《超聲成像的方法和裝置》是深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司於2009年5月25日申請的專利，該專利的申請號為200910133494X，公布號為CN101897597A，授權公布日為2010年12月1日，發明人是。
《超聲成像的方法和裝置》一種用於生成人體感興趣區域的圖像的方法，包括：向該感興趣區域發射第一超聲脈衝；檢測第一接收信號，該第一接收信號對應於從該感興趣區域反射的該第一超聲脈衝的超聲能量；向該感興趣區域發射第二超聲脈衝；檢測第二接收信號，該第二接收信號對應於從該感興趣區域反射的該第二超聲脈衝的超聲能量；生成作為該第一和第二接收信號的函式的該感興趣區域的圖像；其中，該第二超聲脈衝相對於該第一超聲脈衝有相移，相移量為大於零度且小於180度。
2016年12月7日，《超聲成像的方法和裝置》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《超聲成像的方法和裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：超聲成像的方法和裝置
- 公布號：CN101897597A
- 授權日：2010年12月1日
- 申請號：200910133494X
- 申請日：2009年5月25日
- 申請人：深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司
- 地址：廣東省深圳市南山區高新技術產業園區科技南十二路邁瑞大廈
- 發明人：李雙雙、樊睿、李勇
- Int.Cl.：A61B8/00(2006.01)I
- 代理機構：永新專利商標代理有限公司
- 代理人：王英
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
超聲脈衝成像（ultrasonic pulse imaging）方法是超聲醫學領域中套用最廣泛的一種方法。該方法利用超音波在人體組織界面處（即：人體感興趣區域）的反射，通過接收和處理從該感興趣區域反射的載有人體組織特徵信息的回波，生成人體組織的可見圖像。
在超聲脈衝成像系統中，通常由發射電路向人體內發射超聲脈衝。由於人體組織是一種非線性傳播介質，因此，超聲脈衝在傳播過程中會發生畸變。這樣，在接收到的回波中，不僅包括與原超聲脈衝相對應的基波分量（fundamentalcom ponent），即：線性分量，而且還包括載有人體組織或結構特徵（characteristics）的偏移脈衝分量（offset pulsec omponent），即：非線性分量（主要包含二次偏移脈衝分量）。從回波中提取該偏移脈衝分量，可以獲得與人體組織或結構相關的信息。對該信息進行處理，可獲得人體組織或結構的可視圖像。需要一種偏移脈衝成像系統，以有效地從回波中提取偏移脈衝分量。
發明內容
專利目的
《超聲成像的方法和裝置》的一個目的是提供一種偏移脈衝成像方法和裝置。採用該方法和裝置，可以使得回波中的基波分量的頻率被調製；從而在頻率域中，回波中的基波分量與偏移脈衝分量被有效地分離。
技術方案
按照《超聲成像的方法和裝置》的一個實施例的一種用於生成人體感興趣區域的圖像的方法，包括：向該感興趣區域發射第一超聲脈衝；檢測第一接收信號，該第一接收信號對應於從該感興趣區域反射的該第一超聲脈衝的超聲能量；向該感興趣區域發射第二超聲脈衝；檢測第二接收信號，該第二接收信號對應於從該感興趣區域反射的該第二超聲脈衝的超聲能量；生成作為該第一和第二接收信號的函式的該感興趣區域的圖像；其中，該第二超聲脈衝相對於該第一超聲脈衝有相移，相移量為大於零度且小於180度。
