超声成像方法和系统

技术领域

本发明总地涉及超声成像技术领域，更具体地涉及一种超声成像方法和系统。

背景技术

超声组织谐波成像采用频率为f0的激励波形进行发射，由于声波在人体组织传播过程中的非线性效应，回波信号中会有一系列的谐波成分，提取回波信号中的二次谐波(中心频率为2*f0)频率成分，进行超声成像。相比传统的基波成像，谐波成像具有更好的对比分辨率和侧向分辨率，对某些病灶能给医生提供更有区别于正常组织的信息。但由于谐波的频率为相应基波频率的两倍，更高的频率意味着更大的组织衰减强度。对于深度比较深的探查情况，纯粹的谐波成像在远场会有穿透力不足的缺陷。为了兼顾谐波的高对比分辨率和基波的高穿透力，可分别采用谐波和基波两种不同的频率成分对目标组织进行成像，然后将两种不同频率的图像进行复合，得到最终的显示图像，这种成像方法称为频率复合成像方法。

目前的频率复合成像方法都是采用聚焦波进行逐线扫描，扫描序列如图2所示，采用聚焦波的方式，每一次发射只能覆盖相对窄的区域，得到“一线”接收数据，发射和接收位置依次右移，遍历整个超声探头覆盖区域，即可得到一帧二维图像数据。

如图3所示，传统的频率复合成像，为了分别完成基波和谐波频率的二维成像，需要在每一个发射位置发射两次，一次用于提取谐波信号，一次用于提取基波信号。假设完成一帧扫描总共的发射位置数目为N，那么为了实现频率复合，完成一帧成像需要进行2N次发射。一帧图像的扫描时间为非频率复合情况下的2倍，也即帧率降低为非频率复合情况下的1/2，帧率的降低意味着对时间分辨力的妥协。

发明内容

本发明一方面提供一种超声成像方法，所述超声成像方法包括：

向扫描目标发射第一次数的第一超声波；

分别接收每次发射的所述第一超声波的回波，获得一组或多组第一超声回波信号；

向所述扫描目标发射第二次数的聚焦超声波，其中，每次发射的所述第一超声波所覆盖的所述扫描目标的成像区域的面积大于每次发射的所述聚焦超声波所覆盖的所述扫描目标的成像区域的面积；

分别接收每次发射的所述聚焦超声波的回波，获得多组第二超声回波信号；

获取所述一组或多组第一超声回波信号的基波分量，根据所述基波分量获得所述扫描目标的至少一部分的第一超声图像；

获取所述多组第二超声回波信号的谐波分量，根据所述谐波分量获得所述扫描目标的至少一部分的第二超声图像；以及

根据所述第一超声图像和所述第二超声图像获得所述扫描目标的至少一部分的一帧的目标超声图像。

本发明再一方面提供一种超声成像系统，包括：

探头；

发射电路，用于激励所述探头向扫描目标发射第一次数的第一超声波和向所述扫描目标发射第二次数的聚焦超声波，其中，每次发射的所述第一超声波所覆盖的所述扫描目标的成像区域的面积大于每次发射的所述聚焦超声波所覆盖的所述扫描目标的成像区域的面积；

接收电路和波束合成模块，用于分别接收每次发射的所述第一超声波的回波，获得一组或多组第一超声回波信号，并基于所述第一超声回波信号获取其基波分量，以及分别接收每次发射的所述聚焦超声波的回波，获得多组第二超声回波信号，并基于所述第二超声回波信号获取其谐波分量；

处理器，用于：

根据所述一组或多组第一超声回波信号的基波分量获得所述扫描目标的至少一部分的第一超声图像，

根据所述多组第二超声回波信号的谐波分量，获得所述扫描目标的至少一部分的第二超声图像，

根据所述第一超声图像和所述第二超声图像获得所述扫描目标的至少一部分的一帧的目标超声图像。

例如，第一超声波可为非聚焦超声波，非聚焦超声波包括平面波和发散波中的至少一种。单次发射的非聚焦超声波可覆盖整个成像区域；此时，可发射一次或多次非聚焦超声波进行基波成像。发射多次非聚焦超声波时，可控制至少其中两次非聚焦超声波具有不同的偏转角度，也可控制按照相同传播方向重复发射非聚焦超声波。

例如，第一超声波可为非聚焦超声波，非聚焦超声波包括平面波和发散波中的至少一种。单次发射的非聚焦超声波覆盖整个成像区域的部分区域。此时，可发射多次非聚焦超声波进行基波成像，并使多次非聚焦超声波的复合扫描范围覆盖整个成像区域。多次发射的至少两次非聚焦超声波可以具有不同偏转角度；每次发射的非聚焦超声波对应扫描的部分区域间可以有重叠，也可以没有重叠。

