一种提高B超成像横向分辨力的装置的制作方法

本实用新型具体涉及一种提高B超成像横向分辨力的装置。

背景技术：

医学超声成像技术在现代医学影像技术中发挥着重要的作用，尤其是便携式超声成像系统，因其实时、无创、便携、低成本的优点受到了患者和医护人员的青睐。然而，受到了系统的物理通道数的限制，系统的便携与成像水平之间的矛盾仍没有充分解决。

衡量超声成像水平的主要指标包括：图像的空间分辨力、图像的对比度、图像的时间分辨力。超声系统的通道数从根本上决定以上的指标，同时也决定了系统的面积、体积等指标。考虑到便携式超声的体积和价格，通道数很难进一步提高。在现有技术的超声成像系统中，设计者追求的主要目标包括：提高图像的质量，提高成像的帧频，以及降低产品成本。降低成本可以使得产品更具竞争力，而图像的质量则是保证诊断效果最重要的指标。因此，设计者通常是在低成本的基础上，根据实际使用场景对便携式超声系统的图像质量和成像帧频做一个相对取舍。合成孔径和波束合成等实用技术就是在保持硬件成本基础上用来改善图像质量和帧频的。然而，在低成本的技术下，图像的质量和成像的帧频总是会相互制约，鉴于在多数场景下黑白图像已经足以对病情进行诊断，所以我们针对B超模式这种对帧频要求相对较低的模式，提出了一种能够提高B超成像横向分辨力的装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种提高B超成像横向分辨力的装置，减少接收通道的数目以降低生产成本，在保证帧率达到基本要求的情况下，提高图像的横向分辨力以提高成像的质量。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：提供一种提高B超成像横向分辨力的装置，包括

脉冲发射器，用于向全孔径探头阵元发射脉冲电信号；

全孔径探头阵元，用于将脉冲电信号转换为超声波，将超声波发射到检查部位；获取超声回波，将超声回波转换为回波电信号；

接收器，用于接收全孔径探头阵元获取的回波电信号；

放大器，用于获取接收器中的回波电信号，并对回波电信号进行放大处理；

ADC模数转换器，用于将放大处理后的回波电信号转换为回波数字信号，并存储回波数字信号；

延时处理及波束合成器，用于对回波数字信号进行聚焦延时和加权处理，然后对获得的回波数字信号进行波束合成处理；

信号处理器及图像优化器，对经过波束合成处理后的回波数字信号进行低通滤波、解调、对数压缩和去除噪声的优化处理；

扫描变换器，用于将优化处理后的回波数字信号转换为可显示的图像信号；

屏幕显示器，用于将图像信号显示为可视的黑白图像；

电子开关，用于分别将脉冲发射器、FPGA控制器和接收器与全孔径探头阵元连接；

FPGA控制器，用于控制脉冲发射器、全孔径探头阵元、接收器和电子开关的工作状态；

所述屏幕显示器、扫描变换器、信号处理器及图像优化器、延时处理及波束合成器和FPGA控制器依次连接，ADC模数转换器、放大器和接收器依次连接，ADC模数转换器与延时处理及波束合成器连接，脉冲发射器和接收器均与FPGA控制器连接，脉冲发射器、FPGA控制器和接收器均通过电子开关与全孔径探头阵元连接；所述全孔径探头中设有多个子孔径，子孔径中设有多个阵元，电子开关分别与每个阵元连接。

作为优选，所述全孔径探头阵元包括6个子孔径，6个子孔径分别为R0、R1、R2、R3、R4和R5，每个子孔径包括8个阵元。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型极大程度地减少了接收通道的数目，以此有效地降低生产成本；在保证帧率达到基本要求的情况下，通过孔径的扩展来增大孔径的大小，提高了图像的横向分辨力，从而提高了成像的质量。

