[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

技術領域

本發明涉及一種基于超聲波的醫學影像學成像方法，尤其涉及一種合成聚焦的便攜式B型超聲成像方法。

背景技術

便攜式B型超聲設備具有體積小、成本低、方便攜帶、可用交流電或機內電池供電等特點，非常適合在鄉村或社區醫院、野戰醫院等場合使用，因此近些年便攜式B型超聲的臨床應用普及率和產品的市場增長率持續增加。但是，如何在確保上述良好應用性能的前提下，進一步提高便攜式B型超聲設備的成像質量是相關工程技術領域頗為引人關注的問題。在B型超聲成像系統中，波束形成環節對成像質量起著決定性的作用。傳統的延時疊加算法的成像模式限制了分辨率的提高，因此不少學者對波束形成環節進行算法改進來提高成像質量，如J.A.Jensen等人在“Synthetic?aperture?ultrasound?imaging,2006”中指出合成孔徑波束形成技術可以有效的提高超聲成像分辨率。Hongxia?Yao在“Synthetic?Aperture?Methods?forMedical?Ultrasonic?Imaging，1997”中對各種合成孔徑波束形成方法性能進行了比較。就成像質量而言，合成聚焦波束形成算法是各合成孔徑波束形成算法中性能最優越的。但是在傳統的SF超聲成像的圖像重建過程中，需要每個陣元依次發射，所有陣元同時接收，每次接收得到的射頻回波信號進行波束形成產生一條射頻信號線，最后將所有的射頻信號線共同用于一幀圖像的生成，這導致系統的復雜度增大（需要額外的大量存儲空間來存放數據）、要處理的數據量也規模龐大。特別是隨著陣元數量的增加，該問題會更加突出。所以，傳統的SF難以在便攜式B型超聲設備中得到實際應用。

發明內容

針對背景技術中所述的傳統的SF波束形成算法的系統復雜度高、需要處理的數據規模龐大、很難應用在便攜式B型超聲設備中的問題，本發明基于壓縮感知理論提出了一種合成聚焦的便攜式B型超聲成像方法。

本發明的具體方案如下：

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