专利名称：增强波束的系统和方法在声谱系统中，声音信号由扫描头发射到身体或其它对象中，且反射信号由扫描头接收以进行图像处理。反射信号由声谱系统用以形成身体结构(例如，患者的组织)或其它相关对象的图像。用于这种声谱成像中的扫描头通常是手持型封闭体，其含有一个或多个独立的换能器，且可能含有其它电子器件。声谱系统扫描头的换能器在发射时将电能转换为机械能(声能)而从其表面福射出去，且在接收时将撞击其表面上的机械能(声能)转换为电能。换能材料的个别部分称为一个元件，通常制造成例如长方形等特定几何形状。通常，这些换能器元件布置成规则的图案(阵列)，其中中心布置为一条直线以形成线性阵列或相控阵列、沿着弧形成曲线阵列，或按照网格形成2D阵列。通常，换能器元件的这种规则图案在元件中心之间具有测量出的重复的间隔，称为间距。在声谱成像操作中，换能器元件通常成组地使用。这样一组换能器元件在一个维度上的总范围就是那一维度上的孔径。举例来说，对于线性阵列，一个维度是换能器元件的高度，而另一个维度是所用换能器元件数量乘以间距。无论是在发射操作中还是在接收操作中，都可以通过适当地使用上述成组换能器元件来形成超声波束。举例来说，通过以下步骤来形成接收波束调整换能器元件信号的一个或多个属性(例如，延迟和/或加权以提供与具有所选孔径的换能器元件相对应的换能器元件波束成形信号)，并对这些换能器元件波束成形信号求和以提供具有与特定点(所述特定点是“焦点”)相对应的最大信号响应的波束成形信号。以上换能器元件信号属性在本文称为波束成形参数。这些波束成形参数通常用以形成波束以拒斥从不需要的区域(例如，不同于所需“观看方向”的方向)接收到的杂波(例如，不需要的反射信号，等等)。确切地说，对来自换能器元件组的换能器元件信号施加延迟，使得如果从焦点发出窄脉冲，那么已被如此延迟的信号将在同一时间到达求和装置，且因此将得出最大值。来自焦点外的任何其它点的这种相同的窄脉冲将不会同时到达求和器，因此不会加和成像信号一样大。可以通过使用适当波束成形参数来形成具有特定形状(例如，宽度、长度、方向，等等)的波束。举例来说，可以形成“指向”所需“观看”方向的主瓣。不依赖于施加延迟来创建波束,可以对孔径进行切趾。切趾(apodization)是在对换能器元件信号求和之前，将潜在唯一的增益值施加(加权)到这些换能器元件信号的过程。可以将特定切趾函数应用到孔径以产生具有所需属性(例如降低旁瓣)的波束，从而进一步拒斥杂波。存在许多标准加权函数可以应用到孔径，但具体举例说明其中三种函数。这三种函数是均匀加权(也称为矩形、棚车(box car)、辛克(sine)或非切趾)、汉宁(Hanning,也称为Hann)加权和余弦加权。汉宁加权(l+cos(x))与余弦加权(cos(x))彼此相关之处在于，汉宁加权是升余弦函数。在超声成像系统中可用于孔径切趾的其它数学函数为汉明(Hamming)函数、布莱克曼-哈里斯(Blackman-Harris)函数或其它特定应用窗函数。由均匀加权的孔径形成的波束称作辛克波束，由汉宁加权的孔径形成的波束称作汉宁波束，且由余弦函数加权的孔径形成的波束称作余弦切趾波束。通过依序变换超声波束(例如，辛克波束、汉宁波束或余弦切趾波束)来扫描对象，以形成图像。取决于实施方案，可以通过辛克波束或汉宁波束或其它类型的波束来形成超声图像。当连续调整波束成形参数(例如，延迟)，以使焦点沿着特定方向移动时，创建出 动态聚焦波束。在提供波束扫描以进行声谱成像时，这些动态波束通常形成为使得焦点对于线性阵列来说沿循笛卡尔空间(Cartesian space)中的直线,或在相控或曲线阵列中从顶点起沿着单一角。举例来说，通过依序调整换能器元件信号的波束成形参数，可以形成一系列波束以扫描相关体积(例如，可以扫描患者体内的特定面积或深度)。可以聚集来自多个这种扫描波束的信息，以产生相关扫描体积的图像(例如，患者皮下部分的超声图像)。举例来说，在超声B模式操作中，从不同观看方向的多个超声波束(例如，在不同观看方向扫描的波束)接收到的多行回声数据产生图像。这种从扫描波束产生图像在本文称为扫描体积成像。已知，由汉宁波束获取的单色信号(monochromatic signal)在数学上等于对获自辛克波束的信号与获自两个空间变换相邻辛克波束的信号均值进行求和，条件是这些波束根据尼奎斯特定理(Nyquist theorem)隔开。也就是说，左侧辛克波束的第一无讯区(null)和右侧辛克波束的第一无讯区必须与中心辛克波束的峰值对准。基于这些特性，通过处理获自三个邻近的根据尼奎斯特定理隔开的辛克波束的信号，已提出一项技术来改善雷达应用的性能。然而，在超声成像中，根据多个系统参数来选择线密度以获得最佳图像质量，因此，通常无法满足根据尼奎斯特准则来设置波束间或扫描线间的取样间隔。此外，在超声成像中，通常结合可变孔径来实施动态波束成形(如同可能用于提供上述扫描样本波束)。换句话说，不同孔径大小用于在不同深度形成波束。因此，通常无法将例如可在雷达中实施的基于处理辛克波束的杂波减少技术用在超声扫描体积成像中。图IA说明上述扫描体积成像。具体来说，图IA所示的换能器11 (具有换能器元件El到EN)可以操作以提供这种扫描体积成像。在操作中，对换能器元件El到EN的换能器元件信号进行处理，以形成指向正被成像的体积15内的特定区域的接收波束。