按照《超聲成像的方法和裝置》的一個實施例的一種用於生成人體感興趣區域的圖像的方法，包括：對於掃描平面內的每一條掃描線，向該感興趣區域發射K個超聲脈衝，其中，該K個超聲脈衝的一個超聲脈衝相對於先前超聲脈衝具有預定時移，且K是大於1的整數；接收由該感興趣區域反射的該K個超聲脈衝的回波信號；將該回波信號按照採樣點的順序進行交織（interleave），以形成一個操作信號（operating signal）；從該操作信號提取該偏移脈衝分量；和將該偏移脈衝分量進行波束成形以生成該掃描線。
按照《超聲成像的方法和裝置》的一個實施例的一種超聲成像方法，包括：對於掃描平面內的每一條掃描線，向人體感興趣的區域發射多組超聲脈衝，其中每組超聲脈衝包括如上所述的K個超聲脈衝；接收由該感興趣的區域反射的各組超聲脈衝的回波信號；按照採樣點的順序，將每組回波信號進行交織，以形成對應於每組回波的操作信號；從該每組回波的操作信號提取該組回波的偏移脈衝分量；將每組回波的偏移脈衝分量進行相加，以得到一個加成偏移脈衝信號（addition harmonic echo）；和將該加成偏移脈衝信號進行波束成形以生成所述掃描線。
按照《超聲成像的方法和裝置》的一個實施例的一種用於生成人體感興趣區域的圖像的裝置，包括：發射電路，對於掃描平面內的每一條掃描線，向該感興趣區域發射K個超聲脈衝，其中，該K個超聲脈衝的一個超聲脈衝相對於先前超聲脈衝具有預定時移，且K是大於1的整數；探頭，接收由該感興趣區域反射的該K個超聲脈衝的回波信號；交織器，將該回波信號按照採樣點的順序進行交織（interleave），以形成一個操作信號（operatingsignal）；檢測模組，從該操作信號提取該偏移脈衝分量；和波束成形器，將該偏移脈衝分量進行波束成形以生成該掃描線。
按照《超聲成像的方法和裝置》的一個實施例的一種超聲成像裝置，包括：發射電路，對於掃描平面內的每一條掃描線，向人體感興趣的區域發射多組超聲脈衝，其中每組超聲脈衝包括如上所述的K個超聲脈衝；探頭，接收由該感興趣的區域反射的各組超聲脈衝的回波信號；交織器，按照採樣點的順序，將每組回波信號進行交織，以形成對應於每組回波的操作信號；檢測模組，從該每組回波的操作信號提取該組回波的偏移脈衝分量，並將每組回波的偏移脈衝分量進行相加，以得到一個加成偏移脈衝信號（addition harmonicecho）；和波束成形器，將該加成偏移脈衝信號進行波束成形以生成所述掃描線。
附圖說明
圖1是按照《超聲成像的方法和裝置》的一個實施例的偏移脈衝成像系統的示意圖；
圖2是按照該發明的一個實施例的偏移脈衝成像方法的流程圖；
圖3是按照該發明的另一個實施例的偏移脈衝成像系統的示意圖；
圖4是按照該發明的另一個實施例的偏移脈衝成像方法的流程圖；
圖5（a）-5（d）是按照該發明的另一個實施例的發射的超聲脈衝以及回波的波形圖；
圖6（a）-6（d）是在採樣頻率為40兆赫的情況下，由常規的組織偏移脈衝成像系統與該發明的一個實施例的偏移脈衝成像系統得到的回波的波形圖；
圖7（a）-7（d）是在採樣頻率為30兆赫的情況下，由常規的組織偏移脈衝成像系統與該發明的一個實施例的偏移脈衝成像系統得到的回波的波形圖。
在所有附圖中，相同的標號表示相似或相應的特徵或功能。
技術領域
《超聲成像的方法和裝置》的實施例涉及超聲成像（ultrasonicimaging）領域，具體涉及一種偏移脈衝成像的方法和裝置。
權利要求
