一种超声成像设备、超声成像方法和剪切波的检测方法与流程

1.本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种超声成像设备、超声成像方法和剪切波的检测方法。


背景技术：

2.超声弹性成像是近年来临床研究关心的热点之一，其主要反映组织的弹性或软硬程度，在组织癌症病变的辅助检测、良恶性判别、预后恢复评价等方面得到越来越多应用。
3.超声弹性成像主要通过对感兴趣区域内的弹性相关参数进行成像，从而反映组织的软硬程度。近二十年来，已经出现了许多种不同的弹性成像方法，比如基于探头按压组织造成应变的准静态弹性成像，基于声辐射力产生剪切波的剪切波弹性成像或弹性测量，基于外部振动产生剪切波的瞬时弹性成像等。
4.其中，超声剪切波弹性成像方法主要通过在组织内部产生剪切波的传播并检测其传播参数(比如传播速度)的方法来反映组织间的硬度差异。对于各向同性的弹性组织，剪切波的传播速度与组织弹性模量之间存在下列关系：杨氏模量e＝3ρcs2。可以看到，剪切波速度与弹性模量存在一一对应的关系。由于该方法可以得到定量的硬度测量结果，使得医生的诊断更加方便客观，因此受到了医生的广泛关注和欢迎。
5.为了准确计算出感兴趣区域内的剪切波传播速度，系统通常需要在一段时间内快速且持续的获得各个时刻的超声回波信息，才能准确捕捉到各个时刻剪切波的到达位置，这就需要系统能在非常短的时间内获取到感兴趣区域内完整范围的全部信息。而常规超声成像检测方法，单次发射接收的超声回波可检测的范围很窄，难以满足需求，往往需要通过多次发射拼接回波来拓宽检测范围，从而牺牲了检测的速度并继而影响剪切波捕捉精度。
6.部分现有技术尝试通过多波束接收、超宽声场聚焦、平面波发射接收等方法来减少或避免拼接从而改善检测速度，但是对于探头本身尺寸较小的情况下，比如微型线阵、微型小凸、腔内探头、相控阵等，即便采用多波束接收、超宽声场聚焦、平面波发射接收等方法，仍然需要进行拼接，故对于小尺寸探头而言，剪切波的检测速度仍然不高，从而影响了最终剪切波捕捉的准确性。


技术实现要素：

7.本发明主要提供一种超声成像设备、超声成像方法和剪切波的检测方法，以提高小尺寸探头超声检测的速度。
8.一实施例提供一种剪切波的检测方法，包括：
9.在目标组织内部产生剪切波；
10.根据目标组织中的感兴趣区域的深度和宽度，在超声探头中选择至少一个目标阵元组，并确定选择的所述至少一个目标阵元组对应的焦点位置以及发射孔径，使所述至少一个目标阵元组形成的声场能完整覆盖目标组织中的感兴趣区域；其中，所述声场朝目标组织呈发散状，所述焦点位于与所述声场相对的所述至少一个目标阵元组的另一侧；
11.确定所述至少一个目标阵元组中各个阵元之间发射超声波时间的相对延时，控制所述至少一个目标阵元组中的各个阵元根据所对应的相对延时发射超声波，使所述至少一个目标阵元组中的各个阵元发出的超声波相当于同时从其对应的焦点发出，形成所述声场；
12.接收来源于所述感兴趣区域反馈的超声波回波，获得感兴趣区域内不同位置的回波信息；
13.在持续时间内，多次发射超声波并接收来源于所述感兴趣区域反馈的超声波回波，获得不同时刻所对应的感兴趣区域内不同位置的回波信息；
14.根据所述不同时刻所对应的感兴趣区域内不同位置的回波信息获得所述感兴趣区域对应的剪切波信息。
15.一实施例提供一种剪切波的检测方法，包括：
16.在目标组织内部产生剪切波；
17.根据目标组织中的感兴趣区域的深度和宽度，在阵列凸型排布的超声探头中选择至少一个目标阵元组，并确定选择的所述至少一个目标阵元组对应的焦点位置以及发射孔径，使所述至少一个目标阵元组形成的声场能完整覆盖目标组织中的感兴趣区域；其中，所述声场朝目标组织呈发散状，所述焦点位于根据所述阵列凸型排布所形成的物理区域的虚拟圆心位置；
18.控制所述至少一个目标阵元组中的各个阵元同时发射超声波，以形成所述声场；
19.接收来源于所述感兴趣区域反馈的超声波回波，获得感兴趣区域内不同位置的回波信息；
20.在持续时间内，多次发射超声波并接收来源于所述感兴趣区域反馈的超声波回波，获得不同时刻所对应的感兴趣区域内不同位置的回波信息；
21.根据所述不同时刻所对应的感兴趣区域内不同位置的回波信息获得所述感兴趣区域对应的剪切波信息。
22.一实施例的所述检测方法中，所述感兴趣区域的宽度大于超声探头的宽度。
23.一实施例的所述检测方法中，所述声场的左边界超出所述感兴趣区域的部分所形成的扇形区域的圆心角，在所述声场所形成的扇形区域的圆心角中的占比介于0％-2.5％之间；所述声场的右边界超出所述感兴趣区域的部分所形成的扇形区域的圆心角，在所述声场所形成的扇形区域的圆心角中的占比介于0％-2.5％之间。
