基于面阵的小区域三维被动空化成像及三维复合成像方法技术
【技术实现步骤摘要】
基于面阵的小区域三维被动空化成像及三维复合成像方法
本专利技术涉及超声成像
，特别涉及一种适用于高分辨率、高信噪比和高效率的三维被动空化成像方法。
技术介绍
高强度聚焦超声(HighIntensityFocusedUltrasound,HIFU)换能器在聚焦声场作用下会在焦域附近产生空化效应，空化效应是指液体中的不稳定结构被破坏产生空腔(即微米级尺寸的气泡)并在外界驱动作用下产生的膨胀、收缩、塌陷的动力学过程，按其物理机制又可分为惯性空化和非惯性空化。惯性空化是指在负压相的作用下微泡急剧膨胀，在正压相的作用下则急剧收缩直至塌陷，这一过程中微泡在很小的区域内集聚了很大的能量并突然释放，因此会产生局部的高温高压、化学自由基、高速微射流和冲击波等物理和化学现象，可以对正常的细胞结构和生物体内酶的活性造成很大的破坏，同时可以对肿瘤细胞和癌变组织进行有效的杀伤从而达到用HIFU治疗的作用。随着超声造影剂研制的进展，空化效应与超声造影剂的协同作用，在基因治疗、药物传输、溶栓治栓、炎症和肿瘤的靶向显影与治疗等方面展现了巨大的应用。基于空化微泡的声学成像技术大致有被动成像技...
【技术保护点】
基于面阵的小区域三维被动空化成像及三维复合成像方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：基于谱估计理论设计自适应滤波系统，对面阵采集到的三维数据进行自适应滤波，得到表征惯性空化的宽带噪声或得到表征稳态空化的次谐波，通过计算散射点与阵元之间的距离和对信号丢失和接收灵敏度的补偿系数，采用被动成像算法计算时间累计区间内的源强度三维数据，并应用动态孔径接收技术和幅度变迹技术对源强度三维数据进行处理，得到惯性空化或稳态空化的三维体数据；步骤二：重复设置面阵阵元时间延时以调整成像角度，在每次调整成像角度后重新采集三维数据并按照步骤一处理，并将经过步骤一处理后的三维数据转换到参考坐标系下，...
【技术特征摘要】
1.基于面阵的小区域三维被动空化成像及三维复合成像方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：基于谱估计理论设计自适应滤波系统，对面阵采集到的三维数据进行自适应滤波，得到表征惯性空化的宽带噪声或得到表征稳态空化的次谐波，通过计算散射点与阵元之间的距离和对信号丢失和接收灵敏度的补偿系数，采用被动成像算法计算时间累计区间内的源强度三维数据，并应用动态孔径接收技术和幅度变迹技术对源强度三维数据进行处理，得到惯性空化或稳态空化的三维体数据；步骤二：重复设置面阵阵元时间延时以调整成像角度，在每次调整成像角度后重新采集三维数据并按照步骤一处理，并将经过步骤一处理后的三维数据转换到参考坐标系下，对多次转换到参考坐标系下的三维数据处理结果取平均得到用于三维重建的预处理数据；步骤三：对所述预处理数据分割子区域并设置径向基函数和窗函数，然后结合径向基函数插值和B样条插值方法对所述预处理数据进行三维重建，得到三维空化成像。2.根据权利要求1所述基于面阵的小区域三维被动空化成像及三维复合成像方法，其特征在于：步骤一中所述自适应滤波具体包括以下步骤：(2.1)对面阵第一个阵元通道的信号进行快速傅里叶变换，得到空化信号的功率谱估计，设置两路参考信号，第一路参考信号为正弦信号x1，第二路参考信号为x1经过一个正交相移网络后的信号x2，其中正弦信号的相位均为0，幅度C均为1，频率f为第一个谐波频率：x1＝Ccos(2πft),x2＝Csin(2πft)(5)(2.2)设置自适应陷波器中的权阶数为2，权系数的初始值分别为w1＝0.1、w2＝0.1，对步骤(2.1)中所述两路参考信号进行加权得到加权信号y＝w1x1(i)+w2x2(i)，计算误差信号第