CN114847983A - 一种基于预扫描的乳腺超声ct反射成像参数自适应补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于乳腺超声CT反射成像领域，具体公开了一种基于预扫描的乳腺超声CT反射成像参数自适应补偿方法，包括：(1)预扫描；(2)对预扫描获得的数据进行处理，得到与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel、乳腺半径Rbreast、乳腺声速Cbreast、衰减倍数；(3)正式扫描及数据处理，进行时间增益补偿与图像重建。本发明通过在正式扫描(即精扫)之前，利用预扫描确定正式扫描的扫描层数，并且，通过对预扫描数据进行处理，还能够得到每一个切片层进行图像重建所需的参数，从而使正式扫描得到的信号基于计算得到的声速和时间增益补偿后再进行反射图像重建，成像效果更好。
Description
技术领域
本发明属于乳腺超声CT反射成像领域，更具体地，涉及一种基于预扫描的乳腺超声CT反射成像参数自适应补偿方法，能够实现乳腺超声CT反射成像所需参数的自适应补偿。
背景技术
乳腺超声CT反射成像能够提供被检测成像物体的解剖结构特征，辅助乳腺癌的早期筛查与诊断。图像质量的好坏是影响临床医生进行诊断的重要因素，由于图像重建以及受试者的摆位情况等均会对成像质量造成影响，因此只通过一次正式扫描和重建通常很难得到最佳的图像质量，有时需要根据重建结果进行重复扫描和调整图像重建参数。正式扫描是较为精确的扫描，为了获取较优的图像质量，对于每个切片层需要遍历环阵列上的多个阵元进行发射。因此，多次正式扫描会增加每位受试者的检查时间。
反射图像重建所涉及的参数主要有声速、时间增益补偿系数以及扫描每侧乳腺所需的层数等，上述参数的选择通常是操作者对图像进行分析后根据经验进行选择，自适应性较差。为解决上述问题，在传统B超设备中，声速的校正主要是先选定一个声速范围(如从1450m/s到1540m/s)，然后利用一个有效的指标(如通道数据的空间频率成分、最小平均相位方差、信号相干性等)对不同声速下的波束形成数据或成像结果进行分析，从而确定一个最优声速，上述方法由于需要进行迭代操作，因此比较耗时。衰减补偿主要是通过超声仪器面板上的时间增益补偿旋钮进行控制，扫描切片主要通过操作者摆动探头进行确定。由于超声CT与传统B超设备在探头结构、扫描方式、图像重建方式等方面的差异，上述传统B超设备成像参数补偿方法很难直接应用到乳腺超声CT反射图像重建上。
因此，如何根据乳腺超声CT反射成像的特点自适应地补偿反射成像参数以优化反射图像质量、辅助临床医生诊断成为亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于预扫描的乳腺超声CT反射成像参数自适应补偿方法及相应系统，通过在正式扫描(即精扫)之前，利用预扫描确定正式扫描的扫描层数，由于预扫描发射事件数少、扫描用时短，能够有效提升乳腺超声CT反射成像的效率；并且更为重要的是，通过对预扫描数据进行处理，还能够得到重建每一个切片层所需的参数(如，反射回波信号的时间增益补偿，以及进一步优选进行延时叠加运算的声速)，从而使正式扫描得到的信号在进行反射图像重建时，图像聚焦误差小，成像效果更好，明暗均匀、特征更清晰。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于预扫描的乳腺超声CT反射成像参数自适应补偿方法，其特征在于，该方法是基于环形探头对乳腺进行超声CT扫描，同时包括预扫描和正式扫描，具体包括如下步骤：
(1)预扫描：
根据预先设定的预扫描切片层数，使用环形探头对每个切片层进行扫描；具体的，对于每个切片层，分别：
(1-1)在环形探头上选择一个发射阵元与一个接收阵元，使发射阵元至接收阵元的透射路径只穿过耦合剂，得到该路径的透射信号S1(t)；
(1-2)在环形探头上选择发射阵元i和发射阵元k，这两个发射阵元的连线经过环形探头的中心，分别得到这两个发射阵元自发自接的反射信号Sr1(t)和Sr2(t)；
(1-3)在环形探头上选择发射阵元i和接收阵元k，这两个阵元的连线经过环形探头的中心，基于从发射阵元至接收阵元的透射路径，得到该路径的透射信号S2(t)；
(2)对预扫描获得的数据进行处理，具体包括以下子步骤：
