[发明专利]一种自适应波束形成方法

说明书

本发明涉及一种自适应波束形成方法。在一个实施例中，该方法包括以下步骤：根据发射波束的空间位置重新构造换能器阵元的排序,将靠近波束的阵元置于新阵列的中心、远离波束的阵元置于新阵列的两端；根据重新排列的阵元顺序计算用于最小方差波束形成的协方差矩阵；根据估计得到的所述协方差矩阵计算自适应波束形成的输出结果。本发明实施例通过重新构造换能器阵元排序，使阵列两端的回波信息得到了充分的利用，改善了图像边缘区域和中心区域的分辨率的不一致性，提高了超声成像的质量。

技术领域

本发明涉及超声成像中的波束形成方法，尤其涉及一种基于改进空间平滑方式的自适应波束形成方法。

背景技术

传统医学超声诊断及超声无损检测系统普遍使用延时叠加的波束形成方法，超声成像的质量较差。

最小方差自适应波束形成方法虽然能提高超声成像的质量，但最小方差波束形成方法的核心问题之一协方差矩阵的估计，因超声回波信号具有较强的相干性，需要进行空间平滑的方式处理。传统空间平滑过程，是将整个阵列划分为若干子阵列，每个子阵列包含有相同数目的阵元，并从阵列的一端依次向另一端滑动构造出一组子阵列，然后将这些子阵列的信号进行叠加并取平均，最终再结合时间平滑及对角加载等技术得到用于最小方差波束形成方法的协方差矩阵。

这种空间平滑方式没有充分利用所有阵元所接收到的回波信息，位于原阵列中心位置的阵元得到更多的加成，阵列两端的阵元的有效信息却没有得以充分的利用。导致在B模式成像下，成像结果中图像边缘部分的分辨率相较中心位置有较大损失，即使得整个图像的分辨率由于位置关系而变得不一致，且这种现象随着换能器孔径的增大而愈发明显。即使近年来引入超声成像中的基于前后向空间平滑的自适应波束形成方法能够在一定程度上提高成像的质量，但也主要反映在改善了图像的对比度，而在分辨率方面依然存在上述问题。

因此，现有的空间平滑方式下的自适应波束形成方法对换能器阵列两端的阵元信息利用率低，导致在分辨率，尤其是点散射目标的辨识程度上存在缺陷。急需对现有空间平滑方式加以改进，以全面提高超声图像的整体质量。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的空间平滑方式下的自适应波束形成方法存在的上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种自适应波束形成方法，具体包括以下步骤：

根据发射波束的空间位置重新构造换能器阵元的排序,将靠近波束的阵元置于新阵列的中心、远离波束的阵元置于新阵列的两端；根据重新排列的阵元顺序计算用于最小方差波束形成的协方差矩阵；根据估计得到的所述协方差矩阵计算自适应波束形成的输出结果。

进一步的，所述阵元的排序包括：

假设在B模式超声成像下，生成一帧图像需发射M-1个波束，即每条波束均匀的分布在各个阵元之间，则每一根扫描线对应的所有阵元接收的回波数据可以用M×N的矩阵来描述，其中M为阵元数目，N为采样数目，经过时延预处理后每个阵元接收到的信号可以用向量表示为其中l＝1，2，…，M，k＝1，2，…，N。

根据每次发射的波束与阵元的位置关系重新构造阵列的阵元排序，让靠近波束的阵元位于新阵列的中心，与此对应，远离发射波束的阵元位于新阵列的两端。从而得到回波数据以用于最小方差波束形成方法中的协方差矩阵。

进一步的，所述协方差矩阵的计算包括：

根据重新构造的阵列进行空间平滑与时间平滑处理，即将新阵列以L个阵元为一组划分成M-L+1个子阵列，其中，每一个子阵列由L个重新排序的阵元组成，由新阵元序号1开始滑动至M，按下式进行计算，得到协方差矩阵R(k)：

根据对角加载方法对所述协方差矩阵进行处理，以提高协方差矩阵的稳健性：

R(k)＝R(k)+εI