i个采样点对应的数值e(i)＝x(i)-y，其中x(i)为第一个阵元通道的信号，x1(i)为第一路参考信号第i个采样点对应数值，x2(i)为第二路参考信号第i个采样点对应数值；(2.3)设置自适应陷波的收敛系数μ，根据最陡下降法产生两个权系数的迭代公式：w1＝w1+2μe(i)x1(i),w2＝w2+2μe(i)x2(i)(6)(2.4)对于第一个阵元通道的所有采样点x(1),x(2),...,x(N)，重复步骤(2.2)和(2.3)，N为采样点数，得到误差信号e，误差信号即为滤除了第一个频率分量的信号；(2.5)级联下一个自适应陷波器，改变陷波频率，重复步骤(2.1)～(2.4)的过程，得到第一个阵元通道将高谐波和超高次谐波滤除掉之后的宽带噪声信号，单个自适应陷波器的传递函数为：其中，T表示采样周期，z表示z变换的复参量，w表示角频率；(2.6)重复以上步骤(2.1)～(2.5)，使面阵每个阵元采集到的信号经过多级连自适应陷波系统进行滤波处理。3.根据权利要求1所述基于面阵的小区域三维被动空化成像及三维复合成像方法，其特征在于：步骤一中所述采用被动成像算法计算时间累计区间内的源强度三维数据，具体包括以下步骤：(3.1)通过面阵被动接收到的射频压力信号pi,j(x,y,z,t)经过滤波处理后得到的信号为：其中F(t)为滤波函数，与pi,j(x,y,z,t)在时域上做卷积运算；(3.2)对做时间延时和补偿：其中Fi,j(x,y,z,τ)是后向传播信号，λi,j＝4πdi,j为补偿目标源信号几何传播产生的信号丢失及补偿被动接收阵元灵敏度的系数，c表示声传播速度，τ表示时间延时；(3.3)计算从散射点(x,y,z)到面阵阵元(i,j)的传播距离di,j：xi、yj分别是面阵阵元的横、纵坐标；(3.4)估计空化区域散射点(x,y,z)处的源强度E：其中，表示源强度的估计，n和m分别为面阵的横向阵元个数和纵向阵元个数，t1表示时间累计区间下限，t2表示时间累计区间上限。4.根据权利要求1所述基于面阵的小区域三维被动空化成像及三维复合成像方法，其特征在于：步骤一中所述应用动态孔径接收技术和幅度变迹技术对源强度三维数据进行处理，具体包括以下步骤：(4.1)对于面阵每一个阵元(i,j)上的采样点k，确定出采样点的坐标位置(X,Y,Z)，Z＝(k+nSampleOffset)×sampleSpacing，X＝i×pitch，Y＝j×pitch，nSampleOffset表示采样偏移量，sampleSpacing表示采样间隔，pitch表示阵元间隔；(4.2)在焦距与面阵换能器有效直径之比Fnum的基础上计算横向孔径Ax＝Z/(2×Fnum)以及横向半孔径halfAx＝[Ax/2]-，并且判断halfAx是否超过了面阵横向最大孔径maxAx的一半，如果超过，则横向半孔径halfAx＝maxAx/2，从而得到横向孔径下标x＝-halfAx～halfAx；在Fnum的基础上计算纵向孔径Ay＝Z/(2×Fnum)以及纵向半孔径halfAy＝[Ay/2]-，并且判断halfAy是否超过了面阵纵向最大孔径maxAy的一半，如果超过，则纵向半孔径halfAy＝maxAy/2，从而得到纵向孔径下标y＝-halfAy～halfAy；(4.3)在采样深度和横纵向孔径下标x,y的基础上计算时间延时：其中，delays表示时间延时，c表示声传播速度，Fs表示采样频率；(4.4)设置hanning窗进行幅度遍迹，hanning窗的表达式为：其中，N表示单个阵元通道的采样点数；(4.5)在已得到时间延时delays和横纵向孔径下标的基础上，从三维数据每条线(x,y)中寻找相应的值填充到预先初始化的数组chnls(x,y)中，从而得...
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