[發明專利]一種合成聚焦的便攜式B型超聲成像方法

有效

• 申請號: 201210480709.7
• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN102920478A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 孫豐榮;杜衍震;李凱一;金鑫
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

1.一種合成聚焦的便攜式B型超聲成像方法，便攜式B型超聲設備的射頻回波信號在模/數轉換處理中被隨機采樣，然后進行波束形成、解調檢波處理而形成欠采樣的掃描線，最后采用壓縮感知的信號重構方法對欠采樣的掃描線進行信號恢復后顯像；假定便攜式B型超聲設備有定點聚集和動態聚焦兩種聚焦模式，探查深度為D，每條掃描線包含M個像素，換能器的陣元個數為N，編號依次為1,2,…,N；記選通陣元索引指示器為I，其值為換能器的陣元編號；本發明步驟如下：

S1)預處理

確定便攜式B型超聲設備的聚焦模式，并據此確定模/數轉換器對原始超聲射頻回波信號開始采樣的延時；確定欠采樣率η；確定壓縮感知的信號重構方法中的稀疏化變換Ψ，該變換為離散的小波變換，或者為離散的余弦變換；初始化選通陣元索引指示器I的值為1；

S2）產生偽隨機脈沖序列和測量矩陣

便攜式B型超聲設備的主控芯片產生偽隨機脈沖序列，記作{τ}，其第i個脈沖的到達時刻記作τ_i；測量矩陣為壓縮感知的信號重構方法中所使用的測量矩陣，記作Ф，其結構有如下特征：（1）測量矩陣Ф的列數為M，行數記為K，K=η·M，（2）Ф的每行只有一個元素的值為1，其余元素的值都為0，且Ф的第一行、第一列元素的值為1，（3）Ф的第j行值為1的元素所在的列為其中τ_j為偽隨機脈沖序列第j個脈沖的到達時刻，τ₁為偽隨機脈沖序列第1個脈沖的到達時刻，υ為超聲波在探測介質中的傳播速度，D為便攜式B型超聲設備的探查深度，M為每條掃描線包含的像素個數；

S3）換能器的一個陣元發射超聲波

便攜式B型超聲設備換能器的一個陣元在高壓脈沖的激勵下發射超聲波，該陣元的編號為I的值；上述高壓脈沖是便攜式B型超聲設備的主控芯片所產生的高頻激勵脈沖經高壓脈沖產生電路得到；

S4）換能器的所有陣元都接收超聲射頻回波信號

便攜式B型超聲設備換能器的所有陣元都接收超聲射頻回波信號；對每個陣元所接收到的超聲射頻回波信號都進行前置放大、時間增益補償前端處理，獲得原始超聲射頻回波信號集{X₁,X₂,…,X_N}，其中X_i(i=1,2,…,N)為第i個陣元接收到的、經上述前端處理后的原始超聲射頻回波信號；

S5）隨機采樣的模/數轉換

對原始超聲射頻回波信號X₁,X₂,…,X_N進行模/數轉換處理；該模/數轉換處理是基于隨機采樣的；該隨機采樣是由步驟S2）產生的偽隨機脈沖序列{τ}控制模/數轉換器對每個原始超聲射頻回波信號的采樣時刻實現的，具體為：模/數轉換器對第i個原始超聲射頻回波信號X_i的第k個采樣點的采樣時刻為τ_k+□t_i，其中τ_k為偽隨機脈沖序列{τ}第k個脈沖的到達時刻，□t_i為模/數轉換器對第i個原始超聲射頻回波信號X_i開始采樣的延時；原始超聲射頻回波信號經隨機采樣的模/數轉換處理后，獲得欠采樣的超聲射頻回波信號集{Y₁,Y₂,…,Y_N}，其中信號(i=1,2,…,N)為第i個原始超聲射頻回波信號X_i經上述隨機采樣的模/數轉換處理后獲得的欠采樣的超聲射頻回波信號，(n=1,2,…,K)為該欠采樣的超聲射頻回波信號的第n個離散信號點，K為步驟S2）所述測量矩陣Ф的行數；

S6）波束形成

對欠采樣的超聲射頻回波信號Y₁,Y₂,…,Y_N進行疊加求和，得到欠采樣的超聲射頻信號線L={l₁,…,l_K}，其中(j=1,2,…,K)為欠采樣的超聲射頻信號線L的第j個離散信號點，K為上述測量矩陣Ф的行數；

S7)解調檢波、對數壓縮

對欠采樣的射頻信號線L進行解調檢波處理得到到欠采樣的掃描線，也稱作欠采樣的聲線，或欠采樣的視頻信號線；然后對欠采樣的掃描線進行對數壓縮以減小輸出動態范圍,經此對數壓縮處理的欠采樣的掃描線記作l；

S8）壓縮感知的信號重構

采用壓縮感知的信號重構方法，對欠采樣的掃描線l進行信號恢復；壓縮感知的信號重構方法中的測量矩陣是上述矩陣Ф，稀疏化變換為Ψ；待恢復掃描線記作x，在稀疏化變換下的稀疏化表示記作v，其表達式為x=Ψv；首先通過對欠采樣的掃描線l的表達公式l=ФΨv來求解得到待恢復掃描線x的稀疏化表示v，然后再利用稀疏化表達式x=Ψv得到待恢復掃描線x；待恢復掃描線x是M維的；

S9）幀緩存

將恢復后的掃描線x送入幀緩存進行存儲；令選通陣元索引指示器I的值加1；判斷選通陣元索引指示器I的值是否為N+1，若選通陣元索引指示器I的值為N+1，則轉到步驟S10），否則返回步驟S2）；

S10）顯像

便攜式B型超聲設備顯示一幀圖像。