可以形成这些波束来收集关于正被成像的体积15内的对象(也称为相关对象)的信息，所述对象例如对象12 (例如，流体填充区域)和表面16 (例如，皮肤表面)下存在的对象13 (例如，组织结构)。应了解，用于扫描体积成像的信号(例如，波束成形信号)中的信号与杂波比越高，所产生图像中的对比度分辨率将越高(例如，组织区别越好)。信号杂波的一个来源是上述旁瓣，所述旁瓣通常伴随有所产生波束的主瓣。与所需主瓣相关联的不需要的旁瓣的存在可以从图IA的说明中看到。具体来说，图IA中所说明的主瓣各自具有与其相关联的旁瓣(例如，与主瓣ML5相关联的旁瓣SL5，主瓣与旁瓣的组合在虚线部分中示出以帮助区分这些瓣与复合表示)。旁瓣的数量和水平以及其结构决定有多少不需要的离轴回声整合到所得波束成形信号中，从而使相关对象的所需回声中产生杂波。降低旁瓣的能力改善相关对象(例如图像中的组织)的对比度分辨率或可区分性。图像降级的另一个来源是用以收集图像信息的主瓣的宽度。举例来说，主瓣的宽度决定正被成像的体积内的对象被波束展开的方式。因此，主瓣的宽度通常与图像的细节分辨率有关。因此，通常需要形成用于上述扫描的波束具有窄焦距，以使得能够清晰地确定所产生图像中的相关对象。从上述内容可以了解到，主瓣的宽度、旁瓣的水平和旁瓣的结构(例如，旁瓣从主 瓣外转的速度)对图像质量有很大影响。举例来说，非常清晰的波束能够实现较高分辨率图像。使用图IA的换能器11处理信号以产生图像可以包括通过对具有所选孔径的换能器元件所接收到的换能器元件信号适当地实施波束成形参数(例如，延迟和/或权重)，来使用所选孔径(例如，一组所选换能器元件，例如换能器元件E11-E15)形成波束。举例来说，可以选择波束成形参数的延迟以提供具有所需焦点的主瓣MLl I-MLl5 (例如,施加适当延迟提供波束，从而扫描正被成像的体积15的特定深度)。另外，波束成形过程可能涉及对从具有所选孔径的换能器元件接收到的信号施加适当权重(切趾过程)，以便降低与主瓣相关联的旁瓣。因此，用于产生波束的波束成形参数可以包括复值(complex value)，使得可以在量值和相位两方面修改从换能器元件接收到的信号。尽管通常降低波束的旁瓣，但使用孔径切趾过程展开主瓣。与使用上述典型波束成形(使用切趾过程)相关联的不良结果由图IB到图ID示出。图IB示出组织模拟幻象150 (大体表示图IA所示的正被成像的体积15)，其由左侧的流体填充区域A(例如，可以与图IA正被成像的体积的包括对象12的部分相对应)和右侧的组织区域B(例如，可以与图IA正被成像的体积的包括对象13的部分)组成。假定组织区域B包括具有相等散射横截面的点散射体(例如，点散射体14)的群集。当正被成像的体积(此处由组织模拟幻象150表示)被元件El-EN的线性阵列所形成的一连串超声波束穿透时，形成图像。由于将从流体填充区域A接收到小散射密度，所以所得图像(在理想情况下)不会有针对流体填充区域A显示的那种灰度，而组织区域B将显示与所述模拟幻象中所示情形具有类似密度的点分布。如上所述，在常规超声成像系统中，用确定性数学函数切趾阵列的孔径，以部分地抑制旁瓣(进而加宽主瓣)，从而改善图像对比度，或者不对孔径进行切趾以维持较窄主瓣，进而得出具有增多的杂波的较小成像点大小。每种情况都导致图像质量降级，且会显示失真的图像。图IC示出上述两种不同波束配置以说明所述问题。波束Bu是未切趾波束(例如，使用均匀加权函数确定波束成形加权分布所形成的辛克波束)，其提供具有相对较高水平旁瓣的较窄主瓣。波束Bh是切趾波束(例如，使用升余弦加权函数确定波束成形加权分布所形成的汉宁波束)，其提供具有校对较低水平旁瓣的较宽(展开)主瓣。图IC中所说明的波束的量值成对数压缩，且旁瓣有圆齿，并逐渐外转。假定使用波束仏和Bh来对相同区域成像，具体来说，图IB的组织模拟幻象150的组织区域B的一部分。波束Bu产生源自于由主瓣接收到的反射信号(例如，由点散射体14反射)的相关对象表示101 (如可以用于聚集成通过在由组织模拟幻象150表示的区域内在不同观看方向上扫描多个波束Bu而产生的图像)。波束Bu进一步产生源自于由旁瓣接收到的反射信号的假影101-1到101-8(也可能会作为不需要的杂波聚集到所产生图像中)。同样，波束仏产生源自于由主瓣接收到的反射信号(例如，由点散射体14反射)的相关对象表示100(如可以用以聚集成通过在由组织模拟幻象150表示的区域内在不同观看方向上扫描多个波束Bh而产生的图像)。波束Bh进一步产生源自于由旁瓣接收到的反射信号的假影100-1到100-4(也可能会作为不需要的杂波聚集到所产生图像中)。如图IC中可见，尽管是对对象的相同区域成像，但与波束Bu提供的相关对象表示101相比，波束Bh提供的相关对象表示100展开。同样如图IC中可见，波束Bu产生的假影(假影101-1到101-8)比波束Bh产生的假影(假影100-1到100-4)多(尽管较小)。 可以通过扫描多个波束Bu或波束Bh以穿透正被成像的体积来产生声谱图像。举例来说，可以聚集通过在由组织模拟幻象150表示的区域中扫描波束Bu和Bh中的各别波束而创建的表示，以形成相关对象的图像。然而，如可以从图IC的说明了解，当使用波束Bu时，所产生图像中的相关对象可能会相对尖锐，这是因为相关对象表示(例如，相关对象表示101)相对较小，但假影(例如，假影101-1到101-8)的数量由于较突出的旁瓣而较高。