用于超声成像的稀疏卷积波束形成

商用医学超声系统用于形成 B-mode 图像的标准技术是延迟求和（DAS）波束形成。然而，DAS 通常导致有限的图像分辨率和对比度，这由超声换能器的中心频率和孔径尺寸决定。大量的阵元可以提高分辨率，但同时会增加数据尺寸和系统成本，因为每个阵元都需要接收电子设备。因此，在产生高质量图像的同时减少接收通道的数量非常重要。在本文中，我们引入了一种称为卷积波束形成算法（COBA）的非线性波束形成器，它实现了横向分辨率和对比度的显著改善。此外，它可以使用快速傅里叶变换高效实现。基于 COBA 概念，我们接下来提出了两种具有传感器位置闭式表达式的稀疏波束形成器，它们在使用远少数阵元的情况下产生与 DAS 和 COBA 相同的波束方向图。对阵元数量的优化表明，它们所需的最少阵元数量约为 DAS 所用阵元数量的平方根级。所提出方法的性能使用模拟数据、体模扫描和体内心脏数据进行了测试和验证。结果表明，COBA 在分辨率和对比度方面优于 DAS，并且所提出的波束形成器在生成与 DAS 相当或更高质量的图像的同时，实现了大幅度的阵元缩减。