(2-1)针对步骤(1-1)获得的透射信号S1(t)，基于该透射信号获得渡越时间t1，并结合透射路径的长度L1，基于路程等于时间乘以速度的原理计算得到与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel；
(2-2)针对步骤(1-2)获得的反射信号Sr1(t)和Sr2(t)，基于这2个反射信号获得渡越时间tr1和tr2，并利用步骤(2-1)获得的与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel，结合环形探头半径R，基于路程等于时间乘以速度的原理计算得到与每个切片层相对应的乳腺半径Rbreast；
(2-3)针对步骤(1-3)获得的透射信号S2(t)，基于该透射信号获得渡越时间t2，并利用步骤(2-1)获得的与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel，以及步骤(2-2)获得的与每个切片层相对应的乳腺半径Rbreast，结合环形探头半径R，基于路程等于时间乘以速度的原理计算得到与每个切片层相对应的乳腺声速Cbreast；
(2-4)同样针对步骤(1-3)获得的透射信号S2(t)，得到该透射信号的功率PA；结合预先获得的、相同发射阵元和接收阵元在耦合剂介质中参考信号的功率PB，计算得到与每个切片层相对应的衰减倍数attdB；
(2-5)对于任意2个相邻的切片层，记它们分别为第s-1层切片层与第s层切片层，利用步骤(1-2)获得的自发自接的反射信号Sr1(t)或Sr2(t)，提取这2个相邻切片层所对应的反射信号幅值，计算幅值比AmpRatio；所述AmpRatio具体为第s层切片层的反射信号幅值比上第s-1层切片层的反射信号幅值，并且，当s＝1时，令AmpRatio为预先设定的常数；
(3)正式扫描及数据处理：
记正式扫描的扫描层数为slice，在步骤(2-5)所获得的一系列AmpRatio中，AmpRatio最小时所对应的s的值，即为slice；
将环形探头移动至扫描起始位置，同时保持扫描层间距与预扫描相同、且预扫描后的乳腺位置不变，开始正式扫描，获得与每个切片层相对应的反射回波数据；
基于预扫描得到的与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel、与每个切片层相对应的乳腺半径Rbreast、与每个切片层相对应的乳腺声速Cbreast，同时结合环形探头半径R，对每一个切片层所对应的反射回波信号分别进行时间增益补偿，时间增益补偿的起点为该切片层信号自发射阵元发射、传输至乳腺边界经反射到达接收阵元时所渡过的时间；最后，基于时间增益补偿后的信号进行反射图像重建。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中，与每一个切片层相对应，时间增益补偿的起点tr满足：
时间增益补偿后的信号S(t)满足：
其中，Sori(t)为接收到的原始回波信号，fs为探头的中心频率。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中，所述反射图像重建具体是基于合成发射孔径聚焦。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中，所述反射图像重建为区分耦合剂和乳腺的分段声速重建；具体的，记发射阵元为n、成像点为p、接收阵元为m，则，
p处的幅值A(p)满足：
其中，S(t(m,n,p))为经过时间增益补偿后的信号，t(m,n,p)为发射阵元n到成像点p再到接收阵元m的延时，w(m)为预先选定的变迹函数；N为发射事件数目，M为接收通道数目，D1为该信号经过耦合剂的路径长度，D2为该信号经过乳腺的路径长度。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2-1)中，
所述步骤(2-2)中，记
则，
所述步骤(2-3)中，
并且，若计算得到的Cbreast小于1400m/s或大于1600m/s，则令Cbreast为预先设定的声速固定值；优选的，所述预先设定的声速固定值为1500m/s；
所述步骤(2-4)中，
