用于執行超聲寬波束發送和多線接收成像的系統、方法和機器可讀的程序的制作方法

專利名稱：用于執行超聲寬波束發送和多線接收成像的系統、方法和機器可讀的程序的制作方法
技術領域：
本發明涉及超聲成像系統，以及具體涉及用于通過發射在目標處具有預先選擇的空間能量分布的寬波束(寬TX)和處理從目標接收的能量以確定代表目標的圖像數據而執行超聲成像的系統、方法和軟件程序。具體地，本發明針對通過使用超聲寬TX和多線接收(多線RX)成像而創建目標的圖像數據的醫用超聲診斷系統、方法和軟件程序。
已經知道有各種各樣的、用于進行超聲成像的方法和系統。授權給Bolorforosh等的美國專利No.6,277,073、授權給Cole等的美國專利No.6,172,939、授權給Mallart等的美國專利No.5,276,654和授權給Augustine的美國專利No.4,644,795描述了用于進行超聲成像的各種各樣的方法和設備，所有這些專利整體地在此引用以供參考。
通常，當執行超聲成像時，典型地具有壓電晶體形式的換能器單元對要被成像的目標(即病人)以進行物理交流的方式放置。當壓電元件被電流脈沖激勵時，壓電元件在特定的頻譜上以特定的強度發送超聲波突發。這些波然后傳播到目標以對目標的結構或不同深度的結構成像。當這些波通過目標行進到想要的深度時，波能量被目標中的逐漸較深的組織層部分吸收和/或反射，直至所有的能量或被吸收或被反射為止。對于醫學成像目的，被目標反射的能量然后返回到發射這些波的壓電元件和/或另一個壓電元件，在其中波的能量使得壓電元件產生電信號，該電信號然后被處理以形成圖像數據。在一秒鐘內可以發生許多次這樣的循環。
盡管在現有技術的超聲成像設備中可以以高速度采集到數據，但三維(3D)體積的成像仍舊是一個挑戰。三維的實時超聲采樣需要在每次體積掃描時測量從體積內許多點反射的能量。假定可以得到數據的速率是有限的，由于聲音的有限的速度，3D成像對要被成像的區域進行采樣所能提供的發送/接收周期的數目有嚴格的限制。這對于高幀速率、大觀看區域的二維(2D)應用同樣如此。因此，非常希望找到在給定的時間段內得到更多數據的方法。
通常，醫用超聲成像設備使用被安排在換能器頭中的多個壓電元件，如在授權給Cole等的美國專利No.6,172,939中看到的。這樣的設備可用來”操控”發送(TX)和接收(RX)波束以形成圖像。這通常是通過”掃描”一個波束以順序地使聲穿透要成像的整個體積而完成的。掃描典型地包括在掃描線的單個”幀”的過程中順序地發送多個波束穿過目標的體積。通過用適當延時的和加權的脈沖波形給換能器頭中壓電元件的全部或其分組提供能量，形成每個離散的發送波束。每個離散的發送波束往往只使聲穿透要成像的、小部分體積。需要發射上百個波束來創建單個2D幀，以及需要發射幾千個波束來創建一個3D幀。特別是在后一種情形，這需要很多時間。
加快采集數據的速率的一個解決方案牽涉到如在授權給Augustine的美國專利No.4,644,795中描述的、使用比較寬而平坦的發送波束，以使得在寬平的發送波束內的多個接收波束可以同時有效地被利用。這個技術通常稱為”多線接收”。Augustine的發送成形器使用幅度加權(具體地基于正弦函數)，以便按平方增加發送波束和使聲穿透大的區域。在每個信道上發送相同的波形，但幅度是不同的(或波形被顛倒)。然而，即使在發送聚焦點，使用這種方法來控制目標上能量分布的形狀仍舊具有它的限制。由于只有幅度加權被使用來建立波前，對組織的聲穿透的均勻性和在打算的發送波束邊界以外的目標的排除受到限制。