例如，第一超声波可为宽波束超声波。单次发射的宽波束超声波覆盖整个成像区域的部分区域。此时，可发射多次宽波束超声波进行基波成像，并使多次宽波束超声波的复合扫描范围覆盖整个成像区域。多次发射的至少两次宽波束超声波可以具有不同偏转角度；每次发射的宽波束超声波对应扫描的部分区域间可以有重叠，也可以没有重叠。

例如，发射的第一次数的第一超声波和发射的第二次数的聚焦超声波均可以覆盖整个成像区域。例如，发射的第一次数的第一超声波和发射的第二次数的聚焦超声波可以仅覆盖整个成像区域的部分区域，其中，两者覆盖整个成像区域的相同区域。

根据本发明实施例的超声成像方法和系统，利用第一超声波提取基波分量，利用聚焦超声波提取谐波分量，然后将两者分别获得的第一超声图像和第二超声图像进行复合，以获得扫描目标的至少一部分的一帧的目标超声图像，其中，每次发射的第一超声波所覆盖的扫描目标的成像区域的面积大于每次发射的聚焦超声波所覆盖的扫描目标的成像区域的面积，也即利用第一超声波对成像区域进行扫描的次数小于利用聚焦超声波对成像区域的扫描的次数，因此利用第一超声波的基波成像能够显著降低每帧扫描的总发射次数，从而提升扫描帧率，从而提高超声成像系统的时间分辨力，使得系统具有更好的动态特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的超声成像系统的示意性框图；

图2示出了传统频率复合的一线一线的扫描方式的示意图；

图3示出了传统频率复合的扫描序列的示意图；

图4示出了本发明一个实施例的平面波的发射接收示意图；

图5示出了本发明一个实施例的多个具有不同偏转角度的平面波发射对同一成像区域成像的示意图；

图6示出了本发明一个实施例的超声成像方法的流程图；

图7示出了本发明一个实施例的频率复合扫描序列的示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

具体地，下面结合附图，对本申请的超声成像方法和系统进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

首先，图1示出了本发明一个实施例中的超声成像系统的示意性框图。如图1所示，该超声成像系统通常包括：探头1、发射电路2、发射/接收选择开关3、接收电路4、波束合成模块5、处理器6、显示器(未示出)等。

处理器6可以是中央处理单元(CPU)、图像处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制超声成像系统中的其它组件以执行期望的功能。例如，处理器6能够包括一个或多个嵌入式处理器、处理器核心、微型处理器、逻辑电路、硬件有限状态机(FSM)、数字信号处理器(DSP)、图像处理单元(GPU)或它们的组合。

在超声成像过程中，发射电路2将经过延迟聚焦的具有一定幅度和极性的发射脉冲通过发射/接收选择开关3发送到探头1。探头1受发射脉冲的激励，向扫描目标(例如，人体或者动物体内的器官、组织、血管等，图中未示出)发射超声波，经一定延时后接收从目标区域反射和/或散射回来的带有扫描目标的信息的超声回波，并将此超声回波重新转换为电信号。接收电路接收探头1转换生成的电信号，获得超声回波信号，并将这些超声回波信号送入波束合成模块5。波束合成模块5对超声回波信号进行聚焦延时、加权和通道求和等处理，然后将超声回波信号送入处理器6进行相关的信号处理，例如处理器6包括信号处理模块7(例如数字信号处理器)，将超声回波信号送入信号处理模块7进行相关的信号处理。

经过信号处理模块7处理的超声回波信号送入图像处理模块8(例如图像处理单元(GPU))。图像处理模块根据用户所需成像模式的不同，对信号进行不同的处理，获得不同模式的图像数据，然后经对数压缩、动态范围调整、数字扫描变换等处理形成不同模式的超声图像，如B图像，C图像，D图像等等。

图像处理模块8生成的超声图像送入显示器进行显示。

探头1通常包括多个阵元的阵列。在每次发射超声波时，探头1的所有阵元或者所有阵元中的一部分参与超声波的发射。此时，这些参与超声波发射的阵元中的每个阵元或者每部分阵元分别受到发射脉冲的激励并分别发射超声波，这些阵元分别发射的超声波在传播过程中发生叠加，形成被发射到扫描目标的合成超声波束，该合成超声波束的方向即为本文中所提到的超声传播方向。

参与超声波发射的阵元可以同时被发射脉冲激励；或者，参与超声波发射的阵元被发射脉冲激励的时间之间可以有一定的延时。通过控制参与超声波的发射的阵元被发射脉冲激励的时间之间的延时，可改变上述合成超声波束的传播方向，下文将具体说明。

通过控制参与超声波的发射的阵元被发射脉冲激励的时间之间的延时，可以使各个阵元发射的超声波在预定位置叠加，使得在该预定位置处超声波的强度最大，也就是使各个阵元发射的超声波“聚焦”到该预定位置处，该聚焦的预定位置称为“焦点”，这样，获得的合成的超声波束是聚焦到该焦点处的波束，本文中称之为“聚焦超声波”。例如，图2为发射聚焦超声波束的示意图。这里，参与超声波的发射的阵元(图2中，仅仅探头1中的部分阵元参与了超声波的发射)以预定的发射时延(即参与超声波的发射的阵元被发射脉冲激励的时间之间存在预定的时延)的方式工作，各阵元发射的超声波在焦点处聚焦，形成聚焦超声波束。

