由相干波对目标成像的方法和系统与流程

1.本发明涉及通过相位可测量的波(具体地，声波或超声波、或者电磁波)的发射进行成像的一般技术领域。
2.更准确地，本发明涉及用于对目标物体或诸如生物、人类或动物组织的弥散介质进行成像的设备和方法。
3.在下文中，将参考超声医学成像来描述本发明，应当理解的是，这里描述的教示可以用于利用振幅、频率和相位可控的波(即，相干波)的其他类型的应用(非医学超声、声纳、雷达等)。


背景技术：

4.1.常规成像系统和超便携成像系统
5.超声成像由于其非侵入性质、其相对较低的成本以及不会使患者暴露于有害电离辐射而被用于许多诊断程序中。
6.参考图1，常用的超声成像系统包括：
[0007]-包括多个换能器的声学探头1，以及
[0008]-控制和处理控制台2，具体地包括：
[0009]
o处理装置21，其用于处理由探头采集的信号，
[0010]
o输入装置22，其用于配置成像系统，以及
[0011]
o显示装置23，其用于显示超声图像和/或与目标物体相关的其他信息，例如，声音或光信号的发射。
[0012]
探头1通过有线通信装置11(例如，导电电线)连接到控制台2，以向探头1提供电力并且在探头1与控制台2之间传输数据。
[0013]
探头1包括压电换能器阵列，该压电换能器阵列：
[0014]-在发射阶段，接收电脉冲并且发射激励超声波(聚焦或非聚焦波)，所述激励超声波在一个或更多个给定方向上朝向目标物体，并且根据基于施加于不同换能器的电压的相移或延迟的一个或更多个可变入射角进行发射，
[0015]-在接收阶段，接收由于每个入射超声波在不同声阻抗的区域(其可以是目标物体的界面处的不同密度的区域)之间的界面处的反射而产生的声学回声。
[0016]
然后，由换能器接收的声学回声被转换成电信号，并且被处理以计算图像的每个点的回声的值及其位置(例如，通过测量超声波的发射与声学回声的接收之间经过的时间)。
[0017]
由于探头1与控制台2通过有线通信装置11连接，这种传统的成像系统具有如下优点：具有较大的计算能力并且不受可以在探头1与控制台2之间传输的数据量的限制。
[0018]
然而，这些传统的成像系统的主要缺点涉及它们的体积，特别是探头与控制台之间的有线连接的体积的管理。另一个缺点涉及更新这种系统的困难，这是由于这种系统的硬件能力(存储器、计算能力等)是在制造时确定的。
[0019]
在过去的十五年中，超便携超声成像系统已经出现。这种超便携成像系统(其尺寸基本上相当于智能手机的尺寸)可以非常容易地运输。超便携成像系统(或“超便携探头)具体地包括用于采集超声信号的换能器阵列、通信装置、存储器和计算机。
[0020]
现有技术的已知超便携成像系统具有在超便携探头内部设置图像形成的架构。
[0021]
这有许多缺点。事实上，在超便携探头中执行图像形成处理将导致其升温，这种升温能够减慢超声波检查图像的形成速率，这是不希望的。此外，在某些情况下，成像技术的实施可能需要超过超便携探头的计算机能力的处理资源。
[0022]
为了弥补这些缺点，本发明提出开发一种超便携成像系统，其中超声波检查图像由不包含在探头中的计算单元产生。
[0023]
然后，需要将由探头采集(和/或预处理)的数据传输到远程计算单元，以产生超声波检查图像。
[0024]
无论这种数据传输是利用有线通信装置还是无线通信装置实现的，可访问数据的传输速率通常比传统成像系统的数据传输速率低100倍。因此，优选的是使在超便携探头与远程计算单元之间传输的数据量最小化，同时能够获得与从传统超声成像系统获得的超声波检查图像的质量相当(或甚至更高)的超声波检查图像。
[0025]
除了空间分辨率之外，目标物体的超声波检查图像的质量还取决于两个参数：
[0026]-信噪比；以及
[0027]-对比度分辨率。
[0028]
2.提高超声波检查图像的质量的已知解决方案
[0029]
2.1.聚焦成像
[0030]
为了提高目标物体的超声波检查图像的质量，已知的第一种技术包括将由换能器12发射的超声波聚焦在感兴趣的点3上。
[0031]
更精确地并参考图2，通过选择施加于换能器12的激励电压的延迟(或相位)和振幅，可以控制换能器12以产生超声波组合，从而形成产生的超声波13，该超声波13聚焦在具有良好空间分辨率的感兴趣的点3上。
[0032]
因此，每次拍摄(即，所有换能器的发射/接收)使得能够获得关于感兴趣的焦点3的信息，并且有必要在不同的感兴趣的点处重复该操作以获得目标物体的完整超声波检查图像。作为参考，由聚焦的拍摄产生的完整超声波检查图像可能需要64到256次拍摄(甚至更多)。
[0033]
对于每次拍摄，往返点的扩展函数是发射函数与接收函数的乘积，这使得能够提高对比度。事实上，由于发射和接收都集中在狭窄的区域中，低回声区域从相邻回波区域接收干扰信号(“杂波”)的机会较少，这有助于保持对比度接近其实际值。
[0034]
信噪比在聚焦区域(超声能量沿线集中)中较高，并且可以通过以下方式得到进一步优化：首先增加激励电压(在安全法规或硬件允许的限度内)，其次累积具有相同参数的拍摄(如果没有热限制)。累积的信号随相似拍摄的次数而增加，并且噪声(假设是随机的)随拍摄的次数的平方根而增加。因此，信噪比的强度也随着拍摄的次数的平方根而增加。
[0035]
这种技术的一个缺点涉及需要大量的拍摄来形成目标物体的完整超声波检查图像(通常需要64到256次拍摄来形成目标物体的完整图像)。
[0036]
因此，该技术不适用于具有远程计算装置的超便携成像系统的情况，这是由于必
须在采集探头与远程计算单元之间传输的数据量太大。
[0037]
2.2.合成成像
[0038]
用于可能减少发射和接收次数的另一种已知成像技术是合成成像，其包括朝向目标物体发射一个或更多个平面(或球形的、或发散的或由时空代码指定的，或具有较深的焦点以允许不太精细聚焦的波束)超声波。为了使轴向分辨率最大，施加于每个换能器的激励信号通常是较短持续时间和较宽带宽的信号。
[0039]
与聚焦成像不同，合成成像使得能够由第一次拍摄(当该拍摄是照射整个介质的激励时)获得完整的超声波检查图像。
[0040]
为了提高目标物体的超声波检查图像的质量，已经提出了沿着不同的角度朝向目标物体发射数个平面(或球形的或发散的)超声波。
[0041]
更精确地并参考图3，根据施加于换能器12的激励电压的相位和振幅，能够控制换能器12以使它们产生超声波组合，从而形成产生的平面超声波14，该平面超声波14沿着期望的方向15在要成像的组织中传播。该产生的平面超声波14以不同的角度(即，不同的方向)发射，以提高横向分辨率(通过传输中的合成)、对比度和信噪比。
[0042]
事实上，由于产生的超声波14没有被聚焦，往返点的扩展函数(psf或点扩展函数)在传输中遭受这种缺乏聚焦的影响，并且由一次拍摄获得的每个图像的对比度低于在第二节中描述的传统聚焦成像技术。类似地，由于没有聚焦，接收到的信号的强度值也较低，使得信噪比也低于在第二节中描述的传统聚焦成像技术。
[0043]
为了提高信噪比和对比度两者，已知的做法是相干地添加通过波束成形而重建的基本图像，每个基本图像由相应定向的产生的波14(即，沿着相应方向(即，相应角度)发射的波)获得。换句话说，每次定向拍摄(即，所有换能器12的发射/接收)时，通过波束成形来重建基本图像。这些不同的基本图像的相加使得能够获得目标物体的最终超声波检查图像。
