專利名稱：波束形成方法和設備及執(zhí)行波束形成方法的醫(yī)學成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本公開涉及一種波束形成方法、波束形成設備以及執(zhí)行所述波束形成方法的醫(yī)學成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
醫(yī)學成像系統(tǒng)可使用固定的波束形成技術(shù)或自適應波束形成技木。固定的波束形成技術(shù)不論輸入信號，使用漢明窗(Hamming Window)或漢寧窗(Hanning Window),并還被稱為“數(shù)據(jù)獨立的波束形成”。自適應波束形成技術(shù)使用根據(jù)輸入信號的波束形成系數(shù)，并還被稱為“數(shù)據(jù)依賴的波束形成 ”。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種波束形成方法、波束形成設備以及執(zhí)行所述波束形成方法以便產(chǎn)生高清晰度的診斷圖像的醫(yī)學成像系統(tǒng)。提供了一種記錄有用于通過使用計算機執(zhí)行所述波束形成方法的程序的非暫時性計算機可讀記錄介質(zhì)。另外方面將在下面的描述中部分地闡明，并且從描述中部分是清楚的，或者可通過本實施例的實施而得知。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種波束形成設備包括:存儲單元，用于存儲從先前測量的回波信號的波束形成系數(shù)獲得的多個基向量；權(quán)重計算單元，用于通過使用所述多個基向量計算將被施加到從目標對象反射的回波信號的權(quán)重；合成単元，用于將所述權(quán)重施加到從目標對象反射的回波信號，并用于合成施加了權(quán)重的信號。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，ー種醫(yī)學成像系統(tǒng)包括:波束形成設備，用于通過使用從先前測量的回波信號的波束形成系數(shù)獲得的多個基向量，計算將被施加到從目標對象反射的回波信號的權(quán)重，用于將所述權(quán)重施加到從目標對象反射的回波信號，并用于合成施加了權(quán)重的信號；診斷圖像產(chǎn)生單元，用于通過使用從波束形成設備輸出的信號產(chǎn)生診斷圖像。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種波束形成方法包括:通過使用從先前測量的回波信號的波束形成系數(shù)獲得的多個基向量，計算將被施加到從目標對象反射的回波信號的權(quán)重；將所述權(quán)重施加到從目標對象反射的回波信號，并合成施加了權(quán)重的信號。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種記錄有通過使用計算機執(zhí)行所述波束形成方法的程序的計算機可讀記錄介質(zhì)。


通過下面結(jié)合附圖對實施例進行的描述，這些和/或其它方面將會變得清楚并更容易被理解，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的波束形成設備的示圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的特征向量和基向量的示例；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例的波束形成設備的另ー示例的示圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的醫(yī)學成像系統(tǒng)的示圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的波束形成方法的流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)將詳細參考實施例，在附圖中示出了實施例的示例。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的波束形成設備100的示圖。參照圖1，波束形成設備100包括存儲單元110、權(quán)重計算單元120、合成單元130。圖1僅示出波束形成設備100的與本實施例相關的配置元件。因此，對本領域的普通技術(shù)人員來說波束形成設備100還可包括除圖1的配置元件以外的其它一般的配置元件是顯然的。此外，圖1的波束形成設備100中的權(quán)重計算單元120和合成単元130可相應于一個或多個處理器。處理器可被實施為多個邏輯門的陣列，或者，可被實施為通用微處理器和存儲器的結(jié)合，其中，所述存儲器存儲將由通用微處理器執(zhí)行的程序。然而，對本領域的普通技術(shù)人員來說處理器可 被實施為不同類型的硬件是顯然的。