于选择传输LF阵列以获得LF阵列孔径的装 置，所述LF阵列孔径具有不传输LF脉冲的区域，以使得通过由所述共同传播的HF脉冲所 观测的所述LF脉冲对所述对象材料参数的操纵在所述HF阵列孔径的近场区域中非常低。
36. 根据权利要求20所述的仪器，其中，所述校正装置利用两个不同的校正延迟对利 用非零LF脉冲所获得的相同的HF接收信号进行延迟校正，以提供两个经校正的HF信号， 并且所述两个经校正的HF信号被组合以提供经噪声抑制的HF信号。
【文档编号】A61B8/14GK104125801SQ201280058601
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2012年10月3日 优先权日:2011年10月3日
【发明者】比约恩·A·J·安杰尔森, 托尔·安德烈亚斯·坦根 申请人:海浪科技有限公司