一种超声波成像方法、超声成像装置与流程

1.本技术实施例涉及超声成像领域，尤其涉及一种超声波成像方法、超声成像装置。


背景技术：

2.医用超声成像诊断设备利用超声波在人体中的传播，能够得到人体组织和器官结构的超声图像信息。由于超声诊断具有安全、适应面广、直观、可反复检查、对软组织鉴别力强、灵活性强及价廉等优点，在现代诊断技术中占有极为重要的地位。
3.在超声成像诊断中，超声图像的获取过程包括发射超声波，接收人体组织反射的超声波回波，对超声波回波进行波束合成后获得超声波回波通道信号，对超声波回波通道信号进行图像处理得到超声图像。其中，现有的波束合成方法主要采用延时-叠加波束合成方法，即对多个通道的超声波回波通道信号进行加权后得到波束合成后的超声波回波通道信号。由于在不同场景下，超声波的发射、接收和成像的要求不同，需要根据不同场景对波束合成算法进行调整。例如需要根据超声探头的类型、发射参数和成像模式调节波束合成算法中的延迟系数和变迹系数，具体的设置和调试过程十分复杂，这导致超声成像诊断的使用、开发成本高，且不便于后期的维护。


技术实现要素：

4.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
5.本技术实施例提供了一种超声波成像方法、超声成像设备，无需调整波束合成算法中的参数，能够直接对超声探头上多个接收阵元接收的多个通道数据进行计算得到合成射频数据，开发成本低且便于维护。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种超声波成像方法，包括：
7.通过超声探头接收目标组织返回的第一超声波的回波通道信号，回波通道信号包括与超声探头上多个接收阵元对应的多个通道数据；
8.根据第一超声波的发射参数和/或超声探头的类型，在预设转移矩阵集合中确定目标转移矩阵；
9.根据目标转移矩阵对多个通道数据进行变换处理得到合成射频数据；
10.根据合成射频数据进行图像处理得到目标组织的图像数据；
11.根据图像数据得到目标组织的图像，并显示目标组织的图像。
12.第二方面，本技术实施例提供一种超声成像装置，包括：
13.超声探头；
14.发射/接收电路，发射/接收电路用于控制超声探头向目标组织发射超声波并接收超声回波，获得超声回波信号；
15.处理器，处理器用于处理超声回波信号，获得目标组织的图像；
16.显示器，显示器用于显示目标组织的图像；
17.处理器还用于执行上述第一方面实施例中的任意一项的超声波成像方法。
18.第三方面，本技术实施例提供一种超声成像装置，包括：
19.超声探头，用于向目标组织发射第一超声波并接收第一超声波的回波，超声探头包括多个接收阵元，多个接收阵元用于接收目标组织返回的第一超声波的回波，并得到对应各个接收阵元的通道数据；
20.存储器，存储有预设转移矩阵集合，预设转移矩阵集合中包括至少一个预设转移矩阵；
21.处理器，用于根据第一超声波的发射参数和/或超声探头的类型，在预设转移矩阵集合中确定目标转移矩阵；
22.合成处理模块，用于根据目标转移矩阵对多个通道数据进行变换处理得到合成射频数据；
23.处理器还用于对合成射频数据进行图像处理得到目标组织的图像数据，根据图像数据得到目标组织的图像，并显示目标组织的图像。
24.第四方面，本技术实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述第一方面实施例中的任意一项的超声波成像方法。
25.第五方面，本技术实施例提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，应用于超声波成像设备，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面实施例中的任意一项的超声波成像方法。
26.第六方面，本技术实施例提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行如上述第一方面实施例中的任意一项的超声波成像方法。
27.本技术的一些实施例中，根据第一超声波的发射参数和/或超声探头的类型在预设转移矩阵集合中确定目标转移矩阵，然后根据目标转移矩阵对超声探头上多个接收阵元所接收的多个通道数据进行变换处理得到合成射频数据，并对合成射频数据进行图像处理得到目标组织的图像数据，并根据该图像数据得到目标组织的图像并进行显示，由于本技术实施例直接对超声探头上多个接收阵元接收的多个通道数据进行计算得到合成射频数据，无需调整波束合成算法中参数，避免了复杂的设置和调试过程，能够有效降低超声成像的开发成本，且便于后期的维护。
附图说明
28.附图用来提供对本技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
29.图1是本技术一个实施例提供的超声成像装置的结构框图；
30.图2是本技术一个实施例提供的超声成像方法的方法流程图；
31.图3是本技术一个实施例提供的超声成像装置的信号处理示意框图；
32.图4是本技术一个实施例提供的获得预设转移矩阵的方法流程图；
33.图5是本技术一个实施例提供的超声检测仿真模型的结构示意图；
34.图6是图4步骤420的具体方法流程图；