多線RX是對于發送周期的相當有效的使用，因為它允許對于每個發送事件得到多個接收線。同樣地，離散的多線發送(“多線TX”)可用來提高數據的采集速率。多線TX的基本原則是使用并行傳輸路徑來沿相鄰的、但空間上不同的路徑發送離散的多個波束，如在授權給Cole等的美國專利No.6,172,939中描述的。多個發送波束可以從設備進行發送，它們被發射到目標。多線RX也用來形成并行的接收波束，正如以上討論的。B模式數據是收到的回波幅值的指示，它可以從收到的多線回波得到和顯示(和/或被存儲)，正如技術上已知的。
這些概念可以擴展到它們的邏輯結論。離散的接收波束的比例可以按發送波束的比例而變化，以便”看到”目標的更多的點。在”2X”的多線RX中，接收波束各放置在發送波束的中心的每一邊。在”4X”的多線RX中，兩個接收波束各放置在發送波束的每一邊，等等。對于壓電元件的二維2D陣列，可以通過接收來自發送波束的上面和下面以及兩邊的波束而把多線概念擴展到垂直面方向。
這些傳統的方法和系統允許超聲成像能力逐步改進。然而，仍舊很需要改進超聲成像系統的總的性能。正如從現有技術看到的，傳統的方法常常需要在能夠形成完整的目標圖像之前進行多次發射。
同樣地，在美國專利No.4,644,795中描述的寬TX波束形成器，由于只改變在每個信道上發送的信號的相對幅度而不改變不同信道的波形的總體形狀，因而在靈活性方面受到限制。這限制了發送波束的”裙邊”的陡度能被增加的程度。理想地，發送波束應當具有“廂式貨車(boxcar)”形狀，而不是梯形的形狀。
因此，仍舊需要使得超聲成像技術最佳化，以便得到盡可能多的數據和提供盡可能多的對有關成像的物體的見解。
在以下說明中將闡述和明白本發明的目的和優點，以及將通過本發明的實踐進行學習。通過在說明書和所附權利要求中以及從附圖具體地指出的方法和系統，將認識和得到本發明的另外的優點。
為了達到這些和其它優點和按照本發明的目的，正如體現的和廣義描述的，本發明包括用于進行超聲寬波束發送和多線接收成像的系統，其中系統包括被配置來向目標發射超聲波束的發射機，其中波束在目標的至少一個位置上具有預定的空間能量分布。發射機還包括多個換能器元件，其中每個換能器元件能夠把具有所需形狀的選擇的電波形變換而產生超聲壓力波。系統還包括發射機處理器，它被配置來在連接到換能器元件的每個信道上生成電波形并控制它的形狀(和延時)，以使得超聲波束的空間能量分布可以通過控制在每個換能器元件上產生的波形的形狀而被控制。系統還包括接收機，它接收來自發射機的指向目標的超聲波束的能量。而且，提供了接收機處理器，它被配置來處理接收的能量，以確定代表目標的圖像數據。
優選地，提供了一種系統，其中超聲波束的空間能量分布在目標的位置處是相當平坦的，以及接收機由與發射機相同的多個換能器元件的至少一部分所形成，以及從任何換能器元件發射的波形的最后的形狀可以通過組合至少兩個預先選擇的波形而被確定。例如，可以有更多的換能器元件用于接收波束而不是用于發送波束。同樣地，發射機和接收機可以由完全不同的換能器元件形成，或只使用相同的換能器元件中的若干個來形成。
本發明的另一個方面，提供了一種系統，其中接收的能量以至少一個具有外部周界的接收波束的形式被接收，以及發射機還被配置成在至少一個接收波束的外部周界上發送超聲防護波束。
本發明的再一個方面，提供了一種系統，其中換能器元件基本上排列成二維陣列，以及其中從第一換能器元件發送的波形的瞬時頻率(和/或幅度)可以不同于從第二換能器元件發送的波形的瞬時頻率。系統提供在不同信道上的不同延時，以允許操控和聚焦發送和接收波束。
本發明還包括用于執行超聲寬TX、多線RX成像的方法，包括選擇在多個換能器元件上向目標發送的波形的步驟，其中每個換能器元件能夠產生具有想要的形狀的選擇的波形以及所述各個換能器元件包括發射機。該方法還包括從發射機發送超聲波束，其中波束在目標的至少一個位置上具有預定的空間能量分布。在這個方法中，波束的空間能量分布可以通過控制由每個換能器元件產生的波形的形狀而被控制。方法還包括接收來自發射機的指向目標的超聲波束的能量，以及處理接收的能量，以確定代表目標的圖像數據。
