CN104020463B - 合成孔径超声成像运动补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及合成孔径超声成像运动补偿方法。该方法包括：采用发射接收单焦点且焦点相同的线性扫描方式得到第一低分辨率扫描线；对所述第一低分辨率扫描线间运动进行估计和补偿处理，从而得到第二低分辨率扫描线；将虚拟源开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与虚拟源对应第二低分辨率扫描线上的相应采样点相加，得到高分辨率扫描线，进而得到高分辨率图像。本发明通过对成像平面轴向运动进行有效的运动补偿，有效地解决了合成孔径方法存在运动影响成像质量的问题。

Description

合成孔径超声成像运动补偿方法

技术领域

本发明涉及超声成像方法，尤其涉及合成孔径超声成像运动补偿方法。

背景技术

合成发射孔径通过单阵元发射，全孔径接收，经波束形成得到低分辨率图像(LRI)，再通过将所有发射阵元得到的LRI相干相加得到高质量图像(HRI)。由于HRI对发射和接收都实现了动态聚焦，所以其较传统的超声成像方法就有更高的分辨率。但是，这种合成发射孔径成像方法面临三个主要问题：1)单阵元发射造成的穿透性差和回波信号信噪比低；2)低分辨率图像间的运动会降低其相干性，从而影响成像质量；3)系统实现过程中需要存储和传输大量的射频回波(RF)线，系统复杂度很高。

对于合成发射孔径成像方法的上述三个问题，目前有多种改进方法。合成孔径序列波束方法就是一种比较容易实现的方法。合成孔径序列波束方法由于不需要存储和传输大量的单阵元接收的RF线数据，其实现复杂度较合成发射孔径方法大大降低。此外，由于是多阵元发射，所以也不存在合成发射孔径方法单阵元发射造成的穿透性差和回波信号信噪比低的问题。但是，合成孔径序列波束方法作为一种合成孔径方法，其中仍然存在运动影响成像质量的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术在存在轴向位移时成像质量较差的问题，进而得到高分辨率图像。

为实现上述目的，本发明提供了合成孔径超声成像运动补偿方法。该方法包括：采用发射接收单焦点且焦点相同的线性扫描方式得到第一低分辨率扫描线(所谓低分辨率扫描线是指单焦点发射单焦点接收的方式得到的扫描线)；对所述第一低分辨率扫描线间运动进行估计和补偿，从而得到第二低分辨率扫描线；将虚拟源开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与虚拟源对应第二低分辨率扫描线上的相应采样点相加，得到高分辨率扫描线(所谓高分辨率扫描线是指分辨率高于所述低分辨率扫描线的扫描线)，进而得到高分辨率图像。

本发明通过对第一阶段波束形成得到的低分辨率扫描线间运动进行估计和补偿，在第二阶段波速形成得到高分辨率扫描线，有效地解决了现有技术在存在轴向位移时成像质量较差的问题。

附图说明

图1为本发明合成孔径超声成像运动补偿方法的流程图；

图2为本发明合成孔径超声成像运动补偿方法第一低分辨率扫描线及第二低分辨率扫描线形成原理图；

图3为本发明合成孔径超声成像运动补偿方法高分辨率扫描线形成原理图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明合成孔径超声成像运动补偿方法的流程图，如图所示，本发明具体包括如下步骤：

步骤101，采用发射接收单焦点且焦点相同的线性扫描方式得到第一低分辨率扫描线；

具体地，所述步骤101的具体处理方法如下：

步骤1011，采用所述阵列中的第1到第N₁个阵元发射信号，发射焦点为VS₁，由所述阵列中的第1到第N₁个阵元接收信号，每个阵元的采样点数为P，对各个阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为VS₁，得到第1条第一低分辨率扫描线L₁，该扫描线有P个采样点；

步骤1012，采用所述阵列中的第1到第N₁个阵元发射信号，发射焦点为VS₁，由所述阵列中的第1到第N₁个阵元接收信号，每个阵元的采样点数为P，对各个阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为VS₁，得到第2条第一低分辨率扫描线L₂，该扫描线有P个采样点；

步骤1013，采用所述阵列中的第2到第N₁+1个阵元发射信号，发射焦点为VS₂，由所述阵列中的第2到第N₁+1个阵元接收信号，每个阵元的采样点数为P，对各个阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为VS₂，得到第3条第一低分辨率扫描线L₃，该扫描线有P个采样点；

步骤1014，采用所述阵列中的第2到N₁+1个阵元发射信号，发射焦点为VS₂，由所述阵列中的第2到第N₁+1个阵元接收信号，每个阵元的采样点数为P，对各个阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为VS₂，得到第4条第一低分辨率扫描线L₄，该扫描线有P个采样点；