35.图7是通道数据矩阵的通道数据示意图；
36.图8是图6中步骤620的具体方法流程图；
37.图9是本技术一个实施例提供的实验环境示意图；
38.图10是本技术一个实施例提供的获得预设转移矩阵的方法流程图；
39.图11是图10中步骤1030的具体方法流程图；
40.图12是图11中步骤1120的具体方法流程图；
41.图13是一个实施例提供的超声成像装置的结构框图。
具体实施方式
42.下面结合说明书附图和具体的实施例对本技术进行进一步的说明。所描述的实施例不应视为对本技术的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
43.在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解,“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
44.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本技术实施例的目的，不是旨在限制本技术。
45.医用超声成像诊断设备利用超声波在人体中的传播，能够得到人体组织和器官结构的超声图像信息。由于超声诊断具有安全、适应面广、直观、可反复检查、对软组织鉴别力强、灵活性强及价廉等优点，在现代诊断技术中占有极为重要的地位。
46.在超声成像诊断中，超声图像的获取过程包括发射超声波，接收人体组织反射的超声波回波，对超声波回波进行波束合成后获得超声波回波通道信号，对超声波回波通道信号进行图像处理得到超声图像。其中，现有的波束合成方法主要采用延时-叠加波束合成方法，即对多个通道的超声波回波通道信号进行加权后得到波束合成后的超声波回波通道信号。由于在不同场景下，超声波的发射、接收和成像的要求不同，需要根据不同场景对波束合成算法进行调整。例如需要根据超声探头的类型(例如线阵探头、凸阵探头和相控阵探头等)、发射参数(例如发射发散波、聚焦波、平面波等)和成像模式(例如b图像、c图像等)调节波束合成算法中的延迟系数和变迹系数，具体的设置和调试过程十分复杂，这导致超声成像诊断的使用、开发成本高，且不便于后期的维护。
47.为了解决上述问题，本技术实施例提供了一种超声波成像方法、超声成像装置，图1为本技术实施例中的超声成像装置的结构框图示意图。该超声成像装置10可以包括超声探头100、发射电路101、发射/接收选择开关102、接收电路103、合成处理模块104、处理器105、显示器106和存储器107。
48.超声探头100包括由阵列式排布的多个阵元组成的换能器(图中未示出)，多个阵元排列成一排构成线阵，或排布成二维矩阵构成面阵，多个阵元也可以构成凸阵列。阵元用于根据激励电信号发射超声波束，或将接收的超声波束变换为电信号，其中发射超声波的阵元为发射阵元，接收超声波的阵元为接收阵元，其中发射阵元和接收阵元可以复用，即一
个阵元可以同时负责发射和接收。因此每个阵元可用于实现电脉冲信号和超声波束的相互转换，从而实现向人体组织的目标区域发射超声波、也可用于接收经组织反射回的超声波的回波。在进行超声检测时，可通过发射/接收选择开关102控制哪些阵元用于发射超声波束，哪些阵元用于接收超声波束，或者控制阵元分时隙用于发射超声波束或接收超声波束的回波。参与超声波发射的阵元可以同时被电信号激励，从而同时发射超声波；或者参与超声波发射的阵元也可以被具有一定时间间隔的若干电信号激励，从而持续发射具有一定时间间隔的超声波。一实施例中，可以由多个阵元共同组成发射阵元或接收阵元。
49.发射电路101用于根据处理器105的控制产生发射序列，发射序列用于控制多个阵元中的部分或者全部向生物组织发射超声波，发射序列参数包括发射用的阵元位置、阵元数量和超声波束发射参数(例如幅度、频率、发射次数、发射间隔、发射角度、波形、聚焦位置等)。某些情况下，发射电路101还用于对发射的波束进行相位延迟，使不同的发射阵元按照不同的时间发射超声波，以便各发射超声波束能够在预定的感兴趣区域聚焦。不同的工作模式，例如b图像模式、c图像模式和d图像模式(多普勒模式)，其发射序列参数不同。
50.接收电路103用于从超声探头100接收超声回波的电信号，并对超声回波的电信号进行处理。其中，超声探头100的各个接收阵元接收目标组织返回的超声波的回波，并得到各个阵元接收的通道数据，即超声探头100中负责接收超声波回波的每个接收阵元各接收超声波的回波并形成一路通道数据，即超声波回波的电信号包括多路通道数据。接收电路103对电信号的多路数据进行处理，接收电路103可以包括一个或多个放大器、模数转换器(adc)等。放大器用于在适当增益补偿之后放大所接收到的超声回波的电信号，模数转换器用于对模拟回波信号按预定的时间间隔进行采样，从而转换成数字化的信号，数字化后的回波信号依然保留有幅度信息、频率信息和相位信息。接收电路103输出的数据可输出给合成处理模块104进行处理，或者，输出给存储器107进行存储。
51.合成处理模块104与接收电路103信号相连，用于对接收电路103输出的信号中的各个通道数据进行合成处理，由于被测组织中的超声波接收点到接收阵元的距离不同，因此，不同接收阵元输出的同一接收点的通道数据具有延时差异，需要对各个通道数据进行变换处理，将相位对齐，得到合成射频数据。合成处理模块104输出的合成射频数据也称为射频数据(rf数据)。在有的实施例中，合成处理模块104也可以将射频数据输出至存储器107进行缓存或保存，或将射频数据直接输出至处理器105的图像处理模块进行图像处理。
