CN113693624A - 一种高质量的超声复合成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高质量的超声复合成像方法，是采用聚焦发射的工作方式并包括：1设置发射聚焦点的位置，保证焦点深度略大于成像区域成像深度；2根据焦点位置，发射时采用探头内全部阵元发射聚焦超声波，并采用全部阵元接收回波信号；3确定每次发射时有效发射声场的作用区域范围，并根据回波信号对该有效作用区域内所有位置的成像点进行成像，得到低质量的成像结果；4将所有低质量成像结果进行复合的高质量的成像结果。本发明能在成像区域保持较强的发射声场能量，有效提高深度较远的成像区域回波信号的信噪比，对成像区域较深的区域实现高质量成像，另外全阵元发射和接收的方式实现了全孔径发射和全孔径接收，具有较好的成像分辨率。

Description

一种高质量的超声复合成像方法
技术领域
本发明适用于医学超声成像领域，具体的说是一种高质量的超声复合成像技术。
背景技术
医学超声成像设备是常用的影像学设备之一，在诸多重要的疾病诊断具有重要的价值。成像模式影响了成像设备的架构，并对成像质量有重要的影响，是医学超声成像设备的核心技术。空间复合成像是一种研究较多的高质量成像模式，该模式采用多次发射的方式来实现。超声探头发射超声波进入成像区域，然后接收成像区域散射回来的回波信号，再根据回波信号采用波束形成技术进行成像。每次发射后得到超声图像称之为低质量图像，再将低质量图像进行复合并得到最后的高质量图像。常用的复合成像方式有平面波相干复合，合成孔径成像及发散波复合成像等等。平面波相干复合采用全孔径发射平面波的方式，平面波在传播过程中不断发散，对成像区域较深的地方成像强度下降，成像质量降低。发散波复合成像采用子孔径发射发散波的方式，虽然分辨率较高，但是声场能量衰减更快，远处成像质量下降明显。另外还有一类采用子孔径发射聚焦波的复合成像方法，对当焦点深度较大时，这类子孔径发射的方式会降低聚焦的性能，对深处成像区域的成像质量改善有限，而且会降低图像的分辨率。
发明内容
本发明为了克服现有技术存在的不足之处，提出了一种高质量的超声复合成像方法，以期能改善深处成像区域的成像质量，有效提高超声成像系统的图像分辨率。
本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
本发明一种高质量的超声复合成像方法的特点在于，包括以下步骤：
步骤一：在超声成像过程中，探头每次发射超声波时设置一个聚焦点，并确定所述聚焦点的坐标，且所述聚焦点的深度大于成像区域的最大深度；
步骤二：根据聚焦点的位置，计算探头内所有阵元的发射延迟参数，从而使得所述探头内所有阵元根据所述发射延迟参数向成像区域发射聚焦的超声波后，所述探头内全部阵元再接收回波信号；
步骤三：根据每次发射的聚焦点的坐标、探头的第一个发射阵元的坐标和最后一个发射阵元的坐标，确定每次发射时发射声场的有效作用区域；
根据所述回波信号对所述有效作用区域内所有位置的成像点进行成像，得到成像结果；
将所述成像结果中属于所述有效作用区域以外的成像点直接设为“0”，从而得到低质量图像；
步骤四：将所述低质量图像中每个成像点所对应的成像结果组成对应的复合向量，对每个成像点的复合向量内非零值的元素分别取均值后得到相应成像点的高质量复合成像结果；将所有成像点的高质量成像结果进行对数压缩及灰度化处理后得到成像区域内高质量的超声图像。
本发明所述的一种高质量的超声复合成像方法的特点也在于，利用式(1)得到所述步骤一中聚焦点的深度yf：
Figure BDA0003245471500000021
式(1)中，Δxf是相邻两次发射的聚焦点之间的间隔，ymax为成像区域的最大深度；L为探头所有阵元的总长度。
利用式(2)得到所述步骤三中成像点p在第m次发射时发射声场的有效作用区域的判断条件：
Figure BDA0003245471500000022
式(2)中，(xp,yp)为成像区域内成像点p的坐标；
Figure BDA0003245471500000023
为成像区域内最后一个发射阵元的坐标；
Figure BDA0003245471500000024
为成像点p在第m次发射时聚焦点的坐标；
若成像点p的坐标满足式(2)时，则表示成像点p属于有效声场区域时，否则，表示成像点p不属于有效声场区域。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明采用全阵元发射的方式，具有较高的发射声场能量。全阵列接收且将聚焦点设置在成像区域外的模式可以让发射声场在整个成像区域内保持较高的能量，尤其对于较深的成像区域，发射声场保持聚焦的特性。相对于超声复合成像方式，本发明减少了声场的发散，可以有效提高深度较远的成像区域回波信号的信噪比，改善深处成像区域的成像质量。另外全阵元发射和接收的方式实现了全孔径发射和全孔径接收，相对于子孔径发射或接收的方式，具有更好的成像分辨率。该成像方法具有一定的临床应用价值。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的成像区域与焦点、探头阵元关系图；
图3为本发明仿真散射点的第21次发射时的低质量超声图像；
图4为本发明仿真散射点的第64次发射时的低质量超声图像；
图5为本发明散射点最终复合成像结果图。
具体实施方式
本实施例中，图1为本发明的方法流程图，一种高质量的超声复合成像方法，包括以下步骤：
步骤一：在超声成像过程中，设超声探头共有N个阵元，探头所有阵元的总长度为L，设第n个阵元的坐标为
Figure BDA0003245471500000031
在一次完整的成像过程中，探头总进行了M次发射，探头每次发射超声波时设置一个聚焦点，即成像过程中共设置了M个发射聚焦点。设第m次发射的聚焦点为Fm，坐标为
Figure BDA0003245471500000032
聚焦点沿横向间隔排列。相邻聚焦点之间的间隔为Δxf，成像区域的最大深度设为ymax，且聚焦点的深度大于成像区域的最大深度；
具体实施中，利用式(1)得到聚焦点的深度yf：
Figure BDA0003245471500000033
在成像过程中，为了保证聚焦性能，焦点深度设置不大于85mm，焦点深度与成像区域的最大深度的差值不超过5mm。为了保证成像区域两边的成像质量，第1个焦点和第M个焦点设置在成像区域之外。如图2所示。
步骤二：根据聚焦点的位置，计算探头内所有阵元的发射延迟参数，从而使得探头内所有阵元根据发射延迟参数向成像区域发射聚焦的超声波后，探头内全部阵元再接收回波信号；即整个成像过程中成像系统采用全孔径发射和全孔径接受的方式进行工作。
步骤三：根据每次发射的聚焦点的坐标、探头的第一个发射阵元的坐标和最后一个发射阵元的坐标，确定每次发射时发射声场的有效作用区域；
具体的说，是利用式(2)得到步骤三中成像点p在第m次发射时发射声场的有效作用区域的判断条件：
Figure BDA0003245471500000034
式(2)中，(xp,yp)为成像区域内成像点p的坐标；
Figure BDA0003245471500000035
为成像区域内最后一个发射阵元的坐标；
Figure BDA0003245471500000036
为成像点p在第m次发射时聚焦点的坐标；
若成像点p的坐标满足式(2)时，则表示成像点p属于有效声场区域时，否则，表示成像点p不属于有效声场区域。
根据回波信号对有效作用区域内所有位置的成像点进行成像，得到成像结果；将成像结果中属于有效作用区域以外的成像点直接设为“0”，从而得到低质量图像；
具体的说，设第m次发射时，探头的第n个阵元接收到回波信号，进行延时后得到的信号强度值为vm,n(p)，第m次发射，得到低质量成像结果Sm(p)，可由式(3)得到：
Figure BDA0003245471500000041
步骤四：将低质量图像中每个成像点所对应的成像结果组成对应的复合向量，对每个成像点的复合向量内非零值的元素分别取均值后得到相应成像点的高质量复合成像结果；
具体的说，将M次发射得到的低质量成像结果组成成像复合向量S(p)＝[S1(p),S2(p),…,Sm(p),…,SM(p)]。设复合向量中非0值的元素个数为K，则给出p点复合成像结果式(4)所示：
Figure BDA0003245471500000042
将所有成像点的高质量成像结果进行对数压缩及灰度化处理后得到成像区域内高质量的超声图像。
实施例：
在本实施例中，首先建立一个仿真超声成像系统，系统采用128阵元线性阵列探头。阵元间距为0.3mm，发射信号中心频率为5MHz，系统采样频率为40MHz。成像区域的声速为1540m/s，成像区域最大深度为40mm，每次成像的发射次数为128次，即设置128个焦点，则由式1可知，128个焦点横向等间隔排列，间距为0.3mm，128个焦点深度相同均设为40.31mm。为了验证算法的有效性，仿真的回波信号添加一定强度的高斯白噪声。成像区域为大小为36mm×30mm，横向距离为-18mm到18mm，深度从10mm到40mm。成像区域内的目标由横向间隔2mm，纵向间隔4mm均匀分布的多个强散射点组成。第20次发射和第64次发射时得到低质量超声图像如图3和图4所示，展示了不同位置焦点的有效声场区域的情况。图3和图4内部的噪声较大。图5为128个低质量图像复合后得到的高质量成像结果，可见散射点的成像质量明显提高，图像背景区域的噪声也明显降低。