与使用波束Bu相关联的假影也从相关对象表示中的相应表示延伸较长的距离，从而进一步使所产生图像降级。也如从图IC的说明可以了解，当使用波束Bh时，所产生图像中的相关对象较不尖锐，这是因为相关对象表示(例如，相关对象表示100)相对较大，但相关联假影(例如，假影100-1到100-n)的数量由于较不突出的旁瓣而较低。此外，与使用波束仏相关联的假影从相关对象表示延伸较短距离。因此，每个上述波束成形技术都会导致所产生的图像通常比所需质量差。如从上述内容可以了解，实现清晰波束而无显著旁瓣以提供高质量成像已证明是不现实的。发明概述本发明是针对例如通过使用动态分辨率(DR)波束合成技术来提供波束旁瓣降低的系统和方法。通过从多个波束(称作样本波束)合成DR波束，本发明实施方案的动态分辨率波束成形技术除了提供波束旁瓣降低之外，还提供增强的波束主瓣属性。各个实施方案通过对于正被成像的体积的每一扫描区域从样本波束获取多个波束成形信号来实施DR波束合成技术。举例来说，针对正被成像的体积(例如，组织区域)的每一扫描区域(例如，每一观看方向)形成第一样本波束(例如，可以使用辛克函数确定波束成形加权分布所形成的未切趾波束)和第二样本波束(例如，可以使用余弦函数确定波束成形加权分布所形成的切趾波束)两者。所得样本波束信号(例如，使用未切趾函数的波束成形信号和使用切趾函数的波束成形信号)用以通过本文的DR波束成形技术的操作来合成对应于来自高分辨率、低旁瓣波束的信号的波束成形信号。根据本发明的优选实施方案，可以在DR波束成形技术中对样本波束进行加权和组合，以得出最小的总功率。所得DR波束优选地具有降低的旁瓣和相对较小或相对未展开的主瓣。在实施方案的改善型动态分辨率(IDR)波束合成技术中，对DR波束进行分段以合成具有所需属性的IDR波束。举例来说，可以例如使用样本波束(例如，上述第二样本波束)将DR波束分段成其主瓣分量和其旁瓣分量。这些波束分量优选地是独立地操纵或以其它方式进行处理，以便更改其一个或多个属性(例如，应用不同权重)。本文的IDR波束合成技术操作以从被操纵的分段波束分量合成IDR波束(例如，主瓣分量应用较大权重，而旁瓣分量应用较小权重)，具体是通过重新组合这些波束分量以合成IDR波束。如果需要，那么可以将锐化函数应用到DR/IDR波束，以提供更进一步增强的波束。被应用锐化函数的DR/IDR波束在本文称为增强型动态分辨率(XDR)波束。被应用锐化函数的XDR波束提供比相应DR/IDR波束窄的主瓣。另外，这种XDR波束的旁瓣可以在一定程度上得到进一步抑制以实现较高图像质量。尽管IDR和XDR波束处理的实施方案可以利用如上所述的DR波束处理的波束合成，但本文概念的应用并不限于使用DR波束合成。举例来说，可以关于辛克波束和余弦切 趾波束应用IDR和/或XDR波束锐化处理的实施方案，而不使用DR波束(例如，通过处理辛克和余弦切趾波束得到的最小功率波束)。本发明实施方案的一个特征在于优化了每一波束成形样本在所产生图像的样本空间中的聚焦性能。本发明实施方案的另一特征在于最小化了频谱泄漏且改善了脉冲波(“pw”)、连续波(“cr’)和彩色血流处理中的频谱分辨率，具有或不具有编码激励和代码模式。本发明的又一特征在于实施方案可以轻易地调适成用于许多类型的系统，例如多线波束成形、合成孔径波束成形和高帧速率波束成形。本文概念的实施方案可以应用到超声成像，以提供波束旁瓣降低。然而，本文概念并不限于关于超声成像的应用。可以对于可见光、红外线、射频和其它成像技术来应用各个实施方案。上文已相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解本发明的以下详细描述。下文将描述形成本发明权利要求书主旨的本发明的额外特征和优点。所属领域的技术人员应了解，所公开的概念和特定实施方案可以轻易地用作修改或设计用于执行本发明的相同目的的其它结构的基础。所属领域的技术人员还应认识到，这种等效构造并不脱离如由附属权利要求书所阐述的本发明的精神和范围。可以结合附图从以下描述更好地理解认为是本发明特征的新颖特征的组织和操作方法，以及其它目标和优点。然而，应明确理解，每一幅图都是仅为了说明和描述目的而提供的，并不旨在定义对本发明的限制。附图简述为了更完整地理解本发明，现在结合附图参考以下描述，在附图中图IA到图IC示出旁瓣降低的必要性和试图以常规方法降低旁瓣时所固有的问题；图2A和图2B示出根据本发明实施方案的适于提供动态分辨率处理、改善型动态分辨率处理和/或增强型动态分辨率处理的系统；图3A示出根据本发明实施方案的可以由动态分辨率波束合成技术使用的第一样本波束和第二或辅助样本波束的实施例；图3B示出根据本发明实施方案的可以由图3A的样本波束合成的示例性动态分辨率波束；图4示出使用本发明实施方案的DR波束产生的图像的表示；图5A和图5B示出根据本发明实施方案的适于合成例如图3B的动态分辨率波束的动态分辨率波束的图2系统的实施方案的细节；图6示出根据本发明实施方案的图5A和图5B的DR-XDR处理器的示例性操作；图6A到图6C示出根据实施方案，根据图6的处理操作来组合第一样本波束信号和第二或辅助样本波束信号的信号，以进行动态分辨率波束合成；图6D到图61 (3)示出根据实施方案，根据图6的处理操作来隔离主瓣信号分量与第一样本波束信号，以进行改善的动态分辨率波束合成；图6J到图6L(4)示出根据实施方案，根据图6的处理操作来在增强型动态分辨率 