[发明专利]用于超声成像的圆弧宽波束发射方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声成像系统，特别是涉及一种用于超声成像 的波束发射方法与装置。

背景技术

常规而言，当使用医疗超声机器成像时，是通过使用一定频率 和能量的发射信号激励探头阵元生成发射声束，声束在组织中传播 的过程中能量由于反射或者被吸收而逐步减弱，被反射的部分又经 过组织传播到探头，探头中的阵元接收这些反射信号，这些接收的 反射信号就是组织的超声回波信息，这些信息经过各种信号处理形 成超声图像以供显示。

常规的单波束由于需要有好的横向分辨率，因此要求声束越窄 越好，也就是希望波束的能量只是集中在接收波束位置。这样，由 于声波只是集中在接收位置，那么接收的超声回波信息也只是这部 分组织的回波信息，不会被其它组织的信息干扰，从而得到高的横 向分辨率。为了得到聚焦的声场，通过发射延时，使发射声束在感 兴趣的深度位置最窄。单波束技术能得到好的图象质量，然而却无 法获得很高的帧率，这是因为单波束需要发射的次数是与一帧图像 需要的扫描线数量一致的。帧率的局限影响了一些需要高帧率的技 术的临床应用，比如三维成像就会由于二维的帧率低而局限其成像 速度。

为此，多波束技术被提出来解决帧率问题。多波束技术是指单 次发射并行接收多条扫描线的技术，这种技术可以有效的提高帧率。 为了并行得到多条扫描线，那就需要接收的回波信息包含有多条波 束覆盖的组织区域，这就要求发射的声束形成的声场能够覆盖这部 分组织区域，这样这部分组织才能够反射回波信息，接收的超声信 息才能够很好的表现该区域图像。为此相对于单波束强聚焦的窄波 束，这里需要宽波束，而且为了使得所有接收波束的能量能够平均， 还需要一个相对扁平的宽波束。

单波束的强聚焦对于多波束而言可以提高焦点区域的横向分辨 率，但是每次发射只能够接收一条扫描线。为了提高帧率，多波束 技术成为了研究热点。多波束技术的原理在于通过一次发射同时并 行接收多条扫描线从而减少获得一帧图像所需要的发射次数，提高 帧率。对于多波束而言，接收扫描线的覆盖区域变大，如果仍然使 用强聚焦发射，那么接收的扫描线会由于声场能量的不均匀而产生 失真。为了降低失真，需要发射宽波束，即波束的能量宽度足以覆 盖所有接收线。

2003年给予Philips的、专利号为US6,585,648、名称为“System method and machine readable program for performing ultrasonic fat beam transmission and multilane receive imaging”的专利提供了一种发射宽 波束的方法，该方法是将多次发射的发射波形加起来一起发射从而 得到宽的发射波束。其思想是对于单波束，每个波束的发射都对应 了多个阵元的不同延时发射的波形，对于不同的扫描线这些发射波 形延时不一样，将多次发射集合到一次发射，将同一个阵元的多次 发射波形相加，就得到了该阵元宽波束复合发射波形(composite waveform)。由于延时不同，从而每个阵元的发射波形也是不一致 的，这种波形的发射结果实际上也可以看作是多次单波束发射的声 场的叠加结果，从而得到宽波束。

2001年给予GE的、专利号为US6,282,963、名称为“Numerical optimization of ultrasound beam path”的专利提供了一种优化波束的 方法，主要思想是通过优化发射变迹曲线得到宽波束。通过建立发 射波束的数学模型(主要考虑变迹曲线的影响)，提出评价宽波束的若 干准则，以及通过优化方法来优化数学方程，从而得到最优的发射 变迹曲线。

以上文献公开的方法主要是通过发射任意波形(Philips专利)或者 控制发射变迹曲线(GE专利)从而获得宽波束。然而，实际上这种方 法需要的前提是超声系统前端可以发射任意波形，这对于许多只能 发射单极电平或者双极电平激励波形的超声机器而言是不可行的。

另外，超声多波束或者快速成像是通过单次发射来接收一个组 织区域的超声信息。常规的强聚焦发射得到的是点聚焦波束，焦点 区域窄，非焦点区域宽。这种声场由于不能覆盖整个组织的接收区 域，因此接收的超声信息会导致严重的失真。

发明内容