[发明专利]用于空间复合的回顾性动态发射聚焦

说明书

本发明涉及医疗诊断超声系统，并具体涉及使用回顾性动态发射聚焦 以执行空间复合的超声系统。

合成聚焦的原理已经成为大量研究的主题，通过合成聚焦在像场中的 每个点上聚焦超声图像。例如，美国专利4,604,697(Luthra等人)描述了 一种合成聚焦技术，其中从超声换能器阵列的每个元件按顺序发射超声脉 冲。由阵列的所有元件接收从每次发射接收到的回波信号并存储这些回波 信号。在已经接收到所有信号后，通过获知每个换能器元件相对于图像中 的每个点的位置以及超声信号去到每个点并返回的飞行时间，可以在像场 中的每个点处形成聚焦回波信号。将适当的接收信号进行组合以便针对图 像中的每个点形成相干回波信号。对用来形成每个点的存储数据值的选择 为图像中的每个点提供了波束形成。虽然这一方法将在像场中的每一点处 产生聚焦信号，但其存在几个缺点。缺点之一是必须存储来自整个像场的 射频信号以便进行处理。这需要巨大的信息存储量。缺点之二在于需要巨 大的处理量以便为图像中的每个点选择数据并对数据加权，然后将适当加 权的数据进行组合以计算图像数据点。缺点之三在于这一方法仅对浅的穿 透深度有效，因为由单个换能器元件发射的能量是有限的。

利用合成聚焦基本原理的一个具体应用是传统的延迟相加 (delay-and-sum)接收波束形成器，其中应用于来自每个接收元件的信号 的延迟等效于合成聚焦技术中的数据选择。传统的波束形成器是这些原理 的有限应用，因为它发射聚焦到特定聚焦区域的发射波束并仅沿这一单一 发射波束的方向动态聚焦回波。因此需要多重发射来扫描整个像场。由此 产生的功效在于不需要为到图像中每个点的所有发射存储数据；立即处理 从发射接收到的数据以形成沿波束方向的相干回波信号。局限性在于每个 接收到的波束仅聚焦发射到所选择的聚焦区域。但是更大深度处的信噪比 得以改进，因为启动了多个换能器元件以发射波束，使得能够获得合理的 穿透。

美国专利6,231,511(Bae等人)以及Bae等人后来在IEEE Trans.UFFC 第47卷第6期(2000年)第1510页及以后发表的题目为“A Study of Synthetic-Aperture Imaging with Virtual Source Elements in B-Mode Ultrasound Imaging Systems”的论文提出将标准聚焦波束形成器和合成聚焦 的方面进行组合以改进传统聚焦区域之外的横向分辨率，并因此在像场中 所有点处实现发射聚焦的效果。这一方法的前提是基于在标准发射波束的 焦点处的“虚拟源元件”的假设，该“虚拟源元件”从这一“虚拟源”不 仅向外而且向内辐射能量。在发射了标准发射聚焦波束之后，通过该接收 孔径的换能器元件接收能量并存储能量。在整个像场已被扫描之后，根据 由每个虚拟源场的元件接收的信号来计算每个点处的回波信号，该虚拟源 场包围场中的该点。焦点处的像点将仅根据一个波束成像，因为虚拟源模 型是绕发射焦点呈沙漏形的场，但是除焦点外更深的点则根据所接收的很 多扫描线信号进行计算。据称该结果是显示了从发射焦点起向外和向内的 点处的改进横向分辨率的图像。但是和上述基本合成孔径方法类似，必须 存储巨大量的数据以便在每个接收孔径中处理来自每个元件的射频信号。 另外据称得到的图像在焦点周围显得更暗，因为仅有一个发射和接收对该 像点及其分辨率有贡献，而多重发射和接收对除发射焦点外的其他点有贡 献。因此希望至少在图像的重要部分上实现发射聚焦，而不需要存储巨大 量的射频数据。

在本发明人以前提出的专利申请“ULTRASONIC SYNTHETIC TRANSMIT FOCUSING WITH A MULTILINE BEAMFORMER”中，描述 了一种诊断超声系统和方法，其在显著的场深度上实现发射聚焦而不需要 存储射频信号数据。利用多线获取来获得响应于发射波束的多个接收扫描 线，并且延迟和组合从像场中的点的声穿透接收的回波数据以回顾性地产 生贯穿于像场发射聚焦的波束的效果。希望扩展这些原理以便缩减回顾性 发射聚焦图像中的散斑伪影。用于缩减散斑的一种技术被称为空间复合， 通过这一技术从不同的观察方向(孔径)声穿透像场中的点。从每个观察 方向看到的像场具有与其他观察方向不相关的独特散斑图案，从而当将像 点的不同视图进行组合时，净散斑伪影被缩减。可能希望对回顾性发射聚 焦图像执行具有比传统空间复合更高功效的空间复合。