1.一種用於生成人體感興趣區域的圖像的方法，包括：向該感興趣區域發射第一超聲脈衝；檢測第一接收信號，該第一接收信號對應於從該感興趣區域反射的該第一超聲脈衝的超聲能量；向該感興趣區域發射第二超聲脈衝；檢測第二接收信號，該第二接收信號對應於從該感興趣區域反射的該第二超聲脈衝的超聲能量；生成作為該第一和第二接收信號的函式的該感興趣區域的圖像；其中，該第二超聲脈衝相對於該第一超聲脈衝有相移，相移量為大於零度且小於180度。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述第二超聲脈衝在相位上不同於所述第一超聲脈衝，該相位的不同大於90度但小於180度。
3.如權利要求2所述的方法，包括：根據所述第一和第二接收信號的數字值的交織序列，形成所述感興趣區域的圖像。
4.一種用於生成人體感興趣區域的圖像的方法，包括：對於掃描平面內的每一條掃描線，向該感興趣區域發射K個超聲脈衝，其中，該K個超聲脈衝的一個超聲脈衝相對於先前超聲脈衝具有預定時移，且K是大於1的整數；接收由該感興趣區域反射的該K個超聲脈衝的回波信號；將該回波信號按照採樣點的順序進行交織（interleave），以形成一個操作信號（operating signal）；從該操作信號提取該偏移脈衝分量；和將該偏移脈衝分量進行波束成形以生成該掃描線。
5.如權利要求4所述方法，其中，所述預定的時移為1/（Kfs），fs是用於生成所述掃描線的初始採樣頻率。
6.如權利要求5所述方法，其中，所述K個超聲脈衝的幅度具有相應的權重，利用該權重對所述回波的基波分量的頻率進行調製，以在頻率域中，至少部分所述偏移脈衝分量的中心頻率與該調製的基波分量的中心頻率分離。
7.如權利要求6所述方法，其中，第k個超聲脈衝的幅度的權重為
，k＝1，2，...K，α是正整數；在所述頻率域中，所述基波分量的中心頻率被調製到αfs處。
8.如權利要求7所述方法，還包括步驟：選擇合適的K和α；根據所選擇的K和α，產生所述K個超聲脈衝，以使得在有效的檢測頻域內，所述調製的基波分量的中心頻率與所述頻率未被調製的偏移脈衝分量的中心頻率分離。
9.如權利要求8所述的方法，其中，所述（K，α）的取值可以是（2，1）和（6，2）中的任意一組。
10.一種超聲成像方法，包括：對於掃描平面內的每一條掃描線，向人體感興趣的區域發射多組超聲脈衝，其中每組超聲脈衝包括如上述權利要求4至9中任意一個權利要求所述的K個超聲脈衝；接收由該感興趣的區域反射的各組超聲脈衝的回波信號；按照採樣點的順序，將每組回波信號進行交織，以形成對應於每組回波的操作信號；從該每組回波的操作信號提取該組回波的偏移脈衝分量；將每組回波的偏移脈衝分量進行相加，以得到一個加成偏移脈衝信號（addition harmonicecho）；和將該加成偏移脈衝信號進行波束成形以生成所述掃描線。
11.一種用於生成人體感興趣區域的圖像的裝置，包括：發射電路，對於掃描平面內的每一條掃描線，向該感興趣區域發射K個超聲脈衝，其中，該K個超聲脈衝的一個超聲脈衝相對於先前超聲脈衝具有預定時移，且K是大於1的整數；探頭，接收由該感興趣區域反射的該K個超聲脈衝的回波信號；交織器，將該回波信號按照採樣點的順序進行交織（interleave），以形成一個操作信號（operating signal）；檢測模組，從該操作信號提取該偏移脈衝分量；和波束成形器，將該偏移脈衝分量進行波束成形以生成該掃描線。
12.如權利要求11所述裝置，其中，所述預定的時移為1/（Kfs），fs是用於生成所述掃描線的初始採樣頻率。
