频域波束成形：通往压缩超声成像之路

超声成像技术利用多个换能器阵元进行组织可视化。每个阵元检测到的信号在进行数字波束成形之前会被采样。执行高分辨率数字波束成形所需的采样率远高于信号的奈奎斯特率，导致产生大量需要存储和处理的数据。最近开发的一种称为压缩波束成形的技术，基于有限创新率模型、压缩感知（CS）和 Xampling 理念，允许减少重建由强反射体组成的图像所需的采样数量。然而，该方法的一个缺点是无法处理散斑，而散斑在医学成像中至关重要。在此，我们基于先前的工作，将其扩展为频率域波束成形的通用概念。这使得我们能够利用超声信号的低带宽特性，绕过时域波束成形数字实现所强制要求的过采样。通过频率域波束成形，可以用少得多的采样获得相同的图像质量。接下来，我们提出了一种 CS 技术，仅使用波束成形信号带宽的一部分，从而进一步降低采样率。我们在活体心脏数据上展示了我们的方法，表明相较于标准波束成形速率，最高可实现 1/28 的降低。最后，我们展示了在超声设备上使用亚奈奎斯特采样和处理的实现方案。我们的结果证明，亚奈奎斯特处理概念在医学超声中是可行的，有望大幅减小未来超声设备的尺寸、功耗和成本。