聲音速度可W是與所成像的對象中的 聲音速度相同的由成像系統(tǒng)所使用的聲音速度。在其它實施例中，用于凹進的表觀點源調(diào) 整的所選的聲音速度可W是與換能器表面直接相鄰的隔離或聲學凝膠材料中的聲音速度。 在其它實施例中，不是從每個計算中減去時間，而是調(diào)整可W根據(jù)若干個數(shù)據(jù)樣本(例如， 基于已知的采樣率)進行計算，并且在一組所接受的回波的開始處的適當數(shù)目的數(shù)據(jù)樣本 可W省略從用于從凹進的表觀點源傳送器傳送的每個Ping的波束成形計算。
[0197] 從一個Ping和一個接收孔徑的不同的獨特組合獲得的圖像可W在本文中被稱為 "子圖像層"。多個子圖像層可W相干地組合W提高整體圖像質(zhì)量。可W執(zhí)行附加的圖像層 組合W進一步提高最終圖像的質(zhì)量。在圖像層相結(jié)合的背景中，術(shù)語"圖像"可W是指單個 二維像素、=維體積的單個體素、或任何數(shù)目的像素或體素的集合。
[0198] 圖像層組合可W根據(jù)=個圖像層級別進行描述。運=種情況包括:第一級圖像層、 第二級圖像層和第=級圖像層。（1)第一級圖像層可W由在單個傳送孔徑處接收的回波形 成，該單個接收孔徑由來自單個傳送孔徑的單個Ping產(chǎn)生巧中，"傳送孔徑"可W是單個表 觀點源傳送元件、單個小元件傳送器、或一組傳送元件）。對于單個Ping和單個接收孔徑的 獨特組合，可W相干地求和由接收孔徑中的所有接收元件接收的延遲的回波，W獲得第一 級圖像層。（2)可W-起求和由在單個接收孔徑處接收的多個傳送Ping的回波（由相同的或 不同的傳送孔徑)產(chǎn)生的多個第一級圖像層W產(chǎn)生第二級圖像層?？蒞進一步處理第二級 圖像層，W提高對齊或其它圖像特點。（3)可W通過組合用來自多個接收孔徑的數(shù)據(jù)形成的 第二級圖像層來獲得第=級圖像。在一些實施例中，第=級圖像可W作為連續(xù)時域帖被顯 示，W形成運動圖像。
[0199] 在一些實施例中，第一級圖像層的像素或體素還可W通過求和同相和正交回波數(shù) 據(jù)來形成，即，通過求和針對每個接收孔徑元件延遲的具有回波1/4波長的每個回波。在一 些情況下，回波數(shù)據(jù)可W被采樣并且被存儲為同相數(shù)據(jù)集和作為單獨正交數(shù)據(jù)集。在其它 情況下，如果數(shù)字采樣率可W被4整除，則與同相樣本相對應(yīng)的正交樣本可W通過在同相樣 本之前選擇適當數(shù)目的樣本處的樣本進行標識。如果所期望的正交樣本不與現(xiàn)有的整個樣 本相對應(yīng)，則正交樣本可W通過插值來獲得。組合用于單個圖像的同相和正交數(shù)據(jù)(像素、 體素、或像素或體素的集合)可W提供的優(yōu)點是在不引入模糊效應(yīng)的情況下，提高回波數(shù)據(jù) 的分辨率。同樣地，取除了 1/4波長之外的值的樣本可W與同相樣本組合，W提高各種成像 特點。
[0200] 各種圖像層的組合、求和或求平均可W通過相干加法、非相干加法、或兩者的組合 來完成。相干加法(在圖像層求和期間合并相位信息和幅度信息兩者)傾向于最大化橫向分 辨率，而非相干加法(僅求和幅度并且省略相位信息）則傾向于求平均斑點噪聲并且最小化 可能由聲音通過成像介質(zhì)的速度的微小變化所導致的圖像層對齊誤差的影響。因為每個圖 像層將傾向于發(fā)展其自己獨立的斑點圖案，所W通過非相干求和來減少斑點噪聲，并且非 相干求和圖案具有求平均運些斑點圖案的效果。可替代地，如果圖案被相干相加，則它們相 互加強并且僅產(chǎn)生一個強斑點圖案。非相干加法可W被認為是類似于瞬時復合成像，其長 期W來一直被稱為抑制斑點噪聲的手段。