24.一实施例的所述检测方法中，所述声场所形成的扇形区域的圆心角不超过100
°
。
25.一实施例的所述检测方法中，
26.在超声探头中选择的目标阵元组为一个，所述焦点位于所述感兴趣区域的对称轴上；或者，
27.在超声探头中选择的目标阵元组为多个，多个所述目标阵元组对应的焦点位置的对称轴与所述感兴趣区域的对称轴重合；或者，
28.在超声探头中选择的目标阵元组为一个，所述目标阵元组对应的焦点未位于所述感兴趣区域的对称轴上；或者，
29.在超声探头中选择的目标阵元组为多个，各个目标阵元组对应的焦点位于同一直线上，所述直线为水平线或斜线。
30.一实施例的所述检测方法中，所述根据目标组织中的感兴趣区域的深度和宽度，在超声探头中选择至少一个目标阵元组包括：
31.根据目标组织中的感兴趣区域的深度和宽度，仅选择超声探头中所有指向角朝向所述感兴趣区域的阵元形成至少一个目标阵元组。
32.一实施例的所述检测方法中，所述接收来源于所述感兴趣区域反馈的超声波回波，获得感兴趣区域内不同位置的回波信息之前，所述方法还包括：
33.根据所述至少一个目标阵元组及其发射孔径、对应的焦点位置，获得第一发射参数；
34.根据所述第一发射参数，控制所述至少一个目标阵元组中的各个阵元发射第一超声波；
35.调整所述至少一个目标阵元组的发射偏转角度、发射孔径和对应的焦点位置中的至少一个，获得第二发射参数；
36.根据所述第二发射参数，控制所述至少一个目标阵元组中的各个阵元发射第二超声波；
37.所述接收来源于所述感兴趣区域反馈的超声波回波，获得感兴趣区域内不同位置的回波信息包括：
38.将所述第一超声波的回波和第二超声波的回波进行加权处理，根据所述加权处理的结果获得感兴趣区域内不同位置的回波信息。
39.一实施例的所述检测方法中，所述接收来源于所述感兴趣区域反馈的超声波回波，包括：
40.以预设的接收密度接收所述感兴趣区域的各个横向位置反馈的超声波回波；所述接收密度对应的波束间距为0.2mm-1mm中的一个。
41.一实施例提供一种超声成像方法，包括：
42.对目标组织的不同横向位置依次发射超声波，其中每次发射的超声波形成的声场朝目标组织呈发散状，声场对应的焦点位于与所述声场相对的超声探头的另一侧，或者所述声场对应的焦点位于根据超声探头的阵列凸型排布所形成的物理区域的虚拟圆心位置；
43.接收超声波的回波并进行拼接处理，生成超声图像。
44.一实施例提供一种超声成像方法，包括：
45.确定目标组织中的感兴趣区域；
46.根据目标组织中的感兴趣区域的深度和宽度，在超声探头中选择至少一个目标阵元组，并确定选择的所述至少一个目标阵元组对应的焦点位置以及每一目标阵元组的发射孔径，使所述至少一个目标阵元组形成的声场能完整覆盖目标组织中的感兴趣区域；
47.控制所述至少一个目标阵元组中的各个阵元发射超声波，形成所述声场，并接收来源于所述感兴趣区域反馈的超声波回波，获得感兴趣区域内不同位置的回波信息；
48.根据所述回波信息生成超声图像；
49.其中，所述声场朝目标组织呈发散状，所述焦点位于与所述声场相对的所述至少一个目标阵元组的另一侧；或者，所述焦点的深度深于感兴趣区域的深度；或者，在超声探头中选择的目标阵元组有多个，每个目标阵元组对应的焦点位置的深度未超过感兴趣区域的深度，且所有焦点沿宽度方向排列形成的宽度大于所述感兴趣区域的宽度；或者，所述焦
点位于根据所述超声探头的阵列凸型排布所形成的物理区域的虚拟圆心位置。
50.一实施例提供一种超声成像设备，包括：
51.超声探头；
52.发射/接收控制电路，用于控制超声探头向感兴趣区域发射超声波并接收所述超声波的回波；
53.存储器，用于存储程序；
54.处理器，用于执行存储器中的程序，以实现如上所述的方法。
55.一实施例提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如上所述的方法。
56.依据上述实施例的超声成像设备、超声成像方法和剪切波的检测方法，根据目标组织中的感兴趣区域的深度和宽度，在超声探头中选择至少一个目标阵元组，并确定选择的所述至少一个目标阵元组对应的焦点位置以及发射孔径，使所述至少一个目标阵元组形成的声场能完整覆盖目标组织中的感兴趣区域；其中，声场朝目标组织呈发散状，焦点位于与声场相对的所述至少一个目标阵元组的另一侧。由于声场朝目标组织呈发散状，故能够覆盖比发射孔径宽的感兴趣区域，提高了小尺寸探头的视野。由于所形成的声场能完整覆盖感兴趣区域，故无需拼接，提高了小尺寸探头检测剪切波的检测速度，也就提高了剪切波捕捉的准确性。
附图说明
57.图1为本发明提供的剪切波的检测方法一实施例的流程图；
58.图2为本发明提供的剪切波的检测方法中，一个目标阵元组发射超声波形成声场检测感兴趣区域的示意图；
