[发明专利]基于单一功率信号源及其开关网络的高帧率超声成像方法

说明书

技术领域：

本发明属于医学超声应用领域，基于非衍射波的高帧率(High Frame Rate，HFR)成像的超声发射系统，为HFR超声成像理论的实现创造有利条件。

背景技术：

目前在高帧率(High Frame Rate，简称：HFR)成像系统中，发射信号采用了有限衍射波阵列(Array Beam)作为发射信号。在实际实现中，一般超声探头具有若干个发射阵元，每一个发射阵元就需要一个功率信号源驱动。如果超声探头有N个发射阵元，则需要N个功率信号源分别驱动每个发射阵元，这N个功率信号源之间的关系：波形是一样的，但相位和幅度不同，因此为了能有效地把超声能量传递给每个超声发射阵元，仅用电阻网络分压产生的信号来驱动超声发射阵元是不能满足要求的，必需设计N个超声功率放大电路(相当于N个信号源)或采用N个参数不同的延迟电路，驱动不同的超声发射阵元才能最终实现有限衍射波Array Beam的发射。对于现代的二维超声B超，N一般在128个以上，这就意味着需要128个驱动功率信号源。而对于三维超声成像系统，如果超声探头为64×64阵元，则N为4096个，这将意味着需要4096个功率发射电路！因此由于发射电路系统的复杂和臃肿庞大，电路功耗过大，直接限制了这种新型超声成像系统的实现和发展。

近年，国外学者曾提出了一个简化方案，即用两种极性相反的信号源作为发射激励信号和电子开关网络，根据不同参数的衍射波Array Beam信号来确定电子开关的导通和闭合，这样超声传感器发射阵元就只需发射两种激励信号，产生近似的衍射波ArrayBeam声场。由于这种方法极大的简化了HFR的发射电路，与直接发射Array Beam声场相比，所得到的成像质量效果几近相同。

但是，该方案虽然大大简化HFR系统的发射电路，仍然需要设计两种具有正负极性的功率信号源。电子开关网络具有双掷功能，其导通与闭合状态，受不同参数的衍射波Array Beam信号控制。双掷电子开关网络，每个开关具有两个触点分别接正负极性信号源，因不同位置的超声阵元，在角谱为高频的Array Beam波时，由于相邻的超声阵元发射的信号相位相反，在距离超声传感器较远的空间位置上，传播的信号幅度近似相等，叠加的结果是相互抵消，因此角谱为高频的Array Beam波传播距离受到限制。

为了进一步简化发射电路，提出本发明。

发明内容：

针对现有技术的现状，本发明提出只用一个功率信号源和电子开关网络实现HFR系统中所需要的发射电路。本申请中将HFR中的发射功率信号源个数及其超声功率发射电路个数降低到了极限，即一个功率信号源和简单电子开关网络就可实现HFR的超声发射。

单一功率信号源激励的高帧率(HFR)超声成像技术，特征在于用单一具有单极二值周期函数作为激励功率信号源，经多刀单掷电子开关网络驱动具有N个阵元的超声探头。所术单极二值周期函数信号源是受有限衍射阵列波(Array Beam)的控制。超声探头具有N个阵元，其中N为大于1的正整数。所述单极二值周期函数，其中‘二值’可以取‘0或1’；‘0或-1’。当单极二值周期函数为其中一个状态时，对应的超声探头中的阵元与激励功率信号源断开；当单极二值周期函数为另一状态时，则对应的超声探头中的阵元与激励功率信号源接通。

本发明的实现方式：通过Array Beam所确定的函数构造一个单极二值周期函数，取值为‘0或1’或‘0或-1’。该函数是超声传感器阵元空间位置函数。信号源是否激励超声传感器阵元就由此函数的值来决定。如果函数值等于1，则激励信号源与超声传感器阵元相接，即发射激励信号。如果函数值等于0时，则激励信号源和超声传感器阵元断开，即无激励信号发射。当然函数值‘1/0’或‘0/1’或‘0/-1’或‘-1/0’互换位置，仍可保接通或断开状态。以单极二值周期函数等于1时为例，和激励信号源连接的超声传感器阵元发射超声波，其回波信号被接收后，经过相关预处理，并通过HFR成像算法即可得到物体的图像。

本发明虽然只用一个功率信号源，但其成像质量和采用N个信号源的HFR系统的成像质量几乎没有什么区别。因此本发明进一步大大简化了HFR成像系统，为HFR超声成像理论的实现奠定了一个新的基础。