52.合成处理模块104可以采用硬件、固件或软件的方式执行上述功能，例如，合成处理模块104可以包括能够根据特定逻辑指令处理输入数据的中央控制器电路(cpu)、一个或多个微处理芯片或其他任何电子部件，一实施例中，合成处理模块包括显存和图形处理器gpu，显存用于缓存目标转移矩阵和多个通道数据，gpu用于从显存获取目标转移矩阵和多个通道数据，并根据目标转移矩阵对多个通道数据进行变换处理得到合成射频数据，显存和gpu也可以由其他具备数据存储和计算能力的电路或器件代替，取决于逆问题求解的计算复杂度。一实施例中，合成处理模块104也可以采用专用集成电路asic、现场可编程逻辑器件fpga等，也可以是两个或多个器件的组合。当合成处理模块104采用软件方式实现时，其可以执行存储在有形和非暂态计算机可读介质(例如，存储器107)上的指令，以使用任何适当波束合成方法进行波束合成计算。
53.存储器107存储有预设转移矩阵集合，预设转移矩阵集合包括至少一个预设转移
矩阵，预设转移矩阵用于供合成处理模块104对多个通道数据进行变换处理。其中，存储器107可以是有形且非暂态的计算机可读介质，例如可为闪存卡、固态存储器、硬盘等，用于存储数据或者程序，一实施例中，存储器107也可以用于存储所采集的超声数据或处理器105所生成的暂不立即显示的图像帧，或者存储器107可以存储图形用户界面、一个或多个默认图像显示设置、用于处理器、波束合成电路或iq解调电路的编程指令。
54.处理器105用于配置成能够根据特定逻辑指令处理输入数据的中央控制器电路(cpu)、一个或多个微处理器、图形控制器电路(gpu)或其他任何电子部件，其可以根据输入的指令或预定的指令对外围电子部件执行控制，或对存储器107执行数据读取和/或保存，也可以通过执行存储器107中的程序对输入数据进行处理，例如根据一个或多个工作模式对采集的超声数据执行一个或多个处理操作，其中处理器105可以读取存储器107中预设转移矩阵集合中的元素，处理器105可以根据超声波的发射参数和/或超声探头的类型在预设转移矩阵集合确定对应的目标转移矩阵，一实施例中，处理器105将目标转移矩阵发送至合成处理模块104以根据目标转移矩阵对多个通道数据进行变换处理得到合成射频数据。另一实施例中，处理器105同时也是合成处理模块104(或者集成有合成处理模块104)，即由处理器105根据所确定的目标转移矩阵对多个通道数据进行变换处理得到合成射频数据。
55.一实施例中，处理操作还包括调整或限定超声探头100发出的超声波的形式，生成各种图像帧以供后续人机交互装置的显示器106进行显示，或者调整或限定在显示器106上显示的内容和形式，或者调整在显示器106上显示的一个或多个图像显示设置(例如超声图像、界面组件、定位感兴趣区域)。
56.处理器105的图像处理模块用于对合成处理模块104输，根据图像数据得到目标组织的图像出的合成射频数据进行图像处理，得到目标组织的图像数据，例如生成扫描范围内的信号强弱变化的灰度图像，该灰度图像反映组织内部的解剖结构，称为b图像。图像处理模块可以将b图像输出至人机交互装置的显示器106进行显示。其中人机交互装置用于进行人机交互，即接收用户的输入和输出可视化信息；其接收用户的输入可采用键盘、操作按钮、鼠标、轨迹球等，也可以采用与显示器集成在一起的触控屏；其输出可视化信息采用显示器106。
57.需要说明的是，图1的结构仅为示意，还可以包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件和/或软件实现。
58.本技术的一个实施例中，前述的超声成像装置10的显示器106可为触摸显示屏、液晶显示屏等，也可以是独立于超声成像设备10之外的液晶显示器、电视机等独立显示设备，也可为手机、平板电脑等电子设备上的显示屏等。
59.本技术的一个实施例中，前述的超声成像装置10的存储器107可为闪存卡、固态存储器、硬盘等。
60.本技术的一个实施例中，还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有多条程序指令，该多条程序指令被处理器105调用执行后，可执行本技术各个实施例中的超声波数据的处理方法中的部分步骤或全部步骤或其中步骤的任意组合。
61.一个实施例中，该计算机可读存储介质可为存储器107，其可以是闪存卡、固态存储器、硬盘等非易失性存储介质。
62.本技术的一个实施例中，前述的超声成像装置10的处理器105可以通过软件、硬
件、固件或者其组合实现，可以使用电路、单个或多个专用集成电路(application specific integrated circuits，asic)、单个或多个通用集成电路、单个或多个微处理器、单个或多个可编程逻辑器件，或者前述电路或器件的组合，或者其他适合的电路或器件，从而使得该处理器105可以执行本技术的各个实施例中的超声波数据的处理方法的相应步骤。
63.下面结合附图，对本技术实施例的超声波成像方法进行描述。