優選地，提供了一種方法，其中超聲波束的空間能量分布在目標的位置處基本上是平坦的，以及接收機由與發射機相同的多個換能器元件所形成，以及從任何換能器元件發射的波形的最后的形狀可以通過組合至少兩個預先選擇的波形而被確定。
本發明的另一個方面，提供了用于形成超聲波束的方法，其中接收的能量以至少一個具有外部周界的接收波束的形式被接收，以及發射機還被配置成在至少一個接收波束的外部周界上發射超聲防護波束。
本發明還包括機器可讀的程序，包含用于控制系統執行超聲寬TX、多線RX成像的指令，其中系統具有發射機、發射機處理器、接收機、和接收機處理器，以及程序包括用于控制從多個換能器元件向目標發送超聲波束的裝置。發送的波束在目標的至少一個位置上具有預定的空間能量分布，其中每個換能器元件能夠產生具有所需形狀的選擇的波形，以及波束的空間能量分布是通過控制由每個換能器元件產生的波形的形狀而被控制的。
優選地，提供了一種機器可讀的程序，包含用于控制系統執行超聲寬TX、多線RX成像的指令，其中超聲波束的空間能量分布在目標的至少一個位置上是相當平坦的，以及從任何換能器元件發射的波形的最后的形狀可以通過組合至少兩個預先選擇的波形而被確定。
本發明的另一個方面，提供了一種機器可讀的程序，其中接收的能量以至少一個具有外部周界的接收波束的形式被接收，以及發射機還被配置成在至少一個接收波束的外部周界上發射超聲防護波束。
本發明的再一個方面，提供了一種機器可讀的程序，其中從第一換能器元件發送的波形的瞬時頻率可以不同于從第二換能器元件發送的波形的瞬時頻率。
將會看到，上述的總的說明和下述的詳細說明都是示范性的，以及打算提供對于本發明權利要求的進一步說明。
在本說明書中引用的和作為本說明書的一部分的附圖和流程圖被包括來顯示和提供對于本發明的系統、方法和機器可讀的程序的進一步的理解。附圖與流程圖同說明一起用來解釋本發明的原理。


圖1是按照本發明的、用于執行超聲寬波束發送和多線接收的系統、方法和機器可讀的程序的示意圖。
圖2是按照本發明的優選實施例的、組合至少兩個分量波形的示意圖。
圖3是在傳統的多線發送裝置中互相間隔開2°的六個分離的發送波束的示意圖。
圖4a是其中四個發送波束方向對準四個接收波束方向的情形的示意圖。
圖4b是其中六個發送波束方向(4X多線+2防護波束)對準四個接收波束方向的情形的示意圖。
圖5是從如圖3所示的、用于發送波束202a的在換能器陣列的外部邊緣處的發射機單元發射的個別分量波形201a的示意圖。
圖6是從如圖3所示的、用于發送波束202b的在換能器陣列的外部邊緣處的發射機單元發射的個別分量波形201b的示意圖。
圖7是從如圖3所示的、用于發送波束202c的在換能器陣列的外部邊緣處的發射機單元發射的個別分量波形201c的示意圖。
圖8是從如圖3所示的、用于發送波束202d的在換能器陣列的外部邊緣處的發射機單元發射的個別分量波形201d的示意圖。
圖9是從如圖3所示的、用于發送波束202e的在換能器陣列的外部邊緣處的發射機單元發射的個別分量波形201e的示意圖。
圖10是從如圖3所示的、用于發送波束202f的在換能器陣列的外部邊緣處的發射機單元發射的個別分量波形201f的示意圖。
圖11顯示通過組合圖5，6和7上的波形201a，201b和201c會得到的組合波形107ab的形狀。
圖12顯示通過組合圖5，6和7上的波形201a，201b和201c會得到的組合波形107ac的形狀。
圖13顯示通過組合圖5，6，7和8上的波形201a，201b，201c和201d會得到的組合波形107ad的形狀。
