[發(fā)明專利]一種結(jié)合深度學(xué)習(xí)與吉洪諾夫正則化反演的超聲CT聲速重建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011533818.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN112674794B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 屈曉磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州二向箔科技有限公司
• 主分類號(hào): A61B8/00
• 分類號(hào): A61B8/00
• 代理公司: 北京科家知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11427
• 代理人: 宮建華

本發(fā)明提供了一種結(jié)合深度學(xué)習(xí)與吉洪諾夫正則化反演的超聲CT聲速重建方法，包括以下步驟：S1：分別在純水介質(zhì)時(shí)和有目標(biāo)介質(zhì)時(shí)的環(huán)形超聲CT中獲取各超聲換能器接收到的原始數(shù)據(jù)，并獲取各超聲換能器接收信號(hào)的最早到達(dá)時(shí)間，繪制渡越時(shí)間差異圖；S2：利用深度學(xué)習(xí)的方法來(lái)擬合聲波折射影響帶來(lái)的非線性映射，以折射矯正的方式將S1中繪制所得的帶有折射影響的渡越時(shí)間差異圖矯正為對(duì)應(yīng)的無(wú)折射影響的渡越時(shí)間差異圖；S3：利用直線假設(shè)下的吉洪諾夫正則化反演方法對(duì)S2中所得的無(wú)折射影響的渡越時(shí)間差異圖進(jìn)行重構(gòu)，得到聲速圖像。通過(guò)本申請(qǐng)的公布，提高了重建結(jié)果的精度，并避免了多次迭代、正則化調(diào)參等繁瑣步驟。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)超聲學(xué)中的超聲斷層成像技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種結(jié)合深度學(xué)習(xí)與吉洪諾夫正則化反演的超聲CT聲速重建方法。

背景技術(shù)

超聲CT聲速重建技術(shù)是一種極具潛力的新型成像方式，以其無(wú)輻射性的，價(jià)格低廉，可產(chǎn)生定量的三維圖像等優(yōu)點(diǎn)展現(xiàn)出了很大優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)以一環(huán)形的超聲換能器陣列作為測(cè)量裝置，通過(guò)換能器之間相互發(fā)射和接收超聲波的方式來(lái)對(duì)目標(biāo)物體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)，然后利用各換能器接收到的超聲信號(hào)來(lái)重構(gòu)出超聲CT聲速圖像。該技術(shù)可以通過(guò)重建在乳腺內(nèi)的聲速分布來(lái)區(qū)分正常腺體與癌變組織，甚至可以區(qū)分不同種類的腫瘤。

目前的超聲CT聲速重建方法主要分為兩類：基于波形反演法和基于射線理論的方法。基于波形反演的方法使用全波方程對(duì)傳播波場(chǎng)進(jìn)行建模，因此考慮了衍射和多次散射等高階效應(yīng)，可以獲得更好的重建質(zhì)量。但是該類方法計(jì)算量往往十分巨大、難以實(shí)現(xiàn)。基于射線理論的方法主要利用各發(fā)射信號(hào)的到達(dá)時(shí)間來(lái)進(jìn)行重構(gòu)，忽略了傳播過(guò)程中的衍射效應(yīng)，因此計(jì)算量較小，易于實(shí)現(xiàn)，但是重構(gòu)精度較低。其中基于射線理論的方法又可分為直線路徑法和彎曲路徑法，直線射線法假設(shè)聲波在目標(biāo)介質(zhì)中的傳播路徑為直線，因此實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是質(zhì)量較低。彎曲射線法考慮了聲波在目標(biāo)介質(zhì)中傳播時(shí)的折射影響，因此重構(gòu)精度更高，但是需要利用迭代的利用射線追蹤法來(lái)確定聲波的折射傳播路徑，因此重構(gòu)時(shí)間大大增加。

有鑒于此，有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的成像方法予以改進(jìn)，以解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于公開能夠減小計(jì)算量，簡(jiǎn)化步驟，加快圖像重構(gòu)速度，以及提高圖像重建精度，從而增強(qiáng)實(shí)用性的一種結(jié)合深度學(xué)習(xí)與吉洪諾夫正則化反演的超聲CT聲速重建方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種結(jié)合深度學(xué)習(xí)與吉洪諾夫正則化反演的超聲CT聲速重建方法，包括以下步驟：

S1：分別在純水介質(zhì)時(shí)和有目標(biāo)介質(zhì)時(shí)的環(huán)形超聲CT中獲取各超聲換能器接收到的原始數(shù)據(jù)，并獲取各超聲換能器接收信號(hào)的最早到達(dá)時(shí)間，繪制渡越時(shí)間差異圖；

S2：利用深度學(xué)習(xí)的方法來(lái)擬合聲波折射影響帶來(lái)的非線性映射，以折射矯正的方式將S1中繪制所得的帶有折射影響的渡越時(shí)間差異圖矯正為對(duì)應(yīng)的無(wú)折射影響的渡越時(shí)間差異圖；

S3：利用直線假設(shè)下的吉洪諾夫正則化反演方法對(duì)S2中所得的無(wú)折射影響的渡越時(shí)間差異圖進(jìn)行重構(gòu)，得到聲速圖像。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述S2中采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為深度學(xué)習(xí)技術(shù)的實(shí)施方式，可采用U-net網(wǎng)絡(luò)但不限于U-net網(wǎng)絡(luò)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述U-net的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括三個(gè)部分：

a1，多次卷積和池化；

a2，與a1相對(duì)應(yīng)層次的多次反卷積和上采樣；

a3，不同層次上的特征拼接，將不同尺度的特征信息進(jìn)行融合，讓網(wǎng)絡(luò)能夠同時(shí)利用到輸入圖像的細(xì)節(jié)特征以及較大尺度特征。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述S2中采用了兩種訓(xùn)練集制作方式，方式一為利用仿真數(shù)據(jù)來(lái)制作訓(xùn)練集，方式二為利用真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合全波方程反演的方法來(lái)制作訓(xùn)練集。