64.结合图1所示的超声成像装置10的结构框图示意图，参照图2，本技术的一个实施例提供的超声成像方法，可以包括如下步骤210至步骤260：
65.步骤210，通过超声探头向目标组织发射第一超声波。
66.本步骤中，超声成像装置10通过超声探头100向目标组织发射第一超声波，其中目标组织可以是人体不同部位的组织，例如心脏、肝脏、卵巢等。处理器105根据预设或用户设置的发射参数控制发射电路101产生超声波发射序列，发射序列用于控制多个阵元中的部分或者全部向生物组织发射超声波，发射序列参数包括发射用的阵元位置、阵元数量和超声波束发射参数(例如幅度、频率、发射次数、发射间隔、发射角度、波形、聚焦位置等)，超声探头100可以根据超声波发射序列发射多次超声波。某些情况下，发射电路101还用于对发射的波束进行相位延迟，使不同的发射阵元按照不同的时间发射超声波，以便各发射超声波束能够在预定的感兴趣区域聚焦，以发射聚焦波、平面波或者发散波，因此其对应的发射参数为聚焦波发射参数、平面波发射参数和发散波发射参数。另外，针对不同的探头例如线阵探头、凸阵探头和相控阵探头其对应的发射参数也不同，因此又可以区分为线阵探头发射参数，凸阵探头发射参数和相控阵探头发射参数。另外，超声成像装置10根据检测需要有不同的工作模式，也需要设置不同工作模式下的发射参数，例如针对b图像模式(反映组织解剖结构)、c图像模式(反映组织解剖结构和血流信息)、d图像模式(多普勒模式)e图像模式(弹性超声波图像模式)或m图像模式(也称超声心动图)，设置有对应的b图像模式发射参数、c图像模式发射参数、d图像模式发射参数、e图像模式发射参数。
67.步骤220，通过超声探头接收目标组织返回的第一超声波的回波通道信号，回波通道信号包括与超声探头上多个接收阵元对应的多个通道数据。
68.本步骤中，目标组织在接收到第一超声波后返回第一超声波的回波，这样目标组织返回的第一超声波的回波被超声探头100接收，并送至接收电路103转化为电信号。其中，超声探头100上的接收阵元会各自接收到超声波信号，并分别产生对应的电信号，这些电信号经过接收电路103处理后形成回波通道信号，其中回波通道信号包括与超声探头上多个接收阵元对应的多个通道数据，即每个接收阵元对应一个通道数据。一实施例中，超声探头100上的所有阵元分别作为接收阵元用于接收第一超声波的回波信号。另一实施例中，超声探头100上只有部分阵元分别作为接收阵元。另一实施例中，超声探头100上的多个阵元组合形成一个接收阵元。在上述的这些情况下，也是一个接收阵元对应一个通道数据。
69.步骤230，根据第一超声波的发射参数和/或超声探头的类型，在预设转移矩阵集合中确定目标转移矩阵。
70.本步骤中，处理器105根据步骤210中的发射参数和/或超声探头类型，在存储器107中的预设转移矩阵集合中确定目标转移矩阵。预设转移矩阵集合中存储了多个预先计算好的预设转移矩阵，不同的预设转移矩阵对应不同的发射环境，例如对应不同的发射参
数和/或不同的超声探头类型。一实施例中，预设转移矩阵集合中的各个预设转移矩阵是通过模拟超声波传播环境进行实验或者仿真过程中记录并存储的，而在进行实验或者仿真过程中所用的发射参数与实验或者仿真过程中所记录的预设转移矩阵存在对应的关系，该预设转移矩阵也可以称为测量矩阵。
71.一实施例中，可以预先构建好发射参数/超声探头类型与各个预设转移矩阵之间的映射关系，通过该映射关系查找当前发射参数对应的目标转移矩阵。例如，可以将不同的发射参数进行编号或命名，并根据步骤210中用到的发射参数/超声探头类型的编号或命名通过映射关系查找对应的预设转移矩阵，并将该预设转移矩阵作为目标转移矩阵。一实施例中，预设转移矩阵集合中的预设转移矩阵为稀疏矩阵，稀疏矩阵能够节约存储器107的存储空间。
72.另一实施例中，也可以通过设置条件的方式在预设转移矩阵集合中确定目标转移矩阵，例如，通过对发射参数的属性与预设条件进行比较判断，确定对应的预设转移矩阵，其中发射参数的属性可以为发射超声波的幅度、频率、发射次数、发射间隔、发射角度、波形、聚焦位置、发射类型(聚焦波、平面波或者发散波)中的一个或多个的组合，其中设定的条件可以为一个确定的值，也可以为一个阈值范围。这样，通过对发射参数的属性与预设的条件进行对比，进而确定对应的目标转移矩阵。一实施例中，发射参数可以和超声探头类型共同作为条件判断的因素。另一实施例中，也可以在预设转移矩阵集合中确定当前发射参数和/或超声探头对应的预设转移矩阵之后，对该预设转移矩阵进行进一步的运算得到目标转移矩阵，例如将该预设转移矩阵与发射参数进行数学计算后得到目标转移矩阵，预设转移矩阵集合中的预设矩阵可以为待进一步加工的母版，通过与发射参数进行数学计算后得到更加精确符合当前发射条件的目标转移矩阵。
73.步骤240，根据目标转移矩阵对多个通道数据进行变换处理得到合成射频数据。
74.本步骤中，超声探头100中每个接收阵元对应一路通道数据，因此回波通道信号为一个数据矩阵，该数据矩阵的元素为通道数据，因此回波通道信号能够与目标转移矩阵进行数学变换运算得到一个变换后的数据矩阵，该变换后的数据矩阵为合成射频数据。一实施例中，可以将回波通道信号与目标转移矩阵直接进行数学运算例如矩阵乘或者将目标转移矩阵倒置后再矩阵乘的方式得到合成射频数据。另一实施例中，回波通道信号与目标转移矩阵不能直接相乘或者直接相乘无解，但由于预设转移矩阵在实验或仿真阶段被记录时与对应的发射参数之间存在线性前向关系，因此回波通道信号中的多个通道数据与目标转移矩阵以及合成射频数据构成线性前向模型，可以根据目标转移矩阵和回波通道信号中的多个通道数据对线性前向模型进行逆问题求解后，得到合成射频数据。
