CN101642378B - 控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法和装置，该方法通过设定至少一个目标零点频率并根据所设定的目标零点频率来构造频谱函数F(ω)，从而计算时域波形，得到发射脉冲的波形；另一方面，按照本发明实施例设计的特殊频谱的波形可以在具有不对称的电平发射系统上实现，提高了发射前端控制频谱的能力。

Description

控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法和装置

技术领域

本发明涉及脉冲频谱的控制技术，具体涉及与医用超声成像系统的组织谐波成像(Tissue Harmonic Imaging：THI)的发射相关的脉冲频谱控制方法和装置。

背景技术

医用超声成像诊断设备利用超声波在人体中的传播，得到人体组织和器官结构的超声波特征信息。目前的超声诊断系统通常采用多阵元探头。在这种系统中，将高压脉冲波加载在探头各阵元上，激励阵元产生高频超声波进而形成发射波束进入人体。探头各阵元接收人体组织结构散射或反射的回波，形成接收波束。超声诊断系统提取超声回波中的信息，利用各种成像模式进行显示。

THI成像是超声成像的一种方式，它通过发射单一频率的基波信号，接收回声中的高阶谐波分量来提取人体组织的非线性特征，最后形成谐波图像。在THI成像过程中，超声前端发射基波信号进入人体组织，由于人体组织是一种非线性传播介质，基波在传播过程中会产生高次谐波分量，通过检测高次谐波分量，可以得到与人体组织非线性相关的信息。由于谐波信号是在人体组织中由非线性效应产生的，它的声场分布相对于基波的声场分布具有较小的旁瓣，所以图像上会有较少的伪像；另一方面，由于它具有更短的波长，所以它对人体组织的分辨率会高于基波。

然而，由于超声系统硬件的非线性等各种因素，发射信号中可能会包含谐波分量。例如，高压发射电路可能会在把脉冲波加载到探头之前将谐波能量引入发射脉冲中；另外，探头的非线性效应也可能会把谐波分量引入发射脉冲中。而THI成像的质量依赖于根据人体内非线性效应产生的高次谐波形成的图像，把不期望的谐波分量引入发射脉冲中，会导致THI成像的质量下降，因为如果发射脉冲包含有显著的谐波分量，则由此生成的谐波图像还将包含与该谐波分量在人体内的线性传播和散射相关的信息，这部分信息将会掩盖人体组织的非线性响应。

因此，对于THI成像来说，要求超声系统发射的基波波形频谱中的谐波分量比较弱；同时对于发射单个脉冲成像来说，希望可以分开回波中的基波和谐波，这就要求发射波形的频谱尽量降低谐波旁瓣同时减小基波的主瓣宽度。

目前THI成像有两种方式，一种是组织谐波，即通过对回波信号进行滤波以滤除基波信号，得到谐波成分。另一种是正反谐波，即通过发射两次反相的波形，将两次回波信号相加，抵消其中的基波成分，得到谐波信号。虽然第二种方法比第一种具有更高的信噪比，但是两次发射降低了成像帧率。所以在需要高帧率的场合，仍然运用第一种方法。而第一种方法需要尽可能地减少发射脉冲中的谐波分量，从而使谐波分量全部来自于人体组织的非线性响应。而后端的滤波处理则要求回波中的基波同谐波尽量分开，这就要求发射中基波的主瓣宽度应该小于基频的一半。

在一种现有技术中，公开了使用波形预失真的超声成像系统和方法。该方法适用于可发射任意波形的前端系统，其频谱的控制对象是基于高斯包络的载波信号脉冲波形。在该现有技术中，对于电路和探头系统非线性产生的发射信号中的谐波分量，通过加入预失真信号来抵消，也就是，为了减少发射脉冲中与系统非线性相关的谐波分量，将以基波频率为中心的发射波形与预失真分量结合，来抵消发射脉冲中的谐波分量，因为预失真分量与系统非线性产生的失真分量幅度相同而相差180度，这种技术被称为脉冲精确控制技术。由于这种方案是从高斯包络的正弦载波信号出发的，所以可以得到很干净的发射波形频谱。但是，这种可发射任意波形的前端系统价格昂贵，仅应用于高档机型中。而在中档机型中则是通过多级电平电源系统来发射脉冲的。