59.图3为本发明提供的剪切波的检测方法中，一个目标阵元组发射超声波形成声场检测感兴趣区域的示意图；
60.图4为本发明提供的剪切波的检测方法中，一个目标阵元组发射超声波形成声场检测感兴趣区域的示意图；
61.图5为本发明提供的剪切波的检测方法中，一个目标阵元组发射超声波形成声场检测感兴趣区域的示意图；
62.图6为本发明提供的剪切波的检测方法中，多个目标阵元组发射超声波形成声场检测感兴趣区域的示意图；
63.图7为本发明提供的剪切波的检测方法中，步骤3一实施例的流程图；
64.图8为本发明提供的剪切波的检测方法中，各阵元发射时延的示意图；
65.图9为本发明提供的剪切波的检测方法中，超宽波束接收示意图；
66.图10为本发明提供的剪切波的检测方法中，超宽波束接收示意图；
67.图11为本发明提供的剪切波的检测方法中，步骤3一实施例的流程图；
68.图12为本发明提供的剪切波的检测方法中，以第一发射参数发射超声波形成声场检测感兴趣区域的示意图；
69.图13为本发明提供的剪切波的检测方法中，以第二发射参数发射超声波形成声场检测感兴趣区域的示意图；
70.图14为本发明提供的超声成像方法一实施例的流程图；
71.图15为本发明提供的超声成像方法一实施例的流程图；
72.图16为本发明提供的超声成像设备一实施例的结构框图。
具体实施方式
73.下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
74.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
75.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
76.本发明提供的超声成像设备和剪切波的检测方法，在目标区域产生剪切波传播后，在一定时间内依次向组织连续发射检测超声波并接收其回波信号，此时，根据感兴趣区域的大小和位置设定发射聚焦参数，形成位于探头后方的负聚焦点，从而形成完整覆盖或超过感兴趣区域宽度的扇形超声发射声场，并接收超宽波束的超声回波数据，从而快速获得大范围感兴趣区域内的剪切波传播信息。通过这一方法，超声检测范围可以大大超过探头尺寸对应的宽度范围，非常适合小尺寸探头对大的感兴趣目标的、剪切波检测，同时可以有效提高系统检测帧率，从而以更高的时间采样率来检测剪切波的传播过程，使得剪切波的传播速度的计算更加准确。当然，本发明的这一方法也可以应用于其他成像模式，提高超声成像的帧率。
77.如图1所述，本发明提供的剪切波的检测方法，包括如下步骤：
78.步骤1、在目标组织内部产生剪切波。产生剪切波可以通过声辐射力效应在目标组织内部产生剪切波的横向传播，也可以通过外部振动的方式产生剪切波从体表纵向传入一定深度的目标组织。无论哪一种方法，剪切波在组织内的传播范围都是比较广的。尤其是当超声探头尺寸较小时，剪切波的传播范围往往会超过探头尺寸对应的宽度。而只要是剪切波传播经过的区域，理论上都可以作为感兴趣目标进行检测，因此检测剪切波的感兴趣区域也通常设定为较宽的范围。本发明的核心正在于提供了一种创新的检测技术，从而实现对超出探头尺寸的感兴趣区域的快速检测。
79.感兴趣区域可以自动确定，也可以人工确定，例如，在目标组织内部产生剪切波之前或之后(在步骤2之前即可)，还包括步骤s1’：
80.控制超声探头向目标组织发射超声波，并接收超声波的回波；根据超声波的回波
生成超声图像并显示；进而可以根据超声图像自动确定感兴趣区域，也可以基于用户的输入操作(例如用户通过人机交互装置在超声图像上框出感兴趣区域)确定感兴趣区域。
81.步骤2、根据目标组织中的感兴趣区域的深度和宽度，在超声探头中选择至少一个目标阵元组，并确定选择的所述至少一个目标阵元组对应的焦点位置以及发射孔径，使所述至少一个目标阵元组形成的声场能完整覆盖目标组织中的感兴趣区域。本发明适用于所有目标阵元组的发射孔径之和小于感兴趣区域的宽度的情况，一般会尽可能的选择大的发射孔径，故通常感兴趣区域的宽度大于超声探头的宽度，所有目标阵元组形成的整个声场朝目标组织呈发散状。超声探头可以采用全孔径发射，使声场最大化；当然有些情况考虑到有些超声探头形态曲率较大，探头各个阵元的角度差异较大时，由于阵元指向角的限制，全孔径并不是最好的选择，偏远的阵元可能不仅不会增强声场强度反而会增加噪声，故可以根据目标组织中的感兴趣区域的深度和宽度，仅选择超声探头中所有指向角朝向感兴趣区域的阵元形成至少一个目标阵元组(如图5所示)。对于凸面阵或凹面阵，可能是部分阵元对着感兴趣区域，对于平面阵，所有阵元均对着感兴趣区域，故平面阵可以选择全孔径。