或者，通过控制参与超声波的发射的阵元被发射脉冲激励的时间之间的延时，也可以使参与超声波的发射的各个阵元发射的超声波在传播过程中不会聚焦，也不会完全发散，而是形成整体上大体上为平面的平面波。还可以称这种无焦点的平面波为“平面超声波束”，如图4所示。

又或者，通过控制参与超声波的发射的阵元被发射脉冲激励的时间之间的延时，使参与超声波的发射的各个阵元发射的超声波在传播过程中发生发散，整体上大体形成为发散波。还可以称这种发散形式的超声波为“发散超声波束”。

线性排列的多个阵元同时给予电脉冲信号激励，各个阵元同时发射超声波，合成的超声波束的传播方向与阵元排列平面的法线方向一致。例如，如图4所示的垂直发射的平面波，此时参与超声波的发射的各个阵元之间没有时延(即各阵元被发射脉冲激励的时间之间没有时延)，各个阵元被发射脉冲同时激励。生成的超声波束为平面波，即平面超声波束，并且该平面超声波束的传播方向与探头1的发射出超声波的表面大体垂直，即合成的超声波束的传播方向与阵元排列平面的法线方向之间的角度为零度。但是，如果施加到各个阵元间的激励脉冲有一个时间延时，各个阵元也依次按照此时间延时发射超声波束，则合成的超声波束的传播方向与阵元排列平面的法线方向就具有一定的角度，即为合成波束的偏转角度，改变上述时间延时，也就可以调整合成波束的偏转角度的大小和在合成波束的扫描平面内相对于阵元排列平面的法线方向的偏转方向。例如，图5所示为偏转发射的平面波，每条虚线代表们每次发射的平面波，此时参与超声波的发射的各个阵元之间有预定的时延(即各阵元被发射脉冲激励的时间之间有预定的时延)，各个阵元被发射脉冲按照预定的顺序激励。生成的超声波束为平面波，即平面超声波束，并且该平面超声波束的传播方向与探头1的阵元排列平面的法线方向成一定的角度，该角度即为该平面超声波束的偏转角度。通过改变时延时间，可以调整偏转角度的大小。

同理，无论是平面超声波束、聚焦超声波波束还是发散超声波束，均可以通过控制参与超声波的发射的阵元被发射脉冲激励的时间之间的延时，来调整合成波束的方向与阵元排列平面的法线方向之间所形成的合成波束的“偏转角度”，这里的合成波束可以为上文提到的平面超声波束、聚焦超声波波束或发散超声波束等等。

平面超声波束通常几乎覆盖探头1的整个成像区域，因此使用平面超声波束成像时，一次发射就可以得到一帧超声图像(此一帧超声图像应当理解为包括一帧二维图像数据或一帧三维图像数据，下文同)，因此成像帧率可以很高。而使用聚焦超声波束成像时，因为波束聚焦于焦点处，因此每次只能得到一根或者几根扫描线，需要多次发射后才能得到成像区域内的所有扫描线从而组合所有扫描线获得成像区域的一帧超声图像。因此，使用聚焦超声波束成像时帧率相对较低。但是聚焦超声波束每次发射的能力较集中，而且仅在能力集中处成像，因此获得的回波信号信噪比高，可用以获得质量较好的超声图像。

在一些实施例中，也可以控制单次发射形成的平面超声波束或发散超声波束的扫描区域仅覆盖整个成像区域的部分区域，多次发射平面超声波束或发射超声波束的扫描结果相互叠加得到覆盖整个成像区域的一帧超声图像。

目前的频率复合成像方法都是采用聚焦波进行逐线扫描，扫描序列如图2所示，采用聚焦波的方式，每一次发射只能覆盖相对窄的区域，得到“一线”接收数据，发射和接收位置依次右移，遍历整个超声探头覆盖区域，即可得到一帧二维图像数据。

如图3所示，传统的频率复合成像，为了分别完成基波和谐波频率的二维成像，需要在每一个发射位置发射两次，一次用于提取谐波信号，一次用于提取基波信号。假设完成一帧扫描总共的发射位置数目为N，那么为了实现频率复合，完成一帧成像需要进行2N次发射。一帧图像的扫描时间为非频率复合情况下的2倍，也即帧率降低为非频率复合情况下的1/2，帧率的降低意味着对时间分辨力的妥协。

