用于构建介质的超声图像数据的过程的优化方法和系统与流程

已知将(例如设置为阵列的)多个换能器元件或收发器用于通信、成像或扫描目的，例如在医学成像、雷达、声纳、地震学、无线通信、射电天文学、声学和生物医学领域。一个示例包括超声成像。

背景技术：

1、超声成像的目的在于估计介质反射率。在常规超声成像方法中，可使用具有一组超声换能器元件的超声换能器设备(也称作超声探头)。在该方法中，将一个或多个换能器用于将一道或相继地数道超声波束发射到介质中，这对应于发射操作。然后，在接收操作中，通过相同或其它换能器元件组，接收来自介质的一组反向散射回波信号。具体地说，每个换能器元件将所接收的回波信号转换成例如电信号。可进一步由超声系统或任何相关联的(专用)系统处理信号。例如，信号可被放大、数字滤波，和/或可实施信号调节操作。换能器元件可设置为换能器行或换能器阵列或任何其它配置。

2、常规地，然后将所述信号传输到图像处理系统。可处理所接收的信号，例如使用波束成形方法，更具体地说延迟求和(das)波束成形方法，以生成所扫描的介质的图像数据。通常，波束成形可理解为常规地在传感器阵列中用于定向信号传输或接收的信号处理技术。该过程用于生成波束成形数据。换句话说，波束成形可理解为一种信号处理技术，其通过组合天线阵列(例如超声换能器)中的元件以使得组合的信号形成相长干涉(constructive interferences)而实现。

技术实现思路

1、本文所述系统和方法涉及用于优化用于构建介质的超声图像数据的过程的技术，该技术能够改善超声图像数据的质量，并有利地是快速的和/计算效率高的。例如，期望该方法和系统能够以预定成像帧率，例如50hz，构建图像数据。换句话说，所述方法和系统期望地不在图像数据构建过程中造成明显延迟，并可例如能够实时或至少几乎实时成像。而且，期望地，该方法和系统能够实现改善的超声图像数据质量，并同时减少发射到介质中的超声波束的数量。

2、因此，提供一种优化用于构建介质的超声图像数据的过程的方法。该方法包括：

3、提供介质的超声空间-时间信号数据；

4、根据信号数据，确定介质的镜面反射特性；

5、根据镜面反射特性，优化成像过程。

6、通过提供这样的方法，变得能够改善超声图像数据质量，并且是以快速的和/或计效率高的方式。特别地，该方法能够改善常规延迟求和(das)波束成形过程。

7、更具体地说，本公开的方法能够在图像构建过程中，考虑到介质的镜面反射特性，并例如能够检测介质中的镜面反射体。由此，可调节并由此相应地优化用于构建图像数据的过程。这样的适应性的图像构建不仅能够改善图像数据质量，而且还能够减少所需的发射到介质中的超声波束的数量。

8、例如，本公开的方法能够使得更好地成像镜面反射体。

9、而且，本公开的方法能够是快速的和/或在计算方面高效的，这是因为它直接基于从介质接收的空间-时间(即在波束成形之前的或“原始”的)信号数据，确定介质的镜面反射特性。由此，无需进一步处理所述空间-时间信号数据。

10、确定镜面反射特性可包括：

11、对于介质中的空间区域，确定存在镜面反射体的概率和/或镜面反射体的镜面反射体角度；和

12、基于所确定的概率和/或镜面反射体角度，构建镜面反射特性地图。

13、而且，确定镜面反射特性可包括：

14、对于介质中的多个空间区域中的每个，确定存在镜面反射体的概率和/或镜面反射体的镜面反射体角度；和

15、基于所确定的概率和/或镜面反射体角度，构建镜面反射特性地图。

16、空间-时间信号数据可包括以下中的至少一项：

17、射频rf信号数据(例如调制rf信号数据)，同相、正交、iq解调数据，

18、预波束成形超声数据，

19、多信道信号数据和/或每信道信号数据，由包括多个换能器元件的换能器设备获得的信号数据，其中，每个换能器元件的输出形成信号数据的一个信道。

20、所述过程可全部或部分是预定义的。

21、所述过程可包括波束成形过程，例如延迟求和(das)波束成形过程。介质的超声信号数据可被波束成形，以获得介质的图像数据。

22、所述过程可以是b模式成像过程或综合b模式成像过程(synthetic b-modeimaging process)。例如，由本技术人提交的ep2101191(a2)已知一种综合超声成像方法。