82.如图2-6所示，本实施例中，以焦点来划分目标阵元组，即形成一焦点的一个或多个阵元为一个目标阵元组；换而言之，一个目标阵元组仅具有一个焦点(图中黑色圆点)，焦点位于与声场相对的所述至少一个目标阵元组的另一侧，即声场位于目标阵元组的一侧，而焦点位于目标阵元组的另一侧。从阵元发射超声波的方向来看，声场在目标阵元组的前方，焦点位于目标阵元组的后方。由于焦点位于目标阵元组的后方，因此焦点是虚拟的焦点，目标阵元组发射的超声波所形成的声场相当于从焦点发射超声波所形成的声场，换而言之，目标阵元组发射的超声波所形成的声场反向聚焦于焦点。
83.在同一次发射中，根据感兴趣区域的位置、深度、宽度等信息，确定各个选定的目标阵元组的焦点位置以及相应的发射孔径，最终目的是保证感兴趣区域被整个发射声场的范围所完整覆盖。其中，目标阵元组的选取(一个或多个)、发射孔径、焦点位置等发射参数并不仅限于一种组合，可能好几种组合都可以形成覆盖感兴趣区域的声场，如图2-6所示。超声成像设备可事先根据经验设定好优选的规则，以保证感兴趣区域内的声场在能量强度、宽度、均匀性等方面达到综合最优的状态。下面列举几种组合进行详细说明：
84.如图2-5所示，可以在超声探头中只选择一个目标阵元组。如图2所示，可选择全孔径发射(即使用所有的探头阵元)提升发射能量。如图3和图5所示，也可以选择非全孔径发射，以图5为例，可以尽量选择对准感兴趣区域的部分阵元形成一个目标阵元组参与发射。如图2、3和5所示，目标阵元组对应的焦点位于感兴趣区域的对称轴上，使感兴趣区域内的声场能量分布尽可能均匀，若超声探头位于感兴趣区域正上方，则焦点也位于超声探头的对称轴上。当然，也可以如图4所示，目标阵元组对应的焦点未位于感兴趣区域的对称轴上。焦点的高度位置与发射孔径是相关的，焦点越高(远离探头)则发射孔径越大(如图2)，焦点越低(靠近探头)则发射孔径越小(如图3)。焦点的水平位置影响的是声场与感兴趣区域的对称性，如图3和图4所示。
85.一些实施例中，为了尽可能的提升扇形声场内的均匀性，还可以采用一种较为复杂的聚焦方式，如图6所示。采用多个聚焦点，即，将整个发射孔径内的阵元进一步分成多组，形成多个目标阵元组(图6为3个)，也就是有多个焦点。通常来说，各个目标阵元组对应的焦点分布在同一直线上，如果各个目标阵元组对应的焦点关于感兴趣区域的对称轴对
称，即各个焦点的对称轴与感兴趣区域的对称轴重合，则该直线为水平线；当然，也可以将该直线设置为斜线，如此，整个声场与感兴趣区域不对称。
86.不论是一个目标阵元组还是多个目标阵元组，其所形成的整个扇形声场中，靠近声场边界的部分能量相对更弱且分布不均匀，故控制声场边界比感兴趣区域的范围略大一些，即声场的左右边界均超出感兴趣区域，可以尽可能的保证感兴趣区域内的能量较高以保证检测灵敏度，避免声场边缘的信号衰减波及感兴趣区域。当然，如图4所示，由于焦点位置及探头形态的影响，本文所述的扇形声场不一定是绝对的扇形形状，但基本是扇形的。
87.一实施例中，如图2所示，声场的左边界超出感兴趣区域的部分所形成的扇形区域的圆心角∠2，在声场所形成的扇形区域的圆心角∠1中的占比介于0％-2.5％之间。声场的右边界超出感兴趣区域的部分所形成的扇形区域的圆心角∠3，在声场所形成的扇形区域的圆心角∠1中的占比介于0％-2.5％之间。整个声场所形成的扇形区域的圆心角∠1不超过100
°
。如此，能在声场能量强度和均匀性之间取得良好的平衡。
88.步骤3、控制所述至少一个目标阵元组中的各个阵元发射超声波，形成所述声场，并接收来源于感兴趣区域反馈的超声波回波，获得感兴趣区域内不同位置的回波信息。
89.超声探头若是平面阵(如图2-4)、凹阵或者凸阵但焦点未位于凸阵的焦点，则为了达到超声波虚拟的从焦点发出的效果，需要对各个阵元发射超声波的时间进行调整，具体如图7所示，步骤3包括：
90.步骤321、确定所述至少一个目标阵元组中各个阵元之间发射超声波时间的相对延时(即发射的先后顺序、相对时间间隔等)。例如，根据超声探头的几何形态，根据各个目标阵元组中各个阵元与对应的焦点之间的距离，计算出从所述焦点发出超声波到达各个阵元的时间差异(也就是计算出各阵元发出的超声波到达焦点位置的时间差异)，当然，实际阵元发出的超声波是不会到达焦点的，此处是通过假设的方式进行计算；根据计算出的时间差异在阵元的发射起始时间上进行补偿，使各个阵元发出的超声波距离焦点的时长一致，从而确定所述至少一个目标阵元组中各个阵元之间发射超声波时间的相对延时，如图8所示。
91.步骤322、控制所述至少一个目标阵元组中的各个阵元根据所对应的相对延时发射超声波，使所述至少一个目标阵元组中的各个阵元发出的超声波相当于同时从其对应的焦点发出，形成所述声场，造成负发射聚集的效果。可以看到，与常规正聚焦相反，此时中心的阵元最先发射，越边缘的阵元越后发射。同时可以注意到，超声波并不会真实达到负聚焦位置。
