用于利用使用肋間空間的相干復(fù)合的聲成像的系統(tǒng)和方法與流程

本發(fā)明涉及聲成像裝置、系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

在聲(例如，超聲)成像或其它有源聲成像中，換能器的陣列通常首先利用適當(dāng)?shù)难舆t生成聚焦束而將脈沖發(fā)射到介質(zhì)，然后接收回波。波束形成被用于重建介質(zhì)的圖像。圖像的質(zhì)量與點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)有關(guān)，或與成像系統(tǒng)對單個(gè)點(diǎn)的響應(yīng)有關(guān)。PSF與陣列的孔有關(guān)。在遠(yuǎn)場近似中，PSF的橫向輪廓是孔幅度分布的傅里葉變換的平方。如果沒有使用切趾，則其可以是sinc²函數(shù)。

然而，部分孔可能被一個(gè)或多個(gè)障礙物所阻擋。在醫(yī)學(xué)超聲中，障礙物可能是肋骨。例如，由于肋骨在太大時(shí)可能阻擋部分孔，而使得通過胸部對心臟的超聲成像(經(jīng)胸廓超聲成像)變得復(fù)雜。如果孔的阻擋部分沿著孔的邊緣，則這將導(dǎo)致?lián)p失分辨率。如果在孔內(nèi)，則這將導(dǎo)致可能嚴(yán)重降低圖像質(zhì)量的光柵波瓣。同樣的現(xiàn)象可能是由孔中的縫隙導(dǎo)致的，這可能是由無功能的換能器陣列元件引起的，或者在人們試圖利用由縫隙分離的兩個(gè)超聲陣列進(jìn)行相干成像時(shí)引起的。在另一方面，如果采用適合在兩根肋骨之間的空間(在后文中被稱作“肋間縫隙”)中的較小孔，則超聲圖像的視野和分辨率受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，期望提供一種用于超聲成像的方法和系統(tǒng)，其能夠使用跨若干肋間空間的較大的相干孔。

在本發(fā)明的一個(gè)方面中，一種方法包括：采用聲換能器陣列來產(chǎn)生針對所述成像區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，其中，在所述聲換能器陣列與所述成像區(qū)域的至少部分之間存在一個(gè)或多個(gè)障礙物；利用在所述聲換能器陣列中的聲換能器間的發(fā)射/接收對路徑中的冗余來補(bǔ)償所述成像區(qū)域的由于所述一個(gè)或多個(gè)障礙物而缺失的圖像數(shù)據(jù)；并且根據(jù)經(jīng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)來產(chǎn)生所述成像區(qū)域的圖像。

在一些實(shí)施例中，利用在所述聲換能器陣列中的所述聲換能器間的發(fā)射/接收對路徑中的冗余來補(bǔ)償所述成像區(qū)域的由于所述一個(gè)或多個(gè)障礙物而缺失的圖像數(shù)據(jù)并且根據(jù)所述經(jīng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)來產(chǎn)生所述成像區(qū)域的圖像包括：確定針對所述聲換能器陣列的逆濾波器，其中，當(dāng)使得所述逆濾波器乘以在存在所述一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)所述聲換能器陣列相對于所述成像區(qū)域的角度譜時(shí)，產(chǎn)生在沒有所述一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)將存在的、所述聲換能器陣列相對于所述成像區(qū)域的理想角度譜；通過對應(yīng)于所述發(fā)射/接收對的角度頻率的所述逆濾波器的值來對由在所述聲換能器陣列中的元件的每個(gè)發(fā)射/接收對產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)；并且通過對所有的所述發(fā)射/接收對的經(jīng)加權(quán)的信號(hào)進(jìn)行求和來生成聲圖像。

在一些實(shí)施例中，利用在所述聲換能器陣列中的所述聲換能器間的發(fā)射/接收對路徑中的冗余來補(bǔ)償所述成像區(qū)域的由于所述一個(gè)或多個(gè)障礙物而缺失的圖像數(shù)據(jù)并且根據(jù)所述經(jīng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)產(chǎn)生所述成像區(qū)域的圖像包括：使用至少第一切趾函數(shù)和第二切趾函數(shù)來執(zhí)行至少第一發(fā)射與接收操作和第二發(fā)射與接收操作，包括：通過采用所述聲換能器陣列執(zhí)行所述第一發(fā)射與接收操作來將第一聲波發(fā)射到所述成像區(qū)域并接收從所述成像區(qū)域返回的第一聲回波并由此產(chǎn)生第一圖像數(shù)據(jù)，其中，所述第一切趾函數(shù)被應(yīng)用于所述聲換能器陣列以產(chǎn)生用于所述第一發(fā)射與接收操作的第一發(fā)射孔和第一接收孔；并且通過采用所述聲換能器陣列執(zhí)行所述第二發(fā)射與接收操作來將第二聲波發(fā)射到所述成像區(qū)域并接收從所述成像區(qū)域返回的第二聲回波并由此產(chǎn)生第二圖像數(shù)據(jù)，其中，所述第二切趾函數(shù)被應(yīng)用于所述聲換能器陣列以產(chǎn)生用于所述第二發(fā)射與接收操作的第二發(fā)射孔和第二接收孔；并且通過將所述第一圖像數(shù)據(jù)與所述第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行組合來產(chǎn)生所述成像區(qū)域的圖像。根據(jù)針對所述聲換能器陣列相對于所述成像區(qū)域的逆濾波器來確定至少所述第一切趾函數(shù)和所述第二切趾函數(shù)，其中，當(dāng)使得所述逆濾波器乘以在存在所述一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)所述聲換能器相對于所述成像區(qū)域的角度譜時(shí)，產(chǎn)生在沒有所述一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)將存在的、所述聲換能器陣列相對于所述成像區(qū)域的理想角度譜。

在一些實(shí)施例中，利用在所述聲換能器陣列中的所述聲換能器間的發(fā)射/接收對路徑中的冗余來補(bǔ)償所述成像區(qū)域的由于所述一個(gè)或多個(gè)障礙物而缺失的圖像數(shù)據(jù)并且根據(jù)所述經(jīng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)產(chǎn)生所述成像區(qū)域的圖像包括執(zhí)行基于RF數(shù)據(jù)(預(yù)檢測)或基于圖像的去卷積算法。

在本發(fā)明的另一方面中，一種用于對成像區(qū)域進(jìn)行成像的裝置，包括：聲換能器陣列，其被配置為產(chǎn)生針對所述成像區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，其中，在所述聲換能器陣列與所述成像區(qū)域的至少部分之間存在一個(gè)或多個(gè)障礙物；以及一個(gè)或多個(gè)處理器，其被配置為利用在所述聲換能器陣列中的聲換能器間的發(fā)射/接收對路徑中的冗余來補(bǔ)償所述成像區(qū)域的由于所述一個(gè)或多個(gè)障礙物而缺失的圖像數(shù)據(jù)；并且被配置為根據(jù)經(jīng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)來產(chǎn)生所述成像區(qū)域的圖像。