[0044]
利用这种合成成像技术，信号基本上与基本图像的数量(或角度的数量)成比例，而噪声与基本图像的数量(或角度的数量)的平方根成比例：因此信噪比和对比度也随着基本图像的数量(或角度的数量)的平方而增加。
[0045]
合成成像技术使得能够获得与聚焦成像技术基本相当(或在整个图像上总体上更好)的信噪比和对比度，同时限制了形成感兴趣物体的最终超声波检查图像所需的拍摄次数(通常在合成成像中需要10到40次拍摄，而在聚焦成像中需要64到256次拍摄)。
[0046]
然而，与聚焦成像技术相比，合成成像技术的显著缺点在于，通过波束成形来重建基本图像的操作(以及相关计算的数量)也乘以拍摄的次数(10-40)。
[0047]
因此，基于分别由宽带脉冲信号激励的换能器12的阵列的上述合成成像技术也不适用于计算能力有限的超便携成像系统。
[0048]
3.窄带超声波检查成像
[0049]
为了提高目标物体的超声波检查图像的质量，在聚焦成像中已经提出了利用数个窄带激励信号而不是一个宽带脉冲信号。
[0050]
文献us 5 891 038特别提出了一种超声信号的处理方法，其能够提高包括多个换能器的超声成像系统的灵敏度。
[0051]
该方法包括：
[0052]-在第一时间间隔期间通过激励成像系统的发射器换能器来发射具有以第一频率为中心的第一频带的第一聚焦超声波，
[0053]-在第二时间间隔期间通过激励成像系统的发射器换能器来发射具有以不同于第一频率的第二频率为中心的第二频带的第二聚焦超声波，
[0054]-基于由成像系统的接收器换能器接收到的第一回声信号来形成第一对复信号，接收到的第一回声信号表示朝向接收器换能器反向散射的第一超声波的一部分，
[0055]-基于由成像系统的接收器换能器接收到的第二回声信号来形成第二对复信号，接收到的第二信号表示朝向接收器换能器反向散射的第二超声波的一部分，
[0056]-对第一对复信号和第二对复信号进行滤波，以及
[0057]-对滤波后的第一对复信号和第二对复信号求和以形成产生的复信号，所述复信号具有表示第一对复信号和第二对复信号的相应分量的总和的分量。
[0058]
该技术包括用相同的换能器连续发射窄带信号，并且相干地对其回声响应求和，使得能够获得这样的产生的信号：
[0059]-比每个发射的分量的频带更宽，但是总频带当然位于换能器的频带内，
[0060]-比通过直接利用相同振幅的宽带激励信号获得的信噪比更好的信噪比。
[0061]
然而，即使该技术使得能够提高超声成像设备的信噪比和轴向分辨率，在具有远程计算装置的超便携成像系统的情况下，该技术也不是最佳的，这是因为必须在采集探头与远程计算单元之间传输的数据量不够小。
[0062]
4.发明的目的
[0063]
本发明的一个目的是提供一种超声成像的方法和系统，使得能够弥补上述缺陷的至少一个。
[0064]
更准确地，本发明的目的是提供一种能够限制由采集探头向远程处理设备发射的数据量，同时在信噪比和穿透方面以及对比度方面保持良好的图像质量的方法和系统。


技术实现要素：

[0065]
为此，本发明提供了一种处理由接收器记录的声学或电磁信号(光信号、微波信号等)的方法，所述声学或电磁信号表示由发射器发射以照射要研究的介质的声学或电磁波被所述介质反射后由要研究的介质反射的声学或电磁波，值得注意的是，该方法包括以下步骤：
[0066]-响应于将包含在发射器的激励频率范围内的第一分离频带和第二分离频带中的第一电激励信号和第二电激励信号连续施加于发射器，由发射器连续发射第一波和第二波，如基于-6db带宽测量的第一电激励信号和第二电激励信号的每个的频带小于发射器的频率范围的四分之一，
[0067]-由接收器接收由于第一波和第二波在要研究的介质中包含的目标物体的界面处的相应反射而产生的第一声学或电磁回声和第二声学或电磁回声，并且将第一声学或电磁回声和第二声学或电磁回声转换成相应的第一电接收信号和第二电接收信号，
[0068]-对第一电接收信号和第二电接收信号进行预处理以获得预处理的信号，所述预处理包括：
[0069]
○
对第一电接收信号和第二电接收信号进行数字化以获得第一数字信号和第二
数字信号，
[0070]
○
对第一数字信号和第二数字信号进行至少一次混合以获得第一混合信号和第二混合信号，第一数字信号的混合频率不同于第二数字信号的混合频率，
[0071]
○
对第一混合信号和第二混合信号进行至少一次低通滤波以获得第一滤波后的信号和第二滤波后的信号，如基于-6db带宽测量的低通滤波器的截止频率小于发射器的频率范围的八分之一，
[0072]
○
对第一滤波后的信号和第二滤波后的信号进行至少一次抽取以获得第一抽取后的信号和第二抽取后的信号，第一抽取后的信号和第二抽取后的信号的特征在于，解调和抽取后的复样本的流速小于发射器的频率范围的一半。
[0073]
读者将理解的是，在某些变型的实施方案中，发射器和接收器包括两个独立的实体(每个实体能够包括一个或更多个硬件元件)：
[0074]-实体的其中一个能够发射声波(例如，一个或更多个车载振动器，或者一个或更多个声纳)或电磁波(例如，一个或更多个雷达接收器)，
[0075]-另一个能够接收声波(例如，检波器或水听器)或电磁波(例如，一个或更多个雷达接收器)。
[0076]
在其他变型的实施方案中，发射器和接收器包括能够实现声波的发射和接收两者的单个实体(例如，一个或更多个压电换能器)。
[0077]
在本发明的上下文中，术语“分离的频带”应该被理解为意味着频带不完全重叠，但仍然可能部分地重叠。
[0078]
根据本发明的方法的优选但非限制性方面如下：
[0079]-有利地，对于第一数字信号和第二数字信号的解调步骤：
[0080]
○
第一数字信号的每个混合频率可以选择为等于：
[0081]
■
第一频带的中心频率，或
[0082]
■
第一频带的谐波，或
[0083]
■
第一频带的次谐波，
[0084]
○
第二数字信号的每个混合频率可以选择为等于：
[0085]
■
第二频带的中心频率，或
[0086]
■
第二频带的谐波，或
[0087]
■
第二频带的次谐波；
[0088]-第一电激励信号和第二电激励信号可以分别包括时间变迹型的电信号；
[0089]-发射器可以适于沿着不同的传播方向发射波，连续发射第一波和第二波的步骤包括以下子步骤：
[0090]
○
仅沿着第一方向发射第一波，以及
[0091]
○
仅沿着与第一方向不同的第二方向发射第二波；
[0092]
当然，第一波和第二波可以是平面的、球形的，或者是基于任意延迟规律(施加于换能器的激励信号的触发时间的分布)产生的，通常是连续的。在上述情况下，延迟规律是不同的(读者将理解，在本发明的其他变型中，对于第一波和第二波，这些延迟规律可以是相同的)。
[0093]-发射器可以包括线性延伸的换能器组，发射第一波和第二波的步骤包括以下子
步骤：
[0094]
○
从换能器组的第一组换能器发射第一波，
[0095]
○
从换能器组的第二组换能器发射第二波，第二组换能器不同于第一组换能器；
[0096]-所述方法可以进一步包括由接收器向远程处理设备发射预处理的信号的步骤；
[0097]-有利地：
[0098]
○
发射步骤可以包括响应于连续施加包含在发射器的频率范围内的n个分离频带中的n个电激励信号发射n个波，n是大于或等于3的整数，
