[發(fā)明專利]融合維納后置濾波器的子頻帶分割最小方差超聲成像方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111534530.0
• 申請(qǐng)日: 2021-12-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114268381A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李錫濤;王平;李倩文;李劍;羅辭勇;沈悅;武超;閻鑫龍;陳靖翰;曾靜雅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B11/00
• 分類號(hào): H04B11/00;H04B7/06;G10L21/0224;G10L21/0232
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 李弱萱

本發(fā)明涉及融合維納后置濾波器的子頻帶分割最小方差超聲成像方法，屬于超聲成像領(lǐng)域；該方法包括：S1：對(duì)陣元接收的采樣信號(hào)進(jìn)行延時(shí)處理，以獲得超聲回波數(shù)據(jù)；S2：選取適合超聲回波信號(hào)的頻域分段長(zhǎng)度，同時(shí)利用短時(shí)傅里葉變換將超聲回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域的窄帶子信號(hào)；S3：對(duì)子頻帶的超聲回波數(shù)據(jù)依次進(jìn)行子陣空間平滑、對(duì)角加載等處理，得到子頻帶下的樣本協(xié)方差矩陣；S4：計(jì)算出各個(gè)子頻帶下的波束形成器輸出權(quán)值；S5：求取維納濾波器的權(quán)值系數(shù)；S6：得到最終的復(fù)合權(quán)矢量；S7：利得到波束形成器的頻域輸出；S8：時(shí)域輸出進(jìn)行成像；該方法能夠顯著提高超聲圖像的分辨率和對(duì)比度，有效克服了傳統(tǒng)最小方差波束形成算法對(duì)比度低的問(wèn)題，有效改善了超聲圖像的整體成像質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超聲成像領(lǐng)域，涉及融合維納后置濾波器的子頻帶分割最小方差超聲成像方法。

背景技術(shù)

超聲成像中應(yīng)用最為廣泛的，也是最簡(jiǎn)單的波束形成技術(shù)即延時(shí)疊加算法(DelayAnd Sum，DAS)，它是根據(jù)陣元通道幾何位置關(guān)系對(duì)所接收的回波信號(hào)進(jìn)行延時(shí)量的計(jì)算，然后對(duì)延時(shí)后的數(shù)據(jù)對(duì)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。

近年來(lái)，為了提高波束形成算法的對(duì)比度和分辨率，自適應(yīng)算法被應(yīng)用于超聲成像領(lǐng)域。其中，最小方差(Minimum Variance,MV)波束形成算法是目前使用最為廣泛的自適應(yīng)算法。該方法在保持期望方向增益不變的情況下，使陣列輸出能量達(dá)到最小，通過(guò)動(dòng)態(tài)計(jì)算聚焦延時(shí)信號(hào)的加權(quán)矢量，對(duì)信號(hào)進(jìn)行加權(quán)求和，提高了圖像的分辨率，但該方法的缺點(diǎn)是穩(wěn)健性遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)的延時(shí)疊加算法，而且容易使有用信號(hào)相消，這在信噪比較低的情況下對(duì)圖像質(zhì)量有較大影響，并且在對(duì)比度上存在明顯不足。因此，在最小方差方法的基礎(chǔ)上算法分辨率、對(duì)比度和魯棒性都還有很大的提升空間。后續(xù)學(xué)者提出頻域分割最小方差波束形成算法(Minimum Variance Based on Frequency Domain Segmentation,FDSMV)，利用短時(shí)傅里葉變換方法將超聲信號(hào)引入頻域進(jìn)行處理，進(jìn)一步提高了算法的分辨率和對(duì)比度，但是算法性能仍然存在進(jìn)一步提高的可能。

綜上所述，急需發(fā)明一種能夠進(jìn)一步提高超聲成像最小方差波束形成算法分辨率，對(duì)比度及穩(wěn)健性的算法，促進(jìn)超聲成像質(zhì)量進(jìn)一步改善。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種融合維納后置濾波器的子頻帶分割最小方差超聲成像方法。該方法通過(guò)在頻域分段最小方差方法輸出的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)頻域維納后置濾波器對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，進(jìn)而顯著提高超聲圖像的成像分辨率和對(duì)比度，有效克服了傳統(tǒng)最小方差波束形成算法對(duì)比度低的問(wèn)題，改善圖像整體成像質(zhì)量。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種融合維納后置濾波器的子頻帶分割最小方差超聲成像方法，該方法包括以下步驟：

S1：對(duì)超聲陣元接收的回波信號(hào)進(jìn)行放大、AD轉(zhuǎn)換和延時(shí)聚焦處理，以獲得超聲回波數(shù)據(jù)；得到延時(shí)聚焦處理之后的陣列回波信號(hào)記為x(k)，k表示為對(duì)應(yīng)采樣深度的采樣時(shí)刻；

S2：選取適合超聲回波信號(hào)的頻域分段長(zhǎng)度，同時(shí)利用短時(shí)傅里葉變換將超聲回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域的窄帶子信號(hào)。

S3：對(duì)子頻帶的超聲回波數(shù)據(jù)依次進(jìn)行子陣空間平滑、對(duì)角加載等處理，得到子頻帶下的樣本協(xié)方差矩陣。

S4：依據(jù)最小方差波束形成器原理計(jì)算出各個(gè)子頻帶下的波束形成器輸出權(quán)值。

S5：根據(jù)子頻帶下的最小方差波束形成器輸出權(quán)值設(shè)計(jì)相應(yīng)的維納后置濾波器，求取維納濾波器的權(quán)值系數(shù)。

S6：將子頻帶最小方差方法權(quán)值與其后置濾波器權(quán)值相乘，得到最終的復(fù)合權(quán)矢量。

S7：利用復(fù)合權(quán)矢量對(duì)頻域下的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)求和，得到波束形成器的頻域輸出。