[0201] 在大多數(shù)實施例中，由單個接收孔徑的元件接收的回波通常被相干組合。在一些 實施例中，接收孔徑的數(shù)目和/或每個接收孔徑的大小可W被改變W便最大限度地提高圖 像質(zhì)量指標的一些所期望的組合，諸如橫向分辨率、聲音速度變化容限、斑點噪聲降低等。 在一些實施例中，運種備選元件-孔徑分組布置可W由用戶選擇。在其它實施例中，可W自 動選擇或通過成像系統(tǒng)開發(fā)運種布置。
[0202] 可W通過如下非相干加法來容忍聲音速度的變化:在導致只有一半波長延遲(例 如，對于3MHz探頭而言大約0.25mm)的聲音速度變化的情況下，相干求和兩個像素導致破壞 性相位抵消，其導致顯著的圖像數(shù)據(jù)丟失;如果非相干地求和像素，則相同的或者甚至更大 的延遲僅引起圖像層中的不太顯著的空間失真和沒有圖像數(shù)據(jù)丟失。運樣的圖像層的非相 干加法可W導致最終圖像的一些平滑(在一些實施例中，可W有意添加運樣的平滑W使圖 像更可讀）。
[0203] 在所有=個圖像層水平處，如果探頭元件的幾何結(jié)構(gòu)對于所期望的精度程度是已 知的并且聲音越過所有路徑的速度是恒定的假設(shè)是有效的，則相干加法能夠引起多孔徑系 統(tǒng)的最大橫向分辨率。同樣地，在所有圖像層水平處，非相干加法引起最佳求平均斑點噪聲 和聲音穿過成像介質(zhì)的速度的微小變化的容度。
[0204] 在一些實施例中，相干加法可W用來組合由對于其相位抵消不太可能是個問題的 孔徑產(chǎn)生的圖像層，然后可W使用其中相位抵消更有可能造成問題的非相干加法，諸如，當 組合由在分開超過某一闊值的距離的不同的接收孔徑處接收的回波形成的圖像時。
[0205] 在一些實施例中，所有第一級圖像可W通過使用從公共接收孔徑的元件中獲得的 所有子圖像層的相干加法來形成，假設(shè)接收孔徑的寬度小于最大相干孔徑寬度。對于第二 和第=級圖像層，相干和非相干求和的很多組合是可能的。例如，在一些實施例中，第二級 圖像層可W通過相干求和起作用的第一級圖像層形成，同時第=級圖像層可W通過非相干 求和起作用的第二級圖像層形成。
[0206] 時域帖可W根據(jù)處理時間和圖像質(zhì)量之間的所期望的權(quán)衡通過任何等級的圖像 層形成。更高等級的圖像將傾向于具有更高的質(zhì)量，而且還可能需要更多的處理時間。因 此，如果期望提供實時成像，則可W限制圖像層合成處理的等級W便在沒有對操作者而言 是可見的顯著"滯后"的情況下顯示圖像。運種權(quán)衡的細節(jié)將取決于所使用的特定處理硬件 W及其它因子。
[0207] 可W參照圖12對示例進行理解，其示意性地圖示了連續(xù)彎曲換能器陣列91，該連 續(xù)彎曲換能器陣列91包括位于待成像的對象96上方的小換能器元件94的陣列內(nèi)的多個表 觀點源傳送換能器Ti-Tn。接收孔徑R2和R3被定義為小換能器元件的組。在各種實施例中，任 何一組換能器元件可W被定義為接收孔徑。
[0208] 在使用中，球形截面波前(例如，完美半球形波前或者形狀大于或小于半球形的波 前)形式的3D Ping可W從表觀點源傳送換能器(例如，Tl)傳送。波前可W行進到對象96中， 并且可W由反射器(諸如點A所示的那個)反射。所反射的超聲信號然后可W由接收孔徑的 元件接收(例如，接收孔徑R2的元件R2.1-R2.n)?？蒞通過使用彼此沒有位于公共平面上的接 收孔徑和/或傳送孔徑接收回波來收集=維回波數(shù)據(jù)。例如，接收孔徑Ri和R2的每個接收孔 徑包括相對于成像對象96在至少兩個維度上彼此間隔開的元件，因此接收孔徑Ri和R2不在 與另一相同的平面上，也不在具有傳送孔徑Tl的公共平面上。因此，在一些實施例中，可W 通過所有接收元件接收回波，并且那些元件可W基于多個因子(諸如位置和最大相干寬度） 被分組為孔徑。
