專利名稱：一種合成聚焦的便攜式b型超聲成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于超聲波的醫(yī)學(xué)影像學(xué)成像方法，尤其涉及一種合成聚焦的便 攜式B型超聲成像方法。
背景技術(shù)：
便攜式B型超聲設(shè)備具有體積小、成本低、方便攜帶、可用交流電或機(jī)內(nèi)電池供電等特點(diǎn)，非常適合在鄉(xiāng)村或社區(qū)醫(yī)院、野戰(zhàn)醫(yī)院等場(chǎng)合使用，因此近些年便攜式B型超聲的臨床應(yīng)用普及率和產(chǎn)品的市場(chǎng)增長(zhǎng)率持續(xù)增加。但是，如何在確保上述良好應(yīng)用性能的前提下，進(jìn)一步提高便攜式B型超聲設(shè)備的成像質(zhì)量是相關(guān)工程技術(shù)領(lǐng)域頗為引人關(guān)注的問(wèn)題。在B型超聲成像系統(tǒng)中，波束形成環(huán)節(jié)對(duì)成像質(zhì)量起著決定性的作用。傳統(tǒng)的延時(shí)疊加算法的成像模式限制了分辨率的提高，因此不少學(xué)者對(duì)波束形成環(huán)節(jié)進(jìn)行算法改進(jìn)來(lái)提高成像質(zhì)量，如 J. A. Jensen 等人在 “Synthetic aperture ultrasound imaging, 2006” 中指出合成孔徑波束形成技術(shù)可以有效的提高超聲成像分辨率。Hongxia Yao在“SyntheticAperture Methods forMedical Ultrasonic Imaging, 1997”中對(duì)各種合成孔徑波束形成方法性能進(jìn)行了比較。就成像質(zhì)量而言，合成聚焦波束形成算法是各合成孔徑波束形成算法中性能最優(yōu)越的。但是在傳統(tǒng)的SF超聲成像的圖像重建過(guò)程中，需要每個(gè)陣元依次發(fā)射，所有陣元同時(shí)接收，每次接收得到的射頻回波信號(hào)進(jìn)行波束形成產(chǎn)生一條射頻信號(hào)線，最后將所有的射頻信號(hào)線共同用于一幀圖像的生成，這導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜度增大(需要額外的大量存儲(chǔ)空間來(lái)存放數(shù)據(jù))、要處理的數(shù)據(jù)量也規(guī)模龐大。特別是隨著陣元數(shù)量的增加，該問(wèn)題會(huì)更加突出。所以，傳統(tǒng)的SF難以在便攜式B型超聲設(shè)備中得到實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)背景技術(shù)中所述的傳統(tǒng)的SF波束形成算法的系統(tǒng)復(fù)雜度高、需要處理的數(shù)據(jù)規(guī)模龐大、很難應(yīng)用在便攜式B型超聲設(shè)備中的問(wèn)題，本發(fā)明基于壓縮感知理論提出了一種合成聚焦的便攜式B型超聲成像方法。本發(fā)明的具體方案如下一種合成聚焦的便攜式B型超聲成像方法，便攜式B型超聲設(shè)備的射頻回波信號(hào)在模/數(shù)轉(zhuǎn)換處理中被隨機(jī)采樣，然后進(jìn)行波束形成、解調(diào)檢波處理而形成欠采樣的掃描線，最后采用壓縮感知的信號(hào)重構(gòu)方法對(duì)欠采樣的掃描線進(jìn)行信號(hào)恢復(fù)后顯像；假定便攜式B型超聲設(shè)備有定點(diǎn)聚集和動(dòng)態(tài)聚焦兩種聚焦模式，探查深度為D，每條掃描線包含M個(gè)像素，換能器的陣元個(gè)數(shù)為N，編號(hào)依次為1，2，···，N;記選通陣元索引指示器為I，其值為換能器的陣元編號(hào)；本發(fā)明步驟如下SI)預(yù)處理確定便攜式B型超聲設(shè)備的聚焦模式，并據(jù)此確定模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)原始超聲射頻回波信號(hào)開始采樣的延時(shí)；確定欠采樣率n ;確定壓縮感知的信號(hào)重構(gòu)方法中的稀疏化變換ψ，該變換為離散的小波變換，或者為離散的余弦變換；初始化選通陣元索引指示器I的