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2-5)中，当s＝1时，令AmpRatio＝1。
按照本发明的另一方面，本发明提供了一种基于预扫描的乳腺超声CT反射成像参数自适应补偿系统，用于配合环形探头对乳腺进行超声CT扫描，其特征在于，该基于预扫描的乳腺超声CT反射成像参数自适应补偿系统具体包括预扫描功能模块、预扫描数据处理功能模块、正式扫描及数据处理功能模块，其中：
预扫描功能模块：用于根据预先设定的预扫描切片层数，使用环形探头对每个切片层进行扫描；具体的，对于每个切片层，分别：
在环形探头上选择一个发射阵元与一个接收阵元，使发射阵元至接收阵元的透射路径只穿过耦合剂，得到该路径的透射信号S1(t)；
在环形探头上选择发射阵元i和发射阵元k，这两个发射阵元的连线经过环形探头的中心，分别得到这两个发射阵元自发自接的反射信号Sr1(t)和Sr2(t)；
在环形探头上选择发射阵元i和接收阵元k，这两个阵元的连线经过环形探头的中心，基于从发射阵元至接收阵元的透射路径，得到该路径的透射信号S2(t)；
预扫描数据处理功能模块，用于：
针对获得的透射信号S1(t)，基于该透射信号获得渡越时间t1，并结合透射路径的长度L1，基于路程等于时间乘以速度的原理计算得到与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel；
针对获得的反射信号Sr1(t)和Sr2(t)，基于这2个反射信号获得渡越时间tr1和tr2，并利用步骤(2-1)获得的与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel，结合环形探头半径R，基于路程等于时间乘以速度的原理计算得到与每个切片层相对应的乳腺半径Rbreast；
针对获得的透射信号S2(t)，基于该透射信号获得渡越时间t2，并利用所获得的与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel，以及与每个切片层相对应的乳腺半径Rbreast，结合环形探头半径R，基于路程等于时间乘以速度的原理计算得到与每个切片层相对应的乳腺声速Cbreast；
同样针对获得的透射信号S2(t)，得到该透射信号的功率PA；结合预先获得的、相同发射阵元和接收阵元在耦合剂介质中参考信号的功率PB，计算得到与每个切片层相对应的衰减倍数attdB；
对于任意2个相邻的切片层，记它们分别为第s-1层切片层与第s层切片层，利用获得的自发自接的反射信号Sr1(t)或Sr2(t)，提取这2个相邻切片层所对应的反射信号幅值，计算幅值比AmpRatio；所述AmpRatio具体为第s层切片层的反射信号幅值比上第s-1层切片层的反射信号幅值，并且，当s＝1时，令AmpRatio为预先设定的常数；
正式扫描及数据处理功能模块，用于：
记正式扫描的扫描层数为slice，在所获得的一系列AmpRatio中，AmpRatio最小时所对应的s的值，即为slice；
将环形探头移动至扫描起始位置，同时保持扫描层间距与预扫描相同、且预扫描后的乳腺位置不变，开始正式扫描，获得与每个切片层相对应的反射回波数据；
基于预扫描得到的与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel、与每个切片层相对应的乳腺半径Rbreast、与每个切片层相对应的乳腺声速Cbreast，同时结合环形探头半径R，对每一个切片层所对应的反射回波信号分别进行时间增益补偿，时间增益补偿的起点为该切片层信号自发射阵元发射、传输至乳腺边界经反射到达接收阵元时所渡过的时间；最后，基于时间增益补偿后的信号进行反射图像重建。
作为本发明的进一步优选，对于正式扫描及数据处理功能模块，与每一个切片层相对应，时间增益补偿的起点tr满足：
时间增益补偿后的信号S(t)满足：
其中，Sori(t)为接收到的原始回波信号，fs为探头的中心频率。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于在正式扫描的基础上增加了预扫描，预扫描的发射事件数比正式扫描少，预扫描获取全乳回波数据的时间比正式扫描获取一个全乳回波数据的时间短，因此重复扫描过程中受试者的检查时间得到减少；由于通过分析预扫描获取的回波数据对反射成像参数进行提取，因此反射图像质量得到提升，表现为错误声速导致的图像散焦和畸变现象得到减弱；回波信号的衰减得到补偿，重建出的图像整体上明暗均匀。