按照另一种现有技术，在多级电平发射系统中，公开了一种通过具有对称的正负电平的发射电路来产生具有较低谐波分量的脉冲信号的方法。在该方法中，首先给定初始的两电平脉冲(“rootwaveform”)，而后将“root waveform”同它的相移180度的波形相减，其结果等效于在原来的频谱上乘以一个因子

因为该因子在谐波频点ω＝2ω₀具有零点，于是最终波形中的谐波分量得到了抑制。由于电源系统的限制，该方法只考虑了从单电平信号来构造三电平信号。因此，它只能通过两个单电平波形相加或减来改善波形，得到的波形频谱依赖于原始的波形频谱，所以这种方法对频谱的控制能力有一定的局限性。按照又一种现有技术，公开了一种采用PWM调制的高斯包络的载波脉冲信号的频谱控制方法。在该方法中，通过将两个相差90度的载波脉冲波形相加来抑制原来波形频谱中的谐波分量，其结果等效于在原来的频谱上乘以一个因子它的初始波形采取了PWM调制的高斯包络信号，这样做的好处是在基频主瓣附近频谱比较干净。

现有技术的方法通过将原始的波形和时移后的波形线性相加或相减来调整频谱的零点。依靠这种方法产生的波形，第一个限制是频谱依赖于原始波形，需要事先设计较好的原始波形；第二个限制是最终波形电压幅度是原始波形的电平幅度的相加或相减，不能任意调节，从而降低了设计的自由度。

另一方面，现有技术中的硬件实现都是基于三电平系统的，即具有对称的正、负电平和零电平的发射系统，这种要求限制了发射前端控制频谱的能力。

发明内容

本发明提供一种控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法和装置，克服了现有技术的缺陷，并且可以此抑制发射脉冲中的谐波分量并减少基波的主瓣宽度。为实现这一目的，本发明采取了如下的技术方案。

按照本发明实施例的一个方面，提供了一种控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法，该方法包括如下步骤：设定至少一个目标零点频率；根据所述目标零点频率，构造频谱函数F(ω)，所述频谱函数F(ω)的零点频率包括所述目标零点频率；根据所述频谱函数F(ω)，计算时域波形，所述时域波形即为发射波形。

按照本发明实施例的另一个方面，提供了一种控制谐波成像的发射脉冲频谱的装置，该装置包括：设定模块，用于设定至少一个目标零点频率；构造模块，用于根据所述目标零点频率构造频谱函数F(ω)，所述频谱函数F(ω)的零点频率包括所述目标零点频率；计算模块，用于根据所述频谱函数F(ω)计算时域波形，所述时域波形即为发射波形。

本发明改进了超声成像系统中THI成像模式下控制发射前端的脉冲发射的方法。在超声成像系统的THI成像模式下，需要改善发射波形的频谱分布来更好地提取回波中的谐波分量，提高图像质量。由于发射电路的限制，需要对有限电平脉冲的频谱进行控制。本发明提供的方法根据脉冲频谱零点的分布，通过构造频谱，直接计算有限电平的脉冲波形，继而控制频谱的所有零点，而不再依赖原始波形来改善频谱；另一方面，按照本发明实施例设计的发射前端的正负电平不一定是对称的，这样在硬件设计上拓展了现有技术方法的自由度，按照本发明方法设计的特殊频谱的波形可以在具有不对称的电平发射系统上实现，提高了发射前端控制频谱的能力。由于本发明提供的方法可以控制频谱的所有零点，进而可以抑制发射脉冲中的谐波分量并限制基波的主瓣宽度。

下面将结合附图并通过具体实施例对本发明进行进一步说明。

附图说明

图1示出的是按照本发明实施例的、控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法的流程图；

图2示出的是按照本发明一个实施例得到的脉冲波形；

图3示出的是按照本发明另一个实施例得到的脉冲波形；

图4示出的是按照本发明又一个实施例得到的脉冲波形；

图5示出的是按照本发明一个实施例的、加入可调电压之前得到的脉冲波形；

图6示出的是按照本发明一个实施例的、加入可调电压之后得到的脉冲波形；

图7示出的是按照本发明实施例的、控制谐波成像的发射脉冲频谱的装置的示意图；

图8示出的是七阶二项式波形及其对应的频谱；

图9示出的是九阶二项式波形及其对应的频谱；

图10示出了通过零点限制基波的主瓣宽度；

图11示出的是七阶波形的实际频谱；

图12示出的是九阶波形的实际频谱。

具体实施方式

由于信号频谱中存在的零点对其附近频谱有抑制，因此通过控制频谱零点的位置就可以对某个区段的频谱进行抑制，而通过控制主瓣附近的零点可以限制基波主瓣的宽度并且也可以抑制旁瓣。