在一些實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)處理器被配置為通過以下操作，利用在所述聲換能器陣列中的所述聲換能器間的發(fā)射/接收對路徑中的冗余來補(bǔ)償所述成像區(qū)域的由于所述一個(gè)或多個(gè)障礙物而缺失的圖像數(shù)據(jù)，并且根據(jù)所述經(jīng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)來產(chǎn)生所述成像區(qū)域的圖像，所述操作為：確定針對所述聲換能器陣列的逆濾波器，其中，當(dāng)使得所述逆濾波器乘以在存在所述一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)所述聲換能器陣列相對于所述成像區(qū)域的角度譜時(shí)，產(chǎn)生在沒有所述一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)將存在的、所述聲換能器陣列相對于所述成像區(qū)域的理想角度譜；通過對應(yīng)于所述發(fā)射/接收對的所述角度頻率的所述逆濾波器的值來對由在所述聲換能器陣列中的元件的每個(gè)發(fā)射/接收對產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)；并且通過對所有的所述發(fā)射/接收對的經(jīng)加權(quán)的信號(hào)進(jìn)行求和來生成聲圖像。

在一些實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)處理器被配置為通過以下操作，利用在所述聲換能器陣列中的所述聲換能器間的發(fā)射/接收對路徑中的冗余來補(bǔ)償所述成像區(qū)域的由于所述一個(gè)或多個(gè)障礙物而缺失的圖像數(shù)據(jù)，并且根據(jù)所述經(jīng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)來產(chǎn)生所述成像區(qū)域的圖像：所述操作為：使用至少第一切趾函數(shù)和第二切趾函數(shù)來執(zhí)行至少第一發(fā)射與接收操作和第二發(fā)射與接收操作，包括：通過采用所述聲換能器陣列執(zhí)行所述第一發(fā)射與接收操作來將第一聲波發(fā)射到所述成像區(qū)域并接收從所述成像區(qū)域返回的第一聲回波并由此產(chǎn)生第一圖像數(shù)據(jù)，其中，所述第一切趾函數(shù)被應(yīng)用于所述聲換能器陣列以產(chǎn)生用于所述第一發(fā)射與接收操作的第一發(fā)射孔和第一接收孔；并且通過采用所述聲換能器陣列執(zhí)行所述第二發(fā)射與接收操作來將第二聲波發(fā)射到所述成像區(qū)域并接收從所述成像區(qū)域返回的第二聲回波并由此產(chǎn)生第二圖像數(shù)據(jù)，其中，所述第二切趾函數(shù)被應(yīng)用于所述聲換能器陣列以產(chǎn)生用于所述第二發(fā)射與接收操作的第二發(fā)射孔和第二接收孔；并且通過將所述第一圖像數(shù)據(jù)與所述第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行組合來產(chǎn)生所述成像區(qū)域的圖像。根據(jù)針對所述聲換能器陣列相對于所述成像區(qū)域的逆濾波器確定至少所述第一切趾函數(shù)和所述第二切趾函數(shù)，其中，當(dāng)使得所述逆濾波器乘以在存在所述一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)所述聲換能器相對于所述成像區(qū)域的角度譜時(shí)，產(chǎn)生在沒有所述一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)將存在的、所述聲換能器陣列相對于所述成像區(qū)域的理想角度譜。

在一些實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)處理器被配置為通過執(zhí)行基于RF數(shù)據(jù)(預(yù)檢測)或基于圖像的去卷積算法來進(jìn)行以下操作：利用在所述聲換能器陣列中的所述聲換能器間的發(fā)射/接收對路徑中的冗余來補(bǔ)償所述成像區(qū)域的由于所述一個(gè)或多個(gè)障礙物而缺失的圖像數(shù)據(jù)，并且根據(jù)所述經(jīng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)產(chǎn)生所述成像區(qū)域的圖像。

附圖說明

圖1圖示了在聲圖像孔中的肋間縫隙，所述肋間縫隙可能是由在聲換能器與成像區(qū)域的至少部分之間存在肋骨而產(chǎn)生的。

圖2圖示了在例如圖1所圖示的情形下產(chǎn)生的聲圖像中主要波瓣的任一側(cè)上觀察到的強(qiáng)光柵波瓣。

圖3圖示了聲成像裝置的一個(gè)實(shí)施例。

圖4是圖示當(dāng)在成像設(shè)備與成像區(qū)域的至少部分之間存在一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)對成像區(qū)域進(jìn)行成像的方法400的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。

圖5圖示了以下范例：(1)當(dāng)沒有一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)將存在的、聲換能器陣列相對于成像區(qū)域的理想角度譜；以及(2)當(dāng)存在一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)聲換能器陣列相對于成像區(qū)域的角度譜。

圖6是圖示當(dāng)在成像設(shè)備與成像區(qū)域的至少部分之間存在一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)對成像區(qū)域進(jìn)行成像的方法的另一實(shí)施例的流程圖。

圖7示出了肋骨模型，其圖示了如何使用射線追蹤算法來檢測在換能器陣列中哪個(gè)圖像點(diǎn)看到哪個(gè)換能器元件。

圖8圖示了用于在兩個(gè)發(fā)射與接收操作中采用的兩組發(fā)射/接收孔的切趾函數(shù)。

圖9是圖示當(dāng)在成像設(shè)備與成像區(qū)域的至少部分之間存在一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)對成像區(qū)域進(jìn)行成像的方法的另一實(shí)施例的流程圖。

圖10圖示了當(dāng)針對肋間空間采用補(bǔ)償算法時(shí)針對在圖2中所圖示的相同情形的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。

圖11A和圖11B圖示了在大孔中存在肋間縫隙的情況下分別具有補(bǔ)償和不具有補(bǔ)償?shù)哪M圖像。

圖12A圖示了當(dāng)模擬兩個(gè)阻擋物(例如，由于兩根肋骨)時(shí)使用大孔產(chǎn)生的經(jīng)胸廓超聲心動(dòng)圖。

圖12B圖示了當(dāng)模擬兩個(gè)阻擋物(例如，由于兩根肋骨)并采用肋間縫隙補(bǔ)償算法時(shí)使用大孔產(chǎn)生的經(jīng)胸廓超聲心動(dòng)圖。