4值為I ;S2)產(chǎn)生偽隨機(jī)脈沖序列和測(cè)量矩陣便攜式B型超聲設(shè)備的主控芯片產(chǎn)生偽隨機(jī)脈沖序列，記作{ τ }，其第i個(gè)脈沖的到達(dá)時(shí)刻記作Ti;測(cè)量矩陣為壓縮感知的信號(hào)重構(gòu)方法中所使用的測(cè)量矩陣，記作Φ，其結(jié)構(gòu)有如下特征(I)測(cè)量矩陣Φ的列數(shù)為M,行數(shù)記為K, K= η · Μ, (2) Φ的每行只有一個(gè)元素的值為1，其余元素的值都為0，且Φ的第一行、第一列元素的值為1，(3)Φ的第
j行值為I的元素所在的列為
權(quán)利要求
1.一種合成聚焦的便攜式B型超聲成像方法，便攜式B型超聲設(shè)備的射頻回波信號(hào)在模/數(shù)轉(zhuǎn)換處理中被隨機(jī)采樣，然后進(jìn)行波束形成、解調(diào)檢波處理而形成欠采樣的掃描線，最后采用壓縮感知的信號(hào)重構(gòu)方法對(duì)欠采樣的掃描線進(jìn)行信號(hào)恢復(fù)后顯像；假定便攜式B型超聲設(shè)備有定點(diǎn)聚集和動(dòng)態(tài)聚焦兩種聚焦模式，探查深度為D，每條掃描線包含M個(gè)像素，換能器的陣元個(gè)數(shù)為N，編號(hào)依次為1，2，···，N;記選通陣元索引指示器為I，其值為換能器的陣元編號(hào)；本發(fā)明步驟如下51)預(yù)處理確定便攜式B型超聲設(shè)備的聚焦模式，并據(jù)此確定模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)原始超聲射頻回波信號(hào)開始采樣的延時(shí)；確定欠采樣率H ;確定壓縮感知的信號(hào)重構(gòu)方法中的稀疏化變換ψ，該變換為離散的小波變換，或者為離散的余弦變換；初始化選通陣元索引指示器I的值為I ;52)產(chǎn)生偽隨機(jī)脈沖序列和測(cè)量矩陣便攜式B型超聲設(shè)備的主控芯片產(chǎn)生偽隨機(jī)脈沖序列，記作{ τ }，其第i個(gè)脈沖的到達(dá)時(shí)刻記作τ ;測(cè)量矩陣為壓縮感知的信號(hào)重構(gòu)方法中所使用的測(cè)量矩陣，記作Φ，其結(jié)構(gòu)有如下特征(I)測(cè)量矩陣Φ的列數(shù)為M,行數(shù)記為K, K= η · Μ, (2) Φ的每行只有一個(gè)元素的值為1，其余元素的值都為0，且Φ的第一行、第一列元素的值為1，(3) Φ的第j行值為I的元素所在的列為夕/2+1，其中τ j為偽隨機(jī)脈沖序列第j個(gè)脈沖的到達(dá)時(shí)I) M3刻，T1為偽隨機(jī)脈沖序列第I個(gè)脈沖的到達(dá)時(shí)刻，u為超聲波在探測(cè)介質(zhì)中的傳播速度，D為便攜式B型超聲設(shè)備的探查深度，M為每條掃描線包含的像素個(gè)數(shù)；53)換能器的一個(gè)陣兀發(fā)射超聲波便攜式B型超聲設(shè)備換能器的一個(gè)陣元在高壓脈沖的激勵(lì)下發(fā)射超聲波，該陣元的編號(hào)為I的值；上述高壓脈沖是便攜式B型超聲設(shè)備的主控芯片所產(chǎn)生的高頻激勵(lì)脈沖經(jīng)高壓脈沖產(chǎn)生電路得到；54)換能器的所有陣元都接收超聲射頻回波信號(hào)便攜式B型超聲設(shè)備換能器的所有陣元都接收超聲射頻回波信號(hào)；對(duì)每個(gè)陣元所接收到的超聲射頻回波信號(hào)都進(jìn)行前置放大、時(shí)間增益補(bǔ)償前端處理，獲得原始超聲射頻回波信號(hào)集^。