波束形成設備100通過使用從目標對象反射的回波信號(echo signal)形成接收波束。在此，目標對象可包括人體的腹部、心臟等，回波信號可以是從目標對象反射的超聲波信號，但不限于此。存儲單元110存儲從先前測量的回波信號的波束形成系數(shù)獲得的多個基向量。波束形成系數(shù)可以是將被施加到每個通道或每個子陣列的權(quán)重。通道可以是接收回波信號的換能器(transducer)，子陣列可指示包括多個換能器的子孔徑，但不限于此。先前測量的回波信號可以是從預定的目標對象反射的回波信號，并且預定的目標對象可與關于由波束形成設備100執(zhí)行波束形成的回波信號的目標對象相同，但不限于此。例如，存儲單元110可存儲通過對先前測量的回波信號的波束形成系數(shù)執(zhí)行主成分分析(PCA)而獲得的基向量。更詳細地，可根據(jù)最小方差技術(shù)針對每個通道或每個子陣列計算先前測量的回波信號的波束形成系數(shù)。在此，根據(jù)最小方差技術(shù)計算的波束形成系數(shù)可以是最佳權(quán)重。通過使用根據(jù)最小方差技術(shù)計算的波束形成系數(shù)的方差來執(zhí)行PCA，多個特征向量可被獲得，并且可將獲得的特征向量中的一些作為基向量存儲于存儲單元110。在此，存儲于存儲単元110中的基向量可相應于通過執(zhí)行PCA而獲得特征向量中的以特征值的大小的降序選擇的預定數(shù)量的特征向量。用戶可確定將存儲于存儲單元110中的基向量的數(shù)量，并且基向量的確定的數(shù)量可被存儲于存儲單元110。波束形成設備100的用戶可以是包括醫(yī)生、護士、醫(yī)學成像專家等的醫(yī)學專家，但不限于此，因此包括波束成像設備100的設計者等。
將參照圖2詳細描述通過執(zhí)行PCA獲得的特征向量和基向量。存儲單元110是一般的存儲介質(zhì)，其中，所述一般的存儲介質(zhì)包括硬盤驅(qū)動器(HDD)、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、閃存和存儲卡。權(quán)重計算單元120通過使用存儲于存儲單元110中的基向量來計算將被施加到從目標對象反射的回波信號的權(quán)重。由權(quán)重計算單元120計算的權(quán)重可被用作形成切趾函數(shù)的參數(shù)。另外，從目標對象反射的回波信號可以是射頻(RF)數(shù)據(jù)。權(quán)重計算單元120可通過使用存儲于存儲單元110的所有基向量計算權(quán)重，或可選擇地，權(quán)重計算單元120可通過使用根據(jù)用戶的確定的預定的數(shù)量的基向量來計算權(quán)重。在此，為計算權(quán)重由權(quán)重計算單元120使用的回波信號可以是施加了用于波束形成的時延值的回波信號，但不限于此。用于波束形成的時延值可以是用于補償由焦點和換能器之間的距離引起的誤差的時延值。下面的示例相應于由M個通道接收從目標對象反射的回波信號的情況，但不限于此，因此從目標對象反射的回波信號可由M個子陣列接收。權(quán)重計算單元120可通過使用存儲于存儲單元110中的基向量中的小于M的預定的數(shù)量的基向量，來計算將被施加到從目標對象反射的回波信號的權(quán)重。更詳細地，權(quán)重計算單元120可將從目標對象反射的回波信號投影在存儲于存儲単元110中的多個基向量中的每個基向量上，并可通過使用投影的回波信號來計算權(quán)重。這將參照圖3的權(quán)重計算單元120來進行詳細描述。如上所述，由于權(quán)重計算單元12`0通過使用被投影到基向量的回波信號來計算權(quán)重，因此回波信號的維數(shù)減少了，從而關于權(quán)重的計算的計算量可顯著地減少。合成單元130將由權(quán)重計算單元120計算的權(quán)重施加到從目標對象反射的回波信號，井隨后合成施加了權(quán)重的信號。在此，合成単元130可將權(quán)重施加到施加了用于波束形成的時延值并且被投影到基向量的回波信號。根據(jù)另ー實施例，合成単元130通過使用存儲于存儲單元110中的基向量，來將由權(quán)重計算單元120計算的權(quán)重施加到從目標對象反射的回波信號。合成単元130可通過使用存儲于存儲單元110中的所有基向量，將權(quán)重施加到回波信號，或可選擇地，合成単元130可通過使用根據(jù)用戶的確定的預定的數(shù)量的基向量來將權(quán)重施加到回波信號。此外，合成單元130可將關于基向量中的至少ー些基向量的加權(quán)和施加到從目標對象反射的回波信號。在這種情況下，用于施加關于基向量中的至少ー些基向量的加權(quán)和的權(quán)重可相應于由權(quán)重計算單元120計算的權(quán)重。此外，合成單元130合成施加了權(quán)重的多個信號。合成單元130可輸出根據(jù)施加了權(quán)重的信號的合成的結(jié)果形成的接收波束。例如，合成単元130可將施加了權(quán)重的信號相加，從而形成一個接收波束。通過將施加了權(quán)重的信號相加，合成単元130可估計從焦點反射的超聲波信號。因此，波束形成設備100可形成用于產(chǎn)生高分辨率診斷圖像的接收波束，同時波束形成設備100減少了計算量。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的特征向量和基向量的示例。在圖2中，示出了指示特征向量的曲線圖21和指示基向量的曲線圖22。