92.步骤323、以预设的接收密度接收感兴趣区域的各个横向位置反馈的超声波回波。接收密度可以根据需要进行设置，通常，接收密度对应的波束间距为0.2mm-1mm中的一个。
93.如图5所示，超声探头若采用凸阵，即，阵元的阵列凸型排布，焦点位于根据阵列凸型排布所形成的物理区域的虚拟圆心位置，例如，圆弧形排布的阵列，其圆心位置也就是焦点的位置，则无需延时发射，控制所述至少一个目标阵元组中的各个阵元同时发射超声波，形成所述声场，并接收来源于感兴趣区域反馈的超声波回波，获得感兴趣区域内不同位置的回波信息，接收的具体过程可同步骤323。
94.由于发射能量覆盖了感兴趣区域的全部范围，超声探头可以对感兴趣区域的各个横向位置进行超宽波束接收，如图9和图10所示，剪切波横向传播穿过感兴趣区域，一次发
射所获得的接收波束包含了来自感兴趣区域内的多个横向位置处的超声回波信号。虽然发射声场是扇形的，但是接收位置的排列可以呈扇形排列(如图10)，也可以呈规则的平行性排列(比如竖直的直线排列，如图9)。接收位置(沿横向方向)的数目可视计算需要来确定。为了能够准确捕捉剪切波的传播位置，最好能采用高密度(即波束之间的宽度间距设定较小)的接收方式，比如波束间距设定为0.2mm。当然，为了减小计算量，根据实际需要也可以适当扩大波束之间的间距，比如间隔0.4mm、0.6mm、1mm等等。检测波束代表了相应位置处所获得的超声回波信号，检测位置可以是平行排列的(如图9)，也可以是扇形排列的(如图10)。扇形排列时，检测波束间的间距以角度区分，比如间隔1度、0.6度等。可见，当剪切波在感兴趣区域内传播时，通过一次发射接收，即可计算得到剪切波在感兴趣区域内的全部位置。
95.此外，为了进一步提升接收回波信号的质量，还可以在发射时依次以不同的偏转角度、或依次选择不同发射孔径、或依次选择不同位置的发射焦点，并将各不同参数设定下获得的回波信号进行加权处理，以提升回波信号的信噪比。具体的，一实施例中，如图11所示，步骤3具体包括：
96.步骤31、根据所述至少一个目标阵元组及其发射孔径、对应的焦点位置，获得第一发射参数。第一发射参数包括发射偏转角度和相对延时等。得到相对延时的具体过程见上述步骤321，在此不做赘述。
97.步骤32、根据第一发射参数，控制所述至少一个目标阵元组中的各个阵元发射第一超声波，形成所述声场，并接收来源于感兴趣区域反馈的超声波回波。如图12所示，具体过程见上述步骤322和323，在此不做赘述。
98.步骤33、调整所述至少一个目标阵元组的发射偏转角度、发射孔径和对应的焦点位置中的至少一个(图13以调整焦点位置为例)，获得第二发射参数。同样的，第二发射参数包括发射偏转角度和相对延时等。得到相对延时的具体过程见上述步骤321，在此不做赘述。
99.步骤34、根据所述第二发射参数，控制所述至少一个目标阵元组中的各个阵元发射第二超声波，形成所述声场，并接收来源于感兴趣区域反馈的超声波回波。具体过程见上述步骤322和323，在此不做赘述。
100.步骤35、将第一超声波的回波和第二超声波的回波进行加权处理，根据加权处理的结果获得感兴趣区域内不同位置的回波信息。从图12和13可知，将两种不同焦点位置与发射偏转方向所得到的回波信号进行累加，有效的提升了信号质量。
101.步骤4、在持续时间内，多次发射超声波并接收来源于感兴趣区域反馈的超声波回波，获得不同时刻所对应的感兴趣区域内不同位置的回波信息。一实施例中，所述多次发射中的每次发射，可以通过重复步骤3实现。例如，若步骤3不采用加权的形式，则本步骤每次发射的发射参数可以相同；即所述多次发射中的每次发射，均按照所述至少一个目标阵元组中各个阵元之间发射超声波时间的相对延时发射超声波。若步骤3采用加权的形式，则本步骤在持续时间内多次重复步骤3，最终得到一预设的持续时间内感兴趣区域不同位置的回波信息即可。
102.由于超宽的发射声场以及宽波束的接收方式，可以使得相邻2次重复的发射接收(检测)的时间间隔尽可能的小，从而尽可能的提升剪切波的动态捕捉精度，无论组织是软
还是硬(对应着剪切波的传播速度是慢或者快)，都可以达到对感兴趣区域内剪切波信号的及时全面捕捉。
103.步骤5、根据所述回波信息获得感兴趣区域对应的剪切波信息(比如剪切波的传播速度、杨氏模量和/或剪切模量等)。具体的，根据所述不同时刻所对应的感兴趣区域内不同位置的回波信息获得感兴趣区域对应的剪切波信息。当步骤4持续一段时间(比如几ms，或者几十ms)对感兴趣区域重复检测时(对同一个目标重复超声发射接收过程，达到记录一段时间内目标组织的变化)，即可获得各个不同时刻剪切波在感兴趣区域内位置的变化，或者可以得到感兴趣区域内剪切波经过任意两个横向位置处时的时间差，从而计算出感兴趣区域内各个位置处的剪切波传播速度。由于剪切波在组织中的传播速度cs与组织的弹性模量之间有特定的关系：杨氏模量e＝3ρcs^2，剪切模量g＝ρcs^2，其中ρ为组织密度，可以进一步实现了对组织的弹性特征量进行成像或计算。从而可以在显示器上显示剪切波信息。还可以根据回波信息生成相应的超声图像并显示。