13.如權利要求12所述裝置，其中，所述K個超聲脈衝的幅度具有相應的權重，利用該權重對所述回波的基波分量的頻率進行調製，以在頻率域中，至少部分所述偏移脈衝分量的中心頻率與該調製的基波分量的中心頻率分離。
14.如權利要求13所述裝置，其中，第k個超聲脈衝的幅度的權重為，k＝1，2，...K，α是正整數；在所述頻率域中，所述基波分量的中心頻率被調製到αfs處。
15.如權利要求14所述裝置，還包括：選擇模組，選擇合適的K和α；其中，所述發射電路，根據所選擇的K和α，產生所述K個超聲脈衝，以使得在有效的檢測頻域內，所述調製的基波分量的中心頻率與所述頻率未被調製的偏移脈衝分量的中心頻率分離。
16.如權利要求15所述的裝置，其中，所述（K，α）的取值可以是（2，1）和（6，2）中的任意一組。
17.一種超聲成像裝置，包括：發射電路，對於掃描平面內的每一條掃描線，向人體感興趣的區域發射多組超聲脈衝，其中每組超聲脈衝包括如上述權利要求4至9中任意一個權利要求所述的K個超聲脈衝；探頭，接收由該感興趣的區域反射的各組超聲脈衝的回波信號；交織器，按照採樣點的順序，將每組回波信號進行交織，以形成對應於每組回波的操作信號；檢測模組，從該每組回波的操作信號提取該組回波的偏移脈衝分量，並將每組回波的偏移脈衝分量進行相加，以得到一個加成偏移脈衝信號（additionharmonicecho）；和波束成形器，將該加成偏移脈衝信號進行波束成形以生成所述掃描線。
實施方式
附圖1是《超聲成像的方法和裝置》一個實施例的一種偏移脈衝成像系統100的示意圖。超聲脈衝信號產生電路10可以對於掃描平面內的每一條掃描線，產生多個超聲脈衝信號。該多個超聲脈衝信號，經由探頭20轉換為多個超聲脈衝，並依次入射到人體內。該超聲脈衝是偏移脈衝，其將在後文中有詳細描述。該轉換的超聲脈衝被發射到到人體感興趣的區域30。由於人體組織是一種非線性的傳播介質，因此，從感興趣的區域30反射的回波既包括對應於超聲脈衝的基波分量，又包括與人體組織的特性有關的偏移脈衝分量。探頭20將接收到的回波轉換為回波信號，並將回波信號提供到交織器40。該交織器40，將依次接收到的回波信號，按照採樣點的順序進行交織（interleave），以形成一個操作信號（operating signal），並將該操作信號提供給檢測模組50。該操作信號的形成，將在下文中有詳細說明。該檢測模組50，對該操作信號進行檢測，以提取該回波中的偏移脈衝分量。在波束成形器（beamformer）60中，對提取的該偏移脈衝分量進行波束成形，以生成一條掃描線。由於該偏移脈衝分量代表與人體組織相關的信息，因此，對該偏移脈衝分量進行分析，能夠生成該感興趣的區域30的可視圖像。
以下將結合附圖2，詳細地描述可由附圖1所示的偏移脈衝成像系統執行的偏移脈衝成像方法的一個實施例。
首先，對於掃描平面內的每一條掃描線，超聲脈衝信號產生電路10產生多個，例如K個，超聲脈衝信號（步驟S10）。該K個超聲脈衝信號的兩個相鄰的脈衝信號之間具有預定的時移（time-shift）。換言之，一個超聲脈衝信號相對於先前一個超聲脈衝信號的有一個預定的時移量。在這個實施例中，若與該每一條掃描線相對應的初始採樣頻率為fs，則該時移可以由τ表示，τ滿足等式：τ＝1/（Kfs）。兩個相鄰的脈衝信號之間的時移也可以由相移來描述。時移與相移之間，通過所發射的超聲脈衝信號的圓頻率聯繫。
此外，在一個優選實施例中，該K個超聲脈衝信號的幅度還可具有各自的加權係數
，k＝1，2，...K，α為正整數。若以Pk表示第k個超聲脈衝信號，則第1，2，...k個超聲脈衝信號P1，P2，...，Pk可分別表示為：