为了解决传统的频率复合方法帧率低，使得时间分辨力降低影响超声成像效率的问题，本文提供了一种超声成像方法，所述超声成像方法包括：向扫描目标发射第一次数的第一超声波；分别接收每次发射的所述第一超声波的回波，获得一组或多组第一超声回波信号；向所述扫描目标发射第二次数的聚焦超声波，其中，每次发射的所述第一超声波所覆盖的所述扫描目标的成像区域的面积大于每次发射的所述聚焦超声波所覆盖的所述扫描目标的成像区域的面积；分别接收每次发射的所述聚焦超声波的回波，获得多组第二超声回波信号；获取所述一组或多组第一超声回波信号的基波分量，根据所述基波分量获得所述扫描目标的至少一部分的第一超声图像；获取所述多组第二超声回波信号的谐波分量，根据所述谐波分量获得所述扫描目标的至少一部分的第二超声图像；以及根据所述第一超声图像和所述第二超声图像获得所述扫描目标的至少一部分的一帧的目标超声图像。

根据本发明实施例的超声成像方法和系统，利用第一超声波提取基波分量，利用聚焦超声波提取谐波分量，然后将两者分别获得的第一超声图像和第二超声图像进行复合，以获得扫描目标的至少一部分的一帧的目标超声图像，其中，每次发射的所述第一超声波所覆盖的所述扫描目标的成像区域的面积大于每次发射的所述聚焦超声波所覆盖的所述扫描目标的成像区域的面积，也即利用第一超声波对成像区域进行扫描的次数小于利用聚焦超声波对成像区域的扫描的次数，因此利用第一超声波的基波成像能够显著降低每帧扫描的发射次数，从而提升扫描帧率，从而提高超声成像系统的时间分辨力，使得系统具有更好的动态特性。

下面，继续参考附图对本发明实施例的超声成像方法做详细解释和说明。

首先，如图7所示，在步骤S701中，向扫描目标发射第一次数的第一超声波。

例如，如图1所示，发射电路激励探头向扫描目标发射第一次数的第一超声波。其中，对探头1中的每一个阵元配置相应的延迟线，通过改变探头1中每个阵元的延迟时间对探头进行声束控制和动态聚焦，来获得不同类型的合成超声波束或不同的超声传播方向。可选地，所述第一超声波包括非聚焦超声波或宽波束超声波，其中，所述非聚焦超声波包括平面波和发散波中的至少一种。对于平面波和发散波的发射在前文已经进行了描述，在此不做赘述。

可以根据探头的类型合理地选择发射的非聚焦超声波的类型，例如，探头为线阵探头且发射的第一超声波为非聚焦超声波时，非聚焦超声波为平面波，探头为凸阵或相控阵探头且发射的第一超声波为非聚焦超声波时，非聚焦超声波为发散波。

对于宽波束超声波其通常是多条扫描线同时发射和接收，每个扫描线对应的回波信息称为一个超声回波波束，显然，本实施例的回波接收波束数相比每次只能发射和接收一根扫描线的聚焦超声波的情况，其回波接收波束数会更多，范围更宽，因此可称为超宽波束接收。

在本文中，主要以第一超声波为平面波的情况对本发明实施例进行解释和说明，但应该理解的是，第一超声波并不仅限于平面波。

向扫描目标发射的第一超声波的次数(也即第一次数)可以根据实际的需要合理的设定，例如，可以向扫描目标发射一次第一超声波(例如平面波或发散波)以获得一帧的超声图像，或者，可以向扫描目标发射多次第一超声波(例如平面波、发散波或宽波束超声波)，多次扫描的结果相复合得到一帧的超声图像。

在一个示例中，可以向扫描目标多次发射第一超声波，也即，使第一次数大于或等于2，其中，在第一超声波为非聚焦超声波，例如平面波或发散波时，向扫描目标发射多次非聚焦超声波，且至少其中两次发射的非聚焦超声波具有不同的偏转角度，偏转角度可以根据实际需要进行合理的设定，例如其可以在(0度,90度)之间的范围内合理选择，将这些不同偏转角度发射得到的回波数据进行波束合成，然后再相干叠加能够提升最终通过发射第一超声波获得的一帧超声图像的对比度和信噪比，从而可以解决仅发射一次非聚焦超声波所获得的图像存在横向分辨率差和中远场信噪比低的问题。

可选地，第一超声波包括非聚焦超声波；其中，每次发射的非聚焦超声波覆盖扫描目标的整个成像区域。例如图5所示的平面波可以覆盖扫描目标的整个成像区域，因此，其发射一次即可获得成像区域的一帧的超声图像。此时，向扫描目标发射多次非聚焦超声波(例如图5所示的平面波)，且至少其中两次发射的非聚焦超声波具有不同的偏转角度，发射多个不同偏转角度的平面波对同一区域成像(也即同一成像区域)，在对图5中每次发射平面波获得的一帧超声图像进行相干叠加，即可得到一帧复合后的高质量超声图像。

