[发明专利]微纳马达实时成像与追踪方法、装置及微纳马达控制方法

权利要求书

1.一种微纳马达实时成像与追踪方法，用于对处于目标成像区域内的微纳马达进行实时成像与追踪，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1-1，利用阵列超声换能器对所述目标成像区域发射连续多组平面波组，并获取因不同所述平面波组而反射出的超声射频回波信号组，其中，所述平面波组包含复数个偏转角度不同的平面波，所述超声射频回波信号组由复数个超声射频回波信号组成；

步骤S1-2，利用预定的波束合成算法对每组所述超声射频回波信号组中各个所述超声射频回波信号进行波束合成，从而得到与所述超声射频回波信号对应的初始图像；

步骤S1-3，对每一组所述超声射频回波信号组对应的复数帧所述初始图像进行相干复合，从而得到与所述超声射频回波信号组对应的复合后图像；

步骤S1-4，对所有所述复合后图像进行图像配准，从而得到多个配准后图像；

步骤S1-5，利用预定的杂波滤除算法对所有所述配准后图像进行杂波滤波，从而得到多个滤波后图像；

步骤S1-6，实时显示所述滤波后图像，从而使得用户可以实时观察到所述微纳马达的位置与运动方式；

步骤S1-7，利用预定的微纳马达识别方法对每一帧所述滤波后图像中的所述微纳马达进行识别定位，从而得到所述微纳马达在所述滤波后图像中的位置，并作为单帧位置；

步骤S1-8，至少根据所有所述单帧位置，利用预定的微纳马达轨迹追踪方法对所述微纳马达进行轨迹追踪，从而得到所述微纳马达的运动轨迹，并根据所述单帧位置以及所述阵列超声换能器的发射频率计算得到所述微纳马达的运动速度，

其中，利用连续两个单帧位置之间的位移L，以及所述阵列超声换能器的发射频率PRF，通过v=L*PRF计算得到所述微纳马达的所述运动速度v，

步骤S1-5中，所述杂波滤除算法至少为高通滤波算法、自适应滤波算法、基于特征值频移的特征值分解算法、鲁棒主成分分析算法以及独立成分分析算法中的任意一种，

所述基于特征值频移的特征值分解算法包括以下步骤：

步骤S1-5-1，将连续多帧的所述配准后图像构建为一个大小的二维矩阵，并利用所述特征值分解算法对所述二维矩阵进行特征值分解，从而得到特征值矩阵和特征向量矩阵：

式中，所述特征向量矩阵为的矩阵，所述特征值矩阵为的对角阵，该对角阵中的对角元素即为矩阵特征值，将所有所述矩阵特征值由大到小排列为特征值序列；

步骤S1-5-2，计算所述特征向量矩阵中每个特征向量对应的平均多普勒频移：

式中，为第个所述特征向量的自相关值，为所述配准后图像的帧数，为第个特征向量，为所述阵列超声换能器对应的脉冲发射频率，表示求解复数的辐角运算，为第个所述特征向量对应的所述平均多普勒频移；

步骤S1-5-3，依次判断所述平均多普勒频移是否处于区间[,中，判断为否时，将所述平均多普勒频移对应的特征向量置零，并将所述特征值序列中前p个矩阵特征值以及后q个矩阵特征值对应的特征向量置零，从而得到新特征向量矩阵₁；

步骤S1-5-4，基于所述新特征向量₁以及所述二维矩阵，对所述配准后图像进行图像重构，从而得到大小的矩阵：

；

步骤S1-5-5，将所述矩阵重构为三维图像矩阵，作为多个所述滤波后图像。

2.根据权利要求1所述的微纳马达实时成像与追踪方法，其特征在于，还包括如下步骤：

步骤S1-9，将所述滤波后图像乘上，再经过低通滤波得到正交解调后的低通信号，该低通信号中实部为同相分量，虚部为正交分量：

式中，与分别表示所述滤波后图像中每个像素点的回声强度和相位，所述回声强度由所述低通信号取模得到，为超声发射中心频率；

步骤S1-10，基于所述低通信号，得到彩色多普勒图像，

其中，所述步骤S1-8在根据所有所述单帧位置，利用预定的微纳马达轨迹追踪方法对所述微纳马达进行轨迹追踪，从而得到所述微纳马达的运动轨迹时，还根据所述彩色多普勒图像得到所述微纳马达的运动轨迹。

3.根据权利要求1所述的微纳马达实时成像与追踪方法，其特征在于：

其中，所述波束合成算法为至少为延时叠加算法、自适应波束合成法、空间复合法以及频域-波数域迁移算法中的任意一种。