超声成像波束形成的基本理论汇总

超声成像波束形成的基本理论声场在成像场域的分布称为波束形成（beamforming）。波束形成在整个超声中处于心位置，对成像质量起着决定性的作用，如图 2.1。（包括屮杯堂换和线性捕值）M2.1 超声成像系统结构图Fig.2.1Ultinsoundsystemblockdin^rajn本章以传统的延时叠加波束形成方法为中心来阐述波束形成的基本原理及其对波束形成的影响，并介绍了波束控制方法（聚焦偏转、幅度变迹、动态孔径）及成像质量的评价标隹。.1 延时叠加波束形成算法延时叠加波束形成是超声成像中最传统、最简单也是应用最广泛的成像方法，它包括发射聚焦和接收聚焦两种方式。由于成像过程实际就是对成像区域逐点聚焦，所以一帧完整的图像需要进行至少上万次的聚焦才能完成。如果采用发射聚焦方式来实现超声成像，则完成一帧超声图像需要非常长的时间（至少需要几分钟），不符合实时成像的要求。因此，平常所说的延时叠加波束形成一般是指接收聚焦，其形成过程如图 2.2 所示。脉冲駆勒电踣超声卜 1波滤波放人 Ml）控制投射数字波柬接收信号的超戶化逍器阵列延时单元接收模式图 2.2 延时車加波束形成Fig-'2.2DelayandStunbeamfonning由图 2 立可灿延时料加波東底倉是对不同通道接收到的趙胆回波信号施加特定的延时后再相加求和.得到目标点的聚焦信号•其数字表达式为国匕二 c其 1札曲）为接收的超声回波信号.卅为阵元魁如 rlc 为超声液从场点到悄濮耦阵列坐标康点的传播时亂軸为第 n 个阵元施加的延时.下面研究延时疊加班虫形成托幣个丿:-场仪域的沖场仆布,从血泮价尊对波亲形懺的尴响.1.1 声场分布的计算图像分辨率通常是评价图像质量的重要标准之一，而在超声成像系统中的图像横向分辨率是由超声波束的声场分布决定的［25］。超声辐射声场的空间分布与换能器的辐射频率、辐射孔径及辐射面结构有关，称为换能器的空间响应特性为了表征换能器空间响应特性，常引入一指向性函数。指向性函数是描述发射器辐射声场或接收器灵敏度的空间函数。由于探头类型不尽相同，包括连续曲线阵、连续曲面阵、连续体性阵和离散阵四大类，因此指向性函数的类型也有所不同。本节以常用的凸阵探头（离散阵）为例介绍超声空间发射声场的计算图 23 口阵探头声场计算示意图Fig.2.3Hi«acousticfiddGEIICIIIationdiagramofconvexanayprobe图 2.3 所示，设阵元数为 N,阵元的半径为 R,相邻两阵元间的距离为 d,由于 d<