為便于描述，在圖2中，假設通過使用根據(jù)最小方差技術(shù)計算的關于64個通道的波束形成系數(shù)來執(zhí)行PCA，并且將40個基向量存儲于存儲單元110。然而，本發(fā)明的ー個或多個實施例不限于此。指示特征向量的曲線圖21示出通過對關于64個通道的波束形成系數(shù)執(zhí)行PCA而獲得的結(jié)果。參照曲線圖21，根據(jù)特征值的大小排列了根據(jù)PCA的結(jié)果產(chǎn)生的特征向量。例如，特征向量索引為I的第I特征向量的特征值最大，并且隨著特征向量的索引増大，相應的特征值減小。指示基向量的曲線圖22指示40個基向量。曲線圖22示出了來自所述特征向量并且特征向量索引等于或小于40的第I特征向量到第40特征向量。在此，曲線圖22的第I特征向量到第40特征向量可相應于存儲于存儲單元110中的基向量。此外，基向量可具有預定的維數(shù)，因此曲線圖22根據(jù)維數(shù)索引示出了基向量。存儲單元110可存儲40個基向量，權(quán)重計算單元120和合成単元130可通過使用根據(jù)用戶的確定的40個或更少的基向量來計算并施加權(quán)重。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例的波束形成設備100的另ー示例的示圖。參照圖3，波束形成設備100包括時延值施加単元105、存儲單元110、投影単元115、權(quán)重計算單元120和合成單元130。圖3僅示出波束形成設備100的與本實施例相關的配置元件。因此，對于本領域的普通技術(shù)人員來說波束形成設備100還可包括除圖3的配置元件以外的其它一般的配置元件是顯然的。此外，圖3的波束形成設備100中的時延值施加單元105、投影單元115、權(quán)重計算単元120和合成単元130可相應于ー個或多個處理器。圖3的波束形成設 備100相應于圖1的波束形成設備100的示例。因此，圖3的波束形成設備100不限于圖3中示出的単元。此外，以上參照圖1描述的內(nèi)容還被應用到圖3的波束形成設備100，因此，省略圖3的波束形成設備的詳細描述。波束形成設備100通過使用從目標對象反射的回波信號形成接收波束。例如，波束形成設備100可如下面的等式I執(zhí)行計算。[等式I]
I/ [z[n] = X W-[ - K M]
m=i)其中，在等式I中，z[n]可指示深度方向上的目標對象的位置n處波束形成的結(jié)果。在此，深度方向上的位置n可以是焦點，并且根據(jù)波束形成的結(jié)果的z [n]可指示根據(jù)波束形成的結(jié)果形成的接收波束。M可指示參與波束形成的接收通道的數(shù)目或參與波束形成的接收子陣列的數(shù)目。以下，假設M指示接收通道的數(shù)目，并且m指示M個接收通道中的第m個接收通道。然而，M也可指示接收子陣列的數(shù)目，并且m指示M個接收子陣列中第m個接收子陣列。wm[n]可指示在位置n處將被施加到第m個通道的波束形成系數(shù)。在此，波束形成系數(shù)可以是切趾窗或權(quán)重，并且第m個通道可以是第m個換能器。xffl[n]可指示在位置n處被反射并由第m個通道接收的回波信號，A Jn]可指示當在位置n和第m個通道之間對發(fā)送信號或接收信號進行傳輸時根據(jù)位置n和第m個通道之間的距離補償?shù)臅r延值。因此，xffl[n-A Jn]]可以是回波信號，其中，所述回波信號在位置n處被反射，由第m個通道接收，并具有施加的時延值。因此，波束形成設備100可通過使用關于多個通道數(shù)據(jù)的回波信號來形成ー個RF掃描線。此外，波束形成設備100可考慮深度方向上的位置n將根據(jù)每個通道的時延值施加到從目標對象反射的回波信號，可將權(quán)重施加到施加了時延值的回波信號，可合成施加了權(quán)重的回波信號，波束形成設備100可根據(jù)合成的結(jié)果估計指示從位置n反射的超聲波信號的接收波束。向量形式的等式I被定義為下面的等式2。[等式2]
權(quán)利要求
1.一種波束形成設備包括: 存儲單元，用于存儲從先前測量的回波信號的波束形成系數(shù)獲得的多個基向量； 權(quán)重計算單元，用于通過使用所述多個基向量計算將被施加到從目標對象反射的回波信號的權(quán)重； 合成単元，用于將所述權(quán)重施加到從目標對象反射的回波信號，并用于合成施加了權(quán)重的信號。