75.一实施例中，将多个通道数据依据超声探头上接收阵元的通道顺序进行列向量重排，列向量形式的多个通道数据，根据目标转移矩阵对列向量形式的多个通道数据进行变换处理得到列向量形式的合成射频数据。通过将回波通道信号中的各个通道数据处理为列向量重排得到列向量形式的多个通道数据，能够便于进行矩阵运算和变换处理，降低计算量。
76.如上所述，预测转移矩阵为提前根据实验或仿真记录并计算得到的，因此线性前向模型可以表示为：
77.78.其中，y表示超声探头100接收的回波通道信号，xi表示为第i个波束合成点的散射强度，ti表示预测转移矩阵的第i列数据，其中i为自然数。因此，可以在实验或仿真的过程中对每个波束合成点进行测量，得到各列的转移矩阵数据，进而得到预测转移矩阵t，因此，上述的线性前向模型可以进一步表示为：
79.y＝tx；
80.其中，y为所述回波通道信号，x为合成射频数据，t为根据发射参数和/或超声探头的类型从预设转移矩阵集合中确定的目标转移矩阵，其中，通过将多个通道数据依据超声探头上接收阵元的通道顺序进行列向量重排，得到回波通道信号y，其中，y和x均为列向量数据。
81.一实施例中，超声探头100上设置有ne个接收阵元，每个接收阵元对应接收一路通道数据，由于超声波检测需要检测具有一定深度的目标组织，因此每个发射阵元向目标组织发射第一超声波预设或用户设置有ns个采样点，各个采样点对应各个超声波的检测深度，采样点的密度影响图像的分辨率。在发射参数的控制下，发射电路101产生超声波发射序列激发发射阵元发射nt次超声波，也即返回nt次超声波，其中，ne、ns和nt均为自然数。因此，通过超声探头100可以接收到ns*ne*nt个通道数据，通过对这些通道数据进行列向量重排，得到回波通道信号y。一实施例中，首先通过超声探头100上的接收阵元获得ns*ne个矩阵数据，将该矩阵数据进行向量化得到列向量yi，nt次超声发射则对应排列成同一列向量，这样y为有ns*ne*nt个元素的列向量，其中每个元素接收阵元接收超声波的回波而产生的通道数据。
82.由于已知回波通道信号y和目标转移矩阵t，因此可以对线性前向模型y＝tx进行逆问题求解，得到合成射频数据x。
83.一实施例中，可以采用数值求解的方式进行逆问题求解，对所述目标转移矩阵t进行逆矩阵处理，得到目标逆转移矩阵th，将所述目标逆转移矩阵th与所述回波通道信号y进行矩阵乘，即x＝yth，进而得到所述合成射频数据，该种方式仅需一次矩阵乘操作，计算简单。
84.另一实施例中，可以采用最小二乘法变换后求解逆矩阵，得到所述合成射频数据：即x＝(tht)-1
thy。最小二乘解需要求解tth的逆矩阵，当tth为病态时，该矩阵没有逆矩阵，为了解决这一问题，可以利用相关正则的方法求解，如吉洪诺夫正则，此时x＝(tht+rt)-1
thy，其中，r是正则系数，r为常数。
85.另一实施例中，可以对目标转移矩阵t和回波通道信号y进行压缩感知求解，得到合成射频数据x。一实施例汇总，目标转移矩阵t为稀疏矩阵，由于压缩感知假设待求未知向量x是稀疏的，可以应用这一假设条件求解合成射频数据x。
86.另一实施例中，可以将目标转移矩阵t和回波通道信号y输入至预先训练好的逆问题求解深度学习模型中进行处理，得到合成射频数据x。
87.参见图3所示，一实施例中，由合成处理模块104执行本步骤240，例如，合成处理模块104获取接收电路103输出的回波通道信号y，以及获取上述步骤230所确定的目标转移矩阵t，以求解线性前向模型中的合成射频数据x。一实施例中，合成处理模块104包括显存和图形处理器gpu，显存用于缓存目标转移矩阵t和回波通道信号y，gpu用于从显存获取目标转移矩阵t和回波通道信号y，并根据目标转移矩阵t对回波通道信号y中的多个通道数据进
行变换处理得到合成射频数据。由于gpu具有强大的图形运算性能，能够加快对逆问题运算的速度，提高求解合成射频数据x的计算速度，通过将gpu与处理器105独立出来，有效分担处理器105的计算负荷，可以降低对处理器105的计算要求，进一步节省成本。
88.另一实施例中，合成处理模块104也可以是处理器105内的一个计算模块，例如合成处理模块104为集成于处理器105中的集成显示单元，这样集显和cpu所使用的内存共用。另一实施例中，也可以采用处理器105完成本步骤240的求解合成射频数据x运算。
89.步骤250，根据合成射频数据进行图像处理得到目标组织的图像数据。
90.本步骤中，通过处理器05的图像处理模块对合成处理模块104输出的合成射频数据x进行图像处理，得到目标组织的图像数据。
91.步骤260，根据图像数据得到目标组织的图像，并显示目标组织的图像。
92.本步骤中，根据上述步骤250的图像数据得到扫描范围内目标组织的图像，一实施例中，该目标组织的图像为信号强弱变化的灰度图像，该灰度图像反映了目标组织的组织结构。另一实施例中，该组织图像可以为只反映组织内部的解剖结构的b图像、e图像，又或者为反映组织内部的解剖结构和血流信息的c图像或m图像。本步骤中，通过显示器106显示目标组织的组织图像。