本发明通过分析预扫描时原始通道接收数据，能够达到对声速、声衰减、乳腺断层扫描切片层数进行定量计算的目的。具体的，在预扫描数据处理时，能够得到每个切片层所对应的耦合剂声速Cgel、乳腺半径Rbreast、乳腺声速Cbreast，结合环形探头半径R，能够计算得到每一个切片层所对应的反射回波信号的时间增益补偿，时间增益补偿的起点为该切片层信号自发射阵元发射、传输至乳腺边界经反射到达接收阵元时所渡过的时间，基于时间增益补偿后的信号进行反射图像重建，重建出的图像整体上成像效果更好。并且，基于本发明，利用预扫描计算得到的声速(包括与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel、乳腺声速Cbreast)，在图像重建时，可以通过区分耦合剂和乳腺的分段声速重建，进行延时叠加运算(即，
t(m,n,p)为这一切片层中发射阵元n到成像点p再到接收阵元m的延时)，图像聚焦误差小、特征更清晰。
虽然本发明增加了一步预扫描，但由于预扫描只需要关注：只穿过耦合剂的某一路径的透射信号S1(t)，环形探头上正对的两个阵元的自发自接的反射信号Sr1(t)和Sr2(t)，经过正对的两个阵元的透射路径的透射信号S2(t)，发射事件次数要求少；当然，为了便于在预扫描后就引入人为判断，在预扫描时可以通过增加发射事件次数以获得粗略的图像重建结果(针对某个切片层，以计算与该切片层相对应的耦合剂声速Cgel为例，此时，对于多个发射对应得到的耦合剂声速Cgel，可以求平均后再作为与该切片层相对应的耦合剂声速Cgel；乳腺半径Rbreast、乳腺声速Cbreast、衰减倍数attdB同理，均可以分别取平均)；也就是说，在实际应用时，对于每一个切片层，预扫描的发射事件数可以为正式扫描发射事件数的1/4或更小。例如，以具有2048个阵元的环形探头为例，当正式扫描为512次等间隔跳发射，预扫描为32次等间隔跳发射时，预扫描获取一层切片的时间约为正式扫描获取一层切片的时间(2s)的1/16。相较于通过正式扫描的方式来进行重复扫描，预扫描能够节省时间；相较于预扫描确定正式扫描的扫描层数所能节省的时间，预扫描自身的耗时也可忽略不计。
本发明方法在重建图像时，尤其可以采用分段声速进行延时叠加运算，能够进一步提升聚焦精度；同时，考虑到耦合剂与乳腺的衰减差异，本发明还进一步采用了分段时间增益补偿策略，成像效果更佳。
附图说明
图1为本发明预扫描参数提取并指导正式扫描图像重建的总流程示意图。
图2(a)为计算每层切片中乳腺声速和耦合剂声速所需数据的示意图。
图2(b)为计算每层切片中乳腺半径所需数据的示意图。
图2(c)为图像重建示意图。
图3(a)为实施例耦合剂声速提取结果。
图3(b)为实施例乳腺轮廓提取结果。
图3(c)为实施例乳腺声速提取结果。
图3(d)为实施例衰减倍数其绝对值的提取结果。
图3(e)为实施例扫描层数提取结果。
图3(f)为实施例中预扫描的图像重建结果图。
图4为不同处理方法下相同发射事件数的正式扫描一个切片图像重建结果图；其中，图4中的(a)对应使用本发明方法的图像重建结果，图4中的(b)和图4中的(c)对应不使用本发明方法的图像重建结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明基于预扫描的乳腺超声CT反射成像参数自适应补偿方法，如图1所示，要包括以下步骤：
1、预扫描：
首先，与常规要求相似，尽可能的确保乳腺居中于环形探头，将预扫描过程中的扫描切片层数设置为S(S的取值为预先设定的正整数)，然后环形探头执行快速的预扫描操作获取全乳的回波数据，同时保持乳腺位置不变，最后进行预扫描图像重建。
2、判断是否需要再次预扫描：
判断的依据主要是通过分析预扫描图像重建的结果，当重建结果中出现乳腺严重偏离探头中心、所设置的扫描层数不能够完全覆盖全乳、乳腺与耦合剂耦合较差时，则需要再次预扫描。若需要再次预扫描，则重复上述步骤操作并作出相应调整(例如，引导受试者摆位使乳腺居中于环形探头、增大扫描层数的设置、确保乳腺与耦合剂之间不存在空气)；若不需要再次扫描，则进行下述步骤操作。