图1示出了按照本发明实施例的、控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法的流程图，该方法包括设定至少一个目标零点频率(步骤100)；根据目标零点频率构造频谱函数F(ω)(步骤102)；根据频谱函数F(ω)计算时域波形(步骤104)，计算得到的时域波形即为发射波形。其中频谱函数 $F\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{M(e^{\mathrm{j\ω}{t}_1},e^{\mathrm{j\ω}{t}_2},\·\·\·,e^{\mathrm{j\ω}{t}_n})}{N\left(\mathrm{\ω}\right)},$ n为大于或等于1的自然数。

在一个实施例中，

内符号为正的含有因子的项的数量与符号为负的含有因子

的项的数量相等，q＝1，2，…，n，n为大于或等于1的自然数。

在另一个实施例中， $M(e^{\mathrm{j\ω}{t}_1},e^{\mathrm{j\ω}{t}_2},\·\·\·,e^{\mathrm{j\ω}{t}_n})$ 包括至少一个因子

1≤k≤n，n为大于或等于1的自然数；其中 $M(e^{\mathrm{j\ω}{t}_1},e^{\mathrm{j\ω}{t}_2},\·\·\·,e^{\mathrm{j\ω}{t}_n})=(e^{\mathrm{j\ω}{t}_1}-1)\·\·\·(e^{\mathrm{j\ω}{t}_m}-1)(e^{\mathrm{j\ω}{t}_{m+1}}+1)\·\·\·(e^{\mathrm{j\ω}{t}_{m+p}}+1),$ m、p、n为大于或等于1的自然数，且m+p≤n。

在又一个实施例中， $M(e^{\mathrm{j\ω}{t}_1},e^{\mathrm{j\ω}{t}_2},\·\·\·,e^{\mathrm{j\ω}{t}_n})$ 中包括因子W(ω)， $W\left(\mathrm{\ω}\right)=\mathrm{\λ}{e}^{\mathrm{j\ω}{t}_1}\±e^{\mathrm{j\ω}{t}_2}\±\·\·\·\·\·\·\±e^{\mathrm{j\ω}{t}_h}\±a,$ n为大于2的自然数，h为大于或等于2的自然数，且h小于n，a为一常数。

其中根据频谱函数F(ω)计算时域波形(步骤104)还包括如下步骤：根据目标零点频率计算控制时间参数；根据控制时间参数计算组合时间参数；给组合时间参数分别赋予权值；将组合时间参数按序排列，得到分隔的时间区间；根据权值，计算各时间区间对应的脉冲幅值。其中当组合时间参数在频谱函数F(ω)展开后对应的项的符号为正时，为组合时间参数赋予负的权值；当组合时间参数在频谱函数F(ω)展开后对应的项的符号为负时，为组合时间参数赋予正的权值。其中使每个时间区间上的脉冲幅值等于比该时间区间上限小的所有组合时间参数对应的权重值之和，据此得到各时间区间对应的脉冲幅值。

下面通过按照本发明实施例的、控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法的应用示例，来对本发明实施例的控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法进行进一步详细的说明。