波束合成的迭代操作中使用波束塑形函数；图7A到图7C为根据本发明实施方案的示例性样本波束和从其合成的增强型动态分辨率波束的曲线图；图8示出应用到一维处理的本发明概念的一个实施例；图9示出根据本发明实施方案使用不同参数集合处理的各种波束；图10示出根据本发明实施方案处理的各个波束之间的关系；图11示出将大放大因子应用到本文实施方案的辅助样本波束时，两个主瓣波束信号的量值之间的差异；图12示出根据据本发明实施方案而利用的波束塑形函数的一个实施例；图13A和图13B示出分裂以降低残余主瓣、动态分辨率波束的旁瓣以及所得波束的主瓣；图14示出本发明实施方案的在多次迭代之后的增强型动态分辨率波束的实施例；图15A到图15G示出根据本发明实施方案而产生具有不同波束特性的新分量信号；以及图16A到图16E示出根据本发明实施方案的用于波束分解和合成的波束。发明详述图2A示出根据本发明实施方案调适的超声成像系统的实施方案。应了解，参考超声成像描述了示例性实施方案，以便提供更具体实施例来辅助理解本文概念。然而，本发明的概念并不限于关于超声成像的应用。因此，本文概念可以应用于其中使用发射信号的反射的许多技术，例如可见光、红外线和射频成像技术。超声成像系统200被展示为包括与扫描头220通信的系统单元210。实施方案的系统单元210包括处理器式系统，所述处理器式系统可操作以控制扫描头220的换能器(例如，图IA所示的换能器11)使用扫描波束221发射和接收超声信号，以提供扫描体积成像。因此，实施方案的系统单元210的处理器式系统处理所接收到的超声信号以产生图像211、显示在显示器212上，从而表示正被成像的体积201的一部分。关于可以根据本发明概念加以调适的成像系统的细节提供于同在申请中且共同让渡的标题为“ModuIar Apparatusfor Diagnostic Ultrasound”的美国专利申请第12/467，899号中，所述美国专利申请案的公开内容在此以引用的方式并入本文中。关于超声成像系统200的实施方案的更多细节展示于图2B的高级功能方块图中。如图2B所示，扫描头220的换能器可以包括与发射/接收电路221 (例如，可以包括放大器、缓冲器、多路复用器，等等)通信的超声元件(例如，具有换能器元件El到EN的图IA的换能器11)阵列，且可操作以可控制地发射和接收超声信号。图2B的系统单元210包括波束成形器213、DR/IDR/XDR波束合成处理器214、超声图像处理电路215以及显示器212。波束成形器213操作以对于提供给换能器11/从换能器11提供的信号提供波束成形。DR/IDR/XDR波束合成处理器214操作以提供如本文所述的动态分辨率波束合成处理。超声图像处理电路215操作以使用由DR/IDR/XDR波束合成处理器214合成的动态分辨率(例如，DR、IDR和/或XDR)波束信号来形成超声图像(例如，B模式、M模式、多普勒模式、3维、4维，等等)，例如以供显示于显示器212上。应了解，可以根据本发明实施方案利用图2B所说明功能方块的额外和/或替代功能方块。举例来说，例如在通过超声成像系统200实施数字波束成形或数字信号处理的情 况下，可以利用一个或多个模拟数字转换器(ADC)和/或数字模拟转换器(DAC)。此外，功能方块的分布可以与图2A中所示不同。举例来说，例如在扫描头220与系统单元210之间需要“细线”连接的情况下，可以将波束成形器213安置在扫描头220中。可以基于自适应性波束成形过程来优化与询问组织位置相关联的信号中的信号与杂波比，如可以由波束成形器213来实施。在自适应性波束成形过程中，针对每一样本位置使用对来自所有换能器元件(或换能器元件的某一选定子集)的信号的量值和相位的一系列矩阵操作。矩阵的维度通常与阵列孔径的维度成比例。当孔径如在常规超声成像系统中为较大(例如，为32、64或128)时，实施方案所需的处理功率非常高，且可能对于一些系统应用而言为过高的。波束成形器213的样本波束波束成形器(sample beam beamformer) 213a和213b 利用延迟与求和波束成形过程来根据实施方案产生扫描体积内询问组织位置的波束成形信号。延迟与求和波束成形是通过在补偿换能器元件之间的到达时间差异之后整合从换能器元件(所有换能器元件或换能器元件的某一所选子集)接收到的信号来完成。波束成形器的输出是取决于组织的散射横截面的分布而改变量值和相位的波束成形信号。在根据实施方案的操作中，波束成形参数的第一集合(例如，延迟和/或权重的第一集合)提供第一样本波束，同时波束成形参数的第二集合(例如，延迟和/或权重的第二集合)提供第二样本波束。举例来说，样本波束波束成形器213a可以实施波束成形参数的第一集合以形成第一样本波束(例如，未切趾波束)，而样本波束波束成形器213b实施波束成形参数的第二集合以形成第二或辅助样本波束(例如，切趾波束)。因此，样本波束波束成形器213a和213b同时提供两个不同的波束成形信号以用于根据本发明实施方案的动态分辨率处理。从上述内容应了解，在波束成形信号中，来自多个换能器元件(所有换能器元件或换能器元件的某一选定子集)的信号被整合成单一波束成形信号。因此，在个别换能器元件处接收到的信号(例如，回声信号)的相位和量值丢失。因此，在波束成形之后改善波束成形信号是一项技术难题。然而，使用本文的DR、IDR和/或XDR波束合成概念，有可能改善波束成形后的波束性能。