3、提取各层的耦合剂声速：
如图2(a)所示，对于第s层切片，选择发射阵元i与接收阵元j对应的只穿过耦合剂的一条透射数据S1(t)作为计算耦合剂声速的参考信号。利用基于最大值的渡越时间提取方法计算参考信号传播路径上的渡越时间t1，则耦合剂声速的计算如下：
t1＝argmax(S1(t))
其中，L1表示路径长度，t1表示渡越时间，Cgel表示计算得到的耦合剂声速。式中的arg函数与常规定义相同，argmax(S1(t))即表示使得S1(t)信号取最大值时对应的时间变量。
4、提取各层的乳腺轮廓大小信息：
如图2(b)所示，对于第s层切片，利用基于最大值的渡越时间提取方法计算发射阵元i对应的自发自接反射信号Sr1(t)的渡越时间tr1以及发射阵元k对应的自发自接反射信号Sr2(t)的渡越时间tr2；阵元i位于阵元k的正对面。利用上面计算得到的耦合剂声速求出乳腺的半径如下：
tr1＝argmax(Sr1(t))
tr2＝argmax(Sr2(t))
其中，Sr1(t)，Sr2(t)为自发自接反射信号；tr1，tr2为声波到达乳腺皮肤经反射后到达接收阵元的时间；R为环形探头半径；Lr1，Lr2为乳腺皮肤距离探头表面的距离；Rbreast为计算得到的乳腺半径。
5、提取各层的乳腺声速：
如图2(a)所示，对于第s层切片，选择发射阵元i与接收阵元k对应的穿过耦合剂和乳腺的一条透射数据S2(t)作为计算乳腺声速的参考信号(阵元i位于阵元k的正对面)，利用基于最大值的渡越时间提取方法计算这条路径上的渡越时间t2，则乳腺声速的计算如下:
t2＝argmax(S2(t))
其中,S2(t)表示穿过耦合剂和乳腺的透射信号，Cbreast表示计算得到的乳腺声速。
6、提取各层的衰减倍数：
在已采集了一组耦合剂数据作为计算衰减倍数的参考信号的前提下，对于第s层切片，提取人体乳腺数据中发射阵元正对面阵元接收到的一条透射信号SA和耦合剂数据中发射阵元正对面阵元接收到的一条透射信号SB，则衰减倍数的计算如下：
其中，PA表示信号SA的功率，PB表示信号SB的功率；attdB表示信号SA相对于参考信号SB衰减的倍数，为负值。
7、计算相邻两层之间的反射信号幅值比：
对于第s层切片，首先提取探头阵元自发自接的反射信号Sr(t)，然后提取反射信号最大值处对应的幅值。依次将第s层的反射信号幅值amps除以第s-1层的反射信号幅值amps-1，以获取第s层所对应的幅值比AmpRatio(第1层所对应的幅值比可计为1)，其计算如下：
amp＝max(Sr(t))
其中Sr(t)表示某次发射事件对应的自发自接反射信号，amp表示自发自接反射信号最大幅值。
8、如果为第S层，结束前面(2)-(7)的计算步骤；如果还未到第S层，重复前面(2)-(7)的计算步骤。
9、提取用于正式扫描的扫描层数：
将反射信号幅值比中最小值所对应的扫描层数作为正式扫描所需的扫描切片数。
slice＝argmin(AmpRatio(s))
slice为计算得到的可用于正式扫描重建的扫描层数。
10、正式扫描数据获取：
保证预扫描后的乳腺位置不变以及正式扫描时的探头起始位置和扫描层间距与预扫描时相同，将正式扫描的扫描层数定为slice，然后进行正式扫描以获取切片数据。
11、正式扫描重建：
对于第s层切片，将通过分析预扫描第s层切片数据所提取的参数(声速、乳腺半径、衰减倍数等)用于正式扫描反射图像重建。
由于信号在耦合剂中的衰减很小，将时间增益补偿的起点定为乳腺皮肤处。利用所提取的乳腺半径这一参数计算时间增益补偿起点tr，则进行时间增益补偿后的信号表达式如下：
S(t)为时间增益补偿后的信号，Sori(t)为接收到的原始回波信号，tr为为信号自发射阵元发射、传输至乳腺边界经反射到达接收阵元时所渡过的时间，fs为探头的中心频率，attdB、Cbreast与预扫描第s层切片所提取的参数对应。之所以选择tr作为分段临界点，主要是考虑到0<t≤tr对应的是耦合剂内的路径部分、衰减可忽略不计。
如图2(c)所示，图像重建主要为合成发射孔径聚焦算法，对于图像中的每个成像点，其幅值信息A(p)表达如下：
