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1. 超声波束合成作用

超声波束合成是一种通过调制超声波阵列的方向性以增强信号强度的技术。其核心在于将超声换能器聚焦于特定点（通常称为焦点），从而改善超声图像的对比度、空间分辨率和信噪比，为医学成像提供了更高的性能。

2. 超声波束合成常见方法

2.1 延时叠加法（DAS）

延时叠加法是最早应用于超声波束合成的传统方法。该方法通过对超声波信号进行时间延迟和叠加来形成波束，但其缺点在于主瓣宽度过宽，旁瓣信号过高，导致图像分辨率和对比度不足。

2.2 最小方差法（MV）

最小方差法是一种自适应波束合成方法，通过利用回波数据计算动态加权值，有效降低了旁瓣信号，显著提高了图像分辨率。该方法由Capon于1969年提出，核心原理是通过保持期望方向上的增益不变，使阵列输出最小化，从而优化了波束形成。

3. MV波束合成

参考文献：Synnevåg JF, Austeng K. Adaptive Beamforming Applied to Medical Ultrasound Imaging[J]. IEEE Transactions on Ultrasonics Ferroelectrics & Frequency Control, 2007.

3.1 空间平滑（Spatial Smoothing）

空间平滑是一种通过对阵元子阵进行平滑处理的预处理方法。具体来说，子阵长度为L，阵元个数为M，子阵个数为M-L+1。通过对子阵进行平滑，可以有效降低噪声对波束形成的影响，同时保留重要的信号成分。

3.2 对角加载（Diagonal Loading）

对角加载是一种增强波束方向特异性的技术。通过在阵元间引入对角加载系数 △=1/L，可以优化波束的方向性。该方法通过计算矩阵的秩，确保加载后的阵列具有良好的增益特性，同时有效抑制非目标方向的信号干扰。

3.3 计算权重

在完成对角加载后，需要通过最小化方差或其他优化方法计算最优权重矩阵。该过程确保波束在方向上具有最佳的增益特性，同时有效降低旁瓣信号的干扰。

4. 仿真结果

通过仿真研究表明，采用MV波束合成技术显著优于传统DAS方法。实验中使用96个阵元，工作频率为4MHz，阵元深度为18.5mm，散射点深度为30-80mm，散射点间距为2mm。仿真结果显示，在80mm成像深度处，MV波束图像的对比度和分辨率显著高于DAS波束图像。