圖12C圖示了當(dāng)不存在阻擋物時(shí)使用類似于圖12A的大孔產(chǎn)生的參考的經(jīng)胸廓超聲心動(dòng)圖。

圖12D圖示了使用比用于生成圖12A-C的孔小的孔產(chǎn)生的經(jīng)胸廓超聲心動(dòng)圖。

圖13圖示了當(dāng)存在肋骨時(shí)產(chǎn)生的相干圖像。

圖14A圖示了當(dāng)采用使用“肋間縫隙補(bǔ)償”的相干復(fù)合時(shí)，在存在類似于圖13所示的肋骨時(shí)產(chǎn)生的圖像。

圖14B圖示了在沒有任何肋骨時(shí)產(chǎn)生的類似于圖13和圖14A所示的圖像。

圖15A圖示了在圖8中所圖示的模型中在遠(yuǎn)場中心中的點(diǎn)的角度譜。

圖15B圖示了在圖8中所圖示的模型中靠近聲換能器陣列且在圖像邊緣上的點(diǎn)的角度譜。

圖16為圖8的范例圖示了能夠通過針對圖像的不同點(diǎn)的算法重建的最大往返行程孔大小。

圖17圖示了當(dāng)肋骨與肋間空間一樣大時(shí)補(bǔ)償算法的結(jié)果。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參考附圖在后文中更加全面地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以不同的形式來實(shí)施，并且不應(yīng)被解釋為限于本文所闡述的實(shí)施例。相反，這些實(shí)施例被提供為本發(fā)明的教導(dǎo)范例。

圖1圖示了在聲圖像孔中的肋間縫隙，所述肋間縫隙可能是由于存在被布置在聲換能器與成像區(qū)域的至少部分的阻礙物(例如，肋骨)而產(chǎn)生的。

尤其地，圖1圖示了聲探頭10(例如，超聲探頭)，所述聲探頭10包括用于對成像區(qū)域7進(jìn)行成像的聲換能器陣列10’，所述成像區(qū)域7包括感興趣區(qū)域(ROI)5，例如，心臟。成像區(qū)域7也包括多個(gè)障礙物15-1、15-2、15-3，例如，肋骨，其被肋間空間11-1和11-2彼此分離和間隔開。通常，聲探頭10和聲換能器陣列10’可以是聲成像裝置(例如，超聲成像系統(tǒng))的部件。聲換能器陣列10’包括多個(gè)聲元件(例如，超聲元件)。聲換能器陣列10’的聲元件可以被配置為通過接收例如來自聲成像裝置的微波束形成器的電信號(hào)并對其響應(yīng)而將對應(yīng)的聲信號(hào)發(fā)射到成像區(qū)域7來執(zhí)行發(fā)射操作。聲換能器陣列10’的聲元件也可以被配置為通過接收來自成像區(qū)域7的聲信號(hào)(例如，聲回波)并對其相應(yīng)而將對應(yīng)的電信號(hào)供應(yīng)給聲成像裝置的信號(hào)處理電路來執(zhí)行接收操作。在下文將結(jié)合圖3的描述來提供聲探頭10、聲換能器陣列10’以及包括聲探頭10和聲換能器陣列10’的聲成像裝置的示范性實(shí)施例的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。

在操作中，通過聲換能器陣列10’形成孔110-1和110-2，形成成像區(qū)域7的對應(yīng)扇區(qū)掃描120和122，以及尤其是ROI 5。如在圖1中能夠看出，在該范例中，障礙物15-1、15-2、15-3被設(shè)置在聲換能器陣列10’與ROI 5之間。因此，掃描120包括：第一部分120-1，其被障礙物15-1所阻擋或遮蔽；第二部分120-2，其經(jīng)過肋間空間11-1并包括孔110-1的視野；以及第三部分120-3，其被障礙物15-2所阻擋或遮蔽。類似地，掃描122包括：第一部分122-1，其被障礙物15-2所阻擋或遮蔽；第二部分122-2，其經(jīng)過肋間空間11-2并包括孔110-2的視野；以及第三部分122-3，其被障礙物15-3所阻擋或遮蔽。

聲成像裝置采用波束形成來重建成像區(qū)域7的圖像。圖像的質(zhì)量與點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)有關(guān)，或者與聲成像裝置對單個(gè)點(diǎn)的響應(yīng)有關(guān)。PSF與聲換能器陣列10’的(一個(gè)或多個(gè))孔110-1、110-2等有關(guān)。在遠(yuǎn)場近似中，PSF的橫向輪廓是孔幅度分布的傅里葉變換的平方。如果沒有對(一個(gè)或多個(gè))孔應(yīng)用切趾，則PSF將是sinc²函數(shù)。然而，如圖1中所圖示的，(一個(gè)或多個(gè))孔的部分被一個(gè)或多個(gè)障礙物所阻擋。如果孔的阻擋部分是沿著孔的邊緣的，則這將導(dǎo)致分辨率損失。如果其在孔內(nèi)，則將導(dǎo)致可能嚴(yán)重降低圖像質(zhì)量的光柵波瓣。相同的現(xiàn)象起因于孔中的縫隙，所述縫隙能夠由無功能的元件引起，或者在人們試圖利用由縫隙分離的兩個(gè)探頭進(jìn)行相干成像時(shí)引起。

圖2圖示了在例如圖1中所圖示且如以上所描述的情形中(其中障礙物通過一個(gè)或多個(gè)孔阻擋成像區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)部分的成像)由聲探頭10產(chǎn)生的聲圖像200中的主要波瓣202的任一側(cè)上觀察到的強(qiáng)光柵波瓣204。尤其地，圖2描繪了當(dāng)將200元素孔劃分為由(在該情況下通過非活性元件來模擬的)兩個(gè)37元素縫隙分離的三個(gè)42元素子孔時(shí)的模擬PSF。模擬幻影的點(diǎn)在圖像的從上到下遞增深度的4、8、12和16cm深度處。

本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并意識(shí)到當(dāng)縫隙或阻擋將大孔分離成若干子孔時(shí)，通過使用補(bǔ)償算法能夠恢復(fù)完全的、無阻擋的孔的分辨率，只要縫隙小于子孔。在下文描述的各個(gè)實(shí)施例中，補(bǔ)償算法利用往返行程信號(hào)的冗余。尤其地，下文描述的各個(gè)實(shí)施例基于往返行程超聲信號(hào)[1]的冗余的概念：N_Tx和N_Rx分別是超聲換能器陣列中的發(fā)射元件和接收元件的指標(biāo)。在遠(yuǎn)場(并且沒有相位偏差)中，所有對的Tx/Tx元件的信號(hào)相同，使得加和N_Tx+N_Rx是恒定的。因此，如果一些對由于被肋骨阻擋而缺失，則它們能夠被未被阻擋的相同對所替代。

