[發(fā)明專利]一種基于深度學(xué)習(xí)的超快高質(zhì)量的平面波超聲成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110774364.5
• 申請(qǐng)日: 2021-07-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113436109B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸文凱;王鈺清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T5/00
• 分類號(hào): G06T5/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發(fā)明公開(kāi)了屬于醫(yī)學(xué)超聲成像技術(shù)領(lǐng)域的一種基于深度學(xué)習(xí)的超快高質(zhì)量的平面波超聲成像方法。首先采集多人不同部位的合成孔徑超聲的三維通道數(shù)據(jù)，并利用此三維通道數(shù)據(jù)生成平面波的二維通道數(shù)據(jù)；接著采用相應(yīng)的波束形成技術(shù)處理上述兩種通道數(shù)據(jù)，得到成對(duì)的合成孔徑和平面波的超聲RF數(shù)據(jù)，建立用于深度網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的數(shù)據(jù)集；然后利用前面建立的成對(duì)數(shù)據(jù)集中的平面波RF數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，合成孔徑RF數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)的輸出標(biāo)簽，訓(xùn)練后得到深度網(wǎng)絡(luò)模型；最后將實(shí)際采集的平面波RF數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的深度網(wǎng)絡(luò)模型，輸出其對(duì)應(yīng)的合成孔徑RF數(shù)據(jù)的估計(jì)。本發(fā)明不僅保持了平面波超聲具有的超快成像的速度優(yōu)勢(shì)，還提高了成像質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于深度學(xué)習(xí)的超快高質(zhì)量的平面波超聲成像方法。

背景技術(shù)

超聲成像設(shè)備的不同采集方式在成像速度(幀率)、成像質(zhì)量(分辨率和信噪比)和系統(tǒng)復(fù)雜性(成本)三個(gè)方面有各自的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行選擇和折衷。利用全部陣元發(fā)射，全部陣元接收的平面波超聲是一種可以實(shí)現(xiàn)超快成像的采集方式，但犧牲了成像質(zhì)量。

現(xiàn)在市場(chǎng)上的超聲設(shè)備采用逐線掃描模式，提高了成像質(zhì)量，但降低了成像速度。文獻(xiàn)[1]Z.Zhou,Y.Wang,Y.Guo,X.Jiang and Y.Qi,Ultrafast Plane Wave ImagingWith Line-Scan-Quality Using an Ultrasound-Transfer Generative AdversarialNetwork,in IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics,vol.24,no.4,pp.943-956,April 2020,doi:10.1109/JBHI.2019.2950334.提出了一種利用深度學(xué)習(xí)方法，以逐線掃描超聲圖像為學(xué)習(xí)標(biāo)簽，提高平面波超聲圖像的質(zhì)量。在文獻(xiàn)[1]建立的數(shù)據(jù)集中，平面波超聲圖像和逐線掃描超聲圖像是由兩套設(shè)備分別采集的，兩種圖像不是嚴(yán)格成對(duì)的，一般來(lái)說(shuō)，相對(duì)于利用成對(duì)樣本訓(xùn)練得到模型，利用非成對(duì)樣本來(lái)訓(xùn)練深度網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像映射，其性能會(huì)下降。

在文獻(xiàn)[2]Jensen,J.A.,Nikolov,S.I.,Gammelmark,K.L.,Pedersen,M.H.(2006).Synthetic aperture ultrasound imaging.Ultrasonics,44,e5-e15.中，合成孔徑超聲由一個(gè)陣元發(fā)射信號(hào)，全部陣元同時(shí)接收信號(hào)，全部陣元依次發(fā)射并接收所有信號(hào)后，最后利用波束形成技術(shù)將所有通道數(shù)據(jù)相加得到成像結(jié)果，所以能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射單元和接收單元的動(dòng)態(tài)聚焦，相對(duì)于目前市場(chǎng)上主流的逐線掃描的超聲，是一種有效提高超聲圖像質(zhì)量(分辨率和對(duì)比度)的技術(shù)。合成孔徑超聲的缺點(diǎn)是需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量巨大和成像計(jì)算量大，導(dǎo)致其成像速度慢，幀率低。

文獻(xiàn)[3]R.Ali,C.D.Herickhoff,D.Hyun,J.J.Dahl and N.Bottenus,ExtendingRetrospective Encoding for Robust Recovery of the Multistatic Data Set,inIEEE Transactions on Ultrasonics,Ferroelectrics,and Frequency Control,vol.67,no.5,pp.943-956,May 2020,doi:10.1109/TUFFC.2019.2961875.中，由于合成孔徑超聲由一個(gè)陣元發(fā)射信號(hào)，全部陣元同時(shí)接收信號(hào)，全部陣元依次發(fā)射并接收所有信號(hào)，所以利用合成孔徑采集的數(shù)據(jù)，根據(jù)其他采集方式的參數(shù)，可以方便地生成對(duì)應(yīng)該采集方式的數(shù)據(jù)。

本發(fā)明提出的方法利用合成孔徑超聲數(shù)據(jù)，生成平面波數(shù)據(jù)，構(gòu)造出成對(duì)的數(shù)據(jù)集，訓(xùn)練出深度網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)將平面波成像的RF數(shù)據(jù)映射為合成孔徑超聲成像的RF數(shù)據(jù)。本發(fā)明所提方法在保持平面波超聲所具有的超快成像速度優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，利用深度學(xué)習(xí)提高了成像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容