CN116098654A - 一种基于环形阵列的超声ct相控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于超声成像技术领域，具体涉及一种基于环形阵列的超声CT相控方法，超声CT采用环形阵列传感器，包括N个环形排列的阵元，各个阵元的激励脉冲根据需要的超声波束的特性，按照延迟时间进行延迟发射；在接收时，根据发射时的延迟时间对各个阵元接收到的回波信号中进行延时补偿，然后进行相干叠加来实现波束形成。本发明结合环形阵列、超声CT技术以及相控原理的优势，结合基于环形阵列的超声CT相控原理，构建了基于环形阵列的超声CT成相控方法，有效改善超声波检测不准确、成像分辨率不高以及应用领域范围受限等缺点。

Description

一种基于环形阵列的超声CT相控方法
技术领域
本发明属于超声成像技术领域，具体涉及一种基于环形阵列的超声CT相控方法。
背景技术
超声CT是指在不损伤目标体内部结构的基础上，通过超声换能器阵列测量物体在超声波照射下的投影数据，利用这些数据可以重建出二维或三维的超声图像。其具有层析成像、高分辨力、多种成像模式灵活组合等优点，在临床医学的早期筛查及材料的无损检测等领域呈现显著优势。因此，用超声波作为发射源的检测技术取代X-射线来照射目标体，已逐渐成为超声应用领域的研究者们追求的新目标之一。
相控阵技术以其灵活的声束偏转及聚焦性能在缺陷定位和准确度检测等方面与传统的超声检测相比有着明显的优势。相控阵超声发射基于惠更斯-菲涅尔原理，当各阵元被同频率的脉冲激励时，所发射的超声波将发生干涉形成合成波阵面，从而在空间中形成稳定的超声场。如果改变各阵元的激励脉冲时间，使它们按照一定的延迟时间发射，则根据惠更斯原理，所发射的超声波会在空间叠加合成新的波阵面，从而实现声束偏转或聚焦等特性。根据互易原理，相控阵接收时也是用延迟的方法来达到的，按照回波到达各阵元的时间差对各阵元接收信息进行延时补偿，然后叠加，从而获得某目标方向上的反射回波，进而得到介质或缺陷的数据信息。
目前，常见的基于线阵的超声相控阵主要应用于医学超声成像、工业无损检测、石油测井成像以及高温肿瘤治疗等领域。然而，对于结构为弧形或环形的被照射对象，基于线阵的超声相控阵在检测时与其不够贴合，在移动线阵的同时会使成像面间隙区域信号丢失，介入性检测明显受到平面声像的制约。且受目标体位置的限制，成像的横向分辨率明显低于轴向分辨率，导致检测质量不佳。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于环形阵列的超声CT相控方法，以有效改善超声波诊断不准确以及成像分辨率不高的缺点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：(同权利要求书，暂略)
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明提供了一种基于环形阵列的超声CT相控方法，通过控制波束形成可获得各方位的被测物回波数据信息。同时，超声相控阵可以灵活、便捷而有效地控制波束形状，有效改善超声波检测不准确、成像分辨率不高以及应用领域范围受限等缺点，极大的提高了检测效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于环形阵列的超声CT相控方法的原理示意图；
图2为基于环形阵列的超声CT相控方法的波束声场图；第一行是环阵波束聚焦声场图，焦距从左往右分别是50mm，100mm，150mm；第二行是环阵波束偏转声场图，偏转角度从左往右分别为-10°，0°，10°；第三行是环阵波束聚焦偏转声场图，从左往右焦距分别为50.77mm，115.47mm，173.21mm。对应偏转角度分别为10°，30°，-30°。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种基于环形阵列的超声CT相控方法，通过在发射时对环形阵列各个阵元的激励脉冲按照不同的延迟时间进行发射，使各个阵元发射的超声波叠加后形成新的波阵面，从而使发射的超声波束具有聚焦和偏转特性。同时在接收时，根据超声回波到达各阵元的时间差对各阵元接收到的超声信号进行延时补偿，然后进行相干叠加，以增强特定方向(感兴趣区域，例如缺陷或肿瘤)的回波信号，削弱甚至抵消其他方向的回波信号，从而进一步提高系统的检测灵敏度。
如图1所示，本实施例中，在发射时，基于环形阵列的超声CT相控方法的基本原理是在发射声波时，采用相对延时顺序激励每个阵元，以环形阵列中心O为参考点，使环形阵列各阵元发射的超声波在焦距为F的焦点P处实现聚焦，或者在中心阵元(阵元1)与圆心连线的夹角θ处实现聚焦及偏转。
对于由N个阵元组成的环形阵列，第n个阵元的相对延迟时间可以通过聚焦或偏转原理得到。