[0099]
○
接收步骤可以包括接收n个声学或电磁回声，并且将n个声学或电磁回声转换成n个相应的电接收信号，
[0100]
○
预处理步骤可以包括：
[0101]
■
对n个电接收信号进行数字化以获得n个数字信号，
[0102]
■
对每个数字信号进行混合以获得混合信号，每个数字信号的混合频率等于其相关激励信号的频带的中心频率、谐波或次谐波，
[0103]
■
对每个混合信号进行低通滤波以获得滤波后的信号，
[0104]
■
对每个滤波后的信号进行抽取以获得抽取后的信号，
[0105]
所述方法进一步包括用于获得要研究的介质的图像的处理步骤，所述处理步骤包括：
[0106]
○
基于每个抽取后的信号形成基本图像的子步骤，所述形成基本图像的步骤包括利用包含在抽取后的信号中的信息计算在二维表面或三维体积上延伸的点，
[0107]
○
交叉调制的子步骤，其包括将形成的每个基本图像传送到公共参考频率，以及
[0108]
○
对交叉调制的基本图像求和的子步骤，以获得要研究的介质的最终图像。
[0109]
本发明还涉及一种用于处理由接收器记录的声学或电磁信号的系统，所述声学或电磁信号表示由发射器发射以照射要研究的介质的声学或电磁波被所述介质反射后由要研究的介质反射的声学或电磁波，值得注意的是，该系统包括：
[0110]-控制器，其用于控制：
[0111]
○
响应于将包含在发射器的激励频率范围内的第一分离频带和第二分离频带中的第一电激励信号和第二电激励信号连续施加于发射器，连续发射第一波和第二波，如基于-6db带宽测量的第一电激励信号和第二电激励信号的每个的频带小于发射器的频率范围的四分之一，
[0112]
○
由接收器接收由于第一波和第二波在要研究的介质中包含的目标物体的界面处的相应反射而产生的第一声学或电磁回声和第二声学或电磁回声，并且将第一声学或电磁回声和第二声学或电磁回声转换成相应的第一电接收信号和第二电接收信号，
[0113]-采集单元，其用于对第一电接收信号和第二电接收信号进行预处理以获得预处理的信号，所述预处理包括：
[0114]
○
对第一电接收信号和第二电接收信号进行数字化以获得第一数字信号和第二数字信号，
[0115]
○
对第一数字信号和第二数字信号进行混合以获得第一混合信号和第二混合信号，第一数字信号的混合频率不同于第二数字信号的混合频率，
[0116]
○
对第一混合信号和第二混合信号进行低通滤波以获得第一滤波后的信号和第
二滤波后的信号，如基于-6db的带宽测量的低通滤波器的截止频率小于发射器的频率范围的八分之一，
[0117]
○
对第一滤波后的信号和第二滤波后的信号进行抽取以获得第一抽取后的信号和第二抽取后的信号，第一抽取后的信号和第二抽取后的信号的特征在于，解调和抽取后的复样本的流速小于发射器的频率范围的一半。
[0118]
本发明还涉及一种计算机程序产品，其包含程序代码指令，当所述程序在计算机上执行时，所述程序代码指令旨在执行上述方法的步骤。
附图说明
[0119]
通过以非限制性示例方式、基于所附附图给出的以下多个不同实施方案的描述，根据本发明的方法和探头的其它优点和特征将变得更加明显，在附图中：
[0120]
图1是包括探头和处理控制台的现有技术的超声成像系统的示意图，
[0121]
图2是聚焦成像原理的示意图，
[0122]
图3是合成成像原理的示意图，
[0123]
图4是包括采集探头、一个或更多个远程计算单元以及一个或更多个远程显示单元的超声成像系统的示意图，
[0124]
图5是采集探头的发射和接收阶段的示意图，
[0125]
图6是能够施加于采集探头的换能器的多个窄频带激励信号的示意图，
[0126]
图7是图6所示的激励信号的能量谱的示意图，
[0127]
图8是数字化步骤的示意图，
[0128]
图9是混合步骤的示意图，
[0129]
图10是滤波步骤的示意图，
[0130]
图11是抽取步骤的示意图，
[0131]
图12是应用于不同类型的激励信号的处理的示意图，
[0132]
图13是混合、滤波和抽取步骤的示意图，
[0133]
图14是对应于通过波束成形而形成的波束的基本图像的示意图，
[0134]
图15是应用于基本图像的交叉调制步骤的示意图，
[0135]
图16是对采集的回声信号进行预处理的步骤的示意图。
具体实施方式
[0136]
现在将参考附图对根据本发明的探头和方法的示例进行更详细的描述。在这些不同的附图中，等同的元件由相同的附图标记表示。
[0137]
1.超声成像系统
[0138]
1.1.综述
[0139]
图4示出了根据本发明的超声成像系统的示例。该系统包括：
[0140]-构成超便携成像设备的数据采集探头4，
[0141]-外部计算单元5，其用于处理由探头4发射的数据，
[0142]-显示单元6，其用于显示目标物体的超声波检查图像和/或与成像物体相关的信息。
[0143]
探头4与外部计算单元5之间的数据交换可以利用有线或无线通信装置来实现。外部计算单元5与显示单元6之间的数据交换可以利用有线或无线通信装置来实现。
[0144]
在某些实施方案中，显示单元6可以并入到外部计算单元5中。例如，显示单元6可以包括智能手机的屏幕，并且外部计算单元5可以包括智能手机的中央单元51(处理器、存储器等)。
[0145]
在一个变型中，外部计算单元5可以与显示单元6完全分离。例如，外部计算单元5可以包括网络52(例如，互联网)的一个或更多个计算机网络，并且显示单元6可以包括智能手机的屏幕。云计算的使用使得能够获得非常大的计算能力，特别是对于需要使用计算能力大于智能手机的计算能力的硬件资源的信号处理算法的实现。
[0146]
在另一个变型中，外部计算单元5可以与显示单元6部分地分离。
[0147]
例如，计算单元5可以由以下各项构成：
[0148]-首先是智能手机的中央单元51(处理器、存储器等)，例如用于实现需要较低计算能力的处理，并且用户希望可以获得能够实时地显示在显示单元6上的结果(b模式成像等)，
[0149]-其次是网络52的一个或更多个计算机服务器，用于实现需要较高计算能力的处理，并且用户不希望可以获得能够实时显示的任何结果(弹性成像等)。
[0150]
因此，超声成像系统包括超声探头4，所述超声探头4容纳所有的采集电子器件，并且将采集的数据(在适用的情况下进行预处理)传输到计算单元5(远程计算机和/或平板电脑和/或智能手机等)，用于通过波束成形或另一种图像重建技术来重建基本图像，并且生成目标物体的最终超声波检查图像。由于没有在探头4中实现通过波束成形进行重建，这会比结合了内部处理装置的超便携成像系统消耗更少的能量，并且提供更好的性能。
[0151]
1.2.探头
[0152]
参考图5；探头4包括：
[0153]
‑“
n”个超声换能器的组41(“n”是整数，例如在线性或弯曲探头的情况下，在1至1024之间，但也能够应用于具有数千个换能器的矩阵探头)，
[0154]-采集单元42，包括：
[0155]
○
发射级421，
[0156]
○
接收级422，
[0157]-通信单元43(有线或无线)，用于：
[0158]
○
在适用的情况下，压缩(利用本领域技术人员已知的任何压缩方法)来自接收级422的数据，以及
[0159]
○
将数据(压缩或未压缩的)传输到外部处理装置。