其中，S(t(m,n,p))为经过时间增益补偿后的信号，即代入前文得到的S(t)；t(m,n,p)为发射阵元n到成像点p再到接收阵元m的延时；w(m)为应用在接收端的幅度变迹函数(如hanning窗、hamming窗等，可根据需求选择)；N为发射事件数目，M为接收通道数目，D1为经过耦合剂的路径长度，D2为经过乳腺的路径长度，Cgel为计算得到的耦合剂声速，Cbreast为计算得到的乳腺声速。D1、D2的具体计算可参照基于余弦定理的相关现有技术进行。
实施例
本示例所使用的数据来自华中科技大学医学超声实验室所采集的1例志愿者左侧乳腺的预扫描数据以及与之对应的正式扫描数据。首先，研究人员辅助志愿者进行摆位，确保志愿者乳腺居中于环形探头(探头半径为110毫米，共有2048个阵元，探头中心频率为2.5MHz)。然后，将预扫描的扫描层数设为64、发射事件数设为32进行预扫描及预扫描重建，完成单侧全乳扫描的时间为8s，预扫描图像重建的结果如图3(f)所示。最后，研究人员对第一次预扫描图像重建的结果进行分析，乳腺大致居中于环形探头、扫描层数不存在不够的情况、乳腺与耦合剂之间不存在很强的空气反射现象，因此不需要再次进行预扫。
按照前述步骤(2)-(7)对64层切片的参数(耦合剂声速、乳腺半径、乳腺声速、衰减倍数、相邻两层之间反射信号幅值比)进行提取。其中，图3(a)至图3(e)是通过分析预扫描的数据对每层切片中耦合剂声速、乳腺半径、乳腺声速、衰减倍数、相邻两层之间反射信号幅值比这几个参数进行提取的结果。图3(a)是预扫描64层乳腺切片的耦合剂声速；图3(b)是预扫描64层乳腺切片的乳腺半径；图3(c)是预扫描64层乳腺切片的乳腺声速，由于乳腺声速的计算受透射波形质量的影响较大，在实际处理时，将计算得到的小于1400m/s，大于1600m/s的乳腺声速设置为1500m/s(当然，也可以是其它满足[1400，1600]区间的声速定值)，从图3(c)中可以看出第40层以后的多层乳腺声速被设置为1500m/s；图3(d)是预扫描切片的乳腺衰减倍数，实际中计算得到的乳腺衰减倍数是负值，此处取绝对值进行显示；图3(e)是相邻两层之间反射信号幅值比，反射信号幅值比最小值处对应第44层。
使志愿者保持当前扫描姿势不变，将正式扫描的扫描层数设为44层、发射事件数设为512进行正式扫描，其中正式扫描的起始扫描位置以及扫描层间距与预扫描相同，完成一层切片的正式扫描的时间为2s。
选择正式扫描的第24层切片进行定量分析，采用本发明方法和不采用本发明方法的图像重建结果如图4所示。其中，正式扫描的第24层切片图像重建所需的参数与预扫描第24层提取出的参数相对应。从图3(a)至图3(d)可得，对于第24层切片，计算得到的耦合剂的声速为1476m/s，乳腺声速为1510m/s，乳腺半径为18mm，衰减倍数为28dB，按照上述步骤(11)对第24层切片进行图像重建，结果如图4中的(a)所示。为了比较声速以及时间增益补偿对成像的影响，将耦合剂的声速，乳腺声速，乳腺半径设置为与通过预扫描提取到的参数相一致，而衰减倍数设置为0dB，按照上述步骤(11)对第24层切片进行图像重建，结果如图4中的(b)所示。将耦合剂的声速设置为1540m/s，乳腺声速设置为1540m/s，而乳腺半径和衰减倍数与预扫提取到的参数相一致，按照上述步骤(11)对第24层切片进行图像重建，结果如图4中的(c)所示。
如图4所示，相较于没有时间增益补偿的重建结果(如图4中的(b)所示)，经过自适应反射成像参数补偿后结果(如4中的(a)所示)在不同深度下的亮度较为均匀；相较于在耦合剂声速为1540m/s，乳腺声速为1540m/s这一经验声速下的重建结果(如图4中的(c)所示)，在耦合剂声速为1476m/s，乳腺声速为1510m/s下的重建结果(如图4中的(a)所示)显示病灶边缘和乳腺结构特征较为清晰。＝
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于预扫描的乳腺超声CT反射成像参数自适应补偿方法，其特征在于，该方法是基于环形探头对乳腺进行超声CT扫描，同时包括预扫描和正式扫描，具体包括如下步骤：
(1)预扫描：
根据预先设定的预扫描切片层数，使用环形探头对每个切片层进行扫描；具体的，对于每个切片层，分别：
(1-1)在环形探头上选择一个发射阵元与一个接收阵元，使发射阵元至接收阵元的透射路径只穿过耦合剂，得到该路径的透射信号S1(t)；