93.上述实施例提供的超声成像装置和超声波成像方法，根据第一超声波的发射参数和/或超声探头的类型在预设转移矩阵集合中确定目标转移矩阵，然后根据目标转移矩阵对超声探头上多个接收阵元所接收的多个通道数据进行变换处理得到合成射频数据，并对合成射频数据进行图像处理得到目标组织的图像数据，并根据该图像数据得到目标组织的图像并进行显示，由于本技术实施例直接对超声探头上多个接收阵元接收的多个通道数据进行计算得到合成射频数据，无需调整波束合成算法中参数，避免了复杂的设置和调试过程，能够有效降低超声成像的开发成本，且便于后期的维护。
94.上述一些实施例提供的超声成像装置和超声波成像方法，采用求解线性前向模型逆问题的方式替代了现有波束合成方法，现有的波束合成方法需要进行延时、叠加求和的步骤，例如现有技术的延时叠加波束合成会在波束合成点计算一组延时，若延时准确，那么该组延时会选中通道数据中各通道幅度最高的采样点，但现有技术中的延时、变迹需要根据超声波声场的集合传播路径进行计算，结算结果不准确，因此现有技术的波束合成质量低，且设置和调试过程复杂，而本技术实施例中，目标转移矩阵来自实验和仿真中各个波束合成点对应的通道数据ti，而ti已经自动包含各个通道信号的幅度信息。当采用x＝thy的数值求解方式时，若在获得ti的时候只保留各通道信号中幅度最大的采样点，且该位置置1，其他位置置0，则此时本发明等效于延时叠加波束合成。不同点在于，此时延时的计算不需要假设声场形态，严格由发射参数下的ti得到，因此，此时的延时完全准确，相比现有技术能获得更高的波束合成质量。当调整发射参数时，ti将自动变化，此时延时信息也会自动变化，因此，本发明能很好地适应发射参数的变化，极大地增加了超声系统的可扩展性。在逆问题求解中，除了x＝thy的数值求解方式，还提供了多种可供选择的求解方式，这些求解方式和x＝thy相比，应用了不同约束条件，能获得不同的成像效果。因此，在相同的架构下，本技术实施例提供的超声成像装置和超声波成像方法能应用多种波束合成的算法，兼容性强。而且，本技术实施例中，由于不再需要假设声场形态，因此，在改变探头或发射参数后，不再需要根据声场近似程度精细调节变迹系数，极大地降低了图像优化人员的工作量和后
期维护的复杂度。
95.存储器107中的预设转移矩阵集合包括多个预设转移矩阵，该些预设转移矩阵可以通过仿真或者实验的方法获得。
96.参见图4所示，一实施例中，预设转移矩阵通过以下步骤410至步骤420获得：
97.步骤410，配置超声检测仿真模型，超声检测仿真模型包括仿真超声探头、仿真环境和设置于仿真环境中的多个模拟的目标散射子。
98.本步骤中，参见图5所示的一实施例，本步骤可以采用计算机模拟配置超声检测仿真模型，例如可以使用超声模拟软件进行模拟，超声检测仿真模型包括用于模拟超声波传输的仿真环境510和仿真超声探头520，其中，仿真超声探头520包括多个阵元530，该阵元530在超声波发射阶段作为发射阵元，同时在超声波接收阶段作为接收阵元。其中，在仿真环境510中设置有目标散射子540，一实施例中，可以在仿真环境510中同时放置多个目标散射子540，各个目标散射子540对应波束合成点。另一实施例中，也可以设置一个目标散射子540并进行测量后，通过不断调整目标散射子540的位置并形成多组测量数据。参见图5所示的仿真超声探头520为仿真线阵探头，当然也可以根据需要设置仿真凸阵探头或者仿真相控阵探头。
99.步骤420，根据第一发射参数控制仿真超声探头向目标散射子发送第二超声波，并通过仿真超声探头接收各个目标散射子返回的第二超声波的回波信号，根据各个目标散射子返回的第二超声波的回波信号进行矩阵变换处理得到预设转移矩阵，并根据第一发射参数和/或仿真超声探头的类型确定与预设转移矩阵的映射关系。
100.本步骤中，仿真超声探头520根据第一发射参数发送第二超声波，该第二超声波为模拟超声波信号，第二超声波在仿真环境510中模拟传播并在目标散射子的位置形成反射，在目标散射子的位置返回的第二超声波的回波信号，第二超声波的回波信号被仿真超声探头520的多个阵元530接收并形成回波信号，通过对各个目标散射子返回的第二超声波的回波信号进行矩阵变换处理得到预设转移矩阵，并将预设转移矩阵加入至预设转移矩阵集合中，若当前的预设转移矩阵为首个矩阵，则创建空集的预设转移矩阵集合，并将当前的预设转移矩阵放入至预设转移矩阵集合中。另外，一实施例中，还记录第一发射参数与当前预设转移矩阵的关系，以便能够根据第一发射参数找到对应的预设转移矩阵。一实施例中，第一发射参与当前预设转移矩阵的关系为一一对应的映射关系。另一些实施例中，第一发射参与当前预设转移矩阵的关系条件关系或者数学运算关系。另一实施例中，记录了仿真超声探头520的类型与当前预设转移矩阵的关系。在另一实施例中，记录了第一发射参数、仿真超声探头520的类型与当前预设转移矩阵的关系。
101.当完成一个预设转移矩阵的计算后，通过改变第一发射参数和/或仿真超声探头520的类型重新进行测量，并计算得到新的预设转移矩阵后将当前的预设转移矩阵加入到预设转移矩阵集合中，并存储第一发射参数和/或仿真超声探头520与当前预设转移矩阵的关系。一实施例中，采用存储器107存储预设转移矩阵集合以及第一发射参数和/或仿真超声探头520与当前预设转移矩阵的关系。
