[發(fā)明專利]一種基于混合子空間投影的廣義旁瓣相消超聲成像方法

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• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112120730A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王平;李錫濤;柳學(xué)功;崔士剛;郝建國;鄒德遠(yuǎn);劉忠洋;張瑞;孟繁興;陳曦;田訓(xùn);梁家祺;王慧悅;武超;李倩文;閻鑫龍;陳靖翰
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué);國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司檢修分公司
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00;G06F17/16
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發(fā)明涉及一種基于混合子空間投影的廣義旁瓣相消超聲成像方法，屬于超聲成像技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：預(yù)處理接收的回波信號；劃分子陣，對其前后向平滑和對角加載處理，獲得樣本協(xié)方差矩陣；對樣本協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解，并依據(jù)樣本協(xié)方差矩陣的特征值大小以及期望方向向量與樣本協(xié)方差矩陣的特征矢量相關(guān)性，構(gòu)造混合信號子空間；將廣義旁瓣相消器的期望方向向量投影到混合信號子空間的左奇異空間，并基于改進(jìn)后的期望方向向量構(gòu)造新的阻塞矩陣；形成廣義旁瓣相消波束；將該波束的權(quán)值投影到混合信號子空間進(jìn)行修正；利用修正后的權(quán)值對回波信號加權(quán)求和，得到合成信號，本發(fā)明可以顯著提高波束形成算法的穩(wěn)健性和成像質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于混合子空間投影的廣義旁瓣相消超聲成像算法。

背景技術(shù)

超聲成像具有安全、實時、便捷等優(yōu)點，因此在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字波束合成是超聲成像最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。而數(shù)字波束合成算法中應(yīng)用最廣泛、最簡單的波束形成算法是延時疊加(Delay And Sum,DAS)算法，它是根據(jù)陣元通道幾何位置關(guān)系對所接收的回波信號進(jìn)行延時量的計算，然后對延時后的數(shù)據(jù)對齊疊加。傳統(tǒng)DAS算法復(fù)雜度低，成像速度快，但由于其采用固定窗函數(shù)加權(quán)導(dǎo)致主瓣寬度增加，分辨率較低。

最小方差無失真波束形成器(Minimum Variance,MV)能夠有效提高成像圖像分辨率，通過干擾信號和期望信號的方向性差異對干擾及噪聲信號進(jìn)行濾除。然而其穩(wěn)健性差，不利于實際應(yīng)用。廣義旁瓣相消器(Generalized Sidelobe Canceller,GSC)作為最小方差無失真波束形成器的一種等效結(jié)構(gòu)其對成像的改善效果與其相差不大。近年來，有學(xué)者提出將特征空間算法引入廣義旁瓣相消器算法(Eigen Space Generalized SidelobeCanceller,ESGSC)中，通過將廣義旁瓣相消自適應(yīng)權(quán)矢量投影到基于協(xié)方差矩陣特征值大小所構(gòu)造出的信號子空間中，以提高廣義旁瓣消息器的對比度和噪聲抑制能力。然而基于特征空間的廣義旁瓣相消算法對于復(fù)雜環(huán)境成像中，往往會造成圖像失真。尤其對于強散斑以及強散射點周圍的背景進(jìn)行成像時，該算法會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的黑區(qū)偽像。這是由于干擾與噪聲對應(yīng)的特征值大于期望信號所對應(yīng)的特征值，從而導(dǎo)致了傳統(tǒng)特征空間廣義旁瓣相消器穩(wěn)健性變差。

綜上所述，目前亟需一種既能保持特征空間廣義旁瓣相消算法對比度及噪聲抑制性能，又能保持強散斑背景不失真、具有強穩(wěn)健性的波束形成算法。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于混合子空間投影的廣義旁瓣相消超聲成像方法，在保持傳統(tǒng)特征空間廣義旁瓣相消自適應(yīng)波束形成算法對比度性能基本不變的情況下，有效提高算法穩(wěn)健性，改善強散斑背景成像效果，從而提高算法綜合成像質(zhì)量。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于混合子空間投影的廣義旁瓣相消超聲成像算法，具體包括以下步驟：

S1：對超聲陣元接收的回波信號進(jìn)行放大、AD轉(zhuǎn)換和延時聚焦處理，以獲得超聲回波數(shù)據(jù)；得到延時聚焦處理之后的信號x_d(k)；

S2：將接收陣列依次劃分為具有重疊陣元的子陣，然后對相應(yīng)接收子陣的回波信號進(jìn)行前后向平滑和對角加載處理，以獲得樣本協(xié)方差矩陣；

S3：對樣本協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解，并依據(jù)樣本協(xié)方差矩陣的特征值大小以及廣義旁瓣相消器的期望方向向量與樣本協(xié)方差矩陣的特征矢量的相關(guān)性，共同構(gòu)造混合信號子空間；

S4：將廣義旁瓣相消器的期望方向向量投影到混合信號子空間的左奇異空間，并基于改進(jìn)后的期望方向向量構(gòu)造新的阻塞矩陣；

S5：利用改進(jìn)后的期望方向向量和新的阻塞矩陣進(jìn)行廣義旁瓣相消自適應(yīng)波束形成；

S6：將廣義旁瓣相消波束形成后得到的權(quán)值投影到混合信號子空間進(jìn)行修正；