23、图像数据可以是b模式图像数据。

24、在所述过程中使用的和/或用于波束成形的信号数据可至少部分地对应于用于确定镜面反射特性的信号数据。这可例如是综合b模式的情况，在该情况下，发射平面波，所收集的rf数据可用于b模式成像和镜面反射确定(判定)两者。

25、所述过程和/或波束成形过程可包括：

26、根据介质中的预定空间区域，确定信号数据的至少一个子集；和

27、基于该子集，确定空间区域的图像数据。

28、可例如通过延迟求和(das)波束成形方法确定子集。

29、空间区域的图像数据可例如是像素或立体像素(voxel)。

30、由子集代表的空间区域可对应于由存在镜面反射体的概率代表的空间区域。然而，它们也可彼此不同，例如具有更高或更低的分辨率。在该情况下，期望的是提供两种类型的空间区域之间的映射。

31、子集可包括信号数据的空间和时间选集，即包括空间和时间分量的选集。换句话说，子集可根据所用das波束成形方法，选自rf信号数据。

32、空间和时间选集的空间选集，即空间分量，可限定接收孔径和/或用于形成子集的信道选集。

33、空间和时间选集的时间选集，即时间分量，可基于预定的延迟算法(例如由所用das波束成形方法所限定)。相应地，根据所用das波束成形方法，所选择的信道数据可彼此具有特定的延迟。

34、还可根据与从预定空间区域接收的响应信号相关联的估计的接收角度，来确定空间和时间选集。

35、可通过根据所确定的在空间区域处识别的镜面反射体的镜面反射体角度改变接收角度，来调节空间和时间选集。

36、相应地，在常规(das)波束成形方法中，所发射的波束的角度可估计为等于接收角度(例如0°，即垂直于所用换能器元件的换能器阵列)，而在本公开的方法中，估计的接收角度可有利地不同于发射角度。

37、可通过根据镜面反射特性改变(移位)和/或限制空间选集，调节空间和时间选集。

38、还可根据由用于从预定空间区域接收响应信号的信道选集限定的接收孔径，来确定空间和时间选集。

39、可通过相应改变和/或减小孔径，改变和/或限制空间选集。相应地，孔径可由所用信道数量限定。

40、信道可对应于包括换能器元件阵列的换能器设备的一个换能器元件。

41、常规地，可预定义用于接收响应信号的信道的数量。可根据要收集图像数据的空间区域，确定它们相对于换能器阵列的相对位置。具体地说，相对位置常规地选择为使得所选信道直接位于空间区域前方(即接收角度为0°，即无倾斜)。然而，根据本公开，可根据所确定的镜面反射特性(尤其是在区域处已经检测到镜面反射体的情况下)，该相对位置，以及可选地所选信道的数量可以是适应性的(即调节适应，即改变适应)。

42、可对于整幅图像(即所扫描的所有区域)，优化所述过程。然而，还可行的是，仅对于与存在镜面反射体的概率高于预定阈值的空间区域关联的那些子集，优化所述过程。换句话说，可仅优化已经检查到镜面反射体的那些所扫描的区域。

43、介质的超声信号数据可与发射到介质中多个超声波或发射到介质中的至少一个超声波关联。

44、所发射的超声波可包括具有不同发射角度的非聚焦波和/或平面波。

45、相应地，由于平面波可用于确定镜面反射特性，尤其是镜面反射角度，可减少所需的发射到介质中的超声波束的数量。换句话说，为了覆盖给定镜面反射角度范围，需要发射的发射波更少。因此，需要更少的发射，因此能够有利地减小由本公开的方法导致的延迟，即其对成像帧率的影响。换句话说，能够在更短的时间内从介质获取更多的信息。