[0160]
换能器组41用于向要探查的介质(器官、生物组织等)发射激励超声波，并且接收声学回声(即，由要探查的介质的不同界面反射的超声波)。每个换能器例如包括矩形形状的压电材料板(在其正面和背面涂有电极)。这种换能器是本领域技术人员已知的，并且将不会在下文中进一步详细描述。
[0161]
在图5所示的变型的实施方案中，换能器组41的所有换能器都用于发射和接收两者。在其他的实施方案中，单独的换能器可以用于发射和接收。例如，该换能器组的所有奇数的换能器(1、3、5等)可以专门用于发射，而该换能器组的所有偶数的换能器(2、4、6等)专
门用于接收。
[0162]
采集单元42连接到超声换能器组41。采集单元42用于驱动换能器组41的换能器，并且处理由换能器组41的换能器采集的数据。更准确地，采集单元42的发射级421使得能够控制朝向要探查的介质的超声波的传输。同时，采集单元42的接收级422用于接收由换能器采集的信号并且对信号进行预处理，这将在下文中更详细地描述。可以在发射级421与接收级422之间设置接口电路，以将这些级的一个或另一个选择性地连接到换能器组41，并且特别地避免接收级422被发射级421遮蔽。
[0163]
发射级421包括与一个或更多个延迟器(其确定与每个换能器相关的激励信号的触发时间)连接的一个或更多个激励信号发生器，以例如相对于换能器组41的平面斜向地引导超声波。
[0164]
接收级422包括放大器，所述放大器接收对应于由换能器组41的换能器接收的超声回声的电信号。
[0165]
1.3.与成像系统相关的问题
[0166]
为在第一节中描述的成像系统选择的架构施加了某些限制：
[0167]-由探头发射的数据量必须尽可能小(实际上，当前无线通信装置的数据传输速率远低于(特别是，低100倍)在如图1所示的传统成像系统的采集单元与其附近的外围设备(例如图形卡)之间实际可实现的数据流速)，
[0168]-由外部计算单元执行的计算数量必须尽可能小，首先是为了例如在智能手机的情况下限制必要的计算能力(并且因此限制电能的消耗)，其次是为了减少获得结果所需的时间，
[0169]-超声波检查图像的质量(因此对比度和信噪比)必须尽可能高。
[0170]
鉴于这些不同的限制，沿着图像的每一行聚焦成像的技术不能实现，这是因为这种技术需要太多次的拍摄来形成目标物体的完整超声波检查图像。因此，必须采用基于合成成像技术的改进的解决方案。这种技术可以通过发射非精细聚焦的波(平面波或发散波)来使用，但也可以通过照射不覆盖整个图像场的“宽波束”的等效物来使用。
[0171]
首先，为了减少要传输到外部处理装置的数据量，其次，为了限制通过波束成形重建基本图像所需的操作数量，与传统的合成成像技术(对于传统的合成成像技术，需要10到40次拍摄来形成质量可与聚焦图像相比的最终超声波检查图像)相比，必须限制拍摄的次数(通常是，不同的角度的5次拍摄)。
[0172]
最后，必须限制较少次数的拍摄对最终超声波检查图像的质量的影响，以使成像系统的性能可接受。
[0173]
考虑到这些不同的限制，发明人已经开发了在下文中描述的并且在探头的发射级421和接收级422中实现的解决方案。该解决方案基于对窄带成像技术的改进。
[0174]
2.基于窄子带的合成超声
[0175]
在下文中描述的解决方案的目的是能够从以不同的角度采集的基本超声波检查图像获得最终超声波检查图像：
[0176]-同时限制要从探头4向计算单元5发射的数据量，
[0177]-以及要由计算单元5执行以通过波束成形来生成基本超声波检查图像的计算数量。
[0178]-并且同时保持适当的信噪比和对比度，以获得可以在显示单元6上显示的质量良好的最终超声波检查的图像。
[0179]
为此，在下文中所述的解决方案包括实施不同的步骤：
[0180]
i)响应于在包含于换能器的激励频率范围中的至少第一和第二分离的窄频带中连续施加第一电激励信号和第二电激励信号，由探头连续发射(至少)第一超声波和第二超声波，
[0181]
ii)由每个换能器接收由于第一超声波和第二超声波在目标物体的界面处的相应反射而产生的(至少)第一声学回声和第二声学回声，并且将第一声学回声和第二声学回声转换成相应的第一电接收信号和第二电接收信号，
[0182]
iii)对每个换能器的第一电接收信号和第二电接收信号进行预处理，所述预处理包括：
[0183]
a.对第一和至少第二电接收信号进行数字化处理以获得第一数字信号和第二数字信号，
[0184]
b.对每个第一和至少第二数字信号进行混合以获得第一混合信号和第二混合信号，
[0185]
c.对第一混合信号和第二混合信号的每个进行低通滤波以获得第一滤波后的信号和第二滤波后的信号，
[0186]
d.对每个第一滤波后的信号和第二滤波后的信号进行抽取以获得第一抽取后的信号和第二抽取后的信号。
[0187]
所有这些步骤在探头中实现：
[0188]-步骤“i”在探头4的发射级421中实现，
[0189]-步骤“ii至iii”在探头4的接收级422中实现。
[0190]
2.1.基于窄带激励信号的发射的步骤i)
[0191]
包括多个换能器的探头能够依次传输多个超声波(平面的或发散的(特别地，球形的))，每个超声波响应于相应激励信号的施加而发射，所述激励信号具有以中心频率(该中心频率不同于与用于产生多个其他超声波的其他激励信号相关的能量谱的中心频率)为中心的能量谱。
[0192]
例如，参考图6和图7，每个换能器可以适用为响应于连续施加四个激励信号s1、s2、s3、s4(见图6)而连续发射四个超声波，每个激励信号具有自己的窄带的能量谱e1、e2、e3、e4(见图7)。
[0193]
换句话说，对于每个激励信号s1-s4，能量谱e1-e4的窄带不同于与其他激励信号相关的能量谱的窄带(即，e1≠e2≠e3≠e4)，该自己的窄带的能量谱e1-e4具有与其他能量谱的中心频率分开的中心频率。
[0194]
如图7所示，每个电激励信号s1-s4的能量谱e1-e4包含在换能器的可用带宽b
global
中。此外，两个分离的激发信号s1/s2、s2/s3、s3/s4的相邻能量谱e1/e2、e2/e3、e3/e4可能部分重叠。在所有情况下，与不同激励信号相关的能量谱的中心频率是不同的。
[0195]
在一个实施方案中，窄带超声波可以以一个相同的方向朝向目标物体发射。在这种情况下，每次拍摄时，探头的所有换能器沿着给定的方向和角度连续地发射窄带超声波。沿着不同的角度(5-10个)重复该操作。
criterion))。可以选择通常在探头的中心频率fc的四倍附近的采样频率fs。单一采样频率的优点是简化了模拟抗混叠滤波器，该模拟抗混叠滤波器也是单一的。
[0211]
图8示意性地示出了在换能器的情况下的数字化步骤：
[0212]-响应于连续施加分离并且包含在换能器的激励频率范围中的相应中心频率f
c1
、f
c2
、f
c3
的三个激励信号s1、s2、s3，连续地发射了三个超声波，以及
[0213]-作为响应，获得了代表由换能器连续接收的三个声学回声的三个模拟回声信号。
[0214]
每个模拟回声信号乘以周期为1/fs的狄拉克梳，其中fs是采样频率，其频谱dk(这仅仅是频率为fs的倍数的另一个狄拉克梳)如图8所示。更准确地，每个回声信号的频谱r1、r2、r3在傅立叶空间中与频谱dk卷积。
[0215]