Claims (3)

1.一种高质量的超声复合成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在超声成像过程中，探头每次发射超声波时设置一个聚焦点，并确定所述聚焦点的坐标，且所述聚焦点的深度大于成像区域的最大深度；
步骤二：根据聚焦点的位置，计算探头内所有阵元的发射延迟参数，从而使得所述探头内所有阵元根据所述发射延迟参数向成像区域发射聚焦的超声波后，所述探头内全部阵元再接收回波信号；
步骤三：根据每次发射的聚焦点的坐标、探头的第一个发射阵元的坐标和最后一个发射阵元的坐标，确定每次发射时发射声场的有效作用区域；
根据所述回波信号对所述有效作用区域内所有位置的成像点进行成像，得到成像结果；
将所述成像结果中属于所述有效作用区域以外的成像点直接设为“0”，从而得到低质量图像；
步骤四：将所述低质量图像中每个成像点所对应的成像结果组成对应的复合向量，对每个成像点的复合向量内非零值的元素分别取均值后得到相应成像点的高质量复合成像结果；将所有成像点的高质量成像结果进行对数压缩及灰度化处理后得到成像区域内高质量的超声图像。
2.如权利要求1所述的一种高质量的超声复合成像方法，其特征是，利用式(1)得到所述步骤一中聚焦点的深度yf：
Figure FDA0003245471490000011
式(1)中，Δxf是相邻两次发射的聚焦点之间的间隔，ymax为成像区域的最大深度；L为探头所有阵元的总长度。
3.如权利要求1所述的一种高质量的超声复合成像方法，其特征是，利用式(2)得到所述步骤三中成像点p在第m次发射时发射声场的有效作用区域的判断条件：
Figure FDA0003245471490000012
式(2)中，(xp,yp)为成像区域内成像点p的坐标；
Figure FDA0003245471490000013
为成像区域内最后一个发射阵元的坐标；
Figure FDA0003245471490000014
为成像点p在第m次发射时聚焦点的坐标；
若成像点p的坐标满足式(2)时，则表示成像点p属于有效声场区域时，否则，表示成像点p不属于有效声场区域。
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