在上述表達式中，幅度加權係數的絕對值的比值表示各個超聲脈衝信號幅度大小的比值。對於第Pk個超聲脈衝信號，若幅度加權係數為正值，則表示該脈衝信號的波形的極性為正；反之，若為負值，則表示該脈衝信號的波形的極性為負。
該K個超聲脈衝信號，經由探頭20轉換為K個超聲脈衝。兩個相鄰的超聲脈衝信號之間具有時移τ。該K個超聲脈衝，入射到感興趣的區域30（步驟S20）。由於每個超聲脈衝相對於先前的一個超聲脈衝的時移為τ，因此，入射到感興趣的區域30的K個超聲脈衝信號是偏移脈衝。
當超聲脈衝入射到感興趣的區域30時，產生反射。由於人體組織是一種非線性的傳播介質，因此，反射的回波既包括對應於超聲脈衝的基波分量，又包括與人體組織的特性有關的偏移脈衝分量。該偏移脈衝分量主要包括二次偏移脈衝分量。探頭20接收該反射的K個回波，並將接收到的K個回波轉換為相應的K個回波信號（步驟S30）。各回波信號對應於從感興趣區域反射的相應的超聲脈衝的超聲能量。若以Ek表示第k個回波信號，則第1，2，...k個回波信號E1，E2，...，Ek（k＝1，2...K）分別表示為：
其中，H（t）表示由人體組織這種非線性傳播介質導致的在回波信號中的二次偏移脈衝分量。
在該實施例中，由於在超聲脈衝發射一側，對應於初始採樣頻率fs，對於每一條掃描線，發射了K個超聲脈衝，因此，在1/fs的採樣時間間隔內，交織器40，接收到來自探頭20轉換的K個回波信號。換言之，在處理回波信號一側，在每個採樣時間間隔1/fs內，都將收到K個回波信號（E1，E2，...Ek）。這些回波信號構成了1/fs的採樣時間間隔內的K個採樣點。
假定對應於1/fs的採樣時間間隔，用於生成每一條掃描線的初始採樣點數目是N（即：第0，第1...第N-1個採樣點）。由於在該實施例中，在每個採樣時間間隔1/fs內，有K個採樣點，因此，當按照第0，第1...第N-1個初始採樣點的順序，將每個採樣時間間隔1/fs內的K個採樣點連線成一個操作信號以生成一條掃描線時，該操作信號的實際採樣點數目是N·K個。以W（t）表示該操作信號，構成該操作信號的回波信號依次為E11E12...E1KE21E22...E2K...Ei1Ei2...Eij...EiK...EN1EN2...ENj...ENK，i＝1，2...N，j＝1，2...K。
其中，t＝mτ，m＝0，1，2...（N·K-1），τ＝1/（Kfs）
交織器40，按照初始採樣點的順序，將依次接收到的回波信號進行交織以形成該操作信號W（t），並將該操作信號W（t）提供給檢測模組50（步驟S40）。檢測模組50，從該操作信號W（t）中提取該回波中的偏移脈衝分量（步驟S50）。在步驟S60中，由該波束成形器60對提取的該偏移脈衝分量進行波束成形，以生成一條掃描線。該偏移脈衝分量代表與人體組織相關的信息。對該信息進行分析，便生成該感興趣的區域30的可視圖像。
從上述操作信號W（t）的表達式，可以看到：（1）該操作信號的採樣時間間隔是τ。因此，該操作信號的採樣頻率Kfs提高為初始採樣頻率fs的K倍；（2）由該操作信號所表示的回波，其中的基波分量被調製為初始採樣頻率fs的α倍，即：在頻率域中，基波分量被搬移到αfs的兩側；而二次偏移脈衝分量，一半未被調製，另一半被調製為初始採樣頻率fs的2α倍，即：在頻率域中，二次偏移脈衝分量的一半保留在原頻率處，另一半被搬移到2αfs的兩側。按照奈奎斯特（Nyquist）採樣定理，若當對該搬移到2αfs兩側的二次偏移脈衝分量進行檢測時在頻率域中不產生混疊現象，則需要滿足：
，即：
。