圖14顯示通過組合圖5，6，7，8和9上的波形201a，201b，201c，201d和201e會得到的組合波形107ae的形狀。
圖15顯示通過組合圖5，6，7，8，9和10上的波形201a，201b，201c，201d，201e和201f會得到的組合波形107af的形狀。
圖16顯示通過有效地組合兩個離散的發送波束形成的寬TX波束的空間能量分布。
圖17顯示通過有效地組合三個離散的發送波束形成的寬TX波束的空間能量分布。
圖18顯示通過有效地組合四個離散的發送波束形成的寬TX波束的空間能量分布。
圖19顯示通過有效地組合五個離散的發送波束形成的寬TX波束的空間能量分布。
圖20顯示通過有效地組合六個離散的發送波束形成的寬TX波束的空間能量分布。
圖21顯示由相應于圖4b的間隔開2°的四個組合的分離的發送波束和兩個防護波束組合的寬TX波束。
現在詳細地參考本發明的優選實施例，它們的例子在附圖和流程圖中說明。本發明的方法和相應的步驟將結合系統的詳細說明進行描述。
這里給出的方法、系統和機器可讀的程序可用于確定目標物體的內部結構。本發明特別適用于醫學超聲診斷成像。為了說明和顯示，而不是限制，按照本發明的系統的示例性實施例被顯示于圖1，以及總的用標注符號100表示。
如圖1所示，系統100總的包括發射機101，用來向目標區域103發射超聲波束102，波束102在目標的至少一個位置105處具有預定的空間能量分布104。發射機包括多個換能器元件106。具體地，105被表示為離換能器元件106的距離x0。參照圖2，每個換能器元件能夠產生具有想要的形狀107的選擇的組合波形。系統還包括發射機處理器108，它被配置來控制由每個換能器元件106產生的組合波形107的形狀，其中波束的空間能量分布104是通過控制由每個換能器元件106產生的組合波形107的形狀而被集中地控制。系統還包括接收機109，用來接收由目標103反射的超聲能量。優選地，換能器元件106用來既發送超聲信號到目標103又接收反射的能量。
另外，接收機處理器111被提供和被配置來處理接收的能量，以確定代表要在顯示器/貯存裝置113上被顯示的目標103的圖像數據112。
具體地，以及按照本發明，系統的每個部件可以是標準醫學超聲診斷設備，它具有足夠數字存儲器，用來存儲對于每個信道的組合波形107，以及具有足夠的功率，以便在每個信道上同時發射波形，以形成被修正來實踐本發明的波束102。對于不同的元件106的波形107優選地具有不同的形狀。
優選地，寬波束的空間能量分布將是相當平坦的。在感興趣的目標體積上的平坦的能量分布的波束確保目標體積的很均勻的聲穿透(即，用超聲能量供能)。目標體積的相當均勻的聲穿透導致對于具有相同物理特性(密度、彈性等)的組織有基本上相等幅度的接收能量的信號。在離換能器元件給定的深度x0處目標的聲穿透基本上是均勻的，將有助于使得顯示屏上最終得到的超聲圖像中的偽像最小化。
在給定空間能量分布104的想要的形狀后，系統有可能從在發射機101的每個元件106上發射的多個預先選擇的波形構建一個組合的超聲波束。
優選地，每個信道上的組合波形107將是至少兩個不同的分量波形201的疊加，它們相應于如本發明的發射多個離散的超聲波束202的情形，這些波束在一個時間段內使聲穿透幾乎所有的區域而與立即穿透全部區域不同。表示這種熟悉的情形的圖顯示于圖3。正如在圖3上看到的，每個多個發送波束202沿均勻間隔的發送波束方向(或角度)被發送。這些發送波束可以對準沿均勻間隔的接收波束方向取向的多個接收波束203，如圖4所示。通過使用這種方法，在一個時間段內，有可能使聲穿透整個感興趣的體積。實際上，為了在圖像的不同的區域配合不同的空間分辨率，采用非均勻波束間隔也是有利的。