104.本发明对于小尺寸探头下快速检测大范围感兴趣区域的剪切波传播具有较大的创新价值。负聚焦的计算方法，使得超声成像设备可以根据感兴趣区域相对于探头的位置以及感兴趣区域的大小等，方便的计算出聚焦相关参数，形成合适的声场。本发明属于创新的超声发射检测方法，不仅适用于剪切波成像模式，也可用于其他成像模式，如b型成像、彩色血流等其他成像。下面就超声成像进行详细说明。
105.可以采用本发明负聚焦的形式，结合拼接来进行超声成像，如图14所示，本发明提供的一种超声成像方法包括如下步骤：
106.步骤1’、对目标组织的不同横向位置依次发射超声波，其中，每次发射的超声波形成的声场朝目标组织呈发散状(即扇形声场，具有焦点)，声场对应的焦点位于与所述声场相对的超声探头的另一侧，或者所述声场对应的焦点位于根据超声探头的阵列凸型排布所形成的物理区域的虚拟圆心位置。
107.步骤2’、接收超声波的回波并进行拼接处理，生成超声图像并在显示器上显示。
108.比如在b图像中，通常需要对探头视野范围内各个不同横向位置依次发射超声波并对超声回波进行拼接等处理得到完整的成像。本发明由于单次发射接收所获取的组织信息范围更大，因此为了得到完整的一帧图像所需要的发射次数得以减少，从而有效提升成像帧率。
109.比如在c型成像中，通常需要对感兴趣区域范围内各个不同横向位置依次发射多个超声波并接收超声回波以计算出相应位置的血流速度，再将各个位置计算所得速度结果进行拼接等处理得到完整的一帧彩色血流图像。本发明由于单次发射接收所获取的组织信息范围更大，因此为了得到完整的一帧图像所需要的发射次数得以减少，从而有效提升成像帧率。
110.当然，也可以不采用拼接的方式来进行超声成像，如图15所示，本发明提供的一种超声成像方法包括如下步骤：
111.步骤1”、确定目标组织中的感兴趣区域。感兴趣区域可以自动确定，也可以人工确定，例如，控制超声探头向目标组织发射超声波，并接收超声波的回波；根据超声波的回波生成超声图像并显示；进而可以根据超声图像自动确定感兴趣区域，也可以基于用户的输入操作(例如用户通过人机交互装置在超声图像上框出感兴趣区域)确定感兴趣区域。
112.步骤2”、根据目标组织中的感兴趣区域的深度和宽度，在超声探头中选择至少一个目标阵元组，并确定选择的所述至少一个目标阵元组对应的焦点位置以及每一目标阵元组的发射孔径，使所述至少一个目标阵元组形成的声场能完整覆盖目标组织中的感兴趣区域。其中，图15所示的实施例中，焦点可以是超声波聚焦的正焦点(常规焦点，超声波真正聚焦之处)，也可以是反向聚焦的上述实施例中的焦点。对于正焦点，其深度可以深于感兴趣区域的深度，从而使声场能完整覆盖感兴趣区域。当然，在超声探头中选择的目标阵元组有多个时，每个目标阵元组对应的焦点位置的深度未超过感兴趣区域的深度，且所有焦点沿宽度方向排列形成的宽度大于感兴趣区域的宽度，从而使声场能完整覆盖感兴趣区域。对于焦点是上述实施例中的焦点的情况，如图2-6所示，声场朝目标组织呈发散状，焦点位于与声场相对的所述至少一个目标阵元组的另一侧，或者，焦点位于根据超声探头的阵列凸型排布所形成的物理区域的虚拟圆心位置，具体见上述剪切波检测的实施例，在此不做赘述。
113.步骤3”、控制所述至少一个目标阵元组中的各个阵元发射超声波，形成所述声场，并接收来源于感兴趣区域反馈的超声波回波，获得感兴趣区域内不同位置的回波信息。对于焦点，其具体过程同上述步骤3，在此不做赘述。
114.步骤4”、根据所述回波信息生成超声图像并在显示器上显示。
115.可见，本成像方法，一次发射能覆盖整个感兴趣区域，提高了成像帧率，尤其是通过形成扇形声场，扩大了声场的覆盖面积，使得发射孔径不够的探头也能覆盖整个感兴趣区域，扩大了探头的使用场景。
116.上述的各种方法可以由超声成像设备来实施，如图16所示，超声成像设备包括：超声探头30，发射/接收控制电路40，处理器20，存储器80和人机交互装置70。
