[发明专利]基于特征空间自适应波束合成的频域被动空化成像及频率复合成像方法

说明书

本发明提供了一种基于特征空间自适应波束合成的频域被动空化成像及频率复合成像方法，对时域空化信号作傅里叶变换并进行相位偏移和阵元变迹处理；构建协方差矩阵，根据归一化导向矢量和协方差矩阵得到自适应波束合成的加权矢量；对协方差矩阵进行特征空间分解，将加权矢量投影到信号子空间后进行全频域的被动空化成像；构造空化伪影比指标并根据不同导向矢量不确定集参数下的全频域被动空化成像结果选择最优的导向矢量不确定集参数，从而实现不同子频域的被动空化成像及频率复合成像。本发明能大幅度抑制成像伪影，从而提高频域被动空化成像的空间分辨性能，可对任意多个频率成分进行综合定征，适用于多种聚焦超声治疗应用的实时监控中。

技术领域

本发明属于超声检测与超声成像技术领域，具体涉及一种基于特征空间自适应波束合成的频域被动空化成像及频率复合成像方法。

背景技术

在生物医学超声领域，超声空化一直是研究的热点，在肿瘤热消融、体外碎石、超声溶栓以及药物释放等聚焦超声治疗中空化都起了至关重要的作用。在肿瘤热消融中，空化微泡会对聚焦超声波束形成遮挡从而影响聚焦性能，导致损伤区域不可预测，降低治疗的准确性；而另一方面空化可提高组织的声热转换效率，从而降低治疗能量并缩短治疗时间。在碎石中，空化微泡瞬间坍塌时释放的能量在局部区域内产生的高温、高压、冲击波和射流等物理现象加快了结石的破碎。在超声溶栓中，空化微泡振动以及破裂产生的高速射流以及冲击波等可有效地分解血栓，从而提高溶栓效率。然而由于空化的不可控性和随机性，可能会对正常组织形成不可逆转的损伤，达不到治疗目的。此外，研究表明，即使是在诊断超声声压下，空化微泡形成的剪切力和射流也可对周围细胞或组织产生生物效应，从而产生血管损伤和破裂的风险。因此有效地控制和利用空化对于聚焦超声治疗方案的调控与优化有着重要意义，而要实现这一点则必须要依赖于空化检测技术的发展。

近年来，空化检测技术从一维发展到了二维，利用临床上常用的线阵和相控阵等超声诊断换能器可实现对空化空间分布的定征。目前已发展了传统B模式超声成像、平面波超快速超声成像以及基于时序控制的超声逐次扫描成像等主动空化成像方法，通过调节发射模式同时改进成像算法性能可实现高对比度和高分辨率的空化成像。然而，由于在聚焦超声治疗过程中会对主动空化成像产生强烈的干扰，因此只能选择在聚焦超声完全停止作用之后或是在下一次聚焦超声脉冲还未到来前进行成像，而正由于这一点，主动空化成像只能检测聚焦超声不作用的时候产生的空化微泡，而不能检测聚焦超声作用过程中产生的空化行为，也就不能实现聚焦超声治疗的实时监控成像。为了弥补主动空化成像的不足，近年来有学者提出了一种被动空化成像方法，该方法由于不发射只被动接收空化信号，因此不受聚焦超声信号的干扰，从而可以实现聚焦超声治疗过程中空化的有效定征。被动空化成像已被用于监控组织热消融、组织毁损、药物释放以及血脑屏障开放等方面。目前最流行也是最常用的被动空化成像方法是在时域中进行，之后有学者提出了频域的被动空化成像。相比时域被动空化成像，频域被动空化成像可直接在频域选择成像对象是稳态空化或是惯性空化，只有被选择的频带信息做波束合成，因此相比时域方法可降低计算量；另外，频域被动空化成像直接通过傅里叶变换实现信号的时间延时，可以避免由于低采样率的离散时间采样造成的延时误差。然而传统的频域被动空化成像方法从本质上来讲是一种不依赖于数据本身特性的盲波束合成方法，会造成极为严重的成像伪影，成像质量不佳，不能提高空化空间定位的精准度，因此不利于聚焦超声治疗过程的实时监控。因此如何实现高分辨率的频域被动空化成像是本领域的一大挑战，也是亟需克服的一个难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于特征空间自适应波束合成的频域被动空化成像及频率复合成像方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于特征空间自适应波束合成的频域被动空化成像方法，包括以下步骤：