附图说明

图1为提高B超成像横向分辨力的装置的原理框图；

图2是本实用新型的超声收发示意图；

图3是本实用新型的实施流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。

参考图1、2、3，本实施例提供一种提高B超成像横向分辨力的装置，包括

脉冲发射器，用于向全孔径探头阵元发射脉冲电信号；

全孔径探头阵元，用于将脉冲电信号转换为超声波，将超声波发射到检查部位；获取超声回波，将超声回波转换为回波电信号；

接收器，用于接收全孔径探头阵元获取的回波电信号；

放大器，用于获取接收器中的回波电信号，并对回波电信号进行放大处理；

ADC模数转换器，用于将放大处理后的回波电信号转换为回波数字信号，并存储回波数字信号；

延时处理及波束合成器，用于对回波数字信号进行聚焦延时和加权处理，然后对获得的回波数字信号进行波束合成处理；

信号处理器及图像优化器，对经过波束合成处理后的回波数字信号进行低通滤波、解调、对数压缩和去除噪声的优化处理；

扫描变换器，用于将优化处理后的回波数字信号转换为可显示的图像信号；

屏幕显示器，用于将图像信号显示为可视的黑白图像；

电子开关，用于分别将脉冲发射器、FPGA控制器和接收器与全孔径探头阵元连接；

FPGA控制器，用于控制脉冲发射器、全孔径探头阵元、接收器和电子开关的工作状态。

所述屏幕显示器、扫描变换器、信号处理器及图像优化器、延时处理及波束合成器和FPGA控制器依次连接，ADC模数转换器、放大器和接收器依次连接，ADC模数转换器与延时处理及波束合成器连接，脉冲发射器和接收器均与FPGA控制器连接，脉冲发射器、FPGA控制器和接收器均通过电子开关与全孔径探头阵元连接；所述全孔径探头中设有多个子孔径，子孔径中设有多个阵元，电子开关分别与每个阵元连接。

所述全孔径探头阵元包括6个子孔径，6个子孔径分别为R0、R1、R2、R3、R4和R5，每个子孔径包括8个阵元。

超声波的空间分辨力包括轴向分辨力和横向分辨力，轴向分辨力主要由超声波脉冲发射频率决定，而横向分辨力可技术改进空间更大，所以这里提高B超成像空间分辨力主要是横向分辨力。超声波传播是随距离发散的，因此合成孔径技术要实现横向分辨力的提高，需采用聚焦的方法。合成孔径聚焦是采用电子聚焦的方法，即通过变换各个换能器通道的相位(或改变时间)来实现聚焦。设聚焦半径为R，D为换能器的发射孔径，λ为波长，则横向分辨力(用焦点处的波束宽度表征)可表示为：dL＝λR/D，其中，dL的值越小，横向分辨力越大。在聚焦距离和换能器频率固定的条件下，提高横向分辨率的方法是增大换能器发射孔径，虽然在波束指向性等因素的影响下，实际得到的横向分辨力并不会达到理想的期望值，但是相较于原始状态的横向分辨力，仍然有着较大的提升。

合成孔径聚焦的基本原理是指传感器以一定步长沿线性孔径轨迹移动，在轨迹上的孔径位置向成像区域发射脉冲信号，并接收和储存检测信号，然后在下一孔径位置进行相同的发射、接收和储存，直达扫描完成；接着按照重建点对相应孔径检测号的回波做延时调整、信号叠加和平均等处理，实现逐点聚焦，最终重建整个成像区域的信号反射图，一个孔径的大小通常决定了帧率的大小以及图像的空间分辨力，本实用新型将由通道数决定的阵元组孔径经过扩展及合成得到比原孔径大几倍的新孔径。