超声成像系统200的实施方案实施本文描述的动态分辨率(DR)波束合成、改善型动态分辨率(IDR)波束合成和/或扩展动态分辨率(XDR)波束合成技术。举例来说，DR波束合成技术可以由超声成像系统200的DR/IDR/XDR波束合成处理器214实施，从而获取由波束成形器213的样本波束波束成形器213a和213b针对正被成像的对象(例如，组织)的每一扫描区域提供的多个波束成形信号以合成DR波束。所合成的DR波束的信号可以由超声成像系统200的DR/IDR/XDR波束合成处理器214进一步处理(例如使用本文描述的分段技术)，以提供IDR和/或XDR波束合成。根据本发明实施方案的DR波束合成技术从询问组织位置同时获取两个波束成形信号。举例来说，使用波束成形器213针对正被成像的体积201的每一扫描区域(例如，每一观看方向)中的每一样本点形成第一样本波束(例如，图3A的波束Bu)和第二或辅助样本波束(例如，图3A的波束A)两者。一种使所合成的DR波束(例如，图3B的波束Btj)中的旁瓣最小化的方式是形成相位、形状和量值在组合样本波束以合成DR波束时使旁瓣最小化的这种样本波束。因此，如可以从图3A的说明了解，实施方案的样本波束适于提供峰值和无讯区，所述峰值和无讯区协作以合成在组合时具有所需属性的DR波束。也就是说， 与第一样本波束Bu( 0 )相关联的旁瓣可以使用第二或辅助样本波束A( 0 )来降低，以产生质量更好的DR波束0)。本发明的用于使旁瓣最小化的DR波束合成技术的实施方案可以用未被切趾而形成的第一样本波束和通过使用余弦函数(例如，cos(e))对孔径进行切趾而形成的第二样本波束或辅助样本波束来实施。举例来说，来自阵列的未切趾波束图案(图3A的波束Bu)可以由辛克函数辛克(9)来描述。函数辛克(e)在0 = 土nJi或辛克(土 Ji) = 0而辛克(0) = I的零点交叉为振动的。如果来自阵列的波束图案是使用余弦函数来切趾(例如，图3A的波束A)，那么余弦切趾波束对称地分裂成两个几何变换分量辛克波束，其两个峰值与未切趾波束的第一旁瓣对准，而无讯区位于原点A(O) = 0处;A是第二样本波束或余弦切趾波束。因此，当应用于使用辛克函数形成的未切趾样本波束时，余弦切趾波束可以用作辅助样本波束以用于旁瓣降低。应了解，尽管本文中提及辛克波束和余弦切趾波束来演示DR波束合成过程，但根据本发明的概念，可以使用样本波束的其它组合来处理信号以用于重构具有改善的图像质量的图像。由样本波束形成的样本波束成形信号由图2B的DR/IDR/XDR波束合成处理器214用来合成与本发明的DR波束(例如，图3B的仏)相对应的信号。举例来说，使用样本波束的几何和/或形态特性，对来自样本波束的信号进行组合以合成具有所需特征的DR波束。在样本波束提供组合起来会消除不良属性(例如，旁瓣)的几何和/或形态特性的情况下，实施方案的DR波束合成可以操作以对样本波束求和(例如，Btj = BfaAh然而，在样本波束提供组合起来会增加不良属性(例如，旁瓣)的几何和/或形态特性的情况下，实施方案的DR波束合成可以操作以减去样本波束(例如，Btj = Bu-CiAh因此，应了解，本文关于使用样本波束合成DR波束而提供的数学关系可以取决于组合/消除所用特定样本波束的特征而实施正负号改变。如从下文描述将更好地理解，上述实施例中的a定义从第二样本波束接收到的少量信号，用于消除第一样本波束中不需要的部分。根据实施方案，使用参数a来在DR波束合成中提供旁瓣减缓与主瓣展开之间的平衡。因此，通过本文动态分辨率波束成形技术操作合成的DR波束优选地具有降低的旁瓣和相对较小或未展开的主瓣。提供以下论述以辅助更好地理解本发明实施方案的DR波束合成过程。当使用第一样本波束Bu( 0 )来扫描正被成像的体积时,通过扫描对象0(0)上的第一样本波束Bu( 0 )而接收到的所得波束成形信号Iu(e)可以被描述为Iu(e) =/ 0(^-0)^((^-0)(1^.假定第一样本波束Bu( 0 )可以分解为两个分量B_( 0 )和Bus ( 0 )，其中波束分量Bus^ 0 )是所需波束分量(例如，主瓣)，且波束分量Bus(0)是不需要的波束(例如，旁瓣)，且其中Bu(9) =6^(0)+6^(0).因此，Iu(e) = / O(cj5-0)*Bu(cj5-0)d(j5 = 1^(0)+1^(0)0第二样本波束A(0)可以是辅助波束，其“观看”或指向与第一样本波束Bu (0)的方向相同的方向(9)。假定第二样本波束A(0)也可以分解为两个分量AM(e)和 As(0)，其中 A(0) = Am(0)+As(0)。因此，IA(e) = / 0(小-0)*八(小-0)d = Iam ( 9 ) +Ias (9)。从上文可以看出，可以根据 B。(9) = Bu(9) + ctA(9)=6^( 0) + aAM( 0)+6^(0) + 04(6)形成DR波束BJ0)。因此，可以通过确定a以 使Il Bus ( 0 ) + a As ( 0 ) Il 2的差异最小化或mjn来降低旁瓣信号Bus(Q)0 这样在效果上等同于main\iuS{e)^aiAS{ef)o根据本发明实施方案，为了不使DR波束的主瓣降级，需要得自第二或辅助样本波束a Iam( 0 )的主瓣的波束信号分量尽可能小。