102.参见图6所示，一实施例中，上述步骤420中的根据各个目标散射子返回的第二超声波的回波信号进行矩阵变换处理得到预设转移矩阵，并根据第一发射参数和/或仿真超声探头的类型确定与预设转移矩阵的映射关系，具体包括以下步骤610至步骤620：
103.步骤610，从第二超声波的回波信号中提取多个通道数据矩阵，每个通道数据矩阵对应不同的超声波发射序列和不同的目标散射子，其中，通道数据矩阵中的元素依据接收阵元位置序列和采样点的采集位置排布。
104.本步骤中，仿真超声探头520上的各个阵元530分别获取对应的通道数据，可以根据各个阵元530的位置排布，以及各个阵元530采集通道数据的时序得到多个通道数据矩阵，其中，该通道数据矩阵的两个维度分别为接收阵元和采样点。一实施例中，仿真超声探头520上设置有ne个阵元，每个阵元对应ns个采样点，因此，一个通道数据矩阵有ns*ne个通道数据，参见图7所示，为一个通道数据矩阵的通道数据示意图。当控制仿真超声探头520发送并接收nt次超声波时，对应有nt个通道数据矩阵，其中，ne、ns和nt均为自然数，即一个目标散射子一共对应有ns*ne*nt个通道数据。
105.步骤620，根据各个通道数据矩阵进行整合变换处理，得到预设转移矩阵。
106.本步骤中，通过对各个通道数据矩阵进行整合变换，合并成一个预设转移矩阵。参见图8所示，一实施例中，步骤620具体包括以下步骤810至步骤820：
107.步骤810，将各个目标散射子对应的通道数据矩阵进行列向量重排后，分别组合成与各个目标散射子对应的目标列向量。
108.本步骤中，首先对每个目标散射子对应的各个通道数据矩阵进行向量化重排，分别组合成与各个目标散射子对应的目标列向量ti，若一个发射序列包含nt次超声波发射和接收，则向量化后的ti的元素个数为ns*ne*nt。
109.步骤820，根据目标散射子的位置排布，对各个目标列向量进行组合，得到预设转移矩阵。
110.本步骤中，ti即是预设转移矩阵t的第i列，根据目标散射子的位置排布，对各个目标列向量进行组合，得到预设转移矩阵t，其中，预设转移矩阵t写成数学形式即有t＝[t1,t2,
…
,ti,
…
,tn]。当设置有n个目标散射子，则预设转移矩阵t的元素个数为(ns*ne*nt)*n。
[0111]
一实施例中，对预设转移集合中的预设转移矩阵进行稀疏化处理，以节省存储器107内的存储空间。
[0112]
参见图9所示，一实施例中，通过现实环境中进行实验的方式检测并获得预设转移矩阵，实验环境包括用于传播超声波的目标介质，其中目标介质可以为液体、气态或固体，一实施例中，该目标介质为存放于水箱910中的水920，该实验环境还设置有超声探头100。参见图10所示，预设转移矩阵通过以下步骤1010至步骤1030获得：
[0113]
步骤1010，在目标介质中设置目标散射子。
[0114]
本步骤的一个实施例中，目标介质为存放于水箱910内的水920，目标散射子为设置于水中的尼龙绳930。
[0115]
步骤1020，根据第二发射参数控制所述超声探头向所述目标散射子发射第二超声波。
[0116]
本步骤中超声探头100根据第二发射参数向目标散射子发送第二超声波。
[0117]
步骤1030，通过所述超声探头接收所述目标散射子返回的所述第二超声波的回波信号，根据所述目标散射子返回的所述第二超声波的回波信号进行矩阵变换处理得到预设转移矩阵，并根据所述第二发射参数和/或所述超声探头的类型确定与所述预设转移矩阵
的映射关系。
[0118]
该第二超声波为真实的超声波信号，第二超声波在目标介质中传播并在目标散射子的位置形成反射，在目标散射子的位置返回的第二超声波的回波信号，第二超声波的回波信号被超声探头100的多个阵元940接收并形成回波信号，通过对各个目标散射子返回的第二超声波的回波信号进行矩阵变换处理得到预设转移矩阵，并将预设转移矩阵加入至预设转移矩阵集合中，若当前的预设转移矩阵为首个矩阵，则创建空集的预设转移矩阵集合，并将当前的预设转移矩阵放入至预设转移矩阵集合中。
[0119]
当完成一个预设转移矩阵的计算后，通过改变第二发射参数和/或超声探头100的类型重新进行测量，并计算得到新的预设转移矩阵后将当前的预设转移矩阵加入到预设转移矩阵集合中，并存储第二发射参数和/或超声探头100与当前预设转移矩阵的关系。一实施例中，采用存储器107存储预设转移矩阵集合以及第二发射参数和/或超声探头100与当前预设转移矩阵的关系。
[0120]
参见图11所示，一实施例中，上述步骤1030中的根据各个目标散射子返回的第二超声波的回波信号进行矩阵变换处理得到预设转移矩阵，并根据第二发射参数和/或仿真超声探头的类型确定与预设转移矩阵的映射关系，具体包括以下步骤1110至步骤1120：
[0121]
步骤1110，从第二超声波的回波信号中提取多个通道数据矩阵，每个通道数据矩阵对应不同的超声波发射序列和不同的目标散射子，其中，通道数据矩阵中的元素依据接收阵元位置序列和采样点的采集位置排布。
[0122]