(1-2)在环形探头上选择发射阵元i和发射阵元k，这两个发射阵元的连线经过环形探头的中心，分别得到这两个发射阵元自发自接的反射信号Sr1(t)和Sr2(t)；
(1-3)在环形探头上选择发射阵元i和接收阵元k，这两个阵元的连线经过环形探头的中心，基于从发射阵元至接收阵元的透射路径，得到该路径的透射信号S2(t)；
(2)对预扫描获得的数据进行处理，具体包括以下子步骤：
(2-1)针对步骤(1-1)获得的透射信号S1(t)，基于该透射信号获得渡越时间t1，并结合透射路径的长度L1，基于路程等于时间乘以速度的原理计算得到与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel；
(2-2)针对步骤(1-2)获得的反射信号Sr1(t)和Sr2(t)，基于这2个反射信号获得渡越时间tr1和tr2，并利用步骤(2-1)获得的与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel，结合环形探头半径R，基于路程等于时间乘以速度的原理计算得到与每个切片层相对应的乳腺半径Rbreast；
(2-3)针对步骤(1-3)获得的透射信号S2(t)，基于该透射信号获得渡越时间t2，并利用步骤(2-1)获得的与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel，以及步骤(2-2)获得的与每个切片层相对应的乳腺半径Rbreast，结合环形探头半径R，基于路程等于时间乘以速度的原理计算得到与每个切片层相对应的乳腺声速Cbreast；
(2-4)同样针对步骤(1-3)获得的透射信号S2(t)，得到该透射信号的功率PA；结合预先获得的、相同发射阵元和接收阵元在耦合剂介质中参考信号的功率PB，计算得到与每个切片层相对应的衰减倍数attdB；
(2-5)对于任意2个相邻的切片层，记它们分别为第s-1层切片层与第s层切片层，利用步骤(1-2)获得的自发自接的反射信号Sr1(t)或Sr2(t)，提取这2个相邻切片层所对应的反射信号幅值，计算幅值比AmpRatio；所述AmpRatio具体为第s层切片层的反射信号幅值比上第s-1层切片层的反射信号幅值，并且，当s＝1时，令AmpRatio为预先设定的常数；
(3)正式扫描及数据处理：
记正式扫描的扫描层数为slice，在步骤(2-5)所获得的一系列AmpRatio中，AmpRatio最小时所对应的s的值，即为slice；
将环形探头移动至扫描起始位置，同时保持扫描层间距与预扫描相同、且预扫描后的乳腺位置不变，开始正式扫描，获得与每个切片层相对应的反射回波数据；
基于预扫描得到的与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel、与每个切片层相对应的乳腺半径Rbreast、与每个切片层相对应的乳腺声速Cbreast，同时结合环形探头半径R，对每一个切片层所对应的反射回波信号分别进行时间增益补偿，时间增益补偿的起点为该切片层信号自发射阵元发射、传输至乳腺边界经反射到达接收阵元时所渡过的时间；最后，基于时间增益补偿后的信号进行反射图像重建。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(3)中，与每一个切片层相对应，时间增益补偿的起点tr满足：
优选的，时间增益补偿后的信号S(t)满足：
其中，Sori(t)为接收到的原始回波信号，fs为探头的中心频率。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述反射图像重建具体是基于合成发射孔径聚焦。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述反射图像重建为区分耦合剂和乳腺的分段声速重建；具体的，记发射阵元为n、成像点为p、接收阵元为m，则，
p处的幅值A(p)满足：
其中，S(t(m,n,p))为经过时间增益补偿后的信号，t(m,n,p)为发射阵元n到成像点p再到接收阵元m的延时，w(m)为预先选定的变迹函数；N为发射事件数目，M为接收通道数目，D1为该信号经过耦合剂的路径长度，D2为该信号经过乳腺的路径长度。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(2-1)中，