基于环形阵列的超声CT的波束控制原理，有：
ΔS＝AP-BP；  (1)
Figure BDA0004039904840000021
其中，ΔS表示声程差，c表示超声波在介质中的声速，tn表示第n个阵元的相对延迟时间。P为聚焦点，AP和BP表示两个不同阵元到焦点P的线段。
因此，根据空间几何关系，当N为奇数，那么此时有：
Figure BDA0004039904840000031
当N为偶数时，
Figure BDA0004039904840000032
其中，tnf表示环形阵列聚焦时第n个阵元的延迟时间，F表示焦距，r表示环形阵列曲率半径，d表示阵元中心距，c表示超声波在介质中的声速，t0表示时间常数，表示波束偏转角度。
基于环形阵列的超声CT的发射偏转原理，可以推导得到，当N为奇数时，那么此时有：
Figure BDA0004039904840000033
当N为偶数时，
Figure BDA0004039904840000034
tns表示环形阵列偏转时第n个阵元的延迟时间，θ表示偏转角度。
基于环形阵列的超声CT的聚焦声束偏转原理，可以推导得到，当N为奇数时，有：
Figure BDA0004039904840000035
当N为偶数时，
Figure BDA0004039904840000036
其中，tnfs表示环形阵列聚焦偏转时第n个阵元的延迟时间。
在接收时，根据发射时的延迟时间对各个阵元接收到的回波信号中进行延时补偿，然后进行相干叠加来实现波束形成。
如图2所示，为根据本发明实施例提供的基于环形阵列的超声CT相控方法得到波束声场图。其中，环形阵列阵元数目为128，半径为100mm，声波频率为1MHz。第一行是环阵波束聚焦声场图，焦距从左往右分别是50mm，100mm，150mm；第二行是环阵波束偏转声场图，偏转角度从左往右分别为-10°，0°，10°；第三行是环阵波束聚焦偏转声场图，从左往右焦距分别为50.77mm，115.47mm，173.21mm。对应偏转角度分别为10°，30°，-30°。因此，本发明的相控方法可以实现超声的偏振和聚焦
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种基于环形阵列的超声CT相控方法，其特征在于，超声CT采用环形阵列传感器，包括N个环形排列的阵元，各个阵元的激励脉冲根据需要的超声波束的特性，按照延迟时间进行延迟发射；
当需要环形阵列发送的超声波束聚焦时，环形阵列中各阵元的延迟时间为：
当N为奇数时，
Figure FDA0004039904830000011
当N为偶数时，
Figure FDA0004039904830000012
其中，tnf表示环形阵列聚焦时第n个阵元的延迟时间，F表示焦距，r表示环形阵列曲率半径，d表示阵元中心距，c表示超声波在介质中的声速，t0表示时间常数，表示波束偏转角度。
2.根据权利要求1所述的一种基于环形阵列的超声CT相控方法，其特征在于，
当需要环形阵列发送的超声波束偏转时，环形阵列中各阵元的延迟时间为：
当N为奇数时，
Figure FDA0004039904830000013
当N为偶数时，
Figure FDA0004039904830000014
tns表示环形阵列偏转时第n个阵元的延迟时间，θ表示偏转角度。
3.根据权利要求1所述的一种基于环形阵列的超声CT相控方法，其特征在于，当需要环形阵列发送的超声波束聚焦偏转时，环形阵列中各阵元的延迟时间为：
当N为奇数时，
Figure FDA0004039904830000021
当N为偶数时，
Figure FDA0004039904830000022
tnfs表示环形阵列聚焦偏转时第n个阵元的延迟时间。
4.根据权利要求1所述的一种基于环形阵列的超声CT相控方法，其特征在于，在接收时，根据发射时的延迟时间对各个阵元接收到的回波信号中进行延时补偿，然后进行相干叠加来实现波束形成。
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CN117379093A (zh) * 2023-12-11 2024-01-12 深圳英美达医疗技术有限公司 一种基于环阵换能器的超声成像方法及超声探头系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117379093A (zh) * 2023-12-11 2024-01-12 深圳英美达医疗技术有限公司 一种基于环阵换能器的超声成像方法及超声探头系统
CN117379093B (zh) * 2023-12-11 2024-03-15 深圳英美达医疗技术有限公司 一种基于环阵换能器的超声成像方法及超声探头系统

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