这给出了对应于换能器的每个模拟回声信号的频谱n1、n2、n3的数字信号，每个数字信号的频谱n1、n2、n3对应于围绕频谱dk的每条线的每个回声信号的频谱r1、r2、r3的复制。
[0216]
读者将从图8中了解到，为了避免复制的频谱混合，采样频率必须(奈奎斯特)大于考虑的电接收信号的最大频率的两倍(fs》2
×
1.5fc，其中fc是探头的中心频率，并且探头的总通带不大于其中心频率(带宽小于100％))。
[0217]
术语“探头的中心频率”应当理解为意味着换能器的工作频带的中心频率(这是因为当不包含在该频带中的频率的电信号施加于换能器时，换能器不产生任何超声波)。
[0218]
在图8所示的示例中，对于要进行数字化的每个回声信号，采样频率选择为常数。更准确地，选择的该采样频率等于换能器的工作频带的中心频率的四倍(即，换能器能够发射或接收超声波的频率)：
[0219]fs
＝4
×
fc，
[0220]
其中，fc是换能器的工作频带的中心频率(换能器的激励频率的范围)。
[0221]
读者将理解的是，如果频谱r1、r2和r3中的几个是不相连的，那么产生相应信号的发射可以一个接一个地立即发射，或者甚至同时发射，产生的回声在时间上重叠，因此能够被采样并数字化为单个操作。这就产生了包括表示每个回声信号的信息的数字化的“单个记录”，能够在该数字化的“单个记录”上进行特定于每个子带的以下解调操作(相当于单个数字化信号)。因此，应当理解的是，在权利要求书中使用的表述“对第一电接收信号和第二电接收信号进行数字化以获得第一数字信号和第二数字信号”涵盖以下两种情况：
[0222]-将每个与相应回声信号相关的分离的电信号进行数字化的情况，以及
[0223]-将包括表示每个回声信号的信息的单个电信号进行数字化的情况。
[0224]
在变型中，采样频率可以适应于每个采样的频带，条件是模拟抗混叠滤波器也可以适应于避免频谱混叠。
[0225]
因此，数字化步骤使得能够对于每个换能器获得最大数量“k”个数字信号，其中，“k”表示施加于换能器的窄带的激励信号的数量。
[0226]
假设探头的换能器组41包括“x”个换能器(128，256等)，并且在“n”个位(bit)上实现数字化，则数字化数据的总流速d
tot
为：
[0227]dtot
＝x
×4×
fc×n[0228]
对于工作在10mhz的中心频率处并且在14个位上进行数字化的128个换能器，这给出了将近72gb/秒，即非常高的数据流速。
[0229]
利用系统具有有限通带的事实，随后的解调操作使得能够降低该数据流速。
[0230]
更准确地，解调使得能够提取在数字化步骤之后获得的每个数字信号中包含的信息。特别地，解调使得能够围绕零频率以每个数字信号的频谱n1、n2、n3为中心。
[0231]
这个所谓的“i-q”解调通过由数字化步骤产生的每个数字信号与解调频率fd的本地振荡器之间的同相(i)和正交(q)的两个频率混合操作来执行。
[0232]
如图16所示，解调操作包括混合步骤200和滤波步骤300。
[0233]
2.3.2.混合
[0234]
图9示出了在响应于连续施加中心频率f
c1
、f
c2
、f
c3
的三个激励信号s1、s2、s3而连续地发射三个超声波的换能器的情况下，对在数字化步骤之后获得的频谱n1、n2、n3的数字信号进行混合的步骤。
[0235]
有利地，用于使每个数字信号进行混合的混合频率fd选择为等于使得能够获得对应于考虑的数字信号的声学回声的激励信号的中心频率f
c1
、f
c2
、f
c3
。换句话说，每个数字信号与其相关的激励信号的中心频率进行混合。
[0236]
因此，对于所谓的混合步骤，如图9所示：
[0237]-对于对应于与频谱r1相关的电接收信号的数字化的频谱n1的数字信号，混合频率f
d1
选择为等于f
c1
，其中，f
c1
是电激励信号s1的中心频率，
[0238]-对于对应于与频谱r2相关的电接收信号的数字化的频谱n2的数字信号，混合频率f
d2
选择为等于f
c2
(电激励信号s2的中心频率)，其中，f
c2
大于f
c1
，
[0239]-对于对应于与频谱r3相关的电接收信号的数字化的频谱n3的数字信号，混合频率f
d3
选择为等于f
c3
(电激励信号s3的中心频率)，其中，f
c3
》f
c2
》f
c1
。
[0240]
更准确地，对于考虑的每个数字信号，解调的混合步骤200包括将所述数字信号乘以如下形式的复信号：
[0241]
cos(2π
×
fd×
t)-i
×
sin(2π
×
fd×
t)，
[0242]
其中，fd对应于混合频率，所述混合频率选择为等于与考虑n1(相应地n2、n3)的数字信号相关的电激励信号s1(相应地s2、s3)的中心频率f
c1
(相应地f
c2
、f
c3
)。
[0243]
在频域中，如图9所示，混合包括将数字信号的频谱n1(相应地n2、n3)与频率为f
d1
＝f
c1
(相应地f
d2
＝f
c2
、f
d3
＝f
c3
)的复混合信号的频谱c1(相应地c2、c3)卷积。这给出了频谱mix1(相应地mix2、mix3)如图9所示的混合信号。
[0244]
每个数字信号的混合以不同的混合频率实现(特别是以等于与数字信号相关的激励信号的频带的中心频率的混合频率实现)这一事实将使得能够使随后的抽取最大化，以便最佳地减少要从探头4发射到外部计算单元5的数据的数量。
[0245]
读者将理解的是，该方法可以包括以几个不同的频率针对每个数字信号的几个混合步骤，例如：
[0246]-将每个信号与激励信号的中心频率(f
c1
、f
c2
、f
c3
等)混合的第一步骤，以及
[0247]-与激励信号的中心频率的倍数(例如，激励信号的中心频率的一半和/或两倍和/或三倍)混合的第二步骤等。
[0248]
这使得能够在后续处理步骤(例如图像的形成或表示感兴趣区域的数据的提取)中考虑在考虑的数字信号中的基波和谐波频带中包含的信息。
[0249]
2.3.3.滤波
[0250]
滤波步骤300使得能够在混合之后消除以等于信号频率和混合频率之和的频率出现的信号，即，在我们的情况下，信号出现在混合频率的两倍左右。
[0251]
更准确地，滤波步骤包括对每个混合信号应用低通滤波器以消除这些双频分量。
[0252]
图10示出了对频谱mix1、mix2、mix3的混合信号进行滤波的步骤。滤波步骤包括将每个频谱mix1、mix2、mix3乘以宽度等于与考虑的混合信号相关的激励信号s1、s2、s3的频带的低通滤波器的频谱filt
bas
。这给出了频谱d
f1
、d
f2
、d
f3
的滤波后的信号，每个滤波后的信号与相应的电激励信号s1、s2、s3相关。
[0253]
滤波步骤使得能够仅保留位于采样频率倍数的频谱的部分。因此，信号的频谱在采样频率的不同倍数的频谱的连续出现之间是“被清理的”。
[0254]
这使得能够为了随后的抽取步骤而净化信号频谱。更准确地，低通滤波用于抑制两倍混合频率的信号成分。这避免了后续抽取步骤中信号重叠的风险。
[0255]
对每个数字信号应用混合和滤波步骤(混合+滤波＝解调)使得能够获得解调信号。
[0256]
2.3.4.抽取
[0257]
抽取步骤400包括周期性地去除“α”个样本，以减少要从探头发射到远程处理设备的数据量。例如，抽取系数可以是四：于是抽取步骤包括从每个子带的解调信号中去除四个样本中的三个。术语“样本”是指解调后的iq对。