可选地，第一超声波可为覆盖部分成像区域的宽波束超声波，可以向扫描目标多次发射宽波束超声波，且至少其中两次发射的宽波束超声波具有不同的偏转角度，偏转角度可以根据实际需要进行合理的设定，例如其可以在(0度,90度)之间的范围内合理选择，将这些不同偏转角度发射得到的回波数据进行波束合成，然后再相干叠加能够提升最终通过发射第一超声波获得的一帧超声图像的对比度和信噪比。

在本文中，成像区域是指扫描目标中需要对其进行超声成像的区域，例如扫描目标可以是人体或者动物体内的器官、组织、血管等等。第一超声波所覆盖的成像区域(即扫描区域)和聚焦超声波所覆盖的成像区域(扫描区域)指被探头接收以用来进行后续的图像处理的波束所对应的区域。

接着，继续如图7所示，在步骤S702中，分别接收每次发射的第一超声波的回波，获得一组或多组第一超声回波信号。

具体地，接收电路接收上述步骤中发射的第一超声波的回波，每发射一次第一超声波获得一组第一超声回波信号，例如发射一次第一超声波则获得一组第一超声波回波信号，或者，发射多组第一超声波则获得多组第一超声回波信号。

接着，继续参考图7，在步骤S703中，向扫描目标发射第二次数的聚焦超声波，其中，每次发射的第一超声波所覆盖的扫描目标的成像区域的面积大于每次发射的聚焦超声波所覆盖的扫描目标的成像区域的面积。

具体地，发射电路激励探头向扫描目标发射第二次数的聚焦超声波，其中，该聚焦超声波的发射过程可参考前文的描述在此不做赘述。发射的聚焦超声波的次数可以根据实际的扫描目标的成像区域的范围大小而定，例如，发射的第二次数的聚焦超声波覆盖扫描目标的整个成像区域，也即每次发射的聚焦超声波仅覆盖扫描目标的整个成像区域的一部分区域，而总共发射的第二次数的聚焦超声波覆盖扫描目标的整个成像区域，因此而获得一帧的超声图像。

其中，在步骤S701和步骤S703中，向扫描目标的同一成像区域发射第二次数的聚焦超声波和第一次数的第一超声波，以保证后续处理获得的为同一成像区域的一帧的超声图像。

可选地，由于每次发射的第一超声波所覆盖的扫描目标的成像区域的面积大于每次发射的聚焦超声波所覆盖的扫描目标的成像区域的面积，因此，第一次数小于第二次数。对于同一成像区域只需发射很少次数的第一超声波即可覆盖整个成像区域而获得一帧超声图像，而不需要发射第二次数同样次数的第一超声波，从而可以明显减少总共发射第一超声波和聚焦超声波的总时间。例如第一次数是第二次数的1/100至3/4，具体地可以根据实际的需要合理设定。

接着，如图7所示，在步骤S704中，分别接收每次发射的聚焦超声波的回波，获得多组第二超声回波信号。

接收每次发射的聚焦超声波经由扫描目标反射和/或散射的聚焦超声波的回波，从而获得多组第二超声回波信号，该接收的步骤为本领域技术人员所熟知，在此不对其进行赘述。

值得一提的是，在本文中，图7中所示的超声成像方法的步骤仅作为示例，各个步骤之间在合理的前提下顺序可以交换，例如，可以先发射聚焦超声波并接收其每次发射的回波，再发射第一超声波并接受其每次发射的回波，或者还可以是第一超声波的发射和接收与聚焦超声波的发射和接收步骤穿插进行。

若预定向扫描目标发射多次具有不同偏转角度的第一超声波，或者，预定向扫描目标发射多次第一超声波、且该些次第一超声波具有相同的偏转角度，仅是重复多次发射，则可以按照下述顺序发射第一超声波和聚焦超声波。在一个示例中，可以先向扫描目标连续发射第一超声波直到第一超声波的发射次数达到第一次数，再向扫描目标连续发射聚焦超声波直到聚焦超声波的发射次数达到所述第二次数；或者先向扫描目标连续发射聚焦超声波直到聚焦超声波的发射次数达到所述第二次数，再向扫描目标连续发射第一超声波直到第一超声波的发射次数达到第一次数；或者先向扫描目标发射第二次数中的部分次数的聚焦超声波，再向扫描目标连续发射第一超声波直到第一超声波的发射次数达到第一次数，最后再向扫描目标发射第二次数中的剩余次数的聚焦超声波。在此处保持连续发射第一超声波的目的是为了保证发射的不同偏转角度的第一超声波之间的相干性，便于后续处理中进行相干复合，获得高质量的超声图像。

在不考虑相干性的情况下，例如预定向扫描目标发射多次第一超声波，该些次第一超声波具有相同的偏转角度，仅是重复多次发射，则还可以按照下述顺序发射第一超声波和聚焦超声波。在一个示例中，向扫描目标交替地发射第一超声波和聚焦超声波，直到第一超声波的发射次数达到第一次数以及聚焦超声波的发射次数达到第二次数，例如，每向扫描目标发射至少一次第一超声波后再向扫描目标发射至少一次聚焦超声波，或者，每向扫描目标发射至少一次聚焦超声波后再向扫描目标发射至少一次第一超声波。