其中，所述VS₁，VS₂，……，VS_N-N1+1称为虚拟源；

步骤1015，依次重复上述步骤，直至得到2(N-N₁+1)条第一低分辨率扫描线(N为阵元总数)。其中第一低分辨率扫描线L₁，L₃，……，L_2N-2N1+1构成一幅低分辨率图像LRI；第一低分辨率扫描线L₂，L₄，……，L_2N-2N1用于与LRI中对应相同阵元得到的第一低分辨率扫描线L₁，L₃，……，L_2N-2N1-1做运动估计处理。

步骤102，对第一低分辨率扫描线间运动进行估计和补偿，从而得到第二低分辨率扫描线；

具体地，所述步骤102的具体处理方法如下：

步骤1021，计算第一条第一低分辨率扫描线L₁与第二条第一低分辨率扫描线L₂之间的时延，得到第一时延值D₁；

步骤1022，计算第n-1条第一低分辨率扫描线L_n-1与第n条第一低分辨率扫描线L_n之间的时延，得到第n/2时延值D_n/2，其中n为偶数；直至n的值达到2(N-N₁)，得到第N-N₁时延值D_N-N1。

步骤1023，第一条第一低分辨率扫描线L₁不做补偿，直接记作CL₁；

步骤1024，对于第三条第一低分辨率扫描线L₃，利用第一时延值的二倍2D₁进行延时处理，得到补偿后的第二条第二低分辨率扫描线CL₂。

步骤1025，利用第1至第n时延值之和的二倍2D₁+2D₂+…+2D_n对第2n+1条第一低分辨率扫描线L_2n+1进行延时处理，得到补偿后的第n+1条第二低分辨率扫描线CL_n+1，直至n的值达到N-N₁，得到补偿后的第N-N₁+1条第二低分辨率扫描线CL_N-N1+1；

其中，CL₁、CL₂……CL_N-N1+1称为第二低分辨率扫描线。

步骤103，将虚拟源开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与虚拟源对应第二低分辨率扫描线上的相应采样点相加，得到高分辨率扫描线，进而得到高分辨率图像；

具体地，所述步骤103的具体处理方法如下：

步骤1031，对第一条第二低分辨率扫描线进行第二次波束形成，即将VS₁开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与第一条第二低分辨率扫描线上相应采样点相加，得到第一条高分辨率扫描线H₁；

步骤1032，对第二条第二低分辨率扫描线进行第二次波束形成，即将VS₂开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与第二条第二低分辨率扫描线上相应采样点相加，得到第二条高分辨率扫描线H₂；

步骤1033，重复上述处理，直到对第N-N₁+1条第二低分辨率扫描线进行第二次波束形成，即将VS_N-N1+1开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与第N-N₁+1条第二低分辨率扫描线上相应采样点相加，得到第N-N₁+1条高分辨率扫描线H_N-N1+1。

所述虚拟源开角内的低分辨率扫描线数量为K(z)：

$K\left(z\right)=\frac{L\left(z\right)}{\mathrm{\Δ}}=\frac{2|z-z_v|\·\tan \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}{\mathrm{\Δ}}$

其中，z_v为虚拟源深度，α为虚拟源的开角，L(z)为深度z处的声场宽度，Δ为虚拟源间距。

所述虚拟源开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点的延时计算公式为：

$t_d\left(k\right)=2(z_v\±|\mathrm{zV}{S}_{x_k}\left|\right)/c$

其中，z_v为虚拟源深度，为(x,z)点到线上的虚拟源的距离。+号表示(x,z)点深度大于z_v，-号表示其深度小于z_v,c为声速。

将所述虚拟源开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与所述虚拟源对应第二低分辨率扫描线上相应采样点相加，得到高分辨率扫描线的具体计算公式为：

$h(x,z)=\underset{k=1}{\overset{K\left(z\right)}{\mathrm{\Σ}}}w(x_k,z)\·{\mathrm{CL}}_{x_k}\left(t_d\left(k\right)\right)$

其中表示第二低分辨率扫描线上延时t_d(k)对应的值，w为加权函数，其值随深度z和扫描线的水平位置x_k而改变，K是深度z的函数，将K条线上对应的数据加权累加，得到高分辨率扫描线。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种合成孔径超声成像运动补偿方法，其特征在于，所述方法包括：

采用发射接收单焦点且焦点相同的线性扫描方式得到第一低分辨率扫描线；

对所述第一低分辨率扫描线间运动进行估计和补偿，从而得到第二低分辨率扫描线；

将虚拟源开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与虚拟源对应第二低分辨率扫描线上的相应采样点相加，得到高分辨率扫描线，进而得到高分辨率图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用发射接收单焦点且焦点相同的线性扫描方式得到第一低分辨率扫描线，包括：

采用阵列中的第1到第一数量个N₁个阵元发射信号，发射焦点为VS₁，由阵列中的第1到第N₁个阵元接收信号，每个阵元的采样点数为P，对各个阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为VS₁，得到第1条第一低分辨率扫描线L₁，该扫描线有P个采样点；

