[发明专利]基于非衍射阵列波的合成孔径三维超声成像方法

说明书

技术领域：

本发明属于医学超声成像领域，利用1D(One Dimension，1D)传感器发射非衍射阵列波声场，采用合成孔径技术对整个目标区域回波信号进行综合处理，利用Fourier变换实现三维(Three Dimension，3D)成像。

背景技术：

同二维(Two Dimension，2D)超声成像相比，3D超声成像具有图像显示直观、可以进行生物器官位置的精确测量，缩短医生诊断所需要的时间，提高诊断的准确性等优点，具有更高的临床应用价值。

3D超声成像方法从使用的传感器上来看主要分为两种：使用2D阵列传感器成像和使用1D传感器成像。由于2D传感器工艺十分复杂，尚未推广使用，目前主要使用1D传感器成像。

使用1D传感器实现实现3D成像是基于现有的B-mode切片成像方式。1D传感器发射聚焦声场，回波信号通过延时叠加(Delay and Sum)处理后完成一帧切面成像，其成像位置就是声场传播方向和1D传感器位置所决定的平面。显然1D传感器每移动一定距离，就可以得到不同位置的切面成像，把这种沿传感器运动方向的所有垂直于运动方向的2D切面图像综合起来，通过图像处理的方法就完成了3D成像。这种成像方式比较简单，但由于受波束聚焦的影响，特别是发射声场能量很难集中一个很薄的一个切面内，分辨率尤其是移动方向分辨率较差，同时由于要发射和接收多次才能完成一帧切面成像，实现一帧体成像需要非常大次数的发射和接收过程，花费较长时间，这就降低了帧率。

使用2D传感器可以直接实现3D成像，成像具有较高的空间分辨率。但由于2D传感器结构非常复杂，现有的工艺和技术水平很难完成2D传感器设计和生产。在目前2D超声传感器阵列工艺问题未被根本解决以前，3D超声成像基本上是利用上述的1D传感器及相关算法进行成像。另外即使在3D成像中采用2D传感器，但如果采用现有的延时叠加成像方法，仍然需要相当多次的发射和接收过程完成一帧体成像，成像帧率低的问题依然存在。

鉴于上述技术存在的不足，特提出本发明。

发明内容：

本发明提出一种新的成像方法，该方法采用1D传感器阵列发射非聚焦声场，移动1D传感器获得不同位置处的回波信号，在1D传感器阵列运动方向使用合成孔径技术对整个目标区域回波信号综合处理，通过Fourier变换进行成像，获得较好的帧率和分辨率。

本发明的实现方式：特征在于使用1D传感器阵列发射非衍射阵列波或平面波声场，并移动1D传感器重复发射接收过程，获得不同位置的回波信号，1D传感器阵列把回波信号转换为超声接收信号，最后采用合成孔径技术对不同位置处的接收信号综合处理，通过Fourier变换进行成像。传感器阵列的移动方式可以采用机械移动1D传感器阵列方式，也可以采用依次激励2D传感器阵列中的不同行或列的方式。接收信号的处理采用多维Fourier变换，然后进行频谱转换，再通过Fourier反变换得到3D图像。

本发明在3D医学超声成像中具有重要意义，它实现了一种新的3D成像方式，具有如下特点：

1.较高的成像帧率。不同于聚焦型成像需要多次发射事件才能成像，它是通过发射非衍射阵列波和Fourier变换成像，发射次数少，从而提高了系统成像帧率；

2.较高的成像分辨率。不同于现有的3D成像采用多切片图像合成处理的工作方式，它是对整个目标区域的回波信号采用合成孔径成像方式进行成像，从而提高了图像沿传感器运动方向的分辨率，这是现有3D成像很难解决的一个问题；

3.它可以采用能量发散的声场而不是在能量集中在一个切面的声场成像，这和目前绝大部分3D成像对声场的要求正好相反，这种方法不仅提高了3D成像的分辨率，同时还降低了对传感器的工艺要求；

4.成像方法兼容1D传感器阵列和2D传感器阵列。本发明所提成像方法降低了对传感器工艺的要求，不仅适用现有的机械扫描式超声成像，也完全适应未来的2D超声传感器阵列。这里要补充说明的是现有的机械扫描式超声成像方法并不适合2D传感器阵列的3D成像，因为机械扫描式3D超声成像采用1D传感器阵列，基本成像区域是一个切面，其阵元发射的声波能量集中在一个目标成像切面区域；而基于2D传感器的3D成像是立体区域，其阵元发射的声波能量应该在目标成像立体区域，即阵元发射的声波能量是三维发散的，如球面波声场。

本申请专利结合我们提出的已经授权的发明专利“基于单一功率信号源及其开关网络的高帧率超声成像方法”(ZL200710020959.1)，构成一种新型的3D成像核心技术。

附图说明：