圖3圖示了聲成像裝置300的一個(gè)實(shí)施例，其可以實(shí)施一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償方法或算法，用于利用往返行程超聲信號(hào)的冗余來補(bǔ)償(一個(gè)或多個(gè))換能器陣列孔的縫隙和阻擋。在聲成像裝置300中，聲換能器陣列10’(例如，電容微型機(jī)械超聲換能器(CMUT)陣列)被提供在聲探頭10中，用于發(fā)射超聲波并接收回波信息。換能器陣列10’可以備選地包括由諸如PZT或PVDF的材料形成的壓電換能器元件。換能器陣列10’是換能器元件的一維或二維陣列，其能夠在2D平面和/或在三維進(jìn)行掃描以進(jìn)行3D成像。換能器陣列10’被耦合到聲探頭10中的微波束形成器12，其通過CMUT陣列單元或壓電元件控制信號(hào)的發(fā)射和接收。微波束形成器能夠至少部分地對由換能器元件的組或“片塊”接收到的信號(hào)進(jìn)行波束形成，如美國專利5997479(Savord等人)、6013032(Savord)和6623432(Powers等人)中所描述的。微波束形成器12通過探頭線纜被耦合到發(fā)射/接收(T/R)開關(guān)16，所述發(fā)射/接收(T/R)開關(guān)16在發(fā)射和接收之間切換，并在微波束形成器12未被使用且換能器陣列10’直接由主系統(tǒng)波束形成器20操作時(shí)，保護(hù)主波束形成器20免于高能量發(fā)射信號(hào)。在微波束形成器12的控制下的超聲波束從換能器陣列10的發(fā)射是通過換能器控制器18引導(dǎo)的，所述換能器控制器18通過T/R開關(guān)和主系統(tǒng)波束形成器20被耦合到微波束形成器，所述換能器控制器18接收來自用戶接口或控制面板38的用戶操作的輸入。換能器控制器18控制的一個(gè)功能是操控和聚焦波束的方向。可以在換能器陣列10’的正前方(正交)，或在用于更寬的視野的不同角度處操控波束。換能器控制器18能夠被耦合到用于CMUT陣列的DC偏置控件45。DC偏置控件45設(shè)定被施加到CMUT單元的(一個(gè)或多個(gè))DC偏壓。

在接收時(shí)由微波束形成器12產(chǎn)生的部分波束形成的信號(hào)被耦合到主波束形成器20，其中，將來自換能器元件的個(gè)體片塊的部分波束形成的信號(hào)組合成完全波束形成的信號(hào)。例如，主波束形成器20可以具有128個(gè)通道，所述通道中的每個(gè)從CMUT換能器單元或壓電元件的片塊接收部分波束形成的信號(hào)。在一些實(shí)施例中，每個(gè)片塊可以包括數(shù)十個(gè)或上百個(gè)CMUT換能器單元或壓電元件。以此方式，通過換能器陣列10’的大量換能器元件(例如，數(shù)十、上百、上千的元件)接收到的信號(hào)能夠有效地貢獻(xiàn)于單個(gè)波束形成的信號(hào)。

波束形成的信號(hào)被耦合到信號(hào)處理器22。信號(hào)處理器22能夠以各種方式處理接收到的回波信號(hào)，例如，帶通濾波、抽選、I和Q組分分離以及諧波信號(hào)分離，其用于分離線性和非線性信號(hào)，從而使得能夠識(shí)別從組織和微泡返回的非線性(基頻的較高諧波)回波信號(hào)。信號(hào)處理器也可以執(zhí)行額外的信號(hào)增強(qiáng)，例如，降斑、信號(hào)復(fù)合和噪聲消除。在信號(hào)處理器中的帶通濾波器能夠是追蹤濾波器，當(dāng)從遞增的深度接收到回波信號(hào)時(shí)所述帶通濾波器的通帶從較高的頻率帶滑動(dòng)到較低的頻率帶，從而拒絕來自更大深度的較高頻率的噪聲，其中，這些頻率缺乏解剖信息。

經(jīng)處理的信號(hào)被耦合到B模式處理器26和多普勒處理器28。B模式處理器26采用對用于對身體中的結(jié)構(gòu)(例如，器官的組織和身體中的血管)進(jìn)行成像的接收到的聲信號(hào)的幅度的檢測。身體結(jié)構(gòu)的B模式圖像可以被形成在諧波圖像模式或基本圖像模式或兩者的組合中，如美國專利6283919(Roundhill等人)和美國專利6458083(Jago等人)所描述的。多普勒處理器28處理來自組織移動(dòng)和血流的在時(shí)間上不同的信號(hào)用于檢測物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，例如，在磁場中血細(xì)胞的流動(dòng)。多普勒處理器一般包括具有參數(shù)的壁濾波器，所述壁濾波器可以被設(shè)定為通過和/或拒絕從身體中的選定類型的材料返回的回波。例如，壁濾波器能夠被設(shè)定為具有通帶特性，所述通帶特性通過來自較高速度材料的相對低幅度的信號(hào)，而拒絕來自較低或零速度材料的相對強(qiáng)的信號(hào)。該通帶特性將通過來自流動(dòng)血液的信號(hào)，而拒絕來自附近固定或緩慢移動(dòng)目標(biāo)(例如，心臟壁)的信號(hào)。逆特性將通過來自心臟的移動(dòng)組織的信號(hào)，而針對被稱作組織多普勒成像、檢測和描繪組織運(yùn)動(dòng)的項(xiàng)目而拒絕血流信號(hào)。多普勒處理器接收并處理來自磁場中不同點(diǎn)的在時(shí)間上離散的回波信號(hào)的序列，來自被稱作全體的特定點(diǎn)的回波的序列。在相對短的時(shí)間間隔以快速連續(xù)的方式接收到的回波的全體能夠被用于估計(jì)流動(dòng)血液的多普勒移頻，其中，多普勒頻率與速度的對應(yīng)關(guān)系指示血流速度。在較長時(shí)間段內(nèi)接收到的回波的全體被用于估計(jì)較慢流動(dòng)血液或緩慢移動(dòng)組織的速度。