然而，通過把每個分離波束202分列或分解成從每個元件106發送的它們的分量波形201，在每個信道上把這些分量波形201相加而形成復合波形107，以及同時發射組合波形107以形成超聲波束102，就有可能發射單個波束102，該波束將聲穿透相同的感興趣的區域，但是只在部分時間內就做到這一點。這比起使用接連的分離的發送波束202的現有技術的設備允許用更少的時間收集給定的量的圖像數據。
另外，本發明比起在授權給Augustine的美國專利No.4,644,795中描述的寬的TX波束提供明顯的優點。在Augustine中描述的最佳幅度加權方式是依賴于頻率的，因為，寬波束被設計成按單個頻率工作。然而，當實際上從Augustine系統中發射一個脈沖時，實際上使用的是寬頻譜。Augustine的幅度加權并不“適配”于頻譜內的那些其它的頻率。相反，按照本發明，使用寬的頻譜是預期的，因此它沒有Augustine的缺點。
優選地，發射機處理器108和發射機101將具有足夠的存儲器和能力來存儲和發射預先計算的波形。特別重要的是保證有足夠的數字存儲器來存儲對于構建從陣列的周界發射的波形所必須的數據，因為這些數據趨向于在時間上更加分散。
另外，由于分量波形201可被預先選擇，當實施本發明時，有可能精確地模仿波束102的空間能量分布104。所以，根據已知的分量波形201，有可能預測組合波形107的形狀和超聲波束102的空間能量分布104將是什么情形，由此允許預先確定波束102的空間能量分布。寬波束可以以這種方式被設計和模仿，正如下面的例I顯示的。
按照本發明的另一個實施例，提供了用于執行超聲寬TX、多線RX超聲成像的方法、機器可讀的程序和系統，其中超聲波束的空間能量分布在目標的想要的位置處基本上是平坦的。而且，接收的能量以至少一個接收的波束的形式被接收，其中接收的波束具有外部周界，以及超聲防護波束由發射機在接收的波束的外部周界處被發送。
在接收波束的外部周界處發射防護波束有助于阻止在顯示屏幕上作為暗條帶呈現的、”監獄條”超聲偽像。這樣的偽像是在顯示的圖像由具有不同的空間響應的線組成時發生的。使用更高階的多線(3X，4X，...)而形成的超聲圖像可被想像成包括”中心線”，或位于感興趣的聲穿透的區域中心的接收波束。這些線具有在接收波束的任一邊上發射的離散的發送波束，使得每個這些中心的接收波束以基本上均勻的空間角度被聲穿透。
然而，觀看在被聲穿透的目標體積的周界上的組織的現有技術設備的接收波束只具有在最外面的接收波束的內側發射的超聲波束。結果，由最外面的波束觀看的部分體積比起由中心波束向感興趣的區域的中心觀看的類似尺寸的體積較少地被聲穿透。最終結果是變暗的線，或與觀看的體積的邊界相鄰的”監獄條”偽像。
再次參照圖4，通過在最外面的接收波束的外側發送防護波束204，這個偽像可以大大地減小，因為所有的接收波束是在觀看以基本上相同的程度聲穿透的組織。結果是改進了的圖像。得到不帶有這種偽像的圖像顯然是有利的，因為它有助于減少屏幕上的混亂的圖案，由此減少操作員的錯誤。雖然僅僅一對額外的發送的線就大大地減小在高階多線時的監獄條偽像，但如果必要可以加上多條線。
例1實際上，在非多線現有技術設備中，每個離散的發送波束實際上由來自換能器元件陣列中的許多或全部元件的分量波形的疊加組成。例如，六個這樣的離散的發送波束202(a-f)顯示于圖3。在現有技術設備中，從換能器元件陣列發射這些波束的每個波束，一次一個波束。對于每個掃描線只發射單個波束202。結果，感興趣的整個體積被聲穿透，以及信號被接收和處理，在顯示屏幕上形成圖像。
通過使用這里描述的新穎的發明，有可能把這六個離散的發送波束組合并作為單個發送事件發射它們。通過同時發射這些波束，與現有技術的設備和方法相比較，發射可以在僅僅部分時間內完成。