117.超声探头30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，或将接收的超声波变换为电信号。因此每个阵元可用于实现电脉冲信号和超声波的相互转换，从而实现向待成像对象发射超声波、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，可通过发射控制电路410和接收控制电路420控制哪些阵元用于发射超声波，哪些阵元用于接收超声波，或者控制阵元分时隙用于发射超声波或接收超声波的回波。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。
118.阵元例如采用压电晶体，按照发射控制电路410传输的发射序列将电信号转换成超声信号，根据用途，超声信号可以包括一个或多个扫描脉冲、一个或多个参考脉冲、一个或多个推动脉冲和/或一个或多个多普勒脉冲。根据波的形态，超声信号包括聚焦波、平面波和发散波等。
119.用户通过移动超声探头30选择合适的位置和角度向待成像对象(通常是生物组织内的感兴趣区域)10发射超声波并接收由待成像对象10返回的超声波的回波，输出超声回波信号，超声回波信号是按以接收阵元为通道所形成的通道模拟电信号，其携带有幅度信息、频率信息和时间信息。
120.发射控制电路410用于根据处理器20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待成像对象发射超声波，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、波型、聚焦位置等)。某些情况下，发射控制电路410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。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)，发射序列参数可能不同，回波信号经接收控制电路420接收并经后续的模块和相应算法处理后，可生成反映组织解剖结构的b图像、反映血流信息的c图像以及反映多普勒频谱图像的d图像。
121.接收控制电路420用于从超声探头30接收超声回波信号，并对超声回波信号进行处理。接收控制电路420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回波信号，放大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回波信号，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。接收控制电路420输出的数据可输出给处理器20进行处理，或输出给存储器80进行存储。
122.处理器20可以和接收控制电路420信号相连，用于对回波信号进行相应的延时和加权求和等波束合成处理，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，需要进行延时处理，将相位对齐，并将同一接收点的不同通道数据进行加权求和，得到波束合成后的超声图像数据，该超声图像数据也称为射频数据(rf数据)。
123.处理器20还可以通过iq解调去除信号载波，提取信号中包含的组织结构信息，并进行滤波去除噪声，此时获取的信号称为基带信号(iq数据对)。
124.处理器20可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80执行数据读取和/或保存，也可以通过执行存储器80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，处理操作包括但不限于调整或限定超声探头30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70的显示器进行显示，或者调整或限定在显示器上显示的内容和形式，或者调整在显示器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)。
125.接收到回波信号时，所采集的超声数据可由处理器20在扫描期间实时地处理，也可以临时存储在存储器80上，并且在联机或离线操作中以准实时的方式进行处理。
126.本实施例中，处理器20控制发射控制电路410和接收控制电路420的工作，例如控制发射控制电路410和接收控制电路420交替工作或同时工作。处理器20还可根据用户的选择或程序的设定确定合适的工作模式，形成与当前工作模式对应的发射序列，并将发射序列发送给发射控制电路410，以便发射控制电路410采用合适的发射序列控制超声探头30发射超声波。
127.处理器20还用于对超声回波信号进行处理，以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。处理器20可以将b图像输出至人机交互装置70的显示器进行显示。
128.人机交互装置70用于进行人机交互，即输出可视化信息以及接收用户的输入；其