46、更详细地，当被入射平面波照射时，许多镜面反射体如活检针在反向散射回波中具有平面波声学特征。可有利地将该发射波束与接收声信号之间的对称性用于有效地计算反射体的镜面反射角度。相应地，所述方法可使得在计算方面更加有效。

47、而且，实际上，出于图像质量原因，可能期望的是，还具有聚焦b模式。这就是为什么具有(平面波和聚焦波的)复式序列可以是有利的。因此，与使用聚焦波束相比，使用平面波与聚焦b模式组合具有在更短的时间内完成对整个空间和镜面反射角度进行采样的优点。相应地，能够在更短的时间内获取更多的信息。

48、而且，提供超声信号数据可包括：

49、将超声波发射序列发射到介质中；和，

50、从介质接收超声波响应序列，其中超声信号数据基于超声波的响应序列。

51、可替代地，可由数据接口和/或数据存储，提供超声信号数据。

52、也可将响应序列理解为来自空间区域的响应信号。

53、可使用包括多个超声换能器元件的超声换能器设备，发射发射序列。

54、可使用其它或相同超声换能器设备，接收响应序列。

55、至少在综合b模式成像中，所提供的超声信号数据可用于确定镜面反射特性和构建b模式图像两者。

56、然而，一般可行的是，对于构建超声图像数据的过程，提供额外信号数据。相应地，所述过程可以还包括以下操作：

57、将超声波(例如聚焦波)发射序列发射到介质中；和

58、从介质接收超声波响应序列。

59、优化所述过程可包括：根据镜面反射特性，调节发射和/或接收。

60、相应地，可根据在介质中检测到的反射体，调节物理信号获取过程。例如，可调节超声波发射序列。例如，在发射平面波的情况下，可调节它们的发射角度以使得接收到的响应序列包括检测到的镜面反射体的超声rf数据。然而，即使发射角度不是可调的而是预定的，如上所述，本公开仍允许调节所用换能器设备的接收孔径。例如，可调节在综合b模式中的发射平面波的倾斜角度。

61、本公开可以还涉及一种构建介质的超声图像数据的方法。该方法可包括：

62、如上所述的用于构建介质的超声图像数据的优化方法；和

63、使用经优化的过程，构建介质的超声图像数据。

64、本公开也可涉及一种计算机程序，该计算机程序包括计算机可读指令，所述计算机可读指令在被数据处理系统执行时，使得数据处理系统实施根据本公开的任何示例的方法。在方法操作可包括超出单纯数据处理以外(例如超声波发射)的任何(物理)方面的操作的情况下，该计算机程序可以还包括这样的计算机可读指令：所述计算机可读指令在被数据处理系统执行时，使得系统的任何外部元件(例如超声换能器设备)实施这些操作。

65、本公开可涉及一种用于优化用于构建介质的超声图像数据的超声过程的系统。该系统包括处理单元，该处理单元被配置为：接收介质的超声空间-时间信号数据；根据信号数据确定介质的镜面反射特性；基于镜面反射特性优化所述过程。

66、该系统可例如包括或能够连接到获取超声空间-时间信号数据的换能器设备。还可行的是，该系统从外部数据系统，例如数据存储，接收超声空间-时间信号数据。

67、该系统可以还配置为实施上述方法特征或操作中的任一个。

68、上述元件和本说明书中的元件旨在可组合，除非另有矛盾。

69、应理解，以上概述和以下详述两者都仅是示例性且解释性的，是为了示意目的提供的，不限制所要求保护的本公开。

70、包括在本说明书中并构成其一部分的附图示出本公开的示例，与本说明一起用于支撑和示出本公开的原理。