采用所述阵列中的第1到第N₁个阵元发射信号，发射焦点为VS₁，由所述阵列中的第1到第N₁个阵元接收信号，每个阵元的采样点数为P，对各个阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为VS₁，得到第2条第一低分辨率扫描线L₂，该扫描线有P个采样点；

采用所述阵列中的第2到第N₁+1数量个N₁+1个阵元发射信号，发射焦点为VS₂，由所述阵列中的第2到第N₁+1个阵元接收信号，每个阵元的采样点数为P，对各个阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为VS₂，得到第3条第一低分辨率扫描线L₃，该扫描线有P个采样点；

采用所述阵列中的第2到N₁+1个阵元发射信号，发射焦点为VS₂，由所述阵列中的第2到第N₁+1个阵元接收信号，每个阵元的采样点数为P，对各个阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为VS₂，得到第4条第一低分辨率扫描线L₄，该扫描线有P个采样点；

依次重复上述处理，直至得到2(N-N₁+1)条第一低分辨率扫描线；其中第一低分辨率扫描线L₁，L₃，……，L_2N-2N1+1构成一幅低分辨率图像LRI；第一低分辨率扫描线L₂，L₄，……，L_2N-2N1+2用于与LRI中对应相同阵元得到的第一低分辨率扫描线L₁，L₃，……，L_2N-2N1+1做运动估计处理；

其中，N为阵元总数，所述VS₁，VS₂，……，VS_N-N1+1称为虚拟源。

3.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，对所述第一低分辨率扫描线间运动进行估计和补偿处理，从而得到第二低分辨率扫描线，包括：

计算第一条第一低分辨率扫描线L₁与第二条第一低分辨率扫描线L₂之间的时延，得到第一时延值D₁；

计算第n-1条第一低分辨率扫描线L_n-1与第n条第一低分辨率扫描线L_n之间的时延，得到第n/2时延值D_n/2，其中n为偶数；直至n的值达到2(N-N₁)，得到第N-N₁时延值D_N-N1；

第一条第一低分辨率扫描线L₁补偿为零，直接记作CL₁；

对于第三条第一低分辨率扫描线L₃，利用第一时延值的二倍2D₁进行延时处理，得到补偿后的第二条第二低分辨率扫描线CL₂；

利用第1至第n时延值之和的二倍2D₁+2D₂+…+2D_n对第2n+1条第一低分辨率扫描线L_2n+1进行延时处理，得到补偿后的第n+1条第二低分辨率扫描线CL_n+1，直至n的值达到N-N₁，得到补偿后的第N-N₁+1条第二低分辨率扫描线CL_N-N1+1；

其中，CL₁、CL₂……CL_N-N1+1称为第二低分辨率扫描线。

4.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，将虚拟源开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与虚拟源对应第二低分辨率扫描线上的相应采样点相加，得到高分辨率扫描线，进而得到高分辨率图像，包括：

对第一条第二低分辨率扫描线进行第二次波束形成，即将VS₁开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与第一条第二低分辨率扫描线上相应采样点相加，得到第一条高分辨率扫描线H₁；

对第二条第二低分辨率扫描线进行第二次波束形成，即将VS₂开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与第二条第二低分辨率扫描线上相应采样点相加，得到第二条高分辨率扫描线H₂；

重复上述处理，直到对第N-N₁+1条第二低分辨率扫描线进行第二次波束形成，即将VS_N-N1+1开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与第N-N₁+1条第二低分辨率扫描线上相应采样点相加，得到第N-N₁+1条高分辨率扫描线H_N-N1+1。

5.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于，所述虚拟源开角内的低分辨率扫描线数量为K(z)：

$K\left(z\right)=\frac{L\left(z\right)}{\mathrm{\Δ}}=\frac{2|z-z_v|\·tan\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}{\mathrm{\Δ}}$

其中，z_v为虚拟源深度，α为虚拟源的开角，L(z)为深度z处的声场宽度，Δ为虚拟源间距。

6.根据权利要求5中所述的方法，其特征在于，所述虚拟源开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点的延时计算公式为：

$t_d\left(k\right)=2(z_v\±|{\mathrm{zVS}}_{x_k}\left|\right)/c$

其中，z_v为虚拟源深度，为(x,z)点到第二低分辨率扫描线上的虚拟源的距离，+号表示(x,z)点深度大于z_v，-号表示其深度小于z_v,c为声速。

7.根据权利要求6中所述的方法，其特征在于，所述将虚拟源开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与所述虚拟源对应第二低分辨率扫描线上相应采样点相加，得到高分辨率扫描线的具体计算公式为：

其中表示第二低分辨率扫描线上延时t_d(k)对应的值，w为加权函数，其值随深度z和扫描线的水平位置x_k而改变，K是深度z的函数，将K条线上对应的数据加权累加，得到高分辨率扫描线。