B模式和多普勒處理器產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)信號(hào)被耦合到掃描轉(zhuǎn)換器32和多平面重定格式器44。掃描轉(zhuǎn)換器將回波信號(hào)布置在空間關(guān)系中，根據(jù)該關(guān)系可以以期望的圖像格式接收回波信號(hào)。例如，掃描轉(zhuǎn)換器可以將回波信號(hào)布置成二維(2D)扇區(qū)形格式，或錐體三維(3D)圖像。掃描轉(zhuǎn)換器能夠利用對應(yīng)于具有其多普勒估計(jì)速度的圖像場中的點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)的顏色來覆蓋B模式結(jié)構(gòu)圖像，以產(chǎn)生顏色多普勒圖像，所述顏色多普勒圖像描繪了圖像場中的組織的運(yùn)動(dòng)和血流流動(dòng)。多平面重定格式器將從身體的體積區(qū)域中的公共平面中的點(diǎn)接收到的回波轉(zhuǎn)換成該平面的超聲圖像，如美國專利6443896(Detmer)所描述的。體積繪制器42將3D數(shù)據(jù)集的回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成從給定的參考點(diǎn)查看的投影的3D圖像，如美國專利6530885(Entrekin等人)所描述的。2D或3D圖像從掃描轉(zhuǎn)換器32、多平面重定格式器44和體積繪制器42被耦合到圖像處理器30，以供進(jìn)一步的增強(qiáng)、緩沖和臨時(shí)存儲(chǔ)以用于在圖像顯示器40上進(jìn)行顯示。除了用于成像外，由多普勒處理器28產(chǎn)生的血流值以及由B模式處理器26產(chǎn)生的組織結(jié)構(gòu)信息被耦合到量化處理器34。所述量化處理器產(chǎn)生不同流動(dòng)狀況的量度(例如，血流的體積率)以及結(jié)構(gòu)測量結(jié)果(例如，器官的大小和孕齡)。量化處理器可以從用戶控制面板38接收輸入，例如，在進(jìn)行測量的圖像的解剖結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)。來自量化處理器的輸出數(shù)據(jù)被耦合到圖形處理器36，用于利用顯示器40上的圖像來重建測量圖形和值。圖形處理器36也能夠生成圖形覆蓋，用于與聲圖像一起進(jìn)行顯示。這些圖形覆蓋能夠包含標(biāo)準(zhǔn)的識(shí)別信息，例如，患者姓名、圖像的日期和時(shí)間、成像參數(shù)等。為此，圖形處理器接收來自用戶接口38的輸入，例如，患者姓名。用戶接口也被耦合到發(fā)射控制器18，以控制從換能器陣列10’生成聲信號(hào)，并因此控制生成通過換能器陣列和聲系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像。用戶接口也被耦合到多平面重定格式器44，用于選擇和控制多平面重定格式器(MPR)圖像的平面，其可以用于執(zhí)行在MPR圖像的圖像場中的量化測量。

聲成像裝置300也包括遮擋避免處理器50，所述遮擋避免處理器50可以與換能器控制器18、波束形成器20、信號(hào)處理器22和圖像處理器30協(xié)作，以利用在聲換能器陣列10’中的聲換能器間的發(fā)射/接收對路徑的冗余來補(bǔ)償成像區(qū)域的由于一個(gè)或多個(gè)障礙物而缺失的圖像數(shù)據(jù)；并且根據(jù)經(jīng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)產(chǎn)生成像區(qū)域的圖像。將在下文更加詳細(xì)地描述通過遮擋避免處理器50的這種操作的示范性實(shí)施例。

圖4是圖示當(dāng)在成像設(shè)備與成像區(qū)域的至少部分之間存在一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)對成像區(qū)域進(jìn)行成像的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。

在操作410中，采用聲換能器陣列來產(chǎn)生用于成像區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，其中，在聲換能器陣列與成像區(qū)域的至少部分之間存在一個(gè)或多個(gè)障礙物。

在操作420中，在聲換能器陣列中的聲換能器間的發(fā)射/接收對路徑中的冗余可以用于補(bǔ)償成像區(qū)域的由于一個(gè)或多個(gè)障礙物而缺失的圖像數(shù)據(jù)。

在操作430中，根據(jù)經(jīng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)產(chǎn)生成像區(qū)的圖像。

冗余在遠(yuǎn)場中尤其清楚，其中，保持Fraunhoffer近似。在該情況下，通過簡單傅里葉變換涉及在孔中的場和幅度分布。例如，在遠(yuǎn)場中，通過單個(gè)元件生成的場將是平面波。假設(shè)I_Tx和I_Rx是發(fā)射元件和接收元件的指標(biāo)。在遠(yuǎn)場中，對應(yīng)的場將是exp(j.k.x(I_Tx))(各自的exp(j.k.x(I_Rx))，其中，k是波數(shù)，并且x(I_Tx)是陣列中的發(fā)射元件的物理坐標(biāo)。往返行程場是發(fā)射場和接收場的乘積，并且被表達(dá)為exp(j.k.(x(I_Tx)+x(I_Rx)))。因此，具有相等的x(I_Tx)+x(I_Rx)的元素的所有對將生成相同的往返行程場。元素的這些對被稱作冗余的。

場的角度譜是其到其橫向空間頻率的分解。這里，所使用的術(shù)語“角度譜”指的是PSF的橫向空間譜。其被表達(dá)為PSF的橫向輪廓的傅里葉變換。在該遠(yuǎn)場中，根據(jù)上述Fraunhoffer近似，單向(僅發(fā)射或僅接收)角度譜與孔幅度分布成比例。如果活性孔是矩形的，則單向PSF是sinc函數(shù)。往返行程點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)是sinc²函數(shù)，并且針對往返行程PSF的角度譜是三角函數(shù)。往返行程角度譜也能夠被計(jì)算為發(fā)射和接收孔的幅度分布的卷積。

圖5圖示了以下范例：(1)當(dāng)沒有一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)將存在的、具有200個(gè)元件的矩形聲換能器陣列相對于成像區(qū)域的理想角度譜510(虛線)；以及(2)當(dāng)存在一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)相同聲換能器陣列相對于成像區(qū)域的角度譜520(實(shí)線)。

從圖5能夠看出，只要障礙物(例如，肋骨15)不大于肋間空間，則每個(gè)頻率的幅度是非零的。因此，能夠通過對由于存在障礙物(例如，肋骨15)而較少呈現(xiàn)的角度頻率添加更多的權(quán)重來恢復(fù)真實(shí)的角度譜(和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù))。在角度譜中的每個(gè)頻率的權(quán)重是在沒有障礙物時(shí)的理想幅度(在該頻率處的譜值510)除以由于存在障礙物的實(shí)際幅度(在所述點(diǎn)處的譜值520)的比率?？缏晸Q能器陣列的所有角度頻率的這些權(quán)重或系數(shù)的集合在這里被稱作逆濾波器。