在一个实施例中，假设需要控制发射脉冲使得其频谱有3种零点，则此处可构造多项式型频谱为 $(e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_1}-1)(e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_2}-1)(e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_3}-1)/\mathrm{\&omega;},$ 其中t₁，t₂，t₃为控制时间参数，这种频谱对应的是时域的有限电平正负脉冲形式。该频谱的所有零点为 ${\mathrm{\&omega;}}_1=\frac{2\mathrm{m\&pi;}}{t_1}$ 、 ${\mathrm{\&omega;}}_2=\frac{2\mathrm{n\&pi;}}{t_2}$ 、 ${\mathrm{\&omega;}}_3=\frac{2\mathrm{l\&pi;}}{t_3}$ ，其中m、n、1为整数，ω₁、ω₂、ω₃对应了三个系列的频谱零点频率，由此可计算出控制时间参数t₁，t₂，t₃。只要对t₁，t₂，t₃进行合理组合，就能控制脉冲频谱中所有零点的位置。在本实施例中，假设t₁，t₂，t₃产生的组合时间点的排列顺序为：t₁<t₂<t₃<t₁+t₂<t₁+t₃<t₂+t₃<t₁+t₂+t₃，则0，t₁，t₂，t₃，t₁+t₂，t₁+t₃，t₂+t₃，t₁+t₂+t₃这8个点分隔开7个时间区间。根据上述多项式型频谱展开后每个组合时间参数所对应的项的符号为正或负，来为该组合时间参数赋予负或正的权重，例如上述多项式型频谱展开后t₁，t₂，t₃，t₁+t₂+t₃所对应的项的符号为正，所以其权重都是-1；而0，t₁+t₂，t₁+t₃，t₂+t₃所对应的项的符号为负，所以其权重都是+1，那么就可以验证脉冲中上述时间区间上所对应的脉冲幅值等于比该时间区间上限小的所有组合时间点的权重值之和，例如，t₃到t₁+t₂的时间区间上所对应的脉冲幅值为小于t₁+t₂的所有组合时间点0，t₁，t₂，t₃这四个时间点对应的权重值之和，其结果为-2。对于较少点数的情况，可以发现脉冲幅值只取有限的几个值。所以一般情况下从这种多项式型频谱出发，可以得到时域的有限电平信号。本实施例得到的频谱正负脉冲形式如图2所示。正如本实施例所示的，按照这种构造方法，可以纯粹按照频谱的零点分布来计算对应的时域波形，而不需要从原始波形出发来改善频谱。

还可以设计多项式型频谱使其同时具有加式因子和减式因子

例如，在一个实施例中，多项式型频谱取

$(e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_1}-1)(e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_2}-1)(e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_3}+1)/\mathrm{\&omega;},$ 则这个频谱的所有零点

为： ${\mathrm{\&omega;}}_1=\frac{2\mathrm{m\&pi;}}{t_1}$ 、 ${\mathrm{\&omega;}}_2=\frac{(2n+1)\mathrm{\&pi;}}{t_2}$ 、 ${\mathrm{\&omega;}}_3=\frac{(2l+1)\mathrm{\&pi;}}{t_3}$ ，可以同样的方法导出此频谱对应的有限脉冲波形。同样假设t₁，t₂，t₃产生的组合时间点的排列顺序为：t₁<t₂<t₃<t₁+t₂<t₁+t₃<t₂+t₃<t₁+t₂+t₃，则0，t₁，t₂，t₃，t₁+t₂，t₁+t₃，t₂+t₃，t₁+t₂+t₃这8个点分隔开7个时间区间。取决于上述多项式频谱展开后每个组合时间参数所对应的项的符号为正或负，来为该组合时间参数赋予负或正的权重，例如，上述多项式频谱展开后t₁，t₂，t₁+t₃，t₂+t₃所对应的项的符号为负，所以其权重都是+1；而0，t₁+t₂，t₃，t₁+t₂+t₃所对应的项的符号为正，所以其权重都是-1。同样可以验证脉冲中这些时间区间上所对应的脉冲幅值等于比该时间区间上限小的所有组合时间点的权重值之和。本实施例得到的多项式型频谱的波形分布如图3所示。

还可以验证上面的多项式型频谱，只要含有一个

减式因子，它就有所对应的时域波形，因为可以将多项式展开项两两结合，每项都具有

的形式，它对应中心在(t₁+t₂)/2，宽度为(t₁-t₂)的矩形脉冲，则整个多项式型频谱对应的脉冲波形，是这些矩形脉冲的叠加。当多项式型频谱只含有一个

减式因子时，它对应的是单相多电平(都是正电平)脉冲，如图4所示；如果多项式频谱含有两个或以上的

减式因子，它对应的时域脉冲为正负电平，如图2和3所示。

如果多级电平的电源系统中的电平值可以连续调节，为了利用电平连续可调的自由度，可以将频谱设计成如下的形式

其中w(ω)因子为已知频谱的波形，例如上面所构造的多项式型频谱。加入

因子之后由频谱出发得到脉冲波形的方法不变，而计算波形的权重因子将取值为-1，+1，λ和-λ。因为频谱零点满足λ＝2cos(ωt₃/2)、ωt₂＝ωt₃/2+2kπ，所以λ对频谱零点的控制也是可知的。要满足只有有限的电平，就需要多项式展开中含λ的因子与其它电平不交叠，