本步骤中，超声探头100上的各个阵元940分别获取对应的通道数据，可以根据各个阵元940的位置排布，以及各个阵元940采集通道数据的时序得到多个通道数据矩阵，其中，该通道数据矩阵的两个维度分别为接收阵元和采样点。一实施例中，超声探头100上设置有ne个阵元，每个阵元对应ns个采样点，因此，一个通道数据矩阵有ns*ne个通道数据。当控制超声探头100发送并接收nt次超声波时，对应有nt个通道数据矩阵，其中，ne、ns和nt均为自然数，即一个目标散射子一共对应有ns*ne*nt个通道数据。
[0123]
步骤1120，根据各个通道数据矩阵进行整合变换处理，得到预设转移矩阵。
[0124]
本步骤中，通过对各个通道数据矩阵进行整合变换，合并成一个预设转移矩阵。参见图12所示，一实施例中，步骤1120具体包括以下步骤1210至步骤1220：
[0125]
步骤1210，将各个目标散射子对应的通道数据矩阵进行列向量重排后，分别组合成与各个目标散射子对应的目标列向量。
[0126]
本步骤中，首先对每个目标散射子对应的各个通道数据矩阵进行向量化重排，分别组合成与各个目标散射子对应的目标列向量ti，若一个发射序列包含nt次超声波发射和接收，则向量化后的ti的元素个数为ns*ne*nt。
[0127]
步骤1220，根据目标散射子的位置排布，对各个目标列向量进行组合，得到预设转移矩阵。
[0128]
本步骤中，ti即是预设转移矩阵t的第i列，根据目标散射子的位置排布，对各个目标列向量进行组合，得到预设转移矩阵t，其中，预设转移矩阵t写成数学形式即有t＝[t1,t2,
…
,ti,
…
,tn]。当设置有n个目标散射子，则预设转移矩阵t的元素个数为(ns*ne*nt)*n。
[0129]
参见图13所示，本技术实施例提供一种超声成像装置，包括：
[0130]
超声探头；
[0131]
发射/接收电路，发射/接收电路用于控制超声探头向目标组织发射超声波并接收超声回波，获得超声回波信号；
[0132]
处理器，处理器用于处理超声回波信号，获得目标组织的图像；
[0133]
显示器，显示器用于显示目标组织的图像；
[0134]
处理器还用于执行上述任意一个实施例的超声波成像方法。
[0135]
参见图1和图3所示，本技术实施例提供一种超声成像装置，包括：
[0136]
超声探头100，用于向目标组织发射第一超声波并接收第一超声波的回波，超声探头包括多个接收阵元，多个接收阵元用于接收目标组织返回的第一超声波的回波，并得到对应各个接收阵元的通道数据；
[0137]
存储器107，存储有预设转移矩阵集合，预设转移矩阵集合中包括至少一个预设转移矩阵；
[0138]
处理器105，用于根据第一超声波的发射参数和/或超声探头的类型，在预设转移矩阵集合中确定目标转移矩阵；
[0139]
合成处理模块104，用于根据目标转移矩阵对多个通道数据进行变换处理得到合成射频数据；
[0140]
处理器105还用于对合成射频数据进行图像处理得到目标组织的图像数据，根据图像数据得到目标组织的图像，并显示目标组织的图像。
[0141]
其中，合成处理模块104包括显存和图形处理器gpu，显存用于缓存目标转移矩阵和多个通道数据，图形处理器用户从显存获取目标转移矩阵和多个通道数据，并根据目标转移矩阵对多个通道数据进行变换处理得到合成射频数据。
[0142]
本技术实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述第一方面实施例中的任意一项的超声波成像方法。
[0143]
本技术实施例提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，应用于超声波成像设备，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面实施例中的任意一项的超声波成像方法。
[0144]
本技术实施例提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行如上述第一方面实施例中的任意一项的超声波成像方法。
[0145]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0146]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络
单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0147]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0148]
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，简称rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0149]
还应了解，本技术实施例提供的各种实施方式可以任意进行组合，以实现不同的技术效果。
[0150]
以上是对本技术的较佳实施进行了具体说明，但本技术并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本技术精神的共享条件下还可做出种种等同的变形或替换，这些等同的变形或替换均包括在本技术权利要求所限定的范围内。