[0209] 然后可W波束成形與點A相對應(yīng)的回波樣本W(wǎng)確定對象96內(nèi)點A的可能位置。波束 成形可W通過基于已知的傳送時間、已知的回波接收時間、已知的接收元件（例如，接收孔 徑R2的元件R2.1)的位置和已知的表觀點源（即，在該示例中，傳送元件Tl的球面中屯、）的位置 W計算用于點A的可能位置的軌跡來進行。對于在相同的接收孔徑的其余接收元件處接收 的回波，可W執(zhí)行相同的計算，每個接收元件定義稍微不同的楠球體。來自所有接收元件的 信息可W隨后被組合(例如，如上文所描述的相干地）W便會聚于點A的位置的小的=維估 計。然后對于由來自相同的傳送Ping的第二(或更多)接收孔徑的元件接收的點A的回波樣 本，可W重復相同的過程。同樣地，對于從相同的或不同的傳送元件傳送的第二(或更多）3D ping,可W重復相同的過程。
[0210] 因為高品質(zhì)的3D圖像可W使用上述程序從單個傳送Ping的回波獲得，所W具有表 觀點源傳送器的基于Ping的多孔徑成像系統(tǒng)可W用于執(zhí)行4D成像W顯示移動對象的實時 3D視頻。
[0211] 類似地，從表觀點源傳送器傳送的3D Ping還可W用于基于Ping的多孔徑多普勒、 多孔徑彈性成像、或可W從高帖率3D成像受益的任何其它成像技術(shù)。
[0212] 在收集3D數(shù)據(jù)的同時2D成像
[0213] 在一些實施例中，可W使用被配置成通過簡單地波束成形并且僅顯示從所接收的 =維回波數(shù)據(jù)中接收的回波數(shù)據(jù)的2D切片進行3D成像的探頭來執(zhí)行2D成像的形式。例如， 可W使用運種技術(shù)，W便減少波束成形計算并且簡化使用具有有限處理能力的成像設(shè)備進 行實時成像的顯示，同時仍保留了全3D回波數(shù)據(jù)?？蒞波束成形全3D回波數(shù)據(jù)并且使用具 有更強處理能力的設(shè)備稍后審閱。在一些實施例中，可W通過成像設(shè)備自動選擇待波束成 形和待顯示的2D切片?？商娲?，待波束成形和待顯示的2D切片可W由設(shè)備的操作者進行 選擇或調(diào)整。
[0214] 用于2D平面成像的表觀源
[0215] 在一些實施例中，表觀源傳送換能器可W?？诒慌渲贸捎糜?D平面成像。盡管如 上文所描述的表觀點源傳送器將在=個維度上傳送超聲，但是2D表觀源換能器可W被配置 成傳送受限于單個平面(或至少具有最少"泄漏"出圖像平面）的超聲信號。在一些實施例 中，運樣的2D表觀源換能器150的形狀可W是具有圓柱形截面形狀(諸如如圖13所示的那 個)的殼體152。運樣的圓柱形截面殼體換能器150可W被布置在探頭中，使得圓柱形截面的 縱向軸線156垂直于成像平面。因此，圓柱形截面殼體156的縱向軸線156與圖像平面相交于 一點。該交點可W作為表觀點源用于從2D表觀源換能器150傳送的Ping的回波的波射束成 形計算。
[0216] 如同上文所描述的球形截面換能器一樣，圓柱形截面換能器150可W視情況而定 被制成各種形狀、尺寸和圓形橫截面（圖2A至圖2C的描述可W擴展到圓柱形截面的情況）。 特別地，圓柱形截面換能器可W用與上文所描述的球面半徑的范圍類似的范圍內(nèi)的圓形半 徑構(gòu)造。圓柱形截面還可W根據(jù)特定應(yīng)用的需要形成有一定剪切高程范圍。圓柱形殼體換 能器150還可W形成具有相對于球形蓋殼體的針對上文所描述的特定應(yīng)用的需要而選擇的 殼體厚度160。