也就是说，非零a IM( 0 )通常导致所合成的DR波束BJ0)中主瓣Bu^ 0 )至少在某种程度上展开。为了在与第二样本波束A( 0 )组合时，不更改样本波束Bu( 0 )的观看或指向方向，实施方案的第二样本波束A( 0 )包括与第一样本波束的主瓣B_(0)对应放置的无讯区。换句话说，如果A(O) =0，且Btj(O)=Bia(O)，那么当来自旁瓣的杂波能量由于对消过程Bu( 9) + aA(0)而得以最小化时，Bus^ 0 )的观看或指向方向不会更改，只是主瓣可能会由于B_( 9) + aAM(0)处理而稍稍展开。可以通过预定最小值和最大值来限定参数阿尔法a。举例来说，实施方案的参数a优选地限定在0与I之间，以避免由数据获取或其它数字处理导致的错误。应了解，可能存在以下情形通过使用来自第二样本波束(例如，上述余弦切趾波束)的信号来消除来自样本波束(例如，上述辛克波束)的杂波信号并不现实。举例来说，当杂波水平相当高时，或来自不需要的方向的信号过高以至于可能需要比用第二样本波束能够容易实现的波束更好的更高性能旁瓣消除波束时。在这种情形中，可以根据本发明实施方案，将参数a的值设置为预定最大可接受值(例如，D。a为零表示以下情形旁瓣在第一样本波束(例如，辛克波束)中是低的，且不需要来自第二或辅助样本波束(例如，余弦切趾波束)的信号在DR波束合成中用于旁瓣消除。在对比度方面，当a等于I时，需要因为旁瓣而从第二或辅助样本波束(例如，余弦切趾波束)接收到的信号来用于在DR波束合成中消除第一样本波束(例如，辛克波束)的旁瓣。因此，在实施方案的辛克波束/余弦切趾波束DR波束合成实施例中，当a =0时，所合成的DR波束是辛克波束(B。= Bu+ a A = BjOA = Bu)，而当a = I时，所合成的DR波束是升余弦或汉宁波束(Btj = Bu+ a A = Bu+IA)。在0与I之间的a值提供宽度在辛克波束主瓣与升余弦切趾波束主瓣之间改变的所合成DR波束主瓣，而旁瓣根据从余弦切趾波束旁瓣接收到的少量信号而降低。可以实施优化过程以计算消除第一样本波束(例如，辛克波束)的不需要部分所需的来自第二或辅助样本波束(例如，余弦切趾波束)的信号量。然而在本发明实施方案的DR波束合成过程中，在这种优化过程中可以使用目标函数的不同选择。可以选择基于使波束中的杂波信号功率最小化的准则来计算上述参数a。也就是说，本发明实施方案的参数a有效地确定将与第一样本波束信号组合以合成DR波束的少量第二或辅助样本波束信号，从而可以根据实施方案选择用于选择参数a的目标函数，使得当组合样本波束时，杂波信号的功率得以最小化。在本发明实施方案的DR波束合成过程中，可以在样本之间(例如，观看方向之间)动态地改变参数a。由于实施方案的参数a在旁瓣消除过程中是通过基于来自样本波束(例如，辛克波束和余弦切趾波束)的测量使波束的总杂波功率最小化来加以选择，所以可以对于DR处理图像中的每一样本实现细节分辨率与对比度分辨率的良好平衡。举例来说，在旁瓣高的样本位置，可以将参数a设置为高或上限(例如，在上述实施例中为I)，且利用第二样本波束来合成具有低旁瓣的DR波束(其外转速率快)。然而，所合成的DR波束的主瓣宽度可能会受到第二样本波束的影响而展开，从而使得图像分辨率可能会较差。在从邻近位置接收到较少杂波的样本位置，可以将参数a设置为低或下限(例如，在上述实施例 中为0)，且在合成DR波束时实质上仍不使用第二样本波束。由于在这个实施方案中没有利用切趾，所以所合成的DR波束的主瓣较窄。因此，图像中的旁瓣消除参数在上述实施例中从0变化到I。因此，所述DR波束合成过程有效地在图像中的细节分辨率与对比度分辨率之间做出了尽可能最好的折衷。为了说明上述概念，图3B的波束Btj示出从样本波束Bu和A的样本波束信号合成的DR波束Bje )的表示(例如，Bje ) =Bu(0) + aA(0)，其中a = I)。波束B。的旁瓣已大大降低。然而，如由图3A的Wl和图3B的W2所示，主瓣与辛克波束的主瓣相比来说相对加宽。尽管这种展开的主瓣通常会降低所得图像的分辨率，但可以由这个实施方案的DR波束通过平衡相对轻微的主瓣展开与显著的旁瓣降低来提供改善的图像质量。图4示出使用根据本发明实施方案合成的DR波束产生的图像的表示。具体地说，图4示出图像460，其展示正被成像的体积内的相关对象(例如，聚集以表示相关对象的相关对象表示400)，其是由扫描样本波束(例如，图3A的样本波束Bu和A)产生以合成DR波束(例如，图3B的DR波束B。)。如图所示，在图3B中，图像460的动态显示范围对应于在下部截止点Q与上部截止点Gh之间的DR波束信号中的信息。图像460中没有旁瓣假影可见，这是因为所合成的DR波束的旁瓣已快速下降，且旁瓣创建的图像低于下部截止点q。对应于点散射体14的所产生图像在图像460中仅稍微展开，这是因为DR波束的主瓣宽度减小了。因此，很好地保留了图像的纹理，且极少有或没有假影存在于图像460的区域A或B中。图5A和图5B示出适于使用多个样本波束(例如，图3A的样本波束Bu和A)合成DR波束(例如，图3B的DR波束B。)的超声成像系统200的实施方案的额外细节。图5A和图5B的示例性系统利用波束成形器213来形成两个样本波束信号以用于DR波束合成。所示实施方案的波束成形器213包括可在控制处理器(例如DR/IDR/XDR波束合成处理器214)的控制下操作的各个信号处理、加权和组合电路，以形成如本文所述的样本波束信号。