[发明专利]一种高分辨快速计算的被动超声成像方法及系统

说明书

本发明公开了一种高分辨快速计算的被动超声成像方法及系统：对多个单相位信号叠加，根据最小和最大有效采样点对相位叠加信号截断，对所得全阵元有效信号进行前、后向阵元截断，对全阵元、前向阵元截断和后向阵元截断有效信号补零后分别进行二维快速傅里叶变换，将变换所得时空初始谱与各深度的时空谱传递函数相乘，对所得时空传递谱沿阵元方向进行快速傅里叶逆变换并将逆变换结果的模平方沿信号采样点方向叠加后通过截取有效元素得到有效能量，将全阵元有效能量与前、后向阵元截断有效能量的阈值化相关系数相乘，根据所得各深度的像素向量得到成像结果。本发明同时提高了被动超声成像的分辨性能和计算速度，可用于超声治疗中空化的准确实时监控。

技术领域

本发明属于超声检测与超声成像技术领域，具体涉及一种高分辨快速计算的被动超声成像方法及系统。

背景技术

为保证超声治疗的精准性和安全性并促进其临床应用，需要发展可靠的医学影像监控技术。超声成像在超声治疗监控中具有广阔的应用前景，其可分为两类，第一类是换能器工作在发射接收模式的主动超声成像，第二类是换能器工作在不发射只接收模式的被动超声成像。主动超声成像由于其发射的探测脉冲与超声治疗信号互相干扰，因此只能和超声治疗过程交错穿插进行，不能实现真正的实时监控。而被动超声成像由于不发射探测脉冲，因此不存在信号干扰的问题，从而可在超声治疗的过程中进行实时监控；且为了临床应用推广，被动超声成像常使用线阵换能器等用于医学诊断的阵列超声换能器进行成像。被动超声成像在超声治疗中的应用主要体现在对空化的检测上，近年来被动超声成像在空化动力学研究以及空化介导的多种超声治疗应用的监控等方面发挥着越来越重要的作用。

然而，被动超声成像还存在两个需要解决的问题，即分辨性能差和计算速度慢。被动超声成像的分辨性能主要取决于阵列超声换能器的长度、接收信号的频率以及声源与换能器之间的距离，阵列超声换能器长度越大、接收信号频率越大或声源距离换能器越近，则成像分辨性能越好。而由于阵列超声换能器的长度会受到人体某些部位(例如心脏)的限制、接收信号频率会受到换能器带宽或组织高频衰减的限制、且声源深度在实际应用中可调整的空间并不是很大，因此成像分辨性能往往不能得到有效的改善；另外，组织异质性、换能器缺陷以及散射子之间的相互作用干扰也会造成被动超声成像分辨性能的下降。被动超声成像的计算速度取决于信号采样点数目、成像视野尺寸和像素尺寸。被动超声成像时首先需要对成像区域进行规划，然后通过延时叠加积分方法处理接收信号并计算成像区域内每个像素的像素值，最后由成像区域内的所有像素构成一幅图像，即通过逐个像素点计算来实现成像。在信号采样点数目给定的条件下，成像视野越大或者像素越小，计算速度越慢。而在实际应用中，往往需要选择较大的成像视野尺寸和较小的像素尺寸来进行成像，这就会增加计算的时间，从而不利于实时成像。

目前有研究人员提出了一些改进的被动超声成像算法，例如基于自适应波束合成、相干系数加权或孔径自相关的时域算法，以及基于频率叠加、自适应波束合成或角谱法的频域算法；然而这些算法要么只能改善图像质量而无法提高计算速度，要么只能提高计算速度而无法改善图像质量。如何同时提高被动超声成像的分辨性能和计算速度，一直是被动超声成像领域存在的一个技术难题，同时也是超声治疗监控的重要需求。鉴于此，亟待提出一种高分辨快速计算的被动超声成像方法及系统，从而为超声治疗过程中空化的准确实时监控提供强有力的工具，并为超声精准诊疗奠定坚实基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高分辨快速计算的被动超声成像方法及系统，可有效提高被动超声成像的分辨性能和计算速度。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种高分辨快速计算的被动超声成像方法，包括以下步骤：

1)利用阵列超声换能器依次被动地接收经连续的多个等间隔相位的超声脉冲信号作用于介质后产生的多个声辐射信号，对多个声辐射信号进行采样，得到多个单相位信号，将多个单相位信号叠加，得到相位叠加信号；