[發明專利]一種超聲CT陣列探頭陣元指向性自適應評估方法及裝置

有效

• 申請號: 202211332333.5
• 申請日: 2022-10-28
• 公開（公告）號: CN115474965B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 李玉冰;武小晴;蘇暢;林偉軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00;A61B6/03;A61B6/00
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

本申請提供了一種超聲CT陣列探頭陣元指向性自適應評估方法及裝置，利用多陣元探頭通過全矩陣采集的方式在水中獲取一發多收的透射數據。將發射陣元用權重可變的虛擬陣列代替，其余接收均采用接收點接收，通過有限差分方法或格林函數解析方法計算此時的陣列接收數據。再比較計算的接收數據和實際的觀測數據之間的差值，利用梯度下降方法更新虛擬陣列的權重。更新結束之后，固定虛擬陣列權重，仿真計算環繞發射陣元相同距離不同角度的聲壓，即可得該陣元的指向性。

技術領域

本發明涉及醫學超聲技術領域，特別涉及一種超聲CT陣列探頭陣元指向性自適應評估方法及裝置。

背景技術

醫學超聲成像領域的探頭通過向目標體發射超聲波，然后接收人體組織的反射回波進行聲阻抗結構參數成像，或接收穿過人體組織的透射波進行聲速、聲衰減參數成像。超聲重建的人體組織圖像可作為輔助診斷的影像學依據。目前醫用超聲CT探頭一般是由多個陣元組成的陣列(環形、弧形、柱面等)，以利于從多個角度利用超聲波成像人體組織。

醫用超聲探頭，尤其是高頻探頭，其單個陣元的尺寸和激勵超聲信號的中心波長相比往往難以忽略，再結合陣元上加載的激勵聲壓具有不均勻性，這就使陣元發射的超聲信號具有指向性。陣元發射的超聲信號的理想狀態是“陣元以點聲源的方式發送超聲波”，現實中的陣元會有指向性，而不是以理想狀態發送超聲信號。

對于超聲CT成像技術而言，具備探頭陣元指向性的知識是提高結構成像分辨率、增加參數成像準確度的關鍵。傳統的陣元指向性評估方法，需要用水聽器逐個測量以待測探頭為圓心的一圈位置上的聲壓數據，對于多探頭的陣列而言工作量巨大，且難以評估陣元指向性在設備多次使用后的變化。

發明內容

本申請的目的在于解決現有技術存在的缺陷。

本申請提出了一種快速、精確、自動的基于陣列觀測數據的超聲陣元指向性自適應評估方法，可用于超聲CT成像等領域。

第一方面，本申請提供了一種超聲CT陣列探頭陣元指向性自適應評估方法，所述陣列探頭包括N個陣元，其中，N為大于1的整數，所述評估方法包括：確定所述N個陣元中的待測陣元；利用所述待測陣元發射超聲波，其余的M個陣元接收所述超聲波，形成第一觀測數據集，其中，M為大于零，小于等于N的整數；使用由多個可變權重的待測虛擬點組成的虛擬陣列模擬所述待測陣元，并仿真所述待測陣元發射的所述超聲波，使用M個接收點陣列模擬所述M個陣元，并接收所述仿真發射的超聲波，形成第二觀測數據集；基于所述第一觀測數據集和第二觀測數據集，得到所述多個待測虛擬點的可變權重的目標函數；基于所述目標函數，得到所述多個待測虛擬點的可變權重對應的指向性權重；基于所述指向性權重，得到所述虛擬陣列的指向性評估結果，即為所述待測陣元的指向性評估結果。

在一個可行的實施例中，利用虛擬陣列的方法，測得所有陣元的指向性評估結果，并與非指向性的虛擬陣列進行了對比，可以認為本申請的虛擬陣列聲源方法成功通過陣列自身的觀測數據實現了發射探頭的指向性評估。這樣精確的聲源建模模擬方法對毫米級乃至亞毫米級分辨率的超聲CT圖像重建具有重要意義。

在一個可能的設計中，在基于所述指向性權重，得到所述虛擬陣列的指向性評估結果，即為所述待測陣元的指向性評估結果之后，還包括：將所述陣列探頭的N個陣元依次作為待測陣元，進而得到所述N個陣元的指向性評估結果，即為所述陣列探頭的指向性評估結果。

在另一個可能的設計中，所述使用M個接收點陣列模擬所述M個陣元，并接收超聲波，形成第二觀測數據集，包括：使用M個接收點陣列模擬所述M個陣元；基于傳播函數，計算所述M個接收點的接收數據，形成第二觀測數據集。

在另一個可能的設計中，所述傳播函數，包括：有限差分或格林函數。

在另一個可能的設計中，所述目標函數，包括：二范數比較函數、或稱方差函數、或稱逐差法函數、或稱最小二乘法函數。