对应的波形为w(t)再加上它本身在时域上的平移。为了保证最后信号的电平只取有限的几个值，要求将w(t)的有电平区域移至零电平区域，可以采取这样的方法，让w(t)的占空比为1/3，把w(t)的时间划分为三类区间，标记为0、1、2区间，让w(t)存在电平的时间区间都在0区间内，空出来的1、2类时间区间让平移t₂、t₃后的w(t)占据，使得

让w(t)移位到第2类区间，使得

让w(t)移位到第3类区间，这样的话平移后波形与原来的波形不重叠，相加后的波形就只有比较少的电平。其中一个示例如图5和图6所示，图5为加入

因子之前得到的脉冲波形，图6为加入

因子之后通过该方法得到的脉冲波形。在图5中电平区域的占空比为1/3，如果在图5中每个脉冲宽度为T/6，则取t₂＝3/6T、t₁＝5/6T，加入

因子之后频谱变化如图6所示。引入λ会在很大程度上移动零点，使频谱零点分布不均匀，有利于控制局部频谱的零点分布，从而实现了通过调整电压幅度来调整波形频谱零点的作用。

以上是以n＝3(即设定的频谱零点有3个的情形)为例，对按照本发明实施例的方法进行了说明。但本发明并不限于此，其中n还可以是1、2、4、5等等。对于更一般的情形来说，当假设需要的频谱零点有n个时，则多项式型频谱为

$(e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_1}\&PlusMinus;1)(e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_2}\&PlusMinus;1)......(e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_j}\&PlusMinus;1)......(e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_n}\&PlusMinus;1)/\mathrm{\&omega;}$ 或

$(e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_1}\&PlusMinus;1)(e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_2}\&PlusMinus;1)......(e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_j}\&PlusMinus;1)......(e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_{n-2}}\&PlusMinus;1)(\mathrm{\&lambda;}{e}^{\mathrm{i\&omega;}{t}_{n-1}}-e^{\mathrm{i\&omega;}{t}_n}-1)/\mathrm{\&omega;},$

其中

为加式因子，

为减式因子，多项式各因子中的控制时间参数t₁，t₂，t₃......各不相同，组合时间参数为0，t₁，t₂，t₃，t₁+t₂，t₁+t₃，t₂+t₃，t₁+t₂+t₃，......，t₁+......+t_n，其他步骤可以按照上面描述的方法类推。

总之，对于一般性的频谱设计，能够根据给定频谱的零点位置，计算出所对应的有限电平脉冲波形。

从上面的描述可以看到，运用本发明实施例的方法，可以通过系统地控制零点，从而控制有限电平脉冲信号的频谱分布。而频谱零点可以同时通过时间和电压来调节，从而扩大了现有技术中的方法的自由度。

图7示出了按照本发明实施例的、控制谐波成像的发射脉冲频谱的装置的结构框图，该装置包括设定模块700、构造模块702和计算模块704。其中设定模块700用于设定至少一个目标零点频率；构造模块702用于根据目标零点频率构造频谱函数F(ω)，所述频谱函数F(ω)的零点频率包括目标零点频率；计算模块704用于根据频谱函数F(ω)计算时域波形，计算得到的时域波形即为发射波形。计算模块704还包括第一计算单元706、第二计算单元708、赋值单元710、分隔单元712和第三计算单元714。其中第一计算单元706用于根据所述目标零点频率计算控制时间参数；第二计算单元708用于根据所述控制时间参数计算组合时间参数；赋值单元710用于给所述组合时间参数分别赋予权值；分隔单元712用于将所述组合时间参数按序排列得到分隔的时间区间；第三计算单元714用于根据所述权值计算各时间区间对应的脉冲幅值。该装置可用于采用脉冲发射进行测量和成像的系统中。

最后，将结合实际应用阐述按照本发明实施例设计的零点在抑制谐波和减少基波主瓣宽度方面的实际应用结果。

1、通过调整零点的级数来对谐波进行抑制

如果两个以上零点同时存在于谐波点，则谐波频率附近的频谱会得到较大抑制。图8示出了控制谐波点存在7个零点时的频谱以及它对应的波形。在拥有正负电压可变的五级电平系统的超声系统上可实现此种发射波形。

上面的有限电平波形为二项式波形，二项式波形的频谱会比较接近高斯频谱，其好处是在中心频率主瓣附近频谱干净，从而有利于THI成像中对谐波分量的提取。

图8中所表示的是七阶二项式波形同它对应的频谱，其波形的系数从左到右分别为{1，-6，15，-20，15，-6，1}，这种波形具有不对称的正负电压，可以通过具有不对称发射电平的前端系统发射，在实际发射中得到的频谱如图11所示。

