专利名称：超声探头自适应成像系统的制作方法医学超声成像集成了超声物理学、现代电子学、信息学和生物医学等多学科的原 理和技术手段，是继X线成像技术后，在医学中发展最迅速，应用最广泛的技术之一。影响 超声图像质量的因素很多，包括换能器，主机系统以及显示器等等。其中，换能器(或称为 探头)是超声成像关键因素之一，是超声图像之源。再好的主机，如果换能器的性能不好， 也不会得到好的超声图像。探头生产厂商将探头的设计参数控制在一定的误差范围之内就 算合格。越好的探头厂商，这个误差范围控制的越好。超声成像系统和超声探头参数性能 如果没有很好的匹配，就得不到最优的图像，甚至得不到好的图像。超声成像系统根据探头 的统计均值来进行设计，而不会根据每一个探头的实际测量参数进行设计。这样就会导致 用户接收到的主机系统和探头工作在一起的时候不能获得最优的图像质量。影响超声图像质量的关键因素包括探头的几何参数、声学参数。这些参数直接和 探头生产的工艺水平相关。好的工艺水平和严格的筛选标准可以将探头的几何参数和声学 参数控制在小的误差范围之类，但是这样会大大增加探头的生产成本，从而提高用户的购 买成本。其中，几何参数会影响到成像链路上的发射和接收的波束合成。声学参数则影响 整个成像链路上的信号质量。如果探头的实际几何参数和声学参数与主机系统设计所依据 的均值参数有较大偏离，就会导致图像质量下降。目前业内的现状就是，好的探头生产厂商对于几何参数和声学参数的控制筛选较 为严格，图像质量较好，但生产成本高，卖给用户的价格也相对较高；而相对弱一些的探头 生产厂商对于几何参数和声学参数的控制筛选要求较低，图像质量会相对差一些，生产成 本较低，卖给用户的价格较低。不论是好的探头生产厂商还是弱一些的探头生产厂商，都没 有给出一个好的主机系统与探头最优匹配问题的解决方案，因为生产厂商不可能生产出与 目标值零偏差的探头。目前，探头出厂前，会测试每一个探头的几何参数和声学参数，在误差范围之内的 就算合格，否则就是次品。探头生产厂商能够提供给超声成像系统生产厂商的是探头的设 计规格书，里面会给出探头的几何参数和声学参数的统计平均值和统计方差。因此，超声成 像设备厂商无法得到每一个探头的实际几何参数和声学参数。即便探头生产厂商能够提供 每一个探头以及每一个探头所有基元的几何参数和声学参数的测试报告，超声成像设备厂 商目前也无法把每一个探头的测试参数录入成像系统。即便能够录入，也得保证所有的探 头出厂在成像系统设计之前完成。这在实际的系统设计中是不现实的。当前，有些探头生产厂商将有些探头的一些信息如基元的传播时间T0F，基元的灵 敏度，存入到探头中，系统根据探头来做一些设计补偿来提高成像质量，但是这些是远远不 够的。出于提高图像质量的考虑，申请人对超声探头成像进行了相关研究，诞生了本发明。发明内容本发明的目的是提供一种基于探头的几何参数和声学参数来进行整个成像链路 的自适应优化以达到较优的图像质量的成像系统。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是超声探头自适应成像系统，所述成像 系统包括探头，所述探头具有多个基元，所述探头中存储有所述多个基元的几何参数和声 学参数，所述几何参数包括每个基元的几何位置，所述声学参数包括每个基元的脉冲响应 或频率响应、中心频率、带宽；
可与所述探头相通信的发射波束合成模块，所述发射波束合成模块用于从所述探 头中调用所述多个基元的几何参数和声学参数后，计算每个基元的发射延时值和变迹系 数，然后对发射信号进行波束合成，并将合成好的发射波束施加到所述探头；
可与所述探头相通信的接收波束合成模块，所述接收波束合成模块用于从所述探 头中调用所述多个基元的几何参数和声学参数后，计算每个基元的接收延时值和变迹系 数，然后对所述探头接收的回波信号进行接收波束合成；
设置在所述接收波束合成模块下游的解调滤波模块，所述解调滤波模块用于从所 述探头中调用所述中心频率、带宽来对所述接收波束合成模块输出的接收波束信号进行解 调滤波。
超声探头自适应成像系统，所述成像系统包括
探头，所述探头具有多个基元，所述探头中存储有所述多个基元的几何参数和声 学参数，所述几何参数包括每个基元的几何位置，所述声学参数包括每个基元的脉冲响应 或频率响应、中心频率、带宽；
可与所述探头相通信的发射波束合成模块，所述发射波束合成模块用于从所述探 头中调用所述多个基元的几何参数和声学参数后，计算每个基元的发射延时值和变迹系 数，然后对发射信号进行波束合成，并将合成好的发射波束施加到所述探头；
可与所述探头相通信的解调滤波模块，所述解调滤波模块用于从所述探头中调用 所述中心频率、带宽来对所述探头接收的每一基元的回波信号进行解调滤波；
设置在所述解调滤波模块下游的接收波束合成模块，所述接收波束合成模块用于 从所述探头中调用所述多个基元的几何参数和声学参数后，计算每个基元的接收延时值和 变迹系数，然后对所述解调滤波模块输出的信号进行接收波束合成。
设置笛卡尔坐标系，坐标原点(0，0，0)定于所述探头表面的中心位置，χ轴定义为 所述探头表面的切线方向，y轴定义为所述探头的高度方向，ζ轴定义为所述探头的扫描深 度方向，
基元的几何位置设定为(Xj，Yj, Zj)，发射或接收焦点位置(focx，focy, focz)，扫描 线顶点到焦点的距离R，则
D(j) = R + offset_^xj -focx)2+(yj -focy)2+(Zj -focz)2
其中，D(j)为所述发射延时值或所述接收延时值，offset为设定的发射延时偏移 值或所述接收延时偏移值。
对基元j施加一个带宽远大于探头带宽的脉冲，利用示波器记录水槽中水听器获 取的回波信号即为该基元的脉冲响应~(n)，所述示波器的采样频率为探头带宽的10倍以上，对该基元的脉冲响应hj (η)进行频域表达即可获得该基元的频率响应Wj (f)，
设定所述探头中多个基元的平均脉冲响应h(n)或平均频率响应w(f)，该平均脉 冲响应h(n)或平均频率响应w(f)是对多个基元的脉冲响应~(η)或频率响应通过 统计取平均获取的，设定施加到所述探头的发射波束信号频谱Hxmit (f)，该发射波束信号在 被检测组织中传播时的衰减和散射在频域表达为Hatt (f，r)和Hs。attCT(f，r)，则所述探头接 收的回波信号频谱Hrx (f，r)


本发明公开了超声探头自适应成像系统，该成像系统根据探头中每一个基元的几何参数和声学参数进行自适应成像，具体来说，在发射波束合成模块或接收波束合成模块中，根据每个基元的几何参数和声学参数，来计算每个基元的发射延时值或接收延时值和变迹系数，通过针对每个基元的发射延时或接收延时的控制，使得发射波束合成或接收波束合成的聚焦的焦点更集中，焦点处的信号更强，提高图像质量；通过针对每个基元的变迹系数的控制，抑制发射波束或接收波束的旁瓣，优化图像效果；解调滤波模块中解调中心频率与解调带宽与探头中存储的中心频率、带宽相匹配，进一步提高图像质量，综上，通过成像系统中发射波束合成模块、接收波束合成模块、解调滤波模块与探头的较好的匹配，提高了超声图像质量，使用该超声探头自适应成像系统，也减少了探头的控制成本和次品率。