[0217] 圓柱形截面換能器150還可W被配置成使得超聲信號從凸起表面或凹進表面被傳 送到成像介質(zhì)中。在各種實施例中，包括圓柱形截面換能器150的探頭可W包括被配置成在 成像平面中聚焦所傳送的超聲能量的聚焦透鏡。在使用中，可W進行時間調(diào)整W將圓柱形 中屯、線（即，球體的圓形中屯、)處理為從運樣的換能器傳送的Ping的數(shù)學原點。
[0218] 在各種實施例中，接收元件還可W形成有圓柱形截面殼體結(jié)構(gòu)。由于由許多接收 換能器接收的回波可W被組合成W增加所接收的回波信號，所W接收元件通?？蒞具有基 本上較小的換能器表面面積。
[0219] 多孔徑超聲成像系統(tǒng)組件
[0220] 圖14的框圖圖示了可W結(jié)合本文中所描述的系統(tǒng)和方法的各種實施例使用的超 聲成像系統(tǒng)200的組件。圖14的系統(tǒng)200可W包括幾個子系統(tǒng):傳送控制子系統(tǒng)204、探頭子 系統(tǒng)202、接收子系統(tǒng)210、圖像生成子系統(tǒng)230和視頻子系統(tǒng)240。在各種實施例中，該系統(tǒng) 200還可W包括一個或多個存儲器設(shè)備，其用于包含用于在一個或多個超聲成像步驟期間 使用的各種數(shù)據(jù)。運樣的存儲器設(shè)備可W包括原始回波數(shù)據(jù)存儲器220、加權(quán)因子存儲器 235、校準數(shù)據(jù)存儲器238、圖像緩沖器236和/或視頻存儲器246。在各種實施例中，所有數(shù)據(jù) (包括用于執(zhí)行任何其它處理的軟件和/或固件代碼)可W被存儲在單個存儲器設(shè)備上?？?替代地，單獨的存儲器設(shè)備還可W用于一種或多種數(shù)據(jù)類型。進一步地，圖2B中所表示的模 塊或組件中的任一模塊或組件可W使用電子硬件、固件和/或軟件的任何合適組合來實現(xiàn)。
[0221] 從探頭202的元件傳送超聲波信號可W由傳送控制子系統(tǒng)204控制。在一些實施例 中，傳送控制子系統(tǒng)204可W包括用于控制探頭202的換能器元件W根據(jù)所期望的成像算法 從所選擇的傳送孔徑W所期望的頻率和間隔傳送未聚焦的超聲Ping的模擬和數(shù)字組件的 任意組合。在一些實施例中，傳送控制系統(tǒng)204可W被配置成傳送一定超聲頻率范圍內(nèi)的超 聲ping。在一些(但不是全部）實施例中，傳送控制子系統(tǒng)還可W被配置成W相控陣列模式 來控制探頭，從而傳送所聚焦的（即，傳送波射束成形的)超聲掃描線射束。
[0222] 在一些實施例中，傳送控制子系統(tǒng)204可W包括傳送信號定義模塊206和傳送元件 控制模塊208。該傳送信號定義模塊206可W包括被配置成定義待被超聲探頭傳送的信號的 所期望的特點的硬件、固件和/或軟件的合適組合。例如，傳送信號定義模塊206可W建立 (例如，基于用戶輸入或預先確定的因子)待傳送的超聲波信號的特點，諸如脈沖開始時間、 脈沖長度(持續(xù)時間）、超聲頻率、脈沖功率、脈沖形狀、脈沖方向（如果有的話）、脈沖幅度、 傳送孔徑位置或任何其它特點。
[0223] 傳送元件控制模塊208然后可W采用關(guān)于所期望的傳送脈沖的信息并且確定對應(yīng) 的電性信號W傳送到適當?shù)膿Q能器元件，W便產(chǎn)生運種信號。在各種實施例中，信號定義模 塊206和傳送元件控制模塊208可W包括單獨的電子組件，或可W包括一個或更多個公共組 件的部分。