^，…^。，其中乂“丨=^，…，^為第i個(gè)陣元接收到的、經(jīng)上述前端處理后的原始超聲射頻回波信號(hào)；55)隨機(jī)采樣的模/數(shù)轉(zhuǎn)換對(duì)原始超聲射頻回波信號(hào)X1, X2,…，Xn進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換處理；該模/數(shù)轉(zhuǎn)換處理是基于隨機(jī)采樣的；該隨機(jī)采樣是由步驟S2)產(chǎn)生的偽隨機(jī)脈沖序列{ τ }控制模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)每個(gè)原始超聲射頻回波信號(hào)的采樣時(shí)刻實(shí)現(xiàn)的，具體為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)第i個(gè)原始超聲射頻回波信號(hào)Xi的第k個(gè)采樣點(diǎn)的采樣時(shí)刻為Tk+Dti，其中Tk為偽隨機(jī)脈沖序列{τ}第k個(gè)脈沖的到達(dá)時(shí)刻，□ \為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)第i個(gè)原始超聲射頻回波信號(hào)Xi開始采樣的延時(shí)；原始超聲射頻回波信號(hào)經(jīng)隨機(jī)采樣的模/數(shù)轉(zhuǎn)換處理后，獲得欠采樣的超聲射頻回波信號(hào)集{Yp Y2,…，YN}，其中信號(hào)K = (·>’,>,_，…( =1, 2，…，N)為第 i 個(gè)原始超聲射頻回波信號(hào)Xi經(jīng)上述隨機(jī)采樣的模/數(shù)轉(zhuǎn)換處理后獲得的欠采樣的超聲射頻回波信號(hào)，凡(η=1，2，···，Κ)為該欠采樣的超聲射頻回波信號(hào)的第n個(gè)離散信號(hào)點(diǎn)，K為步驟S2)所述測(cè)量矩陣Φ的行數(shù)；56)波束形成對(duì)欠采樣的超聲射頻回波信號(hào)Y1, Y2,…，Yn進(jìn)行疊加求和，得到欠采樣的超聲射頻信號(hào)線L=U1,…，1κ}，其中
全文摘要
一種合成聚焦的便攜式B型超聲成像方法，屬超聲醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，便攜式B超設(shè)備的射頻回波信號(hào)在模/數(shù)轉(zhuǎn)換處理中被隨機(jī)采樣，然后進(jìn)行波束形成、解調(diào)檢波處理而形成欠采樣的掃描線，最后采用壓縮感知的信號(hào)重構(gòu)方法對(duì)欠采樣的掃描線進(jìn)行信號(hào)恢復(fù)后顯像。本發(fā)明方法的步驟為預(yù)處理、產(chǎn)生偽隨機(jī)脈沖序列和測(cè)量矩陣、換能器的一個(gè)陣元發(fā)射超聲波、換能器的所有陣元都接收超聲射頻回波信號(hào)、隨機(jī)采樣的模/數(shù)轉(zhuǎn)換、波束形成、解調(diào)檢波、對(duì)數(shù)壓縮、壓縮感知的信號(hào)重構(gòu)、幀緩存、顯像。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)的合成聚焦波束形成方法的系統(tǒng)復(fù)雜度高、數(shù)據(jù)規(guī)模龐大、難以在便攜式B超設(shè)備中得到實(shí)際應(yīng)用的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了合成聚焦的便攜式B超的成像方法。
文檔編號(hào)A61B8/00GK102920478SQ201210480709
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者孫豐榮, 杜衍震, 李凱一, 金鑫 申請(qǐng)人:山東大學(xué)