在其他示例中，每次发射的第一超声波仅覆盖成像区域的部分区域，且向扫描目标发射的第一次数的第一超声波覆盖整个成像区域，例如在第一超声波包括宽波束超声波的情况下，每次发射的宽波束超声波仅覆盖成像区域的部分区域，而通过发射宽波束超声波的次数达到第一次数，从而实现对整个成像区域的覆盖，而获得该成像区域的一帧超声图像。

可选地，每次向扫描目标发射的第一超声波覆盖整个成像区域的部分区域，部分区域之间无重叠，对于此种情况，在后续处理时，可以将每次发射获得的子超声图像进行拼接，即可获得成像区域的一帧的超声图像。或者，每次向扫描目标发射的第一超声波覆盖整个成像区域的部分区域，部分区域之间部分重叠，对于此种情况，在后续处理时，可以将每次发射获得的子超声图像进行拼接，而重叠部分进行相干叠加，即可获得成像区域的一帧的超声图像。

根据部分区域之间是否重叠，可以调整向扫描目标发射第一超声波和聚焦超声波的发射顺序，在一个示例中，部分区域之间部分重叠时或部分区域之间无重叠时，向扫描目标连续发射第一超声波直到发射次数达到所述第一次数，可选地，可以在发射聚焦超声波的次数达到第二次数之后，再连续发射第一超声波达到第一次数，或者，也可以在连续发射第一超声波达到第一次数之后，再发射聚焦超声波的次数达到第二次数，或者，还可以在发射至少一次聚焦超声波之后，连续发射第一超声波达到第一次数，再发射聚焦超声波达到第二次数。在另一个示例中，所述部分区域之间无重叠时，还可以向扫描目标交替地发射第一超声波和聚焦超声波，该交替发射的过程如前文的描述，在此不做赘述。

继续参考图7，在步骤S705中，获取一组或多组第一超声回波信号的基波分量，根据基波分量获得扫描目标的至少一部分的第一超声图像。

具体地，获取多组第一超声回波信号的基波分量，根据所述基波分量获得扫描目标的至少一部分的第一超声图像，包括以下步骤A1至A4：

在步骤A1中，分别从多组第一超声回波信号提取基波分量。也即在每组第一超声回波信号中提取基波分量，其中，本文中，基波分量是指具有与发射的超声波的中心频率(也称为基本频率f0)相等的频率的回波信号，而谐波分量是指具有与基本频率的任意整数倍相等的频率的回波信号，为了简化，可以假设后续被提取的谐波信号为具有基本频率2倍的频率的回波信号(也可以称为2次谐波分量)。可以通过例如带宽限制滤波(例如谐波滤波器)来去掉每组第一超声回波中的谐波信号，并从每组第一超声回波中提取基波分量。由于基波具有高穿透力，因此有利于深度比较深的探查。

在步骤A2中，对提取的基波分量进行波束合成，以获得多组波束合成的基波回波信号。

通过波束合成模块对提取的基波分量进行波束合成，以获得多组波束合成的基波回波信号，可以采用本领域技术人员熟知的任意适合的方法进行本步骤的波束合成，例如可以对提取的基波分量进行聚焦延时、加权和通道求和等处理来对提取的基波分量进行波束合成，在此不做赘述。

在步骤A3中，根据多组波束合成的基波回波信号，分别获得扫描目标的至少一部分的多组子超声图像。

例如将根据多组波束合成的基波回波信号送入信号处理模块进行相关的信号处理。经过信号处理模块处理的基波回波信号送入图像处理模块(例如图像处理单元(GPU))，经图像处理单元处理形成扫描目标的至少一部分的多组子超声图像，每次发射的第一超声波对应获得一帧的子超声图像。

在步骤A4中，将所述多组子超声图像进行叠加获得第一超声图像。

对于以不同偏转角度发射的第一超声波而获得的多组子超声图像，可以进行相干叠加获得第一超声图像，相当于从多个角度发射的超声平面波之间实现了相干增强，产生类似于聚焦的效果，从而实现了图像分辨率和对比度的增强。

相干叠加的具体定义可以是指利用如平面波根据不同偏转角度波束合成的数据不经过取包络或是其他非线性过程而叠加形成的图像。可以通过任意适合的方法进行该相干叠加，例如，在计算多角度平面波的合成中，可以先建立一种线坐标系，通过在线性坐标系下像素点的坐标值和阵元的坐标值计算像素点的延迟时间，从而可以计算出相干叠加的图像。

在另一实施例中，也可以在步骤A1中，先对第一超声回波信号进行波束合成，以获得多组波束合成的第一超声回波信号。再在步骤A2中，分别从波束合成的第一超声回波信号提取基波分量，获得波束合成的基波回波信号。相比于先波束合成再提取分量的实施方式，上述详细描述的先提取分量再波束合成的方式，可以很好地降低波束合成环节的运算量，更利于进行快速成像。