二项式波形的另一个缺点在于，在三次谐波附近有比较高的频谱。这个缺点可以通过调整构成二项式波形的矩形脉冲的宽度来改善。对于二项式波形，构成波形的矩形脉冲宽度为τ＝T₀/2，T₀为基波的周期， ${\mathrm{\&omega;}}_0=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{T_0}$ 为基频，

的第一个(最小的)非零频零点为 $\mathrm{\&omega;}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&tau;}}=\frac{4\mathrm{\&pi;}}{T_0},$ 正是谐波频率点的零点(二项式波形的所有零点皆在二次谐波点)，如果同时调整矩形脉冲的宽度，使第一个(最小的)零点移位到三次谐波点，也就是使 $\mathrm{\&omega;}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&tau;}}=\frac{6\mathrm{\&pi;}}{T_0},$ 即 $\mathrm{\&tau;}=\frac{T_0}{3},$ 故而将矩形脉冲宽度都调节为 $\mathrm{\&tau;}=\frac{T_0}{3},$ 可以使频谱的一个零点移到三次谐波频点，从而抑制三次谐波分量。而通过这种方法调节后的n阶二项式波形频谱将由

变为

由此通过同时降低所有矩形脉冲的宽度，可以抑制三次谐波。而这种改变对基频附近的频谱影响很小。图9所示为经过上述改进的九阶二项式波形，它的波峰的幅值为二项式系数{1，-8，28，-56，70，-56，28，-81}，它的矩形峰的宽度被减小以便抑制三次谐波附近的谱峰，其对应的实际发射波形的频谱如图12所示。

2、通过两个零点来削瘦主瓣

对于THI发射来讲，为了后面滤波处理的方便，需要减小回波中的基波与二次谐波的重叠，这就需要控制基波频谱主瓣的宽度。针对这一点，可以通过控制主瓣附近的零点来限制主瓣的宽度，图10所示的方案通过ω₀+Δω、ω₀-Δω两个零点来限制ω₀处的主瓣宽度，则结果中的主瓣宽度等于2Δω。原则上说，主瓣宽度取决于脉冲长度，而通过人为的控制，设计的脉冲在长度只有两个半周期情况下，其主瓣宽度能够和三个周期的方波波形相比较。

以上通过具体实施方式对本发明做了详细说明，不能认为本发明只局限于这些具体实施例。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明实质和精神的前提下，还可以对其进行修改和变更，这些都应当属于由本发明的权利要求书确定的保护范围。

Claims (16)

1.一种控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法，包括如下步骤：

设定至少一个目标零点频率；

根据所述目标零点频率，构造频谱函数F(ω)，所述频谱函数F(ω)的零点频率包括所述目标零点频率，其中频谱函数

其中n为大于或等于1的自然数，ω代表频率，

t为控制时间参数；

根据所述频谱函数F(ω)，计算时域波形，所述时域波形即为发射波形，其中计算对应的时域波形包括：

根据所述目标零点频率计算控制时间参数；

根据所述控制时间参数计算组合时间参数；

给所述组合时间参数分别赋予权值；

将所述组合时间参数按序排列，得到分隔的时间区间；

根据所述权值，计算各时间区间对应的脉冲幅值。

2.如权利要求1所述的控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法，其特征在于，所述

中，符号为正的含有因子

的项的数量与符号为负的含有因子

的项的数量相等，其中q＝1，2，…，n，n为大于或等于1的自然数。

3.如权利要求1所述的控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法，其特征在于，其中

包括至少一个因子

其中1≤k≤n，n为大于或等于1的自然数。

4.如权利要求3所述的控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法，其特征在于，

$M(e^{j{\mathrm{\&omega;t}}_1},e^{{\mathrm{j\&omega;t}}_2},...,e^{{\mathrm{j\&omega;t}}_n})=(e^{{\mathrm{j\&omega;t}}_1}-1)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;(e^{j{\mathrm{\&omega;t}}_m}-1)(e^{{\mathrm{j\&omega;t}}_{m+1}}+1)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;(e^{{\mathrm{j\&omega;t}}_{m+p}}+1),$

