[发明专利]一种高分辨率超声成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声成像技术领域，具体地，涉及一种高分辨率超声成像方法。 

背景技术

超声成像技术是现代医学超声诊断中极为重要的技术，它利用脉冲回波检测原理对人体组织进行成像，协助临床应用对各种病症进行诊断。由于其廉价、使用方便、无副作用等优点，已成为当今四大主流医学成像手段之一。超声成像技术虽然在临床上得到了非常广泛的应用，但由于超声基础成像理论的一些限制，目前的超声图像质量并不理想，主要体现在：（1）成像分辨率不高：受超声探头和系统带宽的限制，一般采用2MHz～15MHz的超声基波成像，因此无法辨别毫米量级以下的相邻目标；（2）成像对比度有待提高：由于探头接收到的超声回波很弱，约为微伏量级，容易受到热噪声的影响，再加上回波中还存在大量相干干扰，所以系统的信噪比不高，成像对比度有待提高。 

传统的超声成像系统使用聚焦波发射，动态延时叠加（delay and sum，DAS）接收。图1(a)表示点目标在接收聚焦点位置的情况（见附图说明）。位于聚焦点的点散射体对照射的超声波产生反射，这些反射波传输到换能器，通过压电阵元转化成电子信号。接收延迟保证从同一个聚焦点产生的信号是对齐的，然后把这些对齐的信号相加起来。对应聚焦点处的各通道回波信号经过延迟后调整为同相的，加和后会起到放大的效果。在接收过程中对同一扫描线上各深度处的焦点依次进行聚焦，就得到动态聚焦后的接收波束。图1(b)表示当点目标不在聚焦点位置的情况（见附图说明）。由于换能器接收延迟是以放 大聚焦点处的散射回波为目标，因此，当散射点不位于聚焦点处时，对应的各通道回波信号经过延迟调整后将不会被对齐，加和后的回波信号将不会被放大。 

在上述DAS接收方法中，为了减小离轴信号对成像对比度和分辨率的影响，常采用幅度变迹技术，即对不同阵元施加不同的加权值，如Hamming、Hanning、Gaussian和Blackman等窗函数。然而由于用于幅度变迹的加权值都是固定的，与空间中散射点的分布以及接收到的数据是无关的，因此幅度变迹虽然抑制了旁瓣，但却增加了主瓣宽度，降低了成像的空间分辨率。 

因此，若能针对传统的超声成像技术存在分辨率低，对比度差的缺点，提出一种全新的超声成像技术，实现高分辨率的超声成像，将会有巨大的应用前景和市场价值。 

发明内容

本发明的目的是提供一种高分辨率超声成像方法，该方法在线性超声成像系统模型的基础上，提出一种全新的基于稀疏表示理论的超声成像模型，实现高分辨率和高对比度的超声成像。 

为了实现上述目的，本发明提供的高分辨率超声成像方法，包括以下步骤： 

1）从超声模拟前端中获取的被放大后的超声脉冲回波信号经过A/D转化后，使用动态延时叠加方法来处理接收到的后向散射信号，得到初始波束y_DAS； 

2）将接收到的后向散射信号进行数字傅里叶变换，处理得到后向散射信号的频谱X(ω)； 

3）根据实际的分辨率要求，离散化目标区域，生成对应的字典矩阵D(ω)； 

4）结合所述字典矩阵D(ω)和后向散射信号的频谱X(ω)，通过如下公式进行凸优化问题的求解，得到目标索引矩阵P： 

5）将所述目标索引矩阵P与初始波束y_DAS相乘，得到最终的成像输出结果y_SR。 

其中，步骤2）中，所述后向散射信号的频谱X(ω)获得过程为： 

假设感兴趣目标区域存在Q个散射点，那么在假设情况下接收到的后向散射信号x_k(t)表示为：