继续参考图7，在步骤S706中，获取多组第二超声回波信号的谐波分量，根据谐波分量获得扫描目标的至少一部分的第二超声图像。在本文中，超声图像可以是B图、彩色图像等等模式。

可以通过任意适合的方法提取谐波分量，例如通过带宽限制滤波来去掉基波信号(例如通过基波滤波器)和3次以上的谐波分量，从回波信号提取2次谐波分量。

根据谐波分量获得扫描目标的至少一部分的第二超声图像的方法可以使用本领域内目前和将来通常使用的任何适合的方法，在此不做具体限定。

继续参考图7，在步骤S707中，根据第一超声图像和第二超声图像获得扫描目标的至少一部分的一帧的目标超声图像，由于第一超声图像为基于基波分量对成像区域进行的成像，而第二超声图像是基于谐波分量对成像区域进行的成像，因此，兼顾谐波的高对比分辨率和基波的高穿透力，获得的目标超声图像的质量高。

例如利用图像处理模块8(例如图像处理单元(GPU))根据用户所需成像模式的不同，对第一超声图像和第二超声图像进行复合，获得一帧的目标超声图像。

可以使用本领域内目前和将来通常使用的任何适合的方法对第一超声图像和第二超声图像进行复合，在此不做详细描述。

可选地，基于第一超声波和聚焦超声波对扫描目标的扫描序列长度为第一次数和第二次数的总和。以发射M个不同偏转角度的平面波的情况为例，如图6示出了本发明实施例的方法的扫描序列，和图2所示的传统频率复合扫描序列对比，对于为了提取谐波分量(也即谐波频率)聚焦超声波的发射次数一样，都为N次，而本发明提出的方法采用第一超声波(例如平面波、发散波或宽波束超声波)进行基波成像，一共发射了M个的不同角度的平面波，基波频率发射总次数为M，传统方法下基波频率发射次数为N。在同等图像质量的情况下，平面波的发射次数M远小于N(一般情况下M约为十几次，N为几十到上百次)。显然本发明实施例的扫描方法序列长度(M+N)显著小于传统扫描方法的序列长度(2N)，因此，在同等图像质量的情况下，本发明实施例的方法能够有效减少为获得一帧目标超声图像的超声波的发射次数，提升成像帧率，从而提升超声成像(例如二维图像或三维图像)的时间分辨力，使得系统具有更好的动态特性。

值得一提的是，对于图7所示的方法的步骤顺序在合理的前提下还可以进行调换，例如，还可以将步骤S705置于步骤S702之后S703之前，或者，还可以将步骤S705置于步骤S704之后步骤S705之前。图7中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

基于前述超声成像方法，本发明实施例中还提供一种超声成像系统，如图1所示，包括：

探头1；

发射电路2，用于激励探头1向扫描目标发射第一次数的第一超声波和向扫描目标发射第二次数的聚焦超声波，其中，每次发射的第一超声波所覆盖的扫描目标的成像区域的面积大于每次发射的聚焦超声波所覆盖的扫描目标的成像区域的面积；

接收电路4和波束合成模块5，用于分别接收每次发射的第一超声波的回波，获得一组或多组第一超声回波信号，并基于第一超声回波信号获取其基波分量，以及分别接收每次发射的聚焦超声波的回波，获得多组第二超声回波信号，并基于第二超声回波信号获取其谐波分量；

处理器6，用于：根据所述一组或多组第一超声回波信号的基波分量获得扫描目标的至少一部分的第一超声图像，根据多组第二超声回波信号的谐波分量，获得扫描目标的至少一部分的第二超声图像，根据第一超声图像和第二超声图像获得所述扫描目标的至少一部分的一帧的目标超声图像。

在一个示例中，超声成像系统还包括显示器(未示出)，用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息以及超声成像设备的各种图形用户接口，这些图形用户接口可以由图形、文本、图标、视频和其任意组合来构成，在本实施例中，显示器可以显示目标超声图像，显示器可包括显示面板，可选的，可以采用液晶显示器(LCD，Liquid CrystalDisplay)、有机发光二极管(OLED，Organic Light-Emitting Diode)等形式来配置显示面板。

在一个示例中，超声成像系统还包括存储装置(未示出)，其可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器6可以运行所述程序指令，以实现本文所述的本发明实施例中(由处理器实现)的功能以及/或者其它期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储各种应用程序和各种数据，例如所述应用程序使用和/或产生的各种数据等。

在一个示例中，超声成像系统还包括输入装置(未示出)可以是用户用来输入指令的装置，并且可以包括键盘、鼠标、麦克风和触摸屏等中的一个或多个。

在本发明的一个实施例中，第一超声波包括非聚焦超声波或宽波束超声波，其中，非聚焦超声波包括平面波和发散波中的至少一种。

在本发明的一个实施例中，第一超声波包括非聚焦超声波；其中，每次发射的非聚焦超声波覆盖扫描目标的整个成像区域，或，每次发射的非聚焦超声波覆盖扫描目标的整个成像区域的部分区域，且发射的第二次数的聚焦超声波覆盖所述扫描目标的整个成像区域。

