[发明专利]一种高效的合成孔径超声成像方法

说明书

本发明公开了一种高效的合成孔径超声成像方法，包括分两步的合成孔径超声波束形成。第一步类似地震数据的叠加，将合成孔径超声的原始三维通道数据进行延时累加得到自激自收的二维RF数据的估计，实现数据的压缩。第二步类似地震数据的叠后偏移，利用傅里叶域成像方法对第一步得到的二维RF数据进行第二次波束形成，得到最后的成像结果。本发明实现了传输数据的压缩，又降低了波束形成的计算量。

技术领域

本发明属于医学超声成像领域,涉及一种降低合成孔径超声的数据传输量和成像计算量的方法，尤其涉及一种高效的合成孔径超声成像方法。

背景技术

合成孔径超声技术能够实现发射单元和接收单元的动态聚焦，是一种有效提高超声图像分辨率和对比度的技术，例如在文献1(Jensen,J.A.,Nikolov,S.I.,Gammelmark,K.L.,Pedersen,M.H.(2006).Synthetic aperture ultrasound imaging.Ultrasonics,44,e5-e15)即对该技术进行了详细介绍。合成孔径超声由一个阵元发射信号,全部阵元同时接收信号，全部阵元依次发射并接收所有信号后，最后利用波束形成技术将所有通道数据相加得到成像结果，所以面临需要传输的数据量巨大，成像计算量大的挑战，导致成像得到的超声视频的帧率低。针对上述问题，人们提出了不少的解决办法，主要包括三大类：

1)基于图像压缩的方法。该方法是用图像(视频)压缩技术在传感器端(前端)对超声的原始通道数据进行压缩，从而降低传输的数据量。压缩后的数据传到成像端(后端)后，进行解压缩来得到原始通道数据，然后进行合成孔径超声成像，所以不能降低成像的计算量，同时压缩和解压缩操作会需要额外时间，并会带来成像图像的质量下降，例如文献2(Li,Y.F.,Li,P.C.(2012).Ultrasound beamforming using compressed data.IEEETransactions on InformationTechnology in Biomedicine,16(3),308-313)、文献3(Cheng,P.W.,Shen,C.C.,Li,P.C.(2012).MPEG compression of ultrasound RFchannel data for a real-time software-based imaging system.IEEE transactionson ultrasonics,ferroelectrics,andfrequency control,59(7),1413-1420)、文献4(Kim,J.H.,Yeo,S.,Kim,J.W.,Kim,K.,Song,T.K.,Yoon,C.,Sung,J.(2018).Real-timelossless compression algorithm for ultrasound data using BL universalcode.Sensors,18(10),3314)所描述的那样。

2)基于压缩感知的方法。该方法通过改变采集方式来减少阵元发射次数，提高数据采集帧率，降低所采集的数据量。这类方法需要由压缩感知采集的数据来重构原始合成孔径通道数据，是一个欠定的病态问题，需要采用非线性优化技术求解，计算时间很长，目前还不能用于实时成像，例如文献5(Liu,J.,He,Q.,Luo,J.(2016).A compressedsensing strategy for synthetic transmit aperture ultrasound imaging.IEEEtransactions on medical imaging,36(4),878-891)、文献6(Ramkumar,A.,Thittai,A.K.(2020).Compressed Sensing Approach for Reducing the Number of ReceiveElements in Synthetic Transmit Aperture Imaging.IEEE Transactions onUltrasonics,Ferroelectrics,and Frequency Control,67(10),2012-2021)中所描述的那样。