[發明專利]基于壓縮感知的超聲成像方法和終端

在審

• 申請號: 201611091236.6
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106725594A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 張瓊
• 申請（專利權）人: 汕頭大學醫學院
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 湯財寶

技術領域

本發明涉及超聲成像技術領域，尤其涉及一種基于壓縮感知的超聲成像方法和終端。

背景技術

超聲成像技術是現代醫學超聲診斷中極為重要的技術，它利用脈沖回波檢測原理對人體組織進行成像，協助臨床應用對各種病癥進行診斷。由于其廉價、使用方便、無副作用等優點，已成為當今四大主流醫學成像手段之一。

現有的超聲成像方法是位于聚焦點的點散射體對照射的超聲波產生反射，這些反射波傳輸到換能器，通過壓電陣元轉化成電子信號，再通過延時相加(delay and sum，以下簡稱DAS)方法進行合成后重建出圖像。然而DAS方法是一種與信號本身不相關的重建方法，其對不同通道接收到的超聲回波信號施加特定的延時后再相加求和，得到目標點的聚焦信號。由于DAS方法采用獨立于接收回波信號并且采用預先定義好的、固定的加權系數，沒有充分利用回波數據的本身特點，獲得的主瓣寬度過寬，旁瓣高度過高。而且主瓣寬度和旁瓣高度之間存在著相互制約，即當抑制旁瓣水平的同時會展寬主瓣寬度，因此不能夠獲得很好的圖像分辨率和對比度。

相比于DAS方法，基于最小方差準則(Minimum Variance，以下簡稱MV)的自適應波束合成方法可以提供更好的分辨率，但其較復雜的計算過程通常會引入很多的計算量。在實際使用中，成像系統為了滿足奈奎斯特采樣率，尤其在高采樣率情況下，會導致較大數據量及對應的計算量。例如，目前通常的超聲成像系統中，后向散射信號的頻率范圍是2MHz-12MHz。根據奈奎斯特采樣定理，最低采樣率必須要大于或等于兩倍的信號帶寬，否則信號頻譜會出現混疊，不能準確的恢復出原信號。而在實際工程應用中，為了避免混疊，提高分辨率和降低噪聲，采樣率至少是信號最大頻率的4倍。因此，采樣頻率通常是50MHz。

發明內容

本發明要解決的是現有技術中超聲成像實際采集信號較多、運算效率低的技術問題。

為解決上述問題，本發明提供了一種基于壓縮感知的超聲成像方法，該方法包括以下步驟：

將超聲陣元接收的信號與預設的線性測量矩陣進行內積計算，得到實際接收的后向散射信號y；

根據分辨率要求，離散化目標區域，生成對應的超完備字典矩陣V_DCS；

結合所述超完備字典矩陣V_DCS和所述后向散射信號y，通過如下公式進行最大似然估計的求解，得到目標向量f：

y＝V_DCS·f；

將所述目標向量f轉換為圖像矩陣。

其中，所述將超聲陣元接收的信號與預設的線性測量矩陣進行內積計算，得到實際接收的后向散射信號y，包括：

第i個超聲陣元在時間t接收到信號x_i(t)：

其中，

Q表示散射點的數目，K表示超聲陣元的數目，s_j表示第j個散射點的后向散射信號，τ_i(ρ_j)表示散射點ρ_j到第i個超聲陣元的傳輸延遲，表示第i個超聲陣元的空間位置，表示散射點ρ_j的空間位置，c表示聲速；

將第i個超聲陣元接收到的信號x_i表示為：

x_i＝ψ*θ_i(3)；

其中，‖θ_i‖₀＝S；

S為信號x_i(t)在基ψ中的稀疏度；

將x_i與大小為M_i×N_t的預設的線性測量矩陣進行內積計算，得到第i個超聲陣元實際接收的后向散射信號y_i：

其中M_i＜＜N_t，M_i為第i個超聲陣元實際接收的后向散射信號y_i的個數，且M_i在其中一個陣元中的稀疏度為2S，在其他陣元的稀疏度為S；

則K個超聲陣元實際接收的后向散射信號y表示為：

y＝[y₁^T,y₂^T,…y_k^T]^T(5)。

其中，所述根據分辨率要求，離散化目標區域，生成對應的超完備字典矩陣V_DCS，包括：