其中m、p、n为大于或等于1的自然数，且m+p≤n。

5.如权利要求2所述的控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法，其特征在于，其中

中包括因子W(ω)，其中 $W\left(\mathrm{\&omega;}\right)={\mathrm{\&lambda;e}}^{{\mathrm{j\&omega;t}}_1}\&PlusMinus;e^{\mathrm{j\&omega;}{t}_2}\&PlusMinus;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;e^{{\mathrm{j\&omega;t}}_h}\&PlusMinus;a,$ 其中n为大于2的自然数，h为大于或等于2的自然数，且h小于n，a为一常数。

6.如权利要求1所述的控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法，其特征在于，其中N(ω)＝ω。

7.如权利要求1所述的控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法，其特征在于，所述组合时间参数在所述频谱函数F(ω)展开后对应的项的符号为正，则为所述组合时间参数赋予负的权值；所述组合时间参数在所述频谱函数F(ω)展开后对应的项的符号为负，则为所述组合时间参数赋予正的权值。

8.如权利要求1所述的控制谐波成像的发射脉冲频谱的方法，其特征在于，使所述每个时间区间上的脉冲幅值等于比该时间区间上限小的所有组合时间参数对应的权重值之和，据此得到各时间区间对应的脉冲幅值。

9.一种控制谐波成像的发射脉冲频谱的装置，包括：

设定模块，用于设定至少一个目标零点频率；

构造模块，用于根据所述目标零点频率构造频谱函数F(ω)，所述频谱函数F(ω)的零点频率包括所述目标零点频率，其中

其中n为大于或等于1的自然数，ω代表频率，t为控制时间参数；

计算模块，用于根据所述频谱函数F(ω)计算时域波形，所述时域波形即为发射波形，其中所述计算模块包括：

第一计算单元，用于根据所述目标零点频率计算控制时间参数；

第二计算单元，用于根据所述控制时间参数计算组合时间参数；

赋值单元，用于给所述组合时间参数分别赋予权值；

分隔单元，用于将所述组合时间参数按序排列得到分隔的时间区间；

第三计算单元，用于根据所述权值计算各时间区间对应的脉冲幅值。

10.如权利要求9所述的控制谐波成像的发射脉冲频谱的装置，其特征在于，所述

中，符号为正的含有因子的项的数量与符号为负的含有因子的项的数量相等，其中q＝1，2，…，n，n为大于或等于1的自然数。

11.如权利要求9所述的控制谐波成像的发射脉冲频谱的装置，其特征在于，其中

包括至少一个因子

其中1≤k≤n，n为大于或等于1的自然数。

12.如权利要求11所述的控制谐波成像的发射脉冲频谱的装置，其特征在于，

$M(e^{j{\mathrm{\&omega;t}}_1},e^{{\mathrm{j\&omega;t}}_2},...,e^{{\mathrm{j\&omega;t}}_n})=(e^{{\mathrm{j\&omega;t}}_1}-1)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;(e^{j{\mathrm{\&omega;t}}_m}-1)(e^{{\mathrm{j\&omega;t}}_{m+1}}+1)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;(e^{{\mathrm{j\&omega;t}}_{m+p}}+1),$

其中m、p、n为大于或等于1的自然数，且m+p≤n。

13.如权利要求10所述的控制谐波成像的发射脉冲频谱的装置，其特征在于，其中

中包括因子W(ω)，其中 $W\left(\mathrm{\&omega;}\right)={\mathrm{\&lambda;e}}^{{\mathrm{j\&omega;t}}_1}\&PlusMinus;e^{\mathrm{j\&omega;}{t}_2}\&PlusMinus;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;e^{{\mathrm{j\&omega;t}}_h}\&PlusMinus;a,$ 其中n为大于2的自然数，h为大于或等于2的自然数，且h小于n，a为一常数。

14.如权利要求9所述的控制谐波成像的发射脉冲频谱的装置，其特征在于，其中N(ω)＝ω。

15.如权利要求9所述的控制谐波成像的发射脉冲频谱的装置，其特征在于，所述组合时间参数在所述频谱函数F(ω)展开后对应的项的符号为正，则为所述组合时间参数赋予负的权值；所述组合时间参数在所述频谱函数F(ω)展开后对应的项的符号为负，则为所述组合时间参数赋予正的权值。

16.如权利要求9所述的控制谐波成像的发射脉冲频谱的装置，其特征在于，使所述每个时间区间上的脉冲幅值等于比该时间区间上限小的所有组合时间参数对应的权重值之和，据此得到各时间区间对应的脉冲幅值。

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