實(shí)施該方法的一種直接方式是利用合成孔采集。一旦已知(一個(gè)或多個(gè))障礙物(例如，肋骨15)的(一個(gè)或多個(gè))位置，則能夠計(jì)算在存在一個(gè)或多個(gè)障礙物(例如，肋骨15)時(shí)聲換能器陣列相對于成像區(qū)域的角度譜520，并且通過采取角度譜520與理想角度譜510的比率能夠獲得元件的每個(gè)發(fā)射/接收對的權(quán)重或系數(shù)。這里，可以通過多種技術(shù)確定(一個(gè)或多個(gè))障礙物的(一個(gè)或多個(gè))位置或(一個(gè)或多個(gè))定位，所述多種技術(shù)包括例如使用肋骨檢測算法，所述肋骨檢測算法可以采用由聲成像裝置300與特征識(shí)別算法一起產(chǎn)生的成像區(qū)7的圖像。在2013年12月9日提交的美國臨時(shí)專利申請61/913576中公開了肋骨檢測算法的實(shí)施例。通過引用將美國臨時(shí)專利申請61/913576的內(nèi)容并入本文。能夠采用其它方法，包括使用從其它成像模態(tài)獲得的圖像數(shù)據(jù)，包括X射線數(shù)據(jù)、磁共振成像(MRI)數(shù)據(jù)等。然而，不管采用何種定位(一個(gè)或多個(gè))障礙物(例如，肋骨15)的(一個(gè)或多個(gè))位置的方法，一旦確定了(一個(gè)或多個(gè))位置，則能夠計(jì)算在存在一個(gè)或多個(gè)障礙物(例如，肋骨15)時(shí)聲換能器陣列相對于成像區(qū)域的角度譜520，并且能夠通過采取角度譜520與理想角度譜510的比率來獲得元件的每個(gè)發(fā)射/接收對的權(quán)重或系數(shù)，以上所提及的。在合成孔求和期間，利用對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)對每個(gè)TX/RX元件對進(jìn)行加權(quán)。該方法的一個(gè)缺點(diǎn)是由于使用單個(gè)元件發(fā)射而造成的低信噪比(SNR)。

圖6是圖示當(dāng)在成像設(shè)備與成像區(qū)域的至少部分之間存在一個(gè)或多個(gè)障礙物(例如，肋骨15)時(shí)對成像區(qū)域進(jìn)行成像的方法600的實(shí)施例的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解，可以以與圖6中所圖示的和下文中所描述的不同的次序來執(zhí)行方法600的各種操作。

在操作610中，確定在沒有(一個(gè)或多個(gè))障礙物時(shí)將存在的、聲換能器陣列相對于成像區(qū)域的理想角度譜。

在操作620中，確定在存在(一個(gè)或多個(gè))障礙物時(shí)聲換能器陣列相對于成像區(qū)域的角度譜。

在操作630中，確定針對聲換能器陣列的逆濾波器。

在一些實(shí)施例中，可以通過將在沒有一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)將存在的、聲換能器陣列相對于成像區(qū)域的理想角度譜(例如，圖5中的510)除以在存在一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)聲換能器陣列相對于成像區(qū)域的角度譜(例如，圖5中的520)來獲得逆濾波器，所述角度譜可以如以上解釋的來確定。

在操作640中，聲換能器陣列用于產(chǎn)生針對成像區(qū)域7的圖像數(shù)據(jù)。

在操作650中，通過對應(yīng)于發(fā)射/接收對的角度頻率的逆濾波器的值來對由在成像操作中在聲換能器陣列中的元件的每個(gè)發(fā)射/接收對產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)。

在操作660中，根據(jù)經(jīng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)產(chǎn)生成像區(qū)的圖像。

上述描述簡化了障礙物的影響，將其當(dāng)作緊接著聲換能器陣列的前方的薄的屏幕狀的特征進(jìn)行建模。事實(shí)上，障礙物(例如，肋骨15)通常較厚且被設(shè)置在距離聲換能器陣列的一段距離處。因此，障礙物在孔上的“陰影”將改變成像點(diǎn)的位置。因此，有效的Tx和Rx孔以及角度譜針對成像區(qū)域中的每個(gè)點(diǎn)改變。然而，如果確定了(一個(gè)或多個(gè))障礙物的(一個(gè)或多個(gè))定位，則能夠使用射線追蹤算法來計(jì)算每個(gè)點(diǎn)“看到”的孔，能夠計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的角度譜，并且能夠使用上述算法。

因此，在上述方法600的一些實(shí)施例中，確定聲換能器陣列的逆濾波器，通過對應(yīng)于發(fā)射/接收對的角度頻率的逆濾波器的值來對由在聲換能器陣列中的元件的每個(gè)發(fā)射/接收對產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，并且通過對所有的發(fā)射/接收對的經(jīng)加權(quán)的信號(hào)進(jìn)行求和來生成聲圖像，能夠包括針對成像區(qū)域中的多個(gè)感興趣點(diǎn)中的每個(gè)執(zhí)行算法。所述算法能夠包括：確定聲換能器陣列相對于點(diǎn)的逆濾波器，其中，當(dāng)逆濾波器乘以在存在一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)聲換能器陣列相對于點(diǎn)的角度譜時(shí)，產(chǎn)生在沒有一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)將存在的、聲換能器陣列相對于點(diǎn)的理想角度譜；通過對應(yīng)于發(fā)射/接收對的角度頻率的逆濾波器的值來對由來自點(diǎn)的在聲換能器陣列中的元件的每個(gè)發(fā)射/接收對產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)；并且通過對由來自所述點(diǎn)的在聲換能器陣列中的元件的每個(gè)發(fā)射/接收對產(chǎn)生的經(jīng)加權(quán)的信號(hào)進(jìn)行求和來確定在所述點(diǎn)處的聲圖像的強(qiáng)度。

在一些實(shí)施例中，能夠通過采用射線追蹤算法來計(jì)算點(diǎn)所看到的有效孔來確定聲換能器陣列相對于每個(gè)點(diǎn)的逆濾波器。

圖7示出了肋骨模型，其圖示了如何使用射線追蹤算法來在存在障礙物15時(shí)在圖6的方法600中檢測在換能器陣列中哪個(gè)圖像點(diǎn)看到哪個(gè)換能器元件。尤其地，圖7圖示了第一區(qū)722和第二區(qū)724，其中，所述第一區(qū)722能夠由特定元件702看到，從元件702對所述第二區(qū)724的查看被障礙物15阻擋。

減輕在方法600中采用的合成孔成像的低SNR同時(shí)保留其靈活性的一個(gè)解決方法是使用虛擬換能器方法。在這種方法中，創(chuàng)建一組聚焦的發(fā)射和接收對。每個(gè)聚焦的波束能夠被看作位于波束焦點(diǎn)處的虛擬換能器(但是比單個(gè)元件具有更大的強(qiáng)度)，并且能夠利用虛擬換能器的陣列來應(yīng)用合成孔算法。虛擬換能器的理想深度是障礙物(例如，肋骨15)的深度。

