[發明專利]一種基于射線理論的超聲CT圖像重建方法及系統

有效

• 申請號: 201910286906.7
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN110051387B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 尉遲明;丁明躍;方小悅;武云;宋俊杰;周亮;張求德;劉闊林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: A61B8/15
• 分類號: A61B8/15
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明屬于功能成像技術領域，公開了一種基于射線理論的超聲CT圖像重建方法及系統，其中方法包括基于射線理論的超聲CT聲速重建方法及超聲CT衰減系數重建方法；基于射線理論的超聲CT聲速重建方法包括：(1)渡越時間之差的提取；(2)計算聲波從發射陣元到接收陣元經過的射線路徑；(3)反問題的求解：通過采用擬牛頓法解路徑?慢度?時間方程組，即可得到待測對象的速度重建值向量。本發明通過對方法的整體流程進行改進，尤其是通過對射線理論的優化，利用特定的射線計算處理方式，可實現快速、穩定的超聲CT聲速重建及超聲CT衰減系數重建，進而實現了基于射線理論的超聲CT圖像重建。

技術領域

本發明涉及超聲斷層成像中透射式超聲成像模式，屬于功能成像技術領域，更具體地，涉及一種基于射線理論的超聲CT圖像重建方法及系統。

背景技術

超聲CT是指通過超聲探頭對物體發射超聲波并接收反射數據或者透射數據，利用這些數據重建出超聲斷層圖像，以便觀測物體內部的三維信息。超聲檢測具有價格低廉、對人體無害等優點，隨著探頭加工工藝和計算機高性能運算的快速發展，超聲斷層成像技術近些年來又再次成為了研究熱點。

超聲CT成像有兩種成像模式，反射式成像和透射式成像。由于采集多方位的反射信息，超聲CT的反射圖像具有更高的圖像分辨率，以便輔助醫生看到更微小的病變組織。而通過透射數據可以重建出聲速、衰減系數等功能參數，屬于功能像的領域。有研究指出，在病變早期，病變組織先有功能參數的變化，后有結構變化。因此，透射式成像對病變的早期成像和診斷具有重要意義，能更早地診斷出病變。

超聲CT聲速重建和衰減系數重建的重建方法大致相同，以超聲CT聲速重建方法為例，超聲CT聲速重建方法包括基于射線理論的重建方法和基于波動理論的重建方法。基于波動理論的重建方法成像分辨率更高，但是受微小誤差擾動影響較大，因而不夠穩定，并且運算量極大，目前還不適用于實際應用。基于射線理論的重建方法模型更簡單，魯棒性更高，并且運算量更小，目前來看是一類高效的、穩定的、實用的聲速重建方法。

目前國內外對超聲CT聲速重建方法的研究甚少。主要原因是該技術存在幾個難點：超聲CT系統的搭建難度較大，數據獲取困難；超聲CT聲速重建方法涉及大尺度的矩陣運算，需要大量的計算開銷；超聲CT聲速重建過程需要解決一個反問題，因而反問題的求解是一個難點。

基于射線理論的超聲CT聲速重建方法存在幾個難點：渡越時間的準確提取難度較大，受噪聲影響和系統誤差影響較大；射線路徑的計算方法眾多，針對不同應用場景適用性不同；同樣需要解決一個反問題，反問題的求解是一個難點。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種基于射線理論的超聲CT圖像重建方法及系統，其中通過對方法的整體流程進行改進，尤其是通過對射線理論的優化，利用特定的射線計算處理方式，可實現快速、穩定的超聲CT聲速重建及超聲CT衰減系數重建，進而實現了基于射線理論的超聲CT圖像重建。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于射線理論的超聲CT聲速重建方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)渡越時間之差的提取：

首先基于同一發射陣元和接收陣元，發射超聲波后分別采集來自純水和待測對象的超聲透射波的數據，分別得到按通道一一對應的純水數據、以及待測對象數據；

然后采用AIC法提取純水數據的渡越時間，記為tof_water；接著，確定匹配窗，以tof_water為窗起點，以純水數據的最大幅值處時間t_watermax為窗終點，則，窗長度記為w，匹配窗內的窗數據記為W_water；