換言之，通過使得K個超聲脈衝信號的幅度具有各自的加權係數，可將基波分量搬移到αfs的兩側；而偏移脈衝分量，一半保留在原頻率處，另一半被搬移到2αfs的兩側。在對回波信號進行處理時，由於基波分量與偏移脈衝分量在頻率域中是分離的，因此，可以有效地提取偏移脈衝分量。
此外，即使基波分量與部分偏移脈衝分量，例如：被搬移到2αfs兩側的偏移脈衝分量，在頻率域中產生混疊，只要保留在原頻率處的這部分未搬移的二次偏移脈衝分量，在頻率域中與該基波分量是分離的，且該未搬移的這部分二次偏移脈衝分量不受混疊頻率的干擾，亦可提取該未搬移的這部分二次偏移脈衝分量。
通過選擇合適的K和α，可以實現將未被搬移的這部分二次偏移脈衝分量與搬移到αfs的兩側的基波分量以及被搬移到2αfs兩側的偏移脈衝分量分離，且該未搬移的這部分二次偏移脈衝分量不受該基波分量以及被搬移的偏移脈衝分量可能產生的混疊頻率的干擾，從而在有效的檢測頻域內，可以提取偏移脈衝分量。
附圖3是按照《超聲成像的方法和裝置》的另一個實施例的偏移脈衝成像系統的示意圖。與附圖1所示的偏移脈衝成像系統100相比，該系統200還包括一個選擇模組5。該選擇模組5，能夠選擇合適的K和α，以使得在頻率域中，被調製的基波分量與至少一部分未被搬移的偏移脈衝分量是分離的，且該未被搬移的偏移脈衝分量不受該基波分量以及被搬移的偏移脈衝分量可能產生的混疊頻率的干擾。
如圖3所示，超聲脈衝信號產生電路10’，根據選擇的K和α，對於掃描平面內的每一條掃描線，產生多個超聲脈衝信號。該系統中的探頭20、交織器40、檢測模組50和波束成形器60，可採用與附圖1所示的偏移脈衝成像系統100中的相同或相似的部件。有關這些相同或相似部件的描述，這裡不再贅述。
附圖4是可由附圖3所示的偏移脈衝成像系統執行的偏移脈衝成像方法的流程圖。如圖中所示，首先，選擇合適的K和α（步驟S5）。該選擇的K和α的數值，應使得在頻率域中，被調製的基波分量與至少一部分未被搬移的偏移脈衝分量是分離的，且該未被搬移的偏移脈衝分量不受該基波分量以及被搬移的偏移脈衝分量可能產生的混疊頻率的干擾。根據選擇的K和α，對於掃描平面內的每一條掃描線，產生多個超聲脈衝信號（步驟S10’）。步驟S20至步驟S60，與附圖2中的由相同附圖示號所標記的步驟相同或類似，這裡不再贅述。
下面通過選擇的具體K和α的數值，進一步說明附圖3和4所示的實施例。當K＝2，α＝1時，按照上述超聲脈衝信號Pk的表達式：
P1與P2的脈衝信號的波形極性分別為正和負，幅度比值為1∶1，兩個脈衝信號之間的時移為τ＝1/（2fs）。兩個超聲脈衝信號P1，P2的波形如附圖5a所示。
當超聲脈衝P1與P2入射到感興趣的區域30時，產生反射。所接收到由感興趣的區域30反射的回波信號E1，E2，按照上述回波信號Ek的表達式：
回波信號E1，E2的波形如附圖5b所示。圓圈表示回波信號E1，方塊表示表示回波信號E2。將每個採樣時間間隔1/fs內的兩個回波信號E1，E2交織成一個操作信號，按照上述操作信號W（t）的表達式：
在這個實施例中，由於偏移脈衝分量的採樣頻率為2fs（K＝2），因此，操作信號W（t）為：
從該操作信號W（t）的表達式，可以看到：（1）該操作信號的採樣頻率提高為初始採樣頻率fs的2倍，如附圖5c所示；（2）在頻率域中，基波分量被搬移到fs的兩側，中心頻率的位置分別為fs-ω/2π和fs+ω/2π；而二次偏移脈衝分量保留在原頻率處。由於基波分量與偏移脈衝分量在頻率域中是分離的，且該偏移脈衝信號的採樣率提高為初始採樣頻率fs的2倍，因此，通過檢測，例如濾波法，即可將基波分量濾除並完整地提取到二次偏移脈衝分量H（t），如附圖5d所示。