按现有的制造工艺技术水平，一台超声设备既要满足便携、低成本的要求，又要保证成像的质量，8通道是比较常见的主流配置，以下以8通道为例阐述。为了满足超声扫描视野范围的要求，通常要改变阵元数目或者改变阵元间距，其中改变阵元数目对成像质量无影响，而改变阵元间距对成像质量有影响，因为阵元间距与空间分辨力直接相关。由于受到了成本以及成像质量的限制，在目前技术下主流的探头通常采用的是128阵元，扫描线间距采用1阵元间距，那么构成一帧图需要128/1＝128条扫描线。本实用新型是在保证帧率可以接收的情况下尽可能地提高图像的质量，在通道数限定的情况下将同一发射物理位置两边更多子孔径接收到的回波信号进行合成，从而达到扩展孔径的效果。

我们在发射接收上采用的方法是在同一物理位置发射，相邻的多个子孔径接收，由于选用的是8接收通道，因此每个子孔径由8个阵元组成。我们考虑到，如果相邻的子孔径数目过多，发射接收次数过多，会导致帧率大小不能达到实际使用的需求；如果相邻的子孔径数目过少，发射接收次数过少，会导致图像的成像质量不够理想。因此，如何合适地选择子孔径的数目，即选择合适的接收合成次数，就成了关键所在。

假设我们使用的是6次接收合成(由于我们接收扩展得到的全孔径要保持左右对称，因此，我们需要进行偶数次的发射接收)，即同一位置发射6次，相邻6个子孔径分别接收1次共6次，然后将6次得到的数据合成一条扫描线，假设探测深度是6cm，超声波在人体传播平均速度是1540m/s，则扫描单帧图像所需时间是6*2/100/1540*128*6≈0.0598s，此时帧率可以达到16帧/秒。

假设我们使用的是8次接收合成，6*2/100/1540*128*8≈0.0798s，则帧率可以达到12帧/秒，在彩色多普勒检测中，由于要测血流，这样的帧频不符合帧率的最低要求，但B超模式还是可以使用，但不宜再继续增加接收合成次数，否则帧频太低影响使用。

下面我们以6次接收合成为例，我们采用6次发射接收超声波束来合成一条超声信号，6次发射都采用靠近发射数据线的同一8阵元发射(数据线在8阵元中间，即数据线的左边有4个阵元，右边有4个阵元)，6次接收采用靠近接收线的左24阵元和右24阵元(一共48阵元，组成一个全孔径)接收，由于系统接收通道为8，故需要6次接收合成。

如图2所示，全孔径由48个阵元组成，将这48阵元均分成6个部分，分别标记为R0～R5，各部分包含8个阵元，将这6个部分作为6次接收分别用到的子孔径。T0发射超声所使用的子孔径是由全孔径正中央的8个阵元组成的，即R2右边的4个阵元和R3左边的4个阵元。

如图1所示，FPGA控制器通过电子开关控制每次收发超声波时阵元的选择，从而完成本技术所阐述的方法，接收到的回波信号经波束合成和信号处理之后经扫描转换最终在终端屏幕上显示高分辨力的B超图像。

孔径扩展的具体流程如图3所示：

A：发射器在子孔径T0阵元中激励探头第一次发射超声波后，探头在下一次发射超声波前，在子孔径R0阵元中接收肌体组织反射回来的超声回波并转化成回波电信号，将接收到的回波电信号送入放大器中放大处理，放大后的回波电信号通过ADC模数转换器得到回波数字信号并存储下来。

B：再重复A步骤5次，但每次接收的过程中，将子孔径R0阵元分别换成R1、R2、R3、R4、R5。

C：将A、B步骤中得到的回波数字信号进行波束合成，同时经过聚焦延时和加权处理，各通道求和得到的一条信号进行低通滤波、解调、对数压缩、去除噪声处理，再经过扫描变换器变换后送到屏幕显示器中成像显示。

本实用新型极大程度地减少了接收通道的数目，以此有效地降低生产成本；在保证帧率达到基本要求的情况下，通过孔径的扩展来增大孔径的大小，提高了图像的横向分辨力，从而提高了成像的质量。

上述实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。