2.如權(quán)利要求1所述的波束形成設備，還包括:投影単元，用于將從目標對象反射的回波信號投影在所述多個基向量中的至少ー些基向量中的每個基向量上； 其中，權(quán)重計算單元通過使用投影的回波信號計算權(quán)重， 合成單元將所述權(quán)重施加到投影的回波信號，井隨后合成施加了權(quán)重的信號。
3.如權(quán)利要求2所述的波束形成設備，其中，投影單元將方向向量投影在所述多個基向量中的至少ー些基向量中的每個基向量上， 權(quán)重計算單元通過使用投影的回波信號和投影的方向向量來計算權(quán)重， 合成單元將所述權(quán)重施加到投影的回波信號，井隨后合成施加了權(quán)重的信號。
4.如權(quán)利要求2所述的波束形成設備，其中，所述多個基向量中的至少ー些基向量的數(shù)量能夠由用戶確定。
5.如權(quán)利要求1所述的波束形成設備，其中，存儲單元存儲通過對先前測量的回波信號的波束形成系數(shù)執(zhí)行主成 分分析(PCA)而獲得的多個基向量。
6.如權(quán)利要求1所述的波束形成設備，其中，合成單元將加權(quán)和施加到從目標對象反射的回波信號，并合成施加了加權(quán)和的信號，其中，所述加權(quán)和是關于多個基向量中的至少一些基向量的。
7.ー種醫(yī)學成像系統(tǒng)，包括: 波束形成設備，用于通過使用從先前測量的回波信號的波束形成系數(shù)獲得的多個基向量，計算將被施加到從目標對象反射的回波信號的權(quán)重，用于將所述權(quán)重施加到從目標對象反射的回波信號，并用于合成施加了權(quán)重的信號； 診斷圖像產(chǎn)生單元，用于通過使用從波束形成設備輸出的信號產(chǎn)生診斷圖像。
8.如權(quán)利要求7所述的醫(yī)學成像系統(tǒng)，還包括存儲單元，用于存儲所述多個基向量， 其中，波束形成設備通過使用所述多個基向量中的至少ー些基向量執(zhí)行波束形成。
9.如權(quán)利要求8所述的醫(yī)學成像系統(tǒng)，其中，所述多個基向量中的至少ー些基向量的數(shù)量能夠由用戶確定。
10.如權(quán)利要求7所述的醫(yī)學成像系統(tǒng)，其中，波束形成設備將從目標對象反射的回波信號投影在所述多個基向量中的至少ー些基向量中的每個基向量上，通過使用投影的回波信號計算權(quán)重，并將所述權(quán)重施加到投影的回波信號。
11.一種波束形成方法，包括: 通過使用從先前測量的回波信號的波束形成系數(shù)獲得的多個基向量，計算將被施加到從目標對象反射的回波信號的權(quán)重； 將所述權(quán)重施加到從目標對象反射的回波信號，并合成施加了權(quán)重的信號。
12.如權(quán)利要求11所述的波束形成方法，所述方法還包括:將從目標對象反射的回波信號投影在所述多個基向量中的至少ー些基向量中的每個基向量上，其中，計算權(quán)重的步驟包括:通過使用投影的回波信號計算權(quán)重， 合成的步驟包括:將所述權(quán)重施加到投影的回波信號，井隨后合成施加了權(quán)重的信號。
13.如權(quán)利要求12所述的波束形成方法，所述方法還包括:將方向向量投影在所述多個基向量中的至少ー些基向量中的每個基向量上， 其中，計算權(quán)重的步驟包括:通過使用投影的回波信號和投影的方向向量來計算權(quán)重。
14.如權(quán)利要求12所述的波束形成方法，其中，所述多個基向量中的至少ー些基向量的數(shù)量能夠由用戶確定。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，通過對先前測量的回波信號的波束形成系數(shù)執(zhí)行主成分分析(PCA)獲得所述多個基向量。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，合成的步驟包括:將加權(quán)和施加到從目標對象反射的回波信號，并合成施加了加權(quán)和的信號，其中，所述加權(quán)和是關于所述多個基向量中的至少ー些基向量的。
全文摘要
提供了一種波束形成方法和設備及執(zhí)行波束形成方法的醫(yī)學成像系統(tǒng)。波束形成設備包括用于存儲從先前測量的回波信號的波束形成系數(shù)獲得的多個基向量的存儲單元；用于計算將被施加到從目標對象反射的回波信號的權(quán)重的權(quán)重計算單元；用于將所述權(quán)重施加到從目標對象反射的回波信號，并用于合成施加了權(quán)重的信號的合成單元。
文檔編號A61B8/00GK103120594SQ20121046507
公開日2013年5月29日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者金圭洪, 樸成燦, 金晶澔, 裴珷鎬 申請人:三星電子株式會社, 翰林大學校 產(chǎn)學協(xié)力團