所述步骤(2-2)中，记
则，
所述步骤(2-3)中，
并且，若计算得到的Cbreast小于1400m/s或大于1600m/s，则令Cbreast为预先设定的声速固定值；优选的，所述预先设定的声速固定值为1500m/s；
所述步骤(2-4)中，
6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(2-5)中，当s＝1时，令AmpRatio＝1。
7.一种基于预扫描的乳腺超声CT反射成像参数自适应补偿系统，用于配合环形探头对乳腺进行超声CT扫描，其特征在于，该基于预扫描的乳腺超声CT反射成像参数自适应补偿系统具体包括预扫描功能模块、预扫描数据处理功能模块、正式扫描及数据处理功能模块，其中：
预扫描功能模块：用于根据预先设定的预扫描切片层数，使用环形探头对每个切片层进行扫描；具体的，对于每个切片层，分别：
在环形探头上选择一个发射阵元与一个接收阵元，使发射阵元至接收阵元的透射路径只穿过耦合剂，得到该路径的透射信号S1(t)；
在环形探头上选择发射阵元i和发射阵元k，这两个发射阵元的连线经过环形探头的中心，分别得到这两个发射阵元自发自接的反射信号Sr1(t)和Sr2(t)；
在环形探头上选择发射阵元i和接收阵元k，这两个阵元的连线经过环形探头的中心，基于从发射阵元至接收阵元的透射路径，得到该路径的透射信号S2(t)；
预扫描数据处理功能模块，用于：
针对获得的透射信号S1(t)，基于该透射信号获得渡越时间t1，并结合透射路径的长度L1，基于路程等于时间乘以速度的原理计算得到与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel；
针对获得的反射信号Sr1(t)和Sr2(t)，基于这2个反射信号获得渡越时间tr1和tr2，并利用步骤(2-1)获得的与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel，结合环形探头半径R，基于路程等于时间乘以速度的原理计算得到与每个切片层相对应的乳腺半径Rbreast；
针对获得的透射信号S2(t)，基于该透射信号获得渡越时间t2，并利用所获得的与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel，以及与每个切片层相对应的乳腺半径Rbreast，结合环形探头半径R，基于路程等于时间乘以速度的原理计算得到与每个切片层相对应的乳腺声速Cbreast；
同样针对获得的透射信号S2(t)，得到该透射信号的功率PA；结合预先获得的、相同发射阵元和接收阵元在耦合剂介质中参考信号的功率PB，计算得到与每个切片层相对应的衰减倍数attdB；
对于任意2个相邻的切片层，记它们分别为第s-1层切片层与第s层切片层，利用获得的自发自接的反射信号Sr1(t)或Sr2(t)，提取这2个相邻切片层所对应的反射信号幅值，计算幅值比AmpRatio；所述AmpRatio具体为第s层切片层的反射信号幅值比上第s-1层切片层的反射信号幅值，并且，当s＝1时，令AmpRatio为预先设定的常数；
正式扫描及数据处理功能模块，用于：
记正式扫描的扫描层数为slice，在所获得的一系列AmpRatio中，AmpRatio最小时所对应的s的值，即为slice；
将环形探头移动至扫描起始位置，同时保持扫描层间距与预扫描相同、且预扫描后的乳腺位置不变，开始正式扫描，获得与每个切片层相对应的反射回波数据；
基于预扫描得到的与每个切片层相对应的耦合剂声速Cgel、与每个切片层相对应的乳腺半径Rbreast、与每个切片层相对应的乳腺声速Cbreast，同时结合环形探头半径R，对每一个切片层所对应的反射回波信号分别进行时间增益补偿，时间增益补偿的起点为该切片层信号自发射阵元发射、传输至乳腺边界经反射到达接收阵元时所渡过的时间；最后，基于时间增益补偿后的信号进行反射图像重建。
8.如权利要求7所述系统，其特征在于，对于正式扫描及数据处理功能模块，与每一个切片层相对应，时间增益补偿的起点tr满足：
时间增益补偿后的信号S(t)满足：
其中，Sori(t)为接收到的原始回波信号，fs为探头的中心频率。
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