進一步，若初始採樣頻率fs為40兆赫，基波分量的中心頻率為6兆赫，二次偏移脈衝中心頻率為12兆赫，則上述操作信號W（t）的波形如附圖6（c）和6（d）所示；而由常規的組織偏移脈衝成像系統得到的回波信號的波形如附圖6（a）和6（b）所示。通過對比，可以看到，附圖6（a）和6（b）所示的回波信號，基波分量的頻譜與二次偏移脈衝分量的頻譜重疊嚴重；而按照該發明的上述實施例的偏移脈衝成像方法，當K＝2，α＝1時，不僅採樣頻率提高到初始採樣頻率的2倍（即：80兆赫），而且基波分量的頻譜與二次偏移脈衝分量的頻譜，在頻率域中，完全分離。
按照《超聲成像的方法和裝置》實施例的偏移脈衝成像方法，由於K的取值有效地提高了偏移脈衝分量的採樣頻率，因此，即使在初始採樣頻率不夠高的情況下，也能夠保證偏移脈衝信號頻寬中的所有頻率被檢測到。
在另一實施例中，上述初始採樣頻率fs為30兆赫。上述操作信號W（t）的波形如附圖7（c）和7（d）所示；而由常規的組織偏移脈衝成像系統得到的回波信號的波形如附圖7（a）和7（b）所示。通過對比，可以看到，附圖7（a）和7（b）所示的回波信號，基波分量的頻譜與二次偏移脈衝分量的頻譜重疊嚴重，且該採樣率不能完整地檢測到偏移脈衝信號頻寬中的所有頻率；而按照該發明的上述實施例的偏移脈衝成像方法，不僅基波分量的頻譜與二次偏移脈衝分量的頻譜在頻率域中完全分離，而且由於採樣頻率提高到初始採樣頻率的2倍（即：60兆赫），使得偏移脈衝信號頻寬中的所有頻率都能夠被檢測到。
在實際中，還可以選擇其他的K和α的數值，從而在將操作信號的採樣頻率提高到初始採樣頻率的K倍的同時，將基波分量調製到在頻率域中儘量遠離二次偏移脈衝分量的位置。
例如，當K＝6，α＝2時，根據該選擇的K和α，對於掃描平面內的每一條掃描線，產生6個超聲脈衝信號P1，P2...P6。這6個超聲脈衝信號的幅度加權係數分別為1、-1/2、-1/2、1、-1/2、-1/2，波形的極性分別為正、負、負、正、負、負，幅度比值為1∶0.5∶0.5∶1∶0.5∶0.5，兩個脈衝信號之間的時移為τ＝1/（6fs）。
當超聲脈衝入射到感興趣的區域30時，產生反射。所接收到的回波信號E1，E2...E6，按照採樣點的順序交織成一個操作信號W（t）：
從該操作信號W（t）的表達式，可以看到：在頻率域中，基波分量被搬移到2fs的兩側，中心頻率的位置分別為2fs-ω/2π和2fs+ω/2π；而二次偏移脈衝分量的一半保留在原頻率處，另一半被搬移到4fs的兩側，其中心頻率的位置分別為4fs-ω/π和4fs+ω/π。在這個實施例中，操作信號的採樣頻率被提高到6fs（K＝6）。對於上述操作信號W（t），由於受到在頻率域中的頻率混疊的影響，因此，在有效的檢測頻域0～3fs範圍內，被搬移到2fs的兩側的基波分量與被搬移到4fs的兩側的偏移脈衝分量（-4fs+6fs＝2fs）在2fs附近鄰近或部分重疊。但是，在這個實施例中，另一半保留在原頻率處的偏移脈衝分量不受該產生的混疊頻率的干擾。由於保留在原頻率處的這一半偏移脈衝分量與被搬移到2fs的兩側的基波分量在頻率域中是分離的，且保留在原頻率處的該偏移脈衝分量不受該基波分量以及被搬移的偏移脈衝分量產生的混疊頻率的干擾，因此，通過檢測，例如濾波法，即可將基波分量濾除以提取到二次偏移脈衝分量H（t）。