按照本發明，寬TX波束按以下方式形成。在這六個波束的例子中，希望得到這樣的好處，即發射六個離散的波束、但以單個發送事件來進行以節省時間、由此允許提高幀速率。為了做到這一點，假設需要在每個信道上發射的以形成所有的離散波束202(a-f)的分量波形201是已知的。
如果用于每個離散波束的分量波形是已知的，則用于在每個信道上被載送的每個離散波束的分量波形可以相加，并在單個發送事件中發射。將會看到，每個個別的發送信道相應于單個換能器元件106。
圖5-20顯示波形相加以形成用于位于換能器陣列的發送孔徑的周界的單個換能器元件的組合波形和寬波束的效果。
圖5-10顯示用于圖3所示的六個發送波束202(a-f)的每個波束的、從在發送孔徑的外邊緣處的發射機單元106發射的各個分量波形201(a-f)。這些分量波形201(a-f)的每個分量波形在需要形成六個單獨的發送波束的六個發送期間被單獨地發射。波形具有相同的形狀(其含義是在它們的歸一化的互相關值考慮到一定的時滯時是單位值)只不過在時間上相對領先或延時，以使得波束202(a-f)被相應地操控。
按照本發明，在與從陣列中其它元件發射的類似的相加波形相組合以形成寬的TX發送波束時，這些個別分量波形的至少兩個可以相加和發射。當組合的離散的波束的數目增加時，目標的逐漸變大的區域可成為被聲波所穿透。
圖11顯示通過組合圖5和6的波形201a和201b而得到的波形107ab的形狀。圖12顯示通過組合圖5，6和7的波形201a，201b和201c而得到的波形107ac的形狀。圖13顯示通過組合圖5，6，7和8的波形201a，201b，201c和201d而得到的波形107ad的形狀。圖14顯示通過組合圖5，6，7，8和9的波形201a，201b，201c，201d和201e而得到的波形107ae的形狀。最后，圖15顯示通過組合圖5，6，7，8，9和10的波形201a，201b，201c，201d和201e而得到的波形107af的形狀。
這些組合波形107ab，107ac，107ad，107ae和107af的每個波形然后可以從換能器元件106在換能器陣列的其它信道上用類似地組合的(但不同地成形的)波形被發射，以形成分別相應于組合兩個、三個、四個、五個、和六個離散的發送波束的情形的寬TX波束。
波形的”形狀”是指表示波形的幅度隨時間的軌跡，或波形的幾何形狀，如圖5-15所示。如果在兩個不同的信道上的組合的波形107具有相同的”形狀”，則在數學上它們的歸一化的互相關值對于某些時間滯后(具體地，用來補償相對操控和加到各個信道的聚焦延時的時間滯后)達到1的數值，或單位值。實際上，由于組成每個特定的信道的電子元件的數值的稍微的差值，單位值的相關值是永遠不會完全達到的。相反，通過設計，本發明中采用的波形的形狀在信道之間是不同的。本發明的波形的相關值對于所有的時間滯后都小于單位值。即使在使用完全匹配的電子元件來構造信道時，也是這種情形。
圖16-20分別顯示通過有效地組合兩個、三個、四個、五個、和六個離散的發送波束而形成寬TX波束的外形。正如可以看到的，圖16-20所示的寬波束的空間能量分布104成為相對更加平坦。本領域技術人員將會看到，可組合的波束的數目只受用來發射波束的設備限制。可以組合任何數目的波束來形成具有想要的空間能量分布的平坦TX波束，該想要的空間能量分布優選地可以是平坦的，或近似某個其它想要的形狀。
通過使用這種波束成形的新穎的方法，有可能通過本發明達到具有”裙邊”的寬TX波束，這些裙邊比起可以由在授權給Augustine的美國專利No.4,644,795中描述的波束成形器產生的波束相對是更陡峭的。Augustine的波束成形器由于只改變在每個信道上發射的信號的相對幅度而沒有隨不同的信道改變波形的總的形狀，它的靈活性受到限制。相反，通過使用本發明，波形的總體形狀隨不同的信道可以是不同的。這種增加的靈活度允許實現具有更接近像“廂式貨車”的形狀的發送波束。
