[发明专利]基于先验反射成像的超声CT声速成像的方法

说明书

本发明公开了一种基于先验反射成像的超声CT声速成像的方法，包括步骤：获取压电超声换能器阵列接收的原始数据；利用原始数据，采用合成孔径的方法进行反射成像，得到分辨率较高的反射图像，据此获取介质水所占据的区域的位置；获得行程时间差异图；将目标体的待测区域离散化为N×N个网格，利用双线性插值法得到系数投影矩阵，建立含N×N个未知数的线性方程组模型；利用全变差正则化方法对线性方程组模型进行求解，得到待测区域的声速的重建结果。本方法不仅使待重建区域大幅度减小，而且提高了超声CT声速成像技术中重建图像的质量，使之更接近于真实声速分布。

技术领域

本申请属于生物医学超声学中的超声CT成像技术领域，更具体地涉及一 种基于先验反射成像的超声CT声速成像的方法。

背景技术

超声CT成像检查方法具有非侵入、无辐射的优点，且不依赖于医师的操 作，因此具有较好的应用前景。这一技术的基本出发点是通过发送和接收超 声波的方式对目标体的结构分布进行探测。接收到的信号中包含了大量与目 标体介质参数有关的信息，以传感器检测到的信号为基础，即可通过相应的 一些算法，重建我们所需要的目标体的介质参数信息，常用的有声速、衰减 系数等。

超声CT成像具有多种模态，既可以利用回波信息进行成像，也可以利用 透过波的信息进行成像。现有的超声CT声速图像重建大多基于单模态的方 法，即分别利用这些模态的信息，实现对目标体内部结构分布的探测。例如， 现有的基于透过波的声速成像方法，较有代表性的有联合代数重建方法 (SART)和吉洪诺夫正则化重建方法，前者原理简单，计算量小，但是易受 噪声影响，重建结果不够准确；后者对正则化参数的选取要求较高，且重建结果往往过于平滑，容易丢失一些关键信息，总体而言亦不能达到满意的水 平。

发明内容

为了至少部分的解决上述已有技术存在的不足，本发明设计了一种基于 先验反射成像的超声CT声速成像方法，旨在对多种模态的超声CT成像方法 进行融合，在反射成像的基础上，利用透过波的信息进行声速成像，以期提 高超声CT声速成像技术中重建图像的质量，使之更接近于真实声速分布， 从而为该技术的实际应用提供一定的参考。

根据本发明的一方面，提供了一种基于先验反射成像的超声CT声速成 像的方法，包括如下步骤：

S1.将压电超声换能器阵列环绕目标体，一并放入其中容纳有介质水的 水箱中，获取压电超声换能器阵列接收的原始数据，所述原始数据包括各压 电超声换能器从水箱内的介质水接收的第一组数据，和各压电超声换能器从 目标体的待测区域内的待测介质接收的第二组数据；

S2：利用步骤S1中所获取的原始数据，采用合成孔径的方法进行反射 成像，得到分辨率较高的反射图像，据此获取介质水所占据的区域的位置；

S3：分别提取各压电超声换能器接收第一组数据和第二组数据的最早接 收时间，通过对应作差，获得行程时间差异图；

S4：将目标体的待测区域离散化为N×N个网格，利用双线性插值法得 到系数投影矩阵L，矩阵的元素L_ij代表第j个像素对第i条路径上各点的声 速值的贡献。建立含N×N个未知数的线性方程组模型Ls＝T，其中，T为 步骤S3中获得的行程时间差异图向量化的结果；s为待测介质的待求声速的 倒数值；

S5：结合步骤S2中所获取的介质水所占据的区域的位置，对介质水所 在区域直接设定其声速值为定值，并利用全变差正则化方法对步骤S4中建 立的线性方程组模型进行求解，得到待测区域的声速的重建结果。

在一些实施例中，介质水所占据的区域的位置可以位于反射图像轮廓的 外部。

在一些实施例中，步骤S5具体为：

将线性方程组模型转化为最优化问题，并利用伪牛顿法进行求解，公式 如下：