因此，在上述方法600的一些實(shí)施例中，確定聲換能器陣列的逆濾波器，通過對應(yīng)于發(fā)射/接收對的角度頻率的逆濾波器的值來對由在聲換能器陣列中的元件的每個(gè)發(fā)射/接收對產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，并且通過對所有的發(fā)射/接收對的經(jīng)加權(quán)的信號(hào)進(jìn)行求和來生成聲圖像，能夠包括執(zhí)行采用虛擬換能器的算法。在一些實(shí)施例中，所述算法可以包括：根據(jù)聲換能器陣列創(chuàng)建虛擬換能器的陣列；確定針對虛擬換能器陣列的逆濾波器，其中，當(dāng)逆濾波器乘以在存在一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)虛擬換能器的陣列相對于成像區(qū)域的角度譜時(shí)，產(chǎn)生在沒有一個(gè)或多個(gè)障礙物時(shí)將存在的、虛擬換能器的陣列相對于成像區(qū)域的理想角度譜；通過對應(yīng)于發(fā)射/接收對的角度頻率的逆濾波器的值來對由在虛擬換能器的陣列中的元件的每個(gè)發(fā)射/接收對產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)；并且通過對所有的發(fā)射/接收對的經(jīng)加權(quán)的信號(hào)進(jìn)行求和來生成聲圖像。

其它實(shí)施例能夠利用在聲換能器陣列中(直接在波束空間中)的聲換能器間的發(fā)射/接收對路徑中的冗余。這種實(shí)施例可以采用傳統(tǒng)的波束形成，其與圖6的實(shí)施例相比可以增加SNR，這是因?yàn)閬碜钥臻g中的若干點(diǎn)的能量能夠被聚焦于一個(gè)定位。在這些實(shí)施例中，使用聚焦的發(fā)射替代單個(gè)元件發(fā)射。為此，必須將計(jì)算出的往返行程權(quán)重劃分成用于發(fā)射孔的權(quán)重和用于接收孔的權(quán)重。這能夠使用分解算法來進(jìn)行，例如，單值分解、特征值分解或其它分解。然而，利用單個(gè)發(fā)射與接收操作不能實(shí)現(xiàn)期望的往返行程點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，其要求兩個(gè)或更多個(gè)發(fā)射與接收操作的和(例如，第二發(fā)射/接收點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)可能實(shí)際上僅包含旁波瓣，并且能夠從包含主波瓣和旁波瓣的第一個(gè)中被減去)。

例如，W是往返行程權(quán)重的矩陣。例如，W_i,j是對應(yīng)于包括由對應(yīng)的Tx/Rx對的角度譜的值給出的發(fā)射i和接收j的對的權(quán)重。

U(分別地，V)是發(fā)射(分別地，接收)中的切趾向量(U的每個(gè)元素是在發(fā)射時(shí)施加到陣列中的元件的權(quán)重)。對于給定的U和V，W由W＝UV*給出，其中，*表示矩陣轉(zhuǎn)置。

這里，我們對逆問題感興趣：W是已知的，但是其可以總是發(fā)現(xiàn)一組對應(yīng)的發(fā)射和接收孔嗎？如果W的秩是1，則W能夠被分解成1個(gè)發(fā)射和1個(gè)接收孔的乘積。然而，如果W的秩大于1，如縫隙補(bǔ)償算法的情況中的那樣，則W僅能夠被分解成若干發(fā)射和接收孔的乘積的和，經(jīng)由單值分解(SVD)：

W＝USV*，其中，S是單值的對角矩陣，并且U(分別地，V)是其列是各種發(fā)射(分別地，接收)切趾向量的矩陣。

實(shí)際上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)只有2個(gè)單值是重要的(其它的非常小)，使得W能夠處于非常良好的近似，被表達(dá)為兩個(gè)發(fā)射與接收波束的和。

(1) W＝S(1,1).U₁.V₁+S(2,2)U₂.V₂

由于W的對稱性，發(fā)射和接收切趾是相同的：U₁＝V₁。

圖8圖示了用于關(guān)于圖2如上所述的用于模擬孔的切趾810(U1)和820(U2)。切趾810和820兩者在子孔的邊緣附近具有強(qiáng)的權(quán)重。切趾810單獨(dú)仍生成強(qiáng)的旁波瓣。然而，當(dāng)根據(jù)上述等式(1)對個(gè)體地使用切趾810和820中的每個(gè)產(chǎn)生的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行組合時(shí)，光柵波瓣從得到的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)消失。事實(shí)上，切趾820生成不具有主波瓣而僅具有光柵波瓣的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，能夠從使用切趾810產(chǎn)生的第一點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)減去所述光柵波瓣。

在一些實(shí)施例中，第一切趾810(U₁)可以被采用在發(fā)射操作和接收操作兩者中，以生成第一組圖像數(shù)據(jù)。類似地，通過使用第二切趾820(U₂)以用于發(fā)射操作和接收操作來生成第二組圖像數(shù)據(jù)。然后通過如等式1所示的各自的單值來對兩組求和數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，然后對其進(jìn)行組合以獲得最終的圖像數(shù)據(jù)。

圖9是圖示當(dāng)在成像設(shè)備與能夠采用傳統(tǒng)的波束形成的圖像區(qū)域的至少部分之間存在一個(gè)或多個(gè)障礙物(例如，肋骨15)時(shí)對成像區(qū)域進(jìn)行成像的方法900的實(shí)施例的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解，方法900的各個(gè)操作可以以不同于圖9中所圖示的和如以下所描述的次序來執(zhí)行。

在操作910中，根據(jù)聲換能器陣列相對于成像區(qū)域的逆濾波器來確定第一切趾函數(shù)和第二切趾函數(shù)。

圖8圖示了被采用在圖9中的方法900中的兩組發(fā)射/接收孔的第一切趾函數(shù)810和第二切趾函數(shù)820的范例。

在操作920中，將第一切趾函數(shù)應(yīng)用于聲換能器陣列。

在操作930中，利用第一切趾執(zhí)行第一發(fā)射與接收操作從而產(chǎn)生第一圖像數(shù)據(jù)。

在操作940中，將第二切趾函數(shù)應(yīng)用于聲換能器陣列。

在操作950中，利用第二切趾執(zhí)行第二發(fā)射與接收操作從而產(chǎn)生第二圖像數(shù)據(jù)。

在操作960中，通過對第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行組合來產(chǎn)生成像區(qū)域的圖像。

利用聲換能器陣列中的聲換能器間的發(fā)射/接收對路徑的冗余的方法的其它實(shí)施例可以采用基于圖像的去卷積。如以上所提及的，在遠(yuǎn)場中，在給定頻率處的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的傅里葉變換與孔成比例。對于寬帶信號(hào)，人們能夠采用點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的2D空間傅里葉變換，已知為k空間。在給定波數(shù)k處的譜是如以上所描述地導(dǎo)出的往返行程角度譜的縮放版本?？s放因子是波數(shù)k本身。這能夠根據(jù)Fraunhoffer近似導(dǎo)出：如上所看到的，孔的一個(gè)元素與平面波exp(j.k.x(I_Tx))相關(guān)聯(lián)?？臻g頻率與k成比例。

