[发明专利]通过声扭曲和散焦的3维成像

说明书

由于由国家自然基金资助(批准号CTS0421568)，美国政府对本 发明拥有一定的权限，。

本申请是非临时申请，要求2006年4月5日递交的题为 “3-Dimensional Imaging by Acoustic Warping and Defocusing”的美国 临时专利申请No.60/789,335的优先权。

技术领域

本发明涉及一种确定材料中嵌入的散射结构的三维(3-D)位置 信息的系统，其中散射结构处于特征化(characterized)声冲击 (impulse)信号的常规焦区(focal region)之外，更具体地，涉及一 种通过使用查找表或比较函数，检查旁瓣形式的伪像或者其他失真源， 来产生散射结构的3-D位置信息、大小、材料组分的方法。

背景技术

二维(2-D)成像技术可用来以不同的分辨率和确定性确定一种 材料内另一种材料或散射结构的位置。在标准2-D成像中，只有传感 器阵列系统的聚焦区域内的物体在图像切片中成为清晰的区域。聚焦 区域之外的物体引入模糊和扭曲的伪像。因此，现有2-D成像系统不 能为扩展区域中的物体提供充足的成像信息。

然而，在许多情况下，希望从扩展区域获得清晰的成像信息。因 此，一直需要一种方法，能够使用户使用来自扩展区域的信息，快速 收集已知材料内包含的散射物体的声成像信息。

发明内容

本发明提供了一种使用来自二维(2-D)图像的信息来确定散射 结构在三维(3-D)空间中位置的系统。这种处理通过使用特征化传 感器阵列来执行，从该传感器阵列向目标物体发射信号，以生成目标 物体的至少一个2-D表示。2-D表示包括多个x、y坐标对以及至少一 个候选散射结构。候选散射结构为由x、y坐标中至少一对所限定的形 状。将候选散射结构形状实质上限制到所述至少一对x、y坐标。然后 将候选散射结构形状的所述至少一对x、y坐标与第一坐标有关响应函 数相比较，以分配散射结构在3-D空间中的x、y和z位置。

在另一方面，该系统还配置有第二坐标有关响应函数，其中第一 坐标响应函数包括表示由第一材料构成的第一散射结构的特征，第二 坐标有关响应函数代表表示第二材料的第二散射结构。

在又一方面，该系统将候选散射结构形状的所述至少一对x、y 坐标与坐标有关响应函数相比较，坐标有关响应函数中的至少一个还 将候选散射结构视图与散射结构尺寸相关联。

在另一方面，该系统还将候选散射结构形状的所述至少一对x、y 坐标与第一坐标有关响应函数相比较。该坐标有关响应函数是查找表， 所述查找表包括有关候选散射视图的x、y坐标对与3-D空间中x、y 和z位置之间的多个关系。

另外，在使用特征化传感器阵列时，特征化传感器阵列的信号是 非对称信号。

在再一方面，该系统还被配置为执行散射结构配准操作。散射结 构配准操作通过使用特征化传感器阵列来执行，从该传感器阵列向已 知材料发射信号，以捕获3-D空间中至少一个位置处已知大小的散射 结构的至少一个2-D图像。散射结构实质上处于已知材料内，使得已 知大小的散射结构的至少一个图像处于特征化传感器阵列的聚焦区域 外。在坐标有关查找表中记录图像形状和散射结构在3-D空间中的x、 y和z位置信息。调整特征化传感器阵列相对于已知材料的位置。另 外，再次使用特征化传感器阵列，从该传感器阵列向已知材料发射信 号，以捕获3-D空间中至少一个位置处已知大小的散射结构的至少一 个2-D图像。如以上情况，散射结构实质上处于已知材料内，使得已 知大小的散射结构的至少一个图像处于特征化传感器阵列的聚焦区域 内。此外，在坐标有关查找表中记录图像形状和散射结构在3-D空间 中的x、y和z位置信息。

最后，本发明还包括一种方法和计算机程序产品。该方法包括体 现此处所述操作的多个动作。另外，该计算机程序产品包括计算机可 读介质上存储的计算机可读指令装置，可由计算机执行以使计算机执 行所述操作。

附图说明

通过以下参照附图对本发明所公开方面的详细描述，本发明的目 的、特征和优点将显而易见，其中：

图1图示了焦内区域与另外区域的对比，其中，常规二维(2-D) 成像技术从焦内区域中提取散射结构的信息，而从所述另外区域中可 提取焦外散射结构的有用信息；

图2A是焦内散射结构对传感器阵列信号的响应的2-D图像；