[发明专利]用于反向波束成形的系统和方法

说明书

技术领域

本说明书公开的本发明大体涉及成像系统以及方法，并且更具体地，涉及用于在超声成像系统中执行反向波束成型的系统和方法。

背景技术

医疗诊断超声是采用超声波来探测患者身体声学特性并且产生对应图像的成像模式。声波脉冲产生以及返回回波检测通常通过位于探针中的多个变换器来实现。通常，此类变换器会包括机电单元，所述机电单元能将电能转换成机械能以进行传输并将机械能转换回电能以实现接收目的。一些超声探针包括布置成单元线性阵列或二维矩阵形的多达数千的变换器。

波束成形装置通常是与超声探针关联，以便组合来自每个变换器单元的信号，从而增强对从所需聚焦深度和方向接收到的声能的响应。在某些超声系统中，在时间上均匀地对波束成形装置的输入和输出两者、单元信号和波束和信号进行采样。在某些系统中，波束成形装置聚焦功能通过以下方式实现：针对每个波束和样本来计算每个单元信号中的对应时间，所述对应时间考虑到了声能从变换器发射、在所需焦点处从散射器反射并返回至此单元的传播时间。通常，聚焦功能所使用的这个传播时间将并不与所提供的均匀间隔开的单元样本中的一个对应。在一些传统波束成形装置中，聚焦时间上的值通过以下方式获得：插入可用均匀间隔开的单元样本，以便近似在聚焦时间上对单元信号采样时将会获得的值。

这种插值可以在如常规专用集成电路(ASIC)的专用硬件中执行，或在如通用处理器(CPU或中央处理单元)或图形处理单元(GPU)的计算机处理器中执行。第一实现方案可以称作硬件波束成形装置，并且第二实现方案可以称作软件波束成形装置。

在一些应用中，计算来自同一单元信号集合、即来自在单个发射事件中所获取的数据的一个以上波束和信号是有用的。这增加了最大图像显示速率，因为在所需二维扫描区域上或三维体积上形成图像所要求的传输发射(transmit firing)数量减少。在硬件波束成形装置中，在单元信号样本产生并且随后弃置时，通常顺序处理所述单元信号样本。形成多波束和通常要求针对每个波束和来复制插值硬件。就能力和成本而言，这可能会成本较高，尤其是在每个发射事件需要许多(例如，约16至64)接收光束时所进行的体积成像过程中。

在软件波束成形装置中，通常暂时将用于一个或多个传输发射的单元信号样本存储在存储器中，并且插值软件从存储器存取所要求的样本。在软件波形装置中，可计算的接收波束数量主要受到处理器可执行计算时的速率限制。在许多应用中，相比硬件波形装置，软件波形装置在功耗和成本方面具有显著优点。

计算速度是由以下两者确定：处理器的原始速度、即在处理器中执行数学运算时的速率，以及存储带宽、即可从处理器中读出数据并将所述数据写入存储器中时的速率。存储带宽可为如软件波束成形的应用中的限制因素，其中仅仅少量数据运算需要在极大数量样本中的每个样本上执行。这在无法顺序寻址特定应用中的存储器时尤其如此，因为介于处理器与存储器之间的接口通常高度优化用于顺序存储存取。不幸地是，计算软件波束成形装置中的多波束和所用常规方法要求重复、非顺序存取存储在存储器中的数据，从而限制系统效率。

发明内容

在一个实施例中，一种方法包括：在时间上大体均匀地对连续时间单元信号集合采样以便形成采样单元信号集合；以及针对每个采样单元信号，将大体等时间间隔的一个或多个样本映射至非等时间间隔的一个或多个样本上，这对应于每个单元信号对连续时间波束和信号的相应贡献。所述方法还包括了形成在时间上大体均匀地从对应于每个采样单元信号的非均匀间隔的映射样本采样的波束和信号。

作为优选，形成所述波束和信号包括插入所述一个或多个非均匀间隔的样本。

作为优选，通过非采样波束和信号中的非均匀间隔值来形成所述波束和信号包括在一对或者多对非均匀间隔的样本之间线性插入零或多个样本。

作为优选，形成所述波束和信号包括：与所述采样单元信号相比，对所述波束和信号进行过采样；将所述非均匀间隔的样本分配至最近过采样的位置；以及将所述过采样的波束和信号的采样速率减小至所需采样速率。