優選地，一旦寬波束被發射，換能器元件106的某些子組或超級組就將起到接收機的作用以接收來自目標中不同的組織層的回波。這些信號被接收機處理器111處理，然后被發送到顯示器/貯存裝置113。
例II圖4a顯示四個發送波束對準四個接收波束的情形。正如可以看到的，圖4a的兩個最外面的接收波束203的每個波束只在它的內側具有發送波束，但在它的相應外側沒有發送波束。相反，在圖4b，在每個接收波束的內側和外側具有發送波束。按照本發明，圖4b的外側的發送波束204起到”防護波束”的作用。圖21顯示由四個組合的離散發送波束和兩個互相間隔2°的防護波束組成的寬TX波束。這相應于圖4b。通過使用防護波束204而不是如圖4a那樣不使用防護波束，接收波束203的最外面波束的每個波束應當”看見”大致與內部的接收波束相同量的信號。最終結果將是具有減小的監獄條偽像的圖像。
雖然圖4顯示在分量發送波束與接收波束之間的一對一的空間上的對應關系，而且這確實是設計寬TX波束的傳統的和有效的方法，但這樣的對應并不是必須的。分量發送波束的線密度大于或小于接收線密度的情況也是可能的，而且它也屬于本發明的范圍。
本領域技術人員將會看到，打算在”變換域”中規定或實施設計總是可能的。在本發明中，波束方向圖的變換域是復數孔徑加權函數，以及在每個單元上的波形的變換域是它的頻譜。雖然以上給出的設計方法疊加(寬的帶寬)相應于窄的、離散的、波束方向圖的波形，但這里描述的本發明也預期在不同的域中工作的替換的方法。
例如，最后的想要的寬TX波束方向圖首先可以變換成一系列孔徑域幅度加權模式。每個幅度加權模式圖與不同的時間頻率相聯系。與不同的時間頻率有關的正弦(窄帶寬)波形的疊加導致合成的波形，它們基本上等價于通過使用波束疊加方法得到的波形。在上述的域的任何的組合中和以任何次序的操作也是可能的，都屬于本發明的范圍。
不使用上述的直接合成方法，而是使用最佳化技術來得到對于建立寬TX波束所需要的波形，也屬于本發明的范圍。通常，在最佳化方法中，規定想要的寬TX波束并規定代表在想要的圖形與實際的圖形之間的差別的花費函數。然后在反復地使得花費函數最小化的過程中，把每個信道上的波形作為自由變量對待。因為它們是閉合循環，最佳化技術具有產生甚至比直接合成方法更好的波束圖形的可能性。然而，它們也復雜得多以及在計算上是昂貴的。由于直接合成法要簡單得多而且已發現能得到滿意的結果，它們總體上更為優選。
如上所述的和在附圖上顯示的、本發明的方法和系統提供一種超聲診斷系統，它因為在給定的時間量內采集更大量的圖像數據的能力而能提供增強的分辨率。本領域技術人員將會看到，可以在不背離本發明的精神和范圍的條件下，在本發明的方法和系統中作出各種修正和變化。因此，本發明打算包括屬于所附權利要求和它們的等價物的范圍內的修正和變化。
權利要求
1.用于執行超聲寬TX、多線RX成像的系統，該系統包括發射機，所向目標發射超聲波束，該波束在目標的至少一個位置上具有預定的空間能量分布，該發射機包括多個換能器元件，每個換能器元件能夠產生具有所需形狀的選定的電波形；發射機處理器，被配置來控制在每個換能器元件上產生的波形的形狀，其中波束的空間能量分布是通過控制由每個換能器元件產生的波形的形狀而受到控制的；接收機，接收來自由發射機的指向目標的超聲波束的能量；以及接收機處理器，被配置來處理接收的能量，以確定代表目標的圖像數據。
2.權利要求1的系統，其中超聲波束的空間能量分布在目標的位置處基本上是平坦的。
3.權利要求2的系統，其中接收機由多個換能器元件形成。