接收用户的输入可采用键盘、操作按钮、鼠标、轨迹球、触摸板等，也可以采用与显示器集成在一起的触控屏；其输出可视化信息可以采用显示器。
129.本发明中，处理器20可以执行存储器中的程序，通过控制超声成像设备来实现上述方法。例如，步骤1中，处理器20可以控制超声探头或振动头振动来产生剪切波，也可以控制超声探头发射超声波进行聚焦，从而通过声辐射力效应在目标组织内部产生剪切波的横向传播。例如，步骤3、4、1’、2’和3”中，处理器20通过发射/接收控制电路40来控制超声探头30发射超声波和接收回波。上述方法中的其他步骤则可由处理器20直接执行。超声成像设备进行超声成像、检测剪切波的具体过程在上述方法实施例中已详细阐述，在此不做赘述。
130.综上所述，本发明提供的超声成像设备及其剪切波的检测方法，在剪切波成像中，在组织内产生剪切波传播后，超声成像设备在一定时间内，向感兴趣区域依次连续发射一系列检测超声波，并接收相应的回波信号，并经过剪切波弹性成像计算环节得到感兴趣区域内的弹性特征量并显示。在上述检测超声波的发射接收中，系统通过特殊的发射聚焦控制参数，向人体发射超声波，形成位于探头后方的负聚焦点，在感兴趣区域形成超宽声场(例如，宽度大于探头尺寸)，并接收相应的超声回波信号，获得超宽范围内的人体信息。本发明可以使用较少的发射次数即可获得大范围的人体信息，相当于大幅提升了检测帧率，因此可以在上述检测时间内，以较高的时间分辨率，获得各个时刻的目标组织信息，从而准确计算出剪切波在各个时刻的传播位置，最终计算出各位置处的传播速度。
131.本文参照了各种示范实施例进行说明。然而，本领域的技术人员将认识到，在不脱离本文范围的情况下，可以对示范性实施例做出改变和修正。例如，各种操作步骤以及用于执行操作步骤的组件，可以根据特定的应用或考虑与系统的操作相关联的任何数量的成本函数以不同的方式实现(例如一个或多个步骤可以被删除、修改或结合到其他步骤中)。
132.另外，如本领域技术人员所理解的，本文的原理可以反映在计算机可读存储介质上的计算机程序产品中，该可读存储介质预装有计算机可读程序代码。任何有形的、非暂时性的计算机可读存储介质皆可被使用，包括磁存储设备(硬盘、软盘等)、光学存储设备(cd-rom、dvd、blu ray盘等)、闪存和/或诸如此类。这些计算机程序指令可被加载到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备上以形成机器，使得这些在计算机上或其他可编程数据处理装置上执行的指令可以生成实现指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器可以指示计算机或其他可编程数据处理设备以特定的方式运行，这样存储在计算机可读存储器中的指令就可以形成一件制造品，包括实现指定功能的实现装置。计算机程序指令也可以加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，从而在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生一个计算机实现的进程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令可以提供用于实现指定功能的步骤。
133.虽然在各种实施例中已经示出了本文的原理，但是许多特别适用于特定环境和操作要求的结构、布置、比例、元件、材料和部件的修改可以在不脱离本披露的原则和范围内使用。以上修改和其他改变或修正将被包含在本文的范围之内。
134.前述具体说明已参照各种实施例进行了描述。然而，本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本披露的范围的情况下进行各种修正和改变。因此，对于本披露的考虑将是说明性的而非限制性的意义上的，并且所有这些修改都将被包含在其范围内。同样，有关于各
种实施例的优点、其他优点和问题的解决方案已如上所述。然而，益处、优点、问题的解决方案以及任何能产生这些的要素，或使其变得更明确的解决方案都不应被解释为关键的、必需的或必要的。本文中所用的术语“包括”和其任何其他变体，皆属于非排他性包含，这样包括要素列表的过程、方法、文章或设备不仅包括这些要素，还包括未明确列出的或不属于该过程、方法、系统、文章或设备的其他要素。此外，本文中所使用的术语“耦合”和其任何其他变体都是指物理连接、电连接、磁连接、光连接、通信连接、功能连接和/或任何其他连接。
135.具有本领域技术的人将认识到，在不脱离本发明的基本原理的情况下，可以对上述实施例的细节进行许多改变。因此，本发明的范围应根据以下权利要求确定。