上述的結合實施例所描述的《超聲成像的方法和裝置》的偏移脈衝成像方法和系統，針對掃描平面內的每一條掃描線，向人體感興趣的區域發射K個超聲脈衝，並利用接收到的相應的K個回波信號，生成作為所接收的回波信號的函式的該感興趣的區域的圖像。這裡，所接收的回波信號的函式，可以是例如上述實施例中的利用K個回波信號的交織序列形成的一個操作信號。當對該操作信號進行檢測以提取偏移脈衝分量時，由於所發射的該K個超聲脈衝信號的幅度被加權，因而，回波中的基波分量的頻率被調製；從而，在頻率域中，回波中的基波分量與偏移脈衝分量能夠被有效地分離。
該偏移脈衝成像方法和系統，不應當局限於上述幾個實施例描述的技術內容。可以理解，還可以對該方法作出各種變形和改進。
在偏移脈衝成像方法的一種變形的實施方式中，對於掃描平面內的每一條掃描線，還可以向感興趣的區域發射多組超聲脈衝，其中每組超聲脈衝包括K個超聲脈衝。例如：可發射3組，每組兩個超聲脈衝P1和P2。每組中的這兩個超聲脈衝之間的時移和幅度的加權係數，可採用上述實施例中的預定的時移和用於對基波分量的頻率進行調製的幅度加權係數。將這3組超聲脈衝（P1、P2、P1、P2、P1、P2）依次發射到人體感興趣的區域。接收由感興趣的區域反射的各組超聲脈衝的回波（E1、E2、E1、E2、E1、E2），將每組回波信號（E1和E2）按照採樣點的順序進行交織，以形成各組回波的操作信號W1、W2、W3。從操作信號W1、W2、W3分別提取出各組回波的二次偏移脈衝分量h1、h2和h3。可利用上述實施例中的檢測模組，將每組回波的偏移脈衝分量進行相加，得到一個加成偏移脈衝信號H（additionofoffsetpulseecho），即：H＝h1+h2+h3。與各組偏移脈衝信號相比，該加成偏移脈衝信號H的信噪比得到提高。
此外，在上述實施例中，選擇模組是可以選擇的。可以利用選擇模組，根據回波信號的有效檢測頻域，選擇合適的K和α值；並根據選擇的K和α值，產生相應的K個超聲脈衝。也可以通過選擇特定的超聲脈衝信號產生電路，產生預定數目的超聲脈衝。
另外，對產生的K個超聲脈衝信號的幅度進行加權，也是可以選擇的。例如：可以只向人體發射K個超聲脈衝信號，每個超聲脈衝信號相對於前一個超聲脈衝信號有預定的時移。接收由該人體感興趣區域反射的該K個超聲脈衝的回波。將該回波按照採樣點的順序進行交織而形成一個操作信號。對該操作信號進行檢測以提取偏移脈衝分量。由於對於掃描平面內的每一條掃描線發射K個超聲脈衝信號，因此，在對操作信號檢測時，該操作信號的採樣頻率提高到初始採樣頻率為fs的K倍。儘管在這種情況下，由於基波分量的頻率沒有被調製，從而在頻率域中，基波分量可能會與偏移脈衝分量有部分重疊，但是，採用例如發射信號為窄帶信號的窄帶濾波法，同樣可以有效地提取偏移脈衝分量。
另外，在上述實施例中，兩個相鄰的超聲脈衝信號之間的時移是1/（Kfs）。也可以將該時移設定為其他預定的數值，例如：1/（2Kfs）。在這種情況下，對上述實施例中公開的技術方案做適當的改變，例如：在接收回波一側保持與超聲脈衝信號發射一側同步，亦可對反射的回波進行接收和處理。
從上述實施例可以看到，兩個相鄰的超聲脈衝信號之間的相移，可以是大於零度且小於180度的任意值。在優選實施例中，該相移是大於90度但小於180度的任意值。
另外，按照《超聲成像的方法和裝置》上述實施例的偏移脈衝成像方法，不僅適用於將基波分量與一系列為基波倍數的偏移脈衝分量（例如包括二次偏移脈衝在內的奇數和偶數次偏移脈衝）分離，而且還適用於將基波信號與其他的與該基波信號有頻率偏置（frequencyoffset）的脈衝信號分離。
榮譽表彰
2016年12月7日，《超聲成像的方法和裝置》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
