[發明專利]基于先驗反射成像的超聲CT聲速成像的方法

有效

• 申請號: 201910056971.0
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109875606B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 屈曉磊;姚子升;樊尚春
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A61B8/08
• 分類號: A61B8/08;A61B6/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于先驗反射成像的超聲CT聲速成像的方法，包括步驟：獲取壓電超聲換能器陣列接收的原始數據；利用原始數據，采用合成孔徑的方法進行反射成像，得到分辨率較高的反射圖像，據此獲取介質水所占據的區域的位置；獲得行程時間差異圖；將目標體的待測區域離散化為N×N個網格，利用雙線性插值法得到系數投影矩陣，建立含N×N個未知數的線性方程組模型；利用全變差正則化方法對線性方程組模型進行求解，得到待測區域的聲速的重建結果。本方法不僅使待重建區域大幅度減小，而且提高了超聲CT聲速成像技術中重建圖像的質量，使之更接近于真實聲速分布。

技術領域

本申請屬于生物醫學超聲學中的超聲CT成像技術領域，更具體地涉及一 種基于先驗反射成像的超聲CT聲速成像的方法。

背景技術

超聲CT成像檢查方法具有非侵入、無輻射的優點，且不依賴于醫師的操 作，因此具有較好的應用前景。這一技術的基本出發點是通過發送和接收超 聲波的方式對目標體的結構分布進行探測。接收到的信號中包含了大量與目 標體介質參數有關的信息，以傳感器檢測到的信號為基礎，即可通過相應的 一些算法，重建我們所需要的目標體的介質參數信息，常用的有聲速、衰減 系數等。

超聲CT成像具有多種模態，既可以利用回波信息進行成像，也可以利用 透過波的信息進行成像。現有的超聲CT聲速圖像重建大多基于單模態的方 法，即分別利用這些模態的信息，實現對目標體內部結構分布的探測。例如， 現有的基于透過波的聲速成像方法，較有代表性的有聯合代數重建方法 (SART)和吉洪諾夫正則化重建方法，前者原理簡單，計算量小，但是易受 噪聲影響，重建結果不夠準確；后者對正則化參數的選取要求較高，且重建結果往往過于平滑，容易丟失一些關鍵信息，總體而言亦不能達到滿意的水 平。

發明內容

為了至少部分的解決上述已有技術存在的不足，本發明設計了一種基于 先驗反射成像的超聲CT聲速成像方法，旨在對多種模態的超聲CT成像方法 進行融合，在反射成像的基礎上，利用透過波的信息進行聲速成像，以期提 高超聲CT聲速成像技術中重建圖像的質量，使之更接近于真實聲速分布， 從而為該技術的實際應用提供一定的參考。

根據本發明的一方面，提供了一種基于先驗反射成像的超聲CT聲速成 像的方法，包括如下步驟：

S1.將壓電超聲換能器陣列環繞目標體，一并放入其中容納有介質水的 水箱中，獲取壓電超聲換能器陣列接收的原始數據，所述原始數據包括各壓 電超聲換能器從水箱內的介質水接收的第一組數據，和各壓電超聲換能器從 目標體的待測區域內的待測介質接收的第二組數據；

S2：利用步驟S1中所獲取的原始數據，采用合成孔徑的方法進行反射 成像，得到分辨率較高的反射圖像，據此獲取介質水所占據的區域的位置；

S3：分別提取各壓電超聲換能器接收第一組數據和第二組數據的最早接 收時間，通過對應作差，獲得行程時間差異圖；

S4：將目標體的待測區域離散化為N×N個網格，利用雙線性插值法得 到系數投影矩陣L，矩陣的元素L_ij代表第j個像素對第i條路徑上各點的聲 速值的貢獻。建立含N×N個未知數的線性方程組模型Ls＝T，其中，T為 步驟S3中獲得的行程時間差異圖向量化的結果；s為待測介質的待求聲速的 倒數值；

S5：結合步驟S2中所獲取的介質水所占據的區域的位置，對介質水所 在區域直接設定其聲速值為定值，并利用全變差正則化方法對步驟S4中建 立的線性方程組模型進行求解，得到待測區域的聲速的重建結果。

在一些實施例中，介質水所占據的區域的位置可以位于反射圖像輪廓的 外部。

在一些實施例中，步驟S5具體為：

將線性方程組模型轉化為最優化問題，并利用偽牛頓法進行求解，公式 如下：