[0258]
图11示出了抽取步骤的示例。每个滤波后的信号乘以周期为4/fs的狄拉克梳，其中fs是采样频率，对于该采样频率，频谱sdéc(这仅仅是频率为fs/4的倍数的狄拉克梳)如图11所示。更准确地，每个滤波后的信号的频谱d
f1
、d
f2
、d
f3
在傅立叶空间中与频谱sdéc卷积。
[0259]
这给出了对于每个解调后的信号的频谱d
é
cim1
、d
é
cim2
、d
é
cim3
的抽取后的信号，每个解调后的信号的频谱d
é
cim1
、d
é
cim2
、d
é
cim3
对应于围绕频谱sdéc的每条线的每个解调后的信号的频谱d
f1
、d
f2
、d
f3
的复制。
[0260]
因此，解调-抽取操作使得能够减少要在探头与远程处理设备之间传输的数据的数量。
[0261]
然后，由探头预处理的数据可以发射到远程处理设备，以应用不同的处理算法。读者将理解的是，预处理的数据不是超声波检查图像，这是由于超声波检查图像的产生需要对原始信号进行处理，例如通过波束成形。当然，可以使用本领域技术人员已知的其他技术：
[0262]-以重建超声波检查图像或
[0263]-以直接从原始数据计算表示感兴趣区域的信息(利用神经网络解决方案的弹性成像等)而无需重建中间图像。
[0264]
3.与本发明相关的理论
[0265]
现在将介绍与本发明相关的各种理论元素，以使得本领域技术人员能够更好地理解与上述解决方案相关的优点。
[0266]
3.1.信噪比的提高
[0267]
3.1.1.每个激励信号的频带
[0268]
如前所述，本发明的特征之一在于用几个激励序列s1、s2、s3、s4的相干之和来代替接近理想的狄拉克的非常高振幅的非常短的激励，这些激励序列s1、s2、s3、s4在均匀分
布在换能器的工作频带上的不同选择频率下产生，并且都具有相同的相位，例如在其持续时间的一半处(见图6)为零相位(最大值)。
[0269]
当适当地选择信号的特性(相同的相位、频带的适当重叠)时，窄带频谱的几个激励信号的相干之和使得能够获得具有宽带频谱的产生的信号，与宽带频谱激励信号相比，该信号具有提高的信噪比。不同激励信号的频谱的窄带(在下文中称为“子带”)彼此相邻，有一些重叠，并且它们的总频带的宽度和形状相当于换能器工作频带的宽度和形状。
[0270]
换句话说，宽带激励信号的频谱“分割”为“n”个子带，并且计算“n”个激励信号(其频谱对应于这些“n”个子带)。这使得能够以“n”附近的系数来提高信噪比。
[0271]
然而，如果本发明的这一特征使得能够将信噪比提高系数“n”，它还需要将要在探头与远程处理设备之间传输的数据量乘以系数“n”(对于从“n”个子带形成超声波检查图像，需要“n”次拍摄)。
[0272]
为了限制要传输的数据量，上述解决方案因此包括其他特征，特别是：
[0273]-在每个换能器处接收的信号的数字化，
[0274]-将每个数字化信号与考虑的数字化信号相关的子带的中心频率混合，
[0275]-由低通滤波器对每个混合信号进行低通滤波，该低通滤波器在与考虑的混合信号相关的子带的频率宽度的一半的频率处的衰减在2db至10db之间，
[0276]-对每个滤波后的信号抽取的系数“g”随子带的数量“n”增加，
[0277]-在合成成像的背景下，按角度使用不同的频率，以提高空间分辨率以及对比度。
[0278]
3.1.2.激励信号的形状
[0279]
图6的四个窄带信号(其相加得到持续时间缩短的宽带信号)是以下各项的卷积：
[0280]-发射激励，
[0281]-探头的脉冲响应，以及
[0282]-实际上是解调低通的窄带接收滤波器的响应，这是因为在本文中只考虑对接收的数据进行解调的系统。
[0283]
这些卷积的最终结果是产生的数字信号，其频谱e1、e2、e3、e4(见图7)彼此连接，以便最好地合成具有最小持续时间的脉冲响应的总频带b
global
。因此，例如，如果在每个子带中没有相位失真，则两个相邻的频带的频谱e1-e2、e2-e3、e3-e4可以在希望合成的整个频带b
global
中以-6db相交。当然，可以使用具有非恒定相位的其他类型的连接(如在多声道高保真扬声器领域中所提出的)。
[0284]
由于探头(换能器等)的技术特征是固定的，因此可以改变每个激励信号的形状以及解调操作期间使用的低通滤波器的掩模，其目的是减少要在探头与远程处理设备之间传输的数据量。特别地，由换能器采集的数据的数字化使得能够将解调滤波器的掩模调整到比模拟解决方案的情况高得多的精度。
[0285]
因此，可以使用不同形式的激励信号。例如，图12示出了激励信号s
carr
é
、s
apo
的两个示例，这使得能够在预处理之后得到相同的最终窄带信号。
[0286]
在第一变型的实施方案中，每个换能器产生超声波的激励信号s
carr
é
可以是方形的(即，包括多个固定电压周期)。然后，由每个换能器接收的回声信号(其表示朝向换能器反向散射的超声波的一部分)具有最终超过期望的频率的子带的形状为sin(x)/x的频谱e
carr
é
。在随后的混合/滤波/抽取步骤，因此优选使用宽度基本上在期望的频率的子带的宽
度附近的低通滤波器f
carr
é
。在抽取步骤(未示出)之后，获得期望的频谱r
carr
é
的最终窄带信号。第一解决方案(即，方形的激励信号)具有易于实现的优点，并且使得能够有效地去除考虑的子带之外的噪声b。
[0287]
在第二变型的实施方案中，激励信号s
apo
可以是变迹形的(即，包括多个可变宽度的固定电压矩形波，并且在给定时间周期内具有轴对称性)。这种变迹形的激励信号s
apo
可以利用“pwm(脉宽调制)”类型的脉冲发生器获得。然后由每个换能器接收的回声信号具有宽度在考虑的子带的最终期望的宽度附近的频谱e
apo
。在随后的混合/滤波/抽取步骤中，应用宽度在这种情况下大于考虑的子带的频率宽度的低通滤波器(f
apo
)。在抽取步骤(未示出)之后，获得频谱r
apo
的最终窄带信号。第二解决方案(即，变迹形的激励信号)虽然实现起来更复杂，但具有比第一变型更节能的优点(这是因为，在第一变型中，回声信号的部分延伸到激励信号的子带之外：这意味着能够获取回声信号的这些部分的传输能量部分以纯损耗传输，因为它们在滤波步骤中被低通滤波器滤波)。
[0288]
3.2.混合/滤波/抽取
[0289]
如前所述，在实施混合、滤波和抽取步骤之前，由换能器响应于声学回声的接收而产生的回声信号被数字化。这一数字化步骤将不会在下文进一步详细描述。
[0290]
然而，读者将注意到，来自换能器的模拟回声信号的数字化使得能够：
[0291]-首先，简化随后的混合、滤波和抽取步骤的实现，以及
[0292]-其次，使随后的混合、滤波和抽取步骤的效率最大化，以便尽可能地减少要在探头与远程处理设备之间传输的数据量。
[0293]
由于要在混合/滤波/抽取步骤中处理的信号是数字化的，因此可以对每个子带进行解调(即，混合+滤波)，以便能够从系统的有限带宽中获益并继续进行如前所述的抽取。为了使抽取系数最大，为每个子带选择不同的解调频率。更精确地，对于每个子带，选择用于混合数字化回声信号的混合频率等于子带的中心频率(或子带的中心频率的倍数)。
[0294]
图13示出了对数字化回声信号的频谱a10进行混合/滤波/抽取的步骤，其子带的中心频率为f