[0224] 在接收到從感興趣區(qū)域傳送的信號的回波時，探頭元件可W生成與所接收的超聲 振動相對應(yīng)的隨時間變化的電性信號?？蒞從探頭202輸出表示所接收的回波的信號并且 傳送到接收子系統(tǒng)210。在一些實施例中，接收子系統(tǒng)可W包括多個信道，其中，每個信道可 W包括模擬前端設(shè)備（"AFE" )212和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換設(shè)備(AD0214。在一些實施例中，接收子 系統(tǒng)210的每個信道還可W包括ADC 214后面的數(shù)字濾波器和數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)器(未示出）。在一些 實施例中，還可W提供ADC 214前的模擬濾波器。每個ADC 214的輸出可W被引導到原始數(shù) 據(jù)存儲器設(shè)備220中。在一些實施例中，可W為探頭202的每個接收換能器元件提供接收子 系統(tǒng)210的獨立信道。在其它實施例中，兩個或多個換能器元件可W共享公共接收信道。
[0225] 在一些實施例中，模擬前端設(shè)備212UFE)可W在將信號傳遞到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換設(shè) 備214(ADC)之前執(zhí)行某些濾波處理。該ADC 214可W被配置成將所接收的模擬信號W某個 預先確定的采樣率轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字數(shù)據(jù)點。與大多數(shù)超聲系統(tǒng)不同，圖14的超聲成像系 統(tǒng)的一些實施例然后可W在執(zhí)行任何另一接收波射束成形、濾波、圖像層組合或其它圖像 處理之前，將表示由每個單獨的接收元件所接收的超聲回波信號的定時、相位、幅度和/或 頻率的數(shù)字數(shù)據(jù)存儲在原始數(shù)據(jù)存儲器設(shè)備220中。
[0226] 為了將所捕獲的數(shù)字樣本轉(zhuǎn)換成圖像，可W通過圖像生成子系統(tǒng)230從原始數(shù)據(jù) 存儲器220中檢索數(shù)據(jù)。如所圖示的，圖像生成子系統(tǒng)230可W包括波束成形塊232和圖像層 組合（"ILC")塊234。在一些實施例中，波束成形器232可W與包含探頭校準數(shù)據(jù)的校準存儲 器238通信。探頭校準數(shù)據(jù)可W包括關(guān)于精確位置、操作質(zhì)量的信息和/或關(guān)于各個探頭換 能器元件的其它信息。校準存儲器238可W物理地位于探頭內(nèi)、成像系統(tǒng)內(nèi)、或探頭和成像 系統(tǒng)兩者外部的位置中。
[0227] 在一些實施例中，在穿過圖像生成塊230之后，圖像數(shù)據(jù)可W隨后被存儲在圖像緩 沖存儲器236,該圖像緩沖存儲器236可W存儲波束成形的和(在一些實施例中）層組合的圖 像帖。視頻子系統(tǒng)240內(nèi)的視頻處理器242然后可W從圖像緩沖器中檢索圖像帖，并且可W 將圖像處理成可W被顯示在視頻顯示器244上和/或存儲在視頻存儲器246中作為數(shù)字視頻 剪輯的視頻流(例如，在本領(lǐng)域中被稱為"電影環(huán)路"）。
[0228] 在一些實施例中，AFE