4.權利要求3的系統，其中形成接收機的多個換能器元件包括形成發射機的多個換能器元件的至少一部分。
5.權利要求2的系統，其中接收的能量是以至少一個具有外部周界的接收波束的形式被接收的，以及發射機還被配置成在該至少一個接收波束的外部周界上發送超聲防護波束。
6.權利要求4的系統，其中由第一和第二換能器元件產生的波形的形狀是不同的。
7.權利要求1的系統，其中從任何換能器元件發射的波形的最后形狀是通過組合至少兩個預先選定的波形而被確定的。
8.用于執行超聲寬TX、多線RX成像的方法，包括以下步驟選擇在多個換能器元件上向目標發送的波形，其中每個換能器元件能夠產生具有所需形狀的選定的波形以及所述換能器元件包括發射機；從發射機發送超聲波束，其中波束在目標的至少一個位置上具有預定的空間能量分布，其中波束的空間能量分布是通過控制由每個換能器元件產生的波形的形狀而受控制的；接收來自由發射機的指向目標的超聲波束的能量；以及處理接收的能量，以確定代表目標的圖像數據。
9.權利要求8的方法，其中超聲波束的空間能量分布在目標的位置處基本上是平坦的。
10.權利要求9的方法，其中在接收步驟接收的能量是在多個換能器元件上接收的。
11.權利要求10的方法，其中至少一個換能器元件既用來發射也用來接收超聲能量。
12.權利要求9的方法，其中能量是以具有外部周界的至少一個接收波束的形式被接收的，以及方法還包括在至少一個接收波束的外部周界上發送超聲防護波束的步驟。
13.權利要求8的方法，其中從任何換能器元件發射的波形的最后形狀是通過組合至少兩個預先選定的波形而被確定的。
14.包含用于控制系統執行超聲寬TX、多線RX成像的指令的機器可讀的程序，該系統具有發射機、發射機處理器、接收機、和接收機處理器，其中該程序包括用于控制超聲波束從多個換能器元件向目標發送的裝置，超聲波束在目標的至少一個位置上具有預定的空間能量分布，每個換能器元件能夠產生具有所需形狀的選定的波形，其中波束的空間能量分布是通過控制由每個換能器元件產生的波形的形狀而被控制的。
15.權利要求14的機器可讀的程序，其中超聲波束的空間能量分布在目標的位置處基本上是平坦的。
16.權利要求15的機器可讀的程序，還包括用于處理從目標接收的能量，以確定代表目標的圖像數據的裝置。
17.權利要求16的機器可讀的程序，還包括用于在至少一個換能器元件上發射和接收超聲能量的裝置。
18.權利要求15的機器可讀的程序，還包括用于以具有外部周界的至少一個接收波束的形式接收能量的裝置，以及用于控制發射機在至少一個接收波束的外部周界上發送超聲防護波束的裝置。
19.權利要求17的機器可讀的程序，還包括用于在基本上以二維陣列排列的換能器元件上發送超聲波束和接收能量的裝置。
20.權利要求14的機器可讀的程序，其中從任何換能器元件發射的波形的最后形狀是通過組合至少兩個預先選定的波形而被確定的。
全文摘要
提供了用于執行超聲寬TX、多線RX成像的系統、方法和機器可讀的程序。系統包括向目標發射超聲波束的發射機，波束在目標的至少一個位置上具有預定的空間能量分布。發射機包括多個換能器元件。發射機處理器被包括控制由每個換能器元件產生的波形的形狀。波束的空間能量分布是通過控制由每個換能器元件產生的波形的形狀而被控制的。接收機接收來發射機來的指向目標的超聲波束的能量以及接收機處理器被配置來處理接收的能量，以確定代表目標的圖像數據。
文檔編號G01S7/52GK1711482SQ200380103298
公開日2005年12月21日 申請日期2003年10月30日 優先權日2002年11月15日
發明者B·S·羅賓森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司