在所示实施方案中，从换能器元件(例如，图IA所示的换能器元件E1-EN)提供的信号由放大器51-1到51-N(例如，可以包括低噪声放大器)处理，从而提供换能器信号放大以用于随后的波束成形处理。元件52-1到52-N为每一换能器元件信号提供信号相位调整(延迟)，且元件53-1到53-N为每一换能器元件信号提供信号振幅调整加权)。因此，元件52-1到52-N和元件53-1到53-N都将波束成形参数应用到换能器元件信号。组合器54和55提供换能器元件信号的组合(例如，求和)，以形成所得波束信号。因此，元件52-1到52-N与组合器55协作以提供本发明实施方案的样本波束波束成形器213a，且元件52_1到52-N、元件53-1到53-N与组合器54协作以提供实施方案的样本波束波束成形器213b。在图5A的实施方案中，将被适当延迟的换能器元件信号在组合器55进行组合，以提供辛克波束信号作为上述第一样本波束信号。将被适当延迟并加权的换能器元件信号在组合器54进行组合，以提供余弦切趾波束信号作为上述第二或辅助样本波束信号。在根据本发明实施方案的操作中，辛克波束与余弦切趾波束是同时形成(例如，使用同一换能器兀件信号集合)。如果需要，那么可以根据实施方案在DR波束合成处理之前、同时或之后提供波束 信号调节和/或处理。举例来说，将所示实施方案的余弦切趾波束信号提供给正交带通滤波器56-1，而将辛克波束信号提供给正交带通滤波器56-2以促进向量空间中的DR波束合成处理。额外或替代样本波束信号调节可以包括模拟数字转换(例如，本文使用数字信号处理器(DSP)来合成DR波束)、放大、噪声消除，等等。将辛克波束信号和余弦切趾波束信号提供给所示实施方案的DR/IDR/XDR波束合成处理器214以用于DR波束信号合成。图5A中所示的DR/IDR/XDR波束合成处理器214的实施方案包含多个波束处理电路，此处展示为DR处理511、IDR处理512和XDR处理513，以提供如本文所述的动态分辨率处理。然而，应了解，本发明实施方案可以不实施所示实施方案的所有波束处理电路。举例来说，如果需要，那么实施方案可以仅实施如本文所述的DR处理(例如，DR处理511)或DR处理与IDR处理的组合(例如，DR处理511和IDR处理512)。DR/IDR/XDR波束合成处理器214可以包括可在指令集合控制下操作以提供如本文所述操作的通用处理器、配置成提供如本文所述波束处理电路的DSP、特定应用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)，等等。在下文参考图6的处理更完整地描述这种DR/IDR/XDR波束合成处理器的操作。应了解，根据本发明实施方案合成的波束信号用于图像产生，例如上述的超声图像产生。因此，实施方案的DR/IDR/XDR波束合成处理器214的输出被提供给用于这种图像产生的电路。举例来说，所示实施方案的所合成的动态分辨率波束信号被提供给检测和压缩电路59，以便去除信号的相位并提供信号量值的映射以进行扫描转换。实施方案的扫描转换器501将信号量值从获取空间变换到显示空间，以通过显示器212呈现给用户。实施余弦切趾波束的问题之一在于组合换能器元件信号(例如，在图5A的组合器54处)。余弦函数在-I与+1之间振荡。因此，当执行加权与求和时，一个换能器元件信号(通道)可以是-1，而另一个换能器元件信号(通道)可以是+1，由此存在一个通道会与其它通道对消的可能性。与使用余弦函数相关联的每一通道的正负值可能在波束成形中引起延迟与求和过程的对消，从而导致动态范围限制。此外，由于余弦函数是从-I到+1且因此穿过零，所以某些换能器元件将会接收到极小的信号。为了克服这个问题，图像处理系统的前端电路(例如，前端电路的A/D转换器)可能需要具有极宽动态范围。与使用余弦切趾相关联的上述问题在图5B的实施方案中得以避免，在图5B中，通过波束成形器213形成升余弦切趾波束(例如，汉宁波束)。因此，并不是使用波束成形器来直接形成余弦切趾波束，图5B的实施方案操作以除了形成用于DR波束合成的辛克波束之外，还形成升余弦切趾波束(例如，汉宁波束)。此后，可以通过取第一样本波束(此处为辛克波束)与升余弦切趾波束的信号之间的差来计算用于上述DR波束合成的第二或辅助样本波束信号。因此，在图5B的实施方案中，将被适当延迟的换能器元件信号在组合器55进行组合，以提供辛克波束信号作为上述第一样本波束信号。将在升余弦函数中加权的换能器元件信号在组合器54进行组合，以提供升余弦切趾波束信号。在前端形成这种升余弦切趾波束的优点在于组合器54仅需要处理正信号，从而进一步抑制噪声。在超声成像中，通常结合可变孔径实施动态聚焦。换句话说，不同孔径大小用于在不同深度形成波束。一般来说，优选地随着深度增加而增加孔径大小，以维持图像中各个深度处的分辨率。可以使用具有随深度而变化的不同大小的孔径形成辛克波束和余弦切趾波束。由于在波束成形器中实施的通道数量通常有限，所以用于波束成形的孔径大小在某一深度停止增大，此时利用了可用于波束成形的所有通道。从这个特定深度开始，所有接收通道用于以恒定孔径形成波束。