因此，能夠直接在k空間中實(shí)施逆濾波器，而不是在合成孔往返行程對上實(shí)施逆濾波器。

在一些實(shí)施例中，通過采用經(jīng)求和的RF數(shù)據(jù)的2D傅里葉變換(在包封檢測之前)計(jì)算圖像的k空間。如以上所描述地計(jì)算逆濾波器權(quán)重，針對每個(gè)k值進(jìn)行縮放，并乘以譜。在此時(shí)可以考慮信號(hào)的時(shí)間帶寬。最終，計(jì)算2D逆傅里葉變換以獲得補(bǔ)償圖像。備選地，由于k空間中的乘法等價(jià)于圖像域中的去卷積，因此能夠在圖像域中直接進(jìn)行去卷積。在該情況下，計(jì)算逆濾波器的2D傅里葉變換以獲得與圖像(經(jīng)求和的RF數(shù)據(jù))卷積的內(nèi)核。內(nèi)核的大小大約是點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的大小。

已經(jīng)觀察到，假設(shè)使用基于圖像的去卷積并不如假設(shè)如以上所描述的使用合成孔算法一樣魯棒。即使在遠(yuǎn)場中，根據(jù)點(diǎn)的橫向位置，k空間譜顯著變化。然而，這能夠通過采用空間依賴性逆濾波器來解決。能夠通過模擬點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)來計(jì)算濾波器的權(quán)重。卷積內(nèi)核方法尤其適合于空間依賴性濾波，這是因?yàn)閮?nèi)核能夠根據(jù)位置而變化。

圖10圖示了當(dāng)針對肋間空間采用結(jié)合圖6描述的補(bǔ)償算法時(shí)在圖2所圖示的相同情形中的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。這里，再次地，四個(gè)點(diǎn)分散器分別位于4、8、12和16cm的深度。對于在12cm和16cm處的兩個(gè)最深的點(diǎn)，相比圖2，圖像大大改善。光柵波瓣被抑制，并且點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)看起來類似于利用沒有任何縫隙的完全的孔而獲得的。對于在4cm處的最淺的點(diǎn)，遠(yuǎn)場近似并不保持，并且重建并不好。在8cm處的點(diǎn)是過渡區(qū)域。

圖11A和圖11B圖示了模擬在大孔中存在肋間縫隙的具有補(bǔ)償(圖11B)和不具有補(bǔ)償(圖11A)的圖像。尤其地，使用一個(gè)80元件孔，并且通過阻擋元件中的一些而人為地引入了“迷你肋骨”。使用兩個(gè)13元件阻擋物，留下三個(gè)18元件孔。注意，圖11A示出了強(qiáng)的光柵波瓣，而圖11B示出了通過采用如本文中所描述的縫隙補(bǔ)償算法來減少以及在一些情況下消除光柵波瓣。

圖12A-D圖示了當(dāng)模擬兩個(gè)阻擋物(例如，由于兩個(gè)肋骨15)時(shí)使用大孔產(chǎn)生的模擬的經(jīng)胸廓超聲心動(dòng)圖。如圖11A-B所示，一個(gè)80元件孔被劃分成被兩個(gè)13元件阻擋物分離的三個(gè)18元件孔。

圖12A圖示了當(dāng)模擬兩個(gè)阻擋物(例如，由于兩個(gè)肋骨)時(shí)使用大孔產(chǎn)生的模擬的經(jīng)胸廓超聲心動(dòng)圖。

圖12B圖示了當(dāng)模擬兩個(gè)阻擋物(例如，由于兩個(gè)肋骨)并采用肋間縫隙補(bǔ)償算法時(shí)使用大孔產(chǎn)生的經(jīng)胸廓超聲心動(dòng)圖。

圖12C圖示了當(dāng)不存在阻擋物時(shí)使用類似于圖12A的大孔產(chǎn)生的參考的經(jīng)胸廓超聲心動(dòng)圖。

圖12D圖示了使用比用于生成圖8A-C的孔小的孔產(chǎn)生的經(jīng)胸廓超聲心動(dòng)圖。

圖13圖示了當(dāng)存在障礙物(例如，肋骨15)時(shí)產(chǎn)生的相干圖像。如在圖2和圖10中所示，四個(gè)點(diǎn)分散器分別位于4、8、12和16cm處。鄰近主波瓣1302示出光柵波瓣1304。

圖14A圖示了當(dāng)使用采用如上所述的“肋間縫隙補(bǔ)償”算法的相干復(fù)合時(shí)，在存在類似于圖13所示的肋骨時(shí)產(chǎn)生的圖像。圖14B圖示了在沒有任何障礙物時(shí)將產(chǎn)生的類似于圖13和14A所示的圖像。通過比較圖13、14A和14B能夠看出，對于大于10cm的深度，當(dāng)采用補(bǔ)償算法時(shí)通過障礙物(例如，肋骨)的圖像幾乎與沒有障礙物存在時(shí)一樣好。

圖15A圖示了在圖8所圖示的模型中在遠(yuǎn)場中心中的點(diǎn)的角度譜。圖15B圖示了在圖8中圖示的模型中靠近聲換能器陣列且在圖像的邊緣上的點(diǎn)的角度譜。如圖15B所示，角度譜具有縫隙1505，所述縫隙1505不能由上述利用在TX/RX往返行程路徑中的冗余的算法來閉合，這是因?yàn)樽钚》仁橇慊蚍浅Ｐ?。相干?fù)合算法仍可用于箭頭所示的譜的部分1510中。譜的其它部分能夠被相干地添加。

圖16針對圖8的范例圖示了通過針對圖像的不同點(diǎn)的算法重建的最大往返行程孔大小。障礙物沿著左邊緣被設(shè)置。

圖17圖示了當(dāng)障礙物(例如，肋骨)與肋間空間一樣大時(shí)補(bǔ)償算法的結(jié)果。這里，只有一個(gè)肋間空間用于每個(gè)點(diǎn)，這是因?yàn)榭p隙不能被閉合。能夠采用相干復(fù)合來改善結(jié)果。

盡管在本文中公開了優(yōu)選實(shí)施例，但是屬于本發(fā)明的構(gòu)思和范圍之內(nèi)的許多變化是可能的。在查閱本文中的說明書、附圖和權(quán)利要求之后，這樣的變化對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得清楚。因此，除了在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)以外，本發(fā)明不受限制。