c2
。回声信号与其相关的激励信号的子带的中心频率f
c2
混合，并且利用截止频率等于子带的宽度的一半的低通滤波器进行滤波。这给出了经混合和滤波后的信号，其频谱a20如图13所示。然后对经混合和滤波后的信号进行抽取。然后，由此获得的频谱a30的抽取后的信号可以由探头发射到远程处理设备。
[0295]
如果换能器的工作频带被细分为“n”个子带，则必须针对“n”个子带发射经混合/滤波/抽取后的信号：因此，与宽带信号相比，必须在探头与远程处理设备之间多传输“n”倍的混合/滤波/抽取后的信号。
[0296]
然而，对每个子带，抽取系数可以比抽取宽带信号(对应于换能器的工作频带)的情况大“n”倍，这是因为每个子带比总的宽带窄“n”倍。
[0297]
因此，必须在子带中多传输“n”倍的经混合/滤波/抽取后的信号，但子带中的每个经混合/滤波/抽取后的信号包含比经混合/滤波/抽取后的宽带信号小“n”倍的数据量。
[0298]
因此，上述技术允许信噪比的增益为系数“n”，而无需发射比从单个宽带激励信号(即，其宽带等于换能器的工作频带)获得回声信号的情况更大的数据量。
[0299]
如前所述，采样频率可以选择为等于每个换能器的工作频带的中心频率的“k”倍(通常地，k＝4)：fs＝k*fc(带宽为100％时，k≥3)。因此，抽取系数可以选择为等于“k*n”，其
中，“k”等于数字化步骤中使用的采样频率与每个换能器的工作频带的中心频率之比。在实践中，抽取系数将被选择为等于“1/2*k*n”的整数部分。这样使得能够更好地保存：
[0300]-每个子带的产生的信号的形状，以及
[0301]-最终呈现的质量。
[0302]
3.3.通过波束成形重建基本图像
[0303]
然后，由探头发射的数据可以由远程处理设备处理。
[0304]
远程处理设备实施不同的步骤。
[0305]
这些步骤的其中一个可以包括通过所谓的波束成形技术重建基本图像，现在将在本发明的上下文中描述该技术。为了更好地理解与本发明相关的优点，将描述基于多个窄带信号的波束成形技术，并且将其与基于宽带信号的波束成形的情况进行比较。
[0306]
在由奈奎斯特准则限制的中心频率fc的解调宽带信号的情况下，波束成形步骤需要在接收信号的每个周期计算一个复点。因此，计算为相邻的两个点之间的轴向间距等于(由于超声波的往返行程，相隔的两点将在相隔一个周期的rf信号上显示)。
[0307]
在“n”个窄带信号的情况下(将宽带划分为“n”个子带)，每个子带信号的波束成形步骤需要比宽带中少计算“n/2”倍的点。事实上，在“n”个子带信号的情况下，由于在网格点少“n/2”的情况下奈奎斯特准则得到满足，计算网格将具有比宽带中大“n/2”倍的轴向间距。
[0308]
因此，如图14所示(对于n＝4)，对于“n”个子带要计算的点pe的轴向密度比对于一个宽带要计算的点p
l
的轴向密度小“n/2”。对于一个宽带信号和一个子带信号，横向密度(相当于探头的两个相邻换能器之间的间隔d)是相同的。
[0309]
因此，波束成形的“n”个子带信号只需要两倍于一个宽带信号的波束成形的计算。无论子带的数量如何，都是如此。
[0310]
此外，将激励信号的宽带细分为“n”个子带的附加优点在于，这允许对波束成形步骤中使用的重建孔径进行最佳调整。
[0311]
事实上，为了在波束成形步骤中重建点，寻找每个换能器的回声信号中对该点有贡献的部分。然而，对于要重建的给定点，探头的换能器组的某些换能器的回声信号不包含表示该点的任何信息。这在高频情况下尤其如此，对于换能器的回声信号，以下两者之间的角度：
[0312]-穿过换能器的中心的法线，和
[0313]-穿过换能器的中心并且穿过要重构的点的直线
[0314]
大于频率增加时减小的值(换能器是定向的，它们不会接收超过某个角度的任何信号，并且频率越大，这个角度就越小)。
[0315]
因此，在本发明的上下文中，可以根据考虑的子带的频率改变重建的孔径(即，回声信号在重建考虑的点时必须考虑的换能器的数量)。子带的频率越低，重建的孔径越大(以使在重建考虑的点时考虑的信息量最大化)，并且子带的频率越高，重建的孔径越小(以避免在重建考虑的点时包括无信息的噪声)。
[0316]
3.4.组合
[0317]
用于获得最终超声波检查图像的另一个步骤涉及在波束成形步骤中形成的超声波检查图像的组合。
[0318]
因此，对于一个相应的子带获得的每个部分基本图像，有必要将它们设置在相同的空间和频率参照系中，以允许它们相加，从而得到最终的超声波检查图像。
[0319]
在同一个参照系中的这种设置要求实施转换步骤，该转换步骤包括对于形成的每个基本图像的以下子步骤：
[0320]-对考虑的基本图像的点进行过采样(参考图15，包括通过波束成形重建的两个点pr之间的零值的(n/2-1)个点p0)以获得过采样的基本图像，
[0321]-对每个过采样的基本图像的点进行深度低通滤波以对过采样的基本图像的点的值进行插值，滤波使得能够获得滤波后的基本图像，
[0322]-通过线性旋转每个滤波后的基本图像的点的相位进行交叉调制，以围绕换能器的中心频率fc对其进行交叉调制。
[0323]
一旦执行了交叉调制步骤，就可以对转换后的基本图像求和以获得最终的超声波检查图像。
[0324]
4.结论
[0325]
前面描述的系统和方法使得能够：
[0326]-提高从超声仪获得的图像的信噪比，所述超声仪包括：
[0327]
○
探头，其用于采集数据，以及
[0328]
○
远程处理设备，其用于处理采集的数据，
[0329]-同时限制要从探头向远程处理设备发射的数据量。
[0330]
更准确地，从“n”个窄带回声信号综合构建宽带信号(探头的每个换能器的工作频带)使得能够获得信噪比大于由宽带回声信号获得的超声波检查图像的信噪比“n”倍的超声波检查图像。
[0331]
此外，事实上：
[0332]-由换能器记录的信号：
[0333]
○
以每个窄带的平均频率进行解调，通过与正交(正弦和余弦)的正弦信号混合来进行解调，并且对每个i和q分量进行低通滤波，然后
[0334]
○
抽取直到每秒只剩下(α*b)个解调的iq对，其中，b是1/秒内窄带的宽度，α是在1至3之间的无量纲实数，理想情况下选择在2左右(如果α＝1，则在奈奎斯特极限下工作：优选地在此极限方面留有少量余量)
[0335]
使得能够减少从探头向远程处理设备发射的数据量。
[0336]
读者将会理解，在不实质脱离本文所述的新教示和优点的情况下，可以对上述发明进行若干修改。
[0337]
特别地，本发明可以应用于除超声波检查的超声成像以外的其他技术领域。本发明特别适用于声纳领域(声音导航和测距)，其包括：
[0338]-(通过天线)在水中发射声音脉冲；
[0339]-(通过天线)接收与声音脉冲在遇到的障碍物上的混响相对应的回声波，
[0340]-(通过天线)将回声波转换成电接收信号(或回声信号)，以及
[0341]-(通过远程计算单元)对回声信号(其通过天线发射到远程计算单元)进行处理，以获得声纳图像。
[0342]
在声纳领域：
[0343]-具有宽频带的时间较短的脉冲信号可以由具有窄频带的多个激励信号代替，并且
[0344]-对于这些窄带激励信号的每个获得的回声信号可以在向远程计算单元发射预处理数据之前根据上述不同的步骤进行预处理(数字化、与考虑的窄带激励信号的中心频率混合、低通滤波和抽取)。