在产生例如升余弦波束信号时，图5B中所不实施方案的放大器51-1到51-N的输入表示来自换能器的特定换能器元件的信号。对于N通道波束成形器来说，最大孔径包括N个换能器元件以形成具有N个通道的波束。当孔径随深度而变化时，某些计算可能仅需要使用换能器元件的子集(例如，可以针对选定换能器元件或选定孔径计算用于各个深度的升余弦函数)。在优选实施方案中，对于每一升余弦函数计算来说，实施方案的系统寻求最好的加权集合(例如，用于元件51-1到52-N和元件53-1到53-N中的适当元件的设置)，以使用两个样本波束实现最好的DR波束。在信号由图5B的组合器54和55组合之后，所得波束信号自身由组合器57组合，从而在所示实施方案中提供减法组合，以提供第二或辅助样本波束(此处为余弦切趾波束)以供用于根据实施方案的DR波束合成中。从以上论述应了解，如最初由组合器54产生的升余弦或汉宁波束可以是来自特定情形(例如，在实施方案中，参数a = I的情况)下的DR波束合成处理的所得波束。因此，并非从第一样本波束和第二或辅助样本波束重新产生升余弦切趾波束，而是实施方案可以利用最初由组合器54产生的升余弦切趾波束。因此，组合器54的输出被示为连接到DR/IDR/XDR波束合成处理器214，以除了第一样本波束(辛克波束)和第二样本波束(余弦切趾波束)之外，还将升余弦切趾波束信号提供给DR/IDR/XDR波束合成处理器214。辛克波束信号和余弦切趾波束信号提供给所示实施方案的DR/IDR/XDR波束合成处理器214，以用于如本文所述的动态分辨率波束信号合成。因此，图5B实施方案的DR/IDR/XDR波束合成处理器214可以如上文关于图5A所述来配置。如同上述图5A的实施方案，根据本发明实施方案，如果需要，那么可以在DR波束合成处理之前、同时或之后提供波束信号调节和/或处理。举例来说，在图5B的实施方案中，DR/IDRXDR波束合成处理器214在RF范围内操作(也就是说，信号被组合为RF信号)，且所示实施方案的所合成的动态分辨率波束信号被提供给正交带通滤波器56以用于信号调节。额外或替代波束信号调节可以包括模拟数字转换(例如，本文使用数字信号处理器(DSP)来合成DR波束)、放大、噪声消除，等等。如同图5A的实施方案，由图5B实施方案的DR-XDR处理器214合成的DR波束信号被提供给提供图像产生的电路。具体来说，所示实施方案的所合成的DR波束信号被提供给检测和压缩电路59，以便去除信号的相位并提供信号量值的映射以用于扫描转换。所示实施方案的扫描转换器501将信号的量值从获取空间变换到显示空间，以通过显示器212呈现给用户。图6示出动态分辨率波束合成过程的实施方案的细节，所述过程可以由图5A和图5B的DR/IDR/XDR波束合成处理器214提供，以用于实现根据本文概念的扫描波束的旁瓣降低。具体地说，在图6所示的实施方案中，展示于上部点线上方的处理提供对应于图5A的DR处理511的操作的DR波束合成，展示于上部点线与下部点线之间的处理提供对应于图5A的IDR处理512的操作的IDR波束合成，且展示于下部点线下方的处理提供对应于图5A的XDR处理513的操作的XDR波束合成。在实施方案的DR/IDR/XDR波束合成处理器214的DR处理511的操作中，第一样本波束信号和第二或辅助样本波束信号优选地使用参数a进行加权，并被组合以合成DR波束信号。因此，在处理601处，获取第一样本波束(例如，辛克波束)，其具有针对正扫描对象(例如，组织区域)的扫描区域(例如，每一观看方向)中的每一样本点形成的主瓣
601-1和旁瓣601-4。另外，获取第二或辅助样本波束(例如，余弦切趾波束)，其具有针对在正被成像的体积的扫描区域中的每一样本点形成的主瓣601-2和旁瓣601-3。在根据实施方案的处理601的操作中，针对每一样本使用上述辛克和余弦切趾波束获取第一样本波
束信号(包含主瓣信号分量和旁瓣信号分量]^ )和第二或辅助波束信号A。所示实施方案的第一样本波束信号f和第二或辅助波束信号^输入到处理62中，
处理62计算参数a以将其用于对样本波束进行加权组合。如上所述，参数a是实施方案的DR波束合成处理中的旁瓣消除参数，且用于从样本波束(例如，辛克和余弦切趾波束)合成DR波束。在替代实施方案中，可以忽略参数a的计算，且因此，如由虚线610所示，处理流程可以直接进行到处理602。以下向量分析有助于理解可以根据本发明实施方案使用的处理62中的参数a的计算。上述第一样本波束(例如，辛克波束)信号可以分解成两个分量，使得
单位向量定义主瓣的观看方向，其中且单位向量
EchoMainlobe Sidelobe—uM
~dUm,Uus
定义旁瓣的观看方向，其中上述第二或辅助样本波束(例如，余弦切趾波束)
IuS
O
信号4可以由^ = ^义表示。当第二或辅助样本波束(例如，余弦切趾波束)与第一样
Ic
本波束(例如，辛克波束)的旁瓣对准时，第二或辅助(例如，余弦切趾)波束的单位向量将与具有相反相位的第一样本波束(例如，辛克波束)的芳瓣分量的单位向量对准。也就是说


本发明展示通过旁瓣降低和/或主瓣锐化来增强波束。各个实施方案利用动态分辨率、改善型动态分辨率和/或增强型动态分辨率技术来合成具有所需属性的波束，例如用于超声波成像的超声波束。各个实施方案同时针对每一样本形成第一样本波束和第二或辅助样本波束，以合成增强型扫描波束。根据本文的动态分辨率技术，可以根据所述两个样本波束的总和来形成新波束。各个实施方案的所合成动态分辨率波束具有降低的旁瓣和相对极小或相对不展开的主瓣。可以应用增强型动态分辨率波束锐化函数来提供进一步增强的波束，以便进一步窄化所述主瓣。