在本发明的一个实施例中，发射电路2还用于激励所述探头1：

先向扫描目标连续发射第一超声波直到第一超声波的发射次数达到第一次数，再向扫描目标连续发射聚焦超声波直到聚焦超声波的发射次数达到第二次数；或者

先向扫描目标连续发射聚焦超声波直到聚焦超声波的发射次数达到第二次数，再向扫描目标连续发射第一超声波直到第一超声波的发射次数达到第一次数；或者

先向扫描目标发射第二次数中的部分次数的聚焦超声波，再向扫描目标连续发射第一超声波直到第一超声波的发射次数达到第一次数，最后再向扫描目标发射第二次数中的剩余次数的聚焦超声波。

在本发明的一个实施例中，当每次发射的第一超声波之间无重叠扫描区域时，发射电路2还用于激励探头1：向扫描目标交替地发射第一超声波和聚焦超声波，直到第一超声波的发射次数达到第一次数以及聚焦超声波的发射次数所述第二次数。

在本发明的一个实施例中，当每次发射的第一超声波之间无重叠扫描区域时，发射电路2还用于激励探头1：每向扫描目标发射至少一次第一超声波后再向扫描目标发射至少一次聚焦超声波，或者，每向扫描目标发射至少一次聚焦超声波后再向扫描目标发射至少一次第一超声波。

在本发明的一个实施例中，向扫描目标发射的第一次数的第一超声波覆盖整个成像区域，其中，每次向扫描目标发射的第一超声波覆盖整个成像区域的部分区域，部分区域之间无重叠；或者每次向扫描目标发射的第一超声波覆盖整个成像区域的部分区域，部分区域之间部分重叠。

在本发明的一个实施例中，所述部分区域之间部分重叠时，所述发射电路2用于激励所述探头1向所述扫描目标连续发射所述第一超声波直到发射次数达到所述第一次数；或者，所述部分区域之间无重叠时，所述发射电路用于激励所述探头向所述扫描目标连续发射所述第一超声波直到发射次数达到所述第一次数，或者，所述发射电路用于激励所述探头向所述扫描目标交替地发射所述第一超声波和所述聚焦超声波。

在本发明的一个实施例中，向所述扫描目标发射多次非聚焦超声波，且至少其中两次发射的所述非聚焦超声波具有不同的偏转角度。

在本发明的一个实施例中，所述接收电路4用于分别从所述多组第一超声回波信号提取基波分量；所述波束合成模块5用于：对提取的所述基波分量进行波束合成，以获得多组波束合成的基波回波信号；所述处理器6，用于：根据多组波束合成的基波回波信号，分别获得所述扫描目标的至少一部分的多组子超声图像；以及将所述多组子超声图像进行叠加获得所述第一超声图像。

在本发明的一个实施例中，所述第一次数小于所述第二次数，其中，所述第一次数是所述第二次数的1/100至3/4。

在本发明的一个实施例中，基于所述第一超声波和所述聚焦超声波对所述扫描目标的扫描序列长度为所述第一次数和所述第二次数的总和。

在本发明的一个实施例中，所述探头为线阵探头且发射的所述第一超声波为非聚焦超声波时，所述非聚焦超声波为平面波，所述探头为凸阵或相控阵探头且发射的所述第一超声波为非聚焦超声波时，所述非聚焦超声波为发散波。

另外，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器可以运行存储装置存储的所述程序指令，以实现本文所述的本发明实施例中(由处理器实现)的功能以及/或者其它期望的功能，例如以执行根据本发明实施例的超声成像方法的相应步骤，在所述计算机可读存储介质中还可以存储各种应用程序和各种数据，例如所述应用程序使用和/或产生的各种数据等。

例如，所述计算机存储介质例如可以包括智能电话的存储卡、平板电脑的存储部件、个人计算机的硬盘、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、便携式紧致盘只读存储器(CD-ROM)、USB存储器、或者上述存储介质的任意组合。

综上所述，本发明实施例的方法和系统，提出了一种新的频率复合扫描方式，利用聚焦超声波扫描提取谐波分量(也称谐波信号)(因为谐波信号需要较高的能量才能被激发，因此利用聚焦超声波的高能量进行谐波频率的扫描)，利用例如平面波的超声波扫描提取基波分量(也称基波信号)，然后将二者进行复合，得到最后的显示目标超声图像。平面波的基波成像和传统的聚焦波基波成像相比，能够很大幅度减少一帧扫描的发射次数，从而提升扫描帧率，提升时间分辨力，使得系统具有更好的动态特性。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本发明的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本发明的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本发明的范围之内。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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设备，或一些特征可以忽略，或不执行。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的一些模块的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。