[0345]
该技术也可以适用于处理电磁脉冲而不是声音或超声波脉冲的雷达领域，但保留在相同的技术知识语料库中，即具有已知和可管理相位的相干波的发射和接收。
[0346]
此外，即使前面的描述在成像系统的上下文中描述了本发明，该成像系统包括：
[0347]-数据采集探头4，
[0348]-外部计算单元5，其用于从由探头发射的数据重建图像，
[0349]-显示单元6，其用于显示重建的图像，
[0350]
对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以与其他类型的成像系统一起使用，例如计算单元集成到探头中的成像系统。在这种情况下，先前描述的预处理步骤使得能够限制图像重建(由探头)消耗的功率。

技术特征：
1.一种处理由接收器记录的声学或电磁信号的方法，所述声学或电磁信号表示由发射器发射以照射要研究的介质的声学或电磁波被所述介质反射后由要研究的介质反射的声学或电磁波，其特征在于，所述方法包括以下步骤：-响应于将包含在发射器的激励频率范围内的第一分离频带和第二分离频带中的第一电激励信号和第二电激励信号连续施加于发射器，由发射器连续发射第一波和第二波，如基于-6db的带宽测量的第一电激励信号和第二电激励信号的每个的频带小于发射器的频率范围的四分之一，-由接收器接收由于第一波和第二波在要研究的介质中包含的目标物体的界面处的相应反射而产生的第一声学或电磁回声和第二声学或电磁回声，并且将第一声学或电磁回声和第二声学或电磁回声转换成相应的第一电接收信号和第二电接收信号，-对第一电接收信号和第二电接收信号进行预处理以获得预处理的信号，所述预处理包括：o对第一电接收信号和第二电接收信号进行数字化(100)以获得第一数字信号和第二数字信号，o对第一数字信号和第二数字信号进行至少一次混合(200)以获得第一混合信号和第二混合信号，第一数字信号的混合频率不同于第二数字信号的混合频率，o对第一混合信号和第二混合信号进行至少一次低通滤波(300)以获得第一滤波后的信号和第二滤波后的信号，如基于-6db带宽测量的低通滤波器的截止频率小于发射器的频率范围的八分之一，o对第一滤波后的信号和第二滤波后的信号进行至少一次抽取(400)以获得第一抽取后的信号和第二抽取后的信号，第一抽取后的信号和第二抽取后的信号的特征在于，解调和抽取后的复样本的流速小于发射器的频率范围的一半。2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于第一数字信号和第二数字信号的解调步骤：-第一数字信号的每个混合频率选择为等于：o第一频带的中心频率，或o第一频带的谐波，或o第一频带的次谐波，-第二数字信号的每个混合频率选择为等于：o第二频带的中心频率，或o第二频带的谐波，或o第二频带的次谐波。3.根据权利要求1或2的任一项所述的方法，其中，第一电激励信号和第二电激励信号分别包括时间变迹型的电信号。4.根据权利要求1至3的任一项所述的方法，其中，所述发射器适于沿着不同的传播方向发射波，连续发射第一波和第二波的步骤包括以下子步骤：-仅沿着第一方向发射第一波，以及-仅沿着与第一方向不同的第二方向发射第二波。5.根据权利要求1至4的任一项所述的方法，其中，发射器包括线性延伸的换能器组，发射第一波和第二波的步骤包括以下子步骤：-从换能器组的第一组换能器发射第一波，
‑
从换能器组的第二组换能器发射第二波，第二组换能器不同于第一组换能器。6.根据权利要求1至5的任一项所述的方法，其进一步包括由接收器向远程处理设备发射预处理的信号的步骤。7.根据权利要求1至6的任一项所述的方法，其中：-发射步骤包括响应于连续施加包含在发射器的频率范围内的n个分离频带中的n个电激励信号发射n个波，n是大于或等于3的整数，-接收步骤包括接收n个声学或电磁回声，并且将n个声学或电磁回声转换成n个相应的电接收信号，-预处理步骤包括：o对n个电接收信号进行数字化以获得n个数字信号，o对每个数字信号进行混合以获得混合信号，每个数字信号的混合频率等于相关激励信号的频带的中心频率、谐波或次谐波，o对每个混合信号进行低通滤波以获得滤波后的信号，o对每个滤波后的信号进行抽取以获得抽取后的信号，所述方法进一步包括用于获得要研究的介质的图像的处理步骤，所述处理步骤包括：-基于每个抽取后的信号形成基本图像的子步骤，所述形成基本图像的步骤包括利用包含在抽取后的信号中的信息计算在二维表面或三维体积上延伸的点，-交叉调制的子步骤，其包括将形成的每个基本图像传送到公共参考频率，以及-对交叉调制的基本图像求和的子步骤，以获得要研究的介质的最终图像。8.一种用于处理由接收器记录的声学或电磁信号的系统，所述声学或电磁信号表示由发射器发射以照射要研究的介质的声学或电磁波被所述介质反射后由要研究的介质反射的声学或电磁波，其特征在于，所述系统包括：-控制器，其用于控制：o响应于将包含在发射器的激励频率范围内的第一分离频带和第二分离频带中的第一电激励信号和第二电激励信号连续施加于发射器，连续发射第一波和第二波，如基于-6db带宽测量的第一电激励信号和第二电激励信号的每个的频带小于发射器的频率范围的四分之一，o由接收器接收由于第一波和第二波在要研究的介质中包含的目标物体的界面处的相应反射而产生的第一声学或电磁回声和第二声学或电磁回声，并且将第一声学或电磁回声和第二声学或电磁回声转换成相应的第一电接收信号和第二电接收信号，-采集单元，其用于对第一电接收信号和第二电接收信号进行预处理以获得预处理的信号，所述预处理包括：o对第一电接收信号和第二电接收信号进行数字化以获得第一数字信号和第二数字信号，o对第一数字信号和第二数字信号进行混合以获得第一混合信号和第二混合信号，第一数字信号的混合频率不同于第二数字信号的混合频率，o对第一混合信号和第二混合信号进行低通滤波以获得第一滤波后的信号和第二滤波后的信号，如基于-6db的带宽测量的低通滤波器的截止频率小于发射器的频率范围的八分之一，
o对第一滤波后的信号和第二滤波后的信号进行抽取以获得第一抽取后的信号和第二抽取后的信号，第一抽取后的信号和第二抽取后的信号的特征在于，解调和抽取后的复样本的流速小于发射器的频率范围的一半。9.一种计算机程序产品，其包含程序代码指令，当所述程序在计算机上执行时，所述程序代码指令旨在执行根据权利要求1至7的任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本发明涉及一种成像方法，其包括以下步骤：-响应于包含在发射器/接收器的激励频率范围内的分离的第一频带和第二频带中的第一电激励信号和第二电激励信号的连续施加，连续发射第一波和第二波，接收相应的第一声学或电磁回声和第二声学或电磁回声，并且将相应的第一声学或电磁回声和第二声学或电磁回声转换成相应的第一电接收信号和第二电接收信号，-对第一电接收信号和第二电接收信号进行数字化(100)，-以不同的解调频率对第一数字信号和第二数字信号进行混合(200)，-对第一解调后的信号和第二解调后的信号进行滤波(300)，-对第一滤波后的信号和第二滤波后的信号进行抽取(400)。(400)。(400)。


技术研发人员：F
受保护的技术使用者：瓦尔皮雷茨公司
技术研发日：2021.08.31
技术公布日：2023/7/7