一种基于空间相干性的超声CT成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于空间相干性的超声CT成像方法，包括以下步骤：(1)采集数据，获得原始回波数据；(2)数据预处理；(3)成像区域网格化；(4)针对每个网格成像点的基于空间相干性的DMAS计算处理，得到网格成像点的初始成像信号；(5)数据后处理，最终得到超声CT图像。本发明专利技术基于滤波延时相乘叠加算法中虚拟接收信号形成的特点，通过计算组成滤波延时相乘叠加算法中虚拟接收信号的任意两个信号的空间相干性，对虚拟接收信号进行加权，与现有技术相比能够有效解决零相位滤波延时相乘叠加算法在超声CT反射成像领域应用时存在的问题，能够重建出高对比度，高对比度噪声比和低旁瓣水平的超声CT图像。

An ultrasonic CT imaging method based on spatial coherence

The invention discloses an ultrasonic CT imaging method based on spatial coherence, which comprises the following steps: (1) collecting data to obtain original echo data; (2) data pre-processing; (3) gridding imaging region; (4) obtaining initial imaging of grid imaging points for each grid imaging point based on spatial coherence DMAS computing processing. Signal; (5) data post-processing, and finally get ultrasonic CT image. Based on the formation characteristics of the virtual received signal in the filtering delay multiplication algorithm, the method weights the virtual received signal by calculating the spatial coherence of any two signals of the virtual received signal in the filtering delay multiplication algorithm, and can effectively solve the zero phase filtering delay multiplication compared with the existing technology. The problems in the application of superposition algorithm in the field of ultrasonic CT reflection imaging can reconstruct high contrast, high contrast noise ratio and low sidelobe level ultrasonic CT images.

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间相干性的超声CT成像方法
本专利技术属于超声断层成像
，更具体地，涉及一种基于空间相干性的超声CT成像方法。
技术介绍
超声CT成像，即超声断层成像，具有高分辨率、360°全方位扫描、无挤压、无辐射和低成本的优势，在乳腺癌筛查和早期诊断方面具有重要的临床价值和应用前景。超声CT成像方式包括反射成像、声速成像和衰减成像。反射成像刻画了目标的解剖结构，声速和衰减成像显示了目标的功能变化，三者相互补充，不可或缺。由美国Karmanos癌症中心研制的计算超声风险评估系统(Computedultrasoundriskevaluation，CURE)可以重建出亚毫米级高分辨率的超声CT反射图像，目前在乳腺癌早期检测领域处于领先地位。这种扫描器每次使用单阵元向环形阵列的中心发射超声波，所有阵元接收，直到每个阵元循环发射一次，因此可以采集到多个角度的超声信号，重建出斑点噪声少的高分辨率图像。CURE系统采用了延时叠加(Delayandsum)算法，然而这种方法重建的图像在对比度，噪声抑制等方面仍有待改进。零相位滤波(Zero-phasefiltereddelaymultiplyandsum，ZPF-DMAS)延时相乘叠加算法近年来被引入到超声CT领域，尽管该方法能够一定程度上抑制旁瓣和噪声，还是发现该方法重建图像时仍存在以下问题：(1)旁瓣水平和对比度仍需改进；(2)背景不均匀，对比度噪声比(Contrasttonoiseratio，CNR)较低。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种基于空间相干性的超声CT成像方法，基于滤波延时相乘叠加算法中虚拟接收信号形成的特点，通过计算组成滤波延时相乘叠加算法中虚拟接收信号的两个信号的空间相干性，对虚拟接收信号进行加权，形成一种新的基于空间相干性的滤波延时相乘叠加波束形成算法，与现有技术相比能够有效解决零相位滤波延时相乘叠加算法在超声CT反射成像领域应用时存在的问题，能够重建出高对比度，高对比度噪声比和低旁瓣水平的超声CT图像。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种基于空间相干性的超声CT成像方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采集数据：对环形阵列中的各个阵元按顺时针方向或逆时针方向由1到N开始编号，所述环形阵列中的各个阵元均匀地分布在圆环上，所述N为该环形阵列中的阵元总数；接着，由编号为1的阵元开始发射超声信号直到编号为N的阵元；每个所述阵元发射超声信号时，该环形阵列中的各个阵元均接收并采集超声信号，获得原始回波数据；(2)数据预处理：对所述步骤(1)得到的所述原始回波数据进行滤波处理，滤除其中的一些干扰信号，得到一次滤波后的信号；(3)成像区域网格化：将成像区域按照直角坐标或极坐标进行网格化，使成像区域分为G个网格成像点；(4)针对每个所述网格成像点的基于空间相干性的DMAS计算处理，具体是针对每一个所述网格成像点：基于ZPF-DMAS方法，记深度为n处，由第j号阵元和第(j+m)号阵元这两个阵元接收到的一次滤波后的信号分别为sj(n)和sj+m(n)，则由sj(n)和sj+m(n)组成虚拟接收信号为其中，m为正整数，具体为这两个阵元中较大的阵元编号与较小的阵元编号之间的差值；基于空间相干性计算权重因子其中，N为接收阵元总数，深度n1和深度n2为预先设定的用于计算空间相干性的一段信号的起始和终止位置，参数a为预先设定的用于调整空间相干性的敏感度的参数；基于空间相干性的权重因子加权后深度n处的信号为该ySC[n]即为所述网格成像点的初始成像信号；(5)数据后处理：对各个所述网格成像点的初始成像信号进行零相位滤波处理得到滤波成像信号，然后再依次进行包络检测、对数压缩和灰度映射，最终即可得到超声CT图像。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(3)中，所述网格化是按照直角坐标进行的，具体是将所述成像区域分成p行q列，所述G满足G＝(p-1)×(q-1)，每个网格的中心取为成像点；若被检测物为已知病变区域尺寸的病变组织时，任意一个成像网格的面积小于该病变组织内最小病变区域面积的1/4；若被检测物为未知是否病变的组织时，任意一个成像网格的面积不超过(λ/2)×(λ/2)，其中λ为超声波波长。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(3)中，所述网格化是按照极坐标进行的，具体是将所述成像区域以极坐标极点为中心均匀的划分出u条射线形成u个线段，再将每个线段均匀的划分成v个小线段，所述G满足G＝u×v+1；相邻两条所述射线之间的夹角不超过1°，任意一条所述小线段的长度不超过λ/2，其中λ为超声波波长。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(4)中，对于所述预先设定的用于计算空间相干性的一段信号的起始和终止位置，这一段信号对应一个波长；所述参数a的取值范围为10～30。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，所述滤波处理为带通滤波处理；优选的，该带通滤波处理是对所述原始回波数据进行6阶的频率在f1～f2范围内的巴特沃斯带通滤波处理；其中，f2不小于环形阵列换能器中心频率f0，Q为滤波器的品质因数。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(5)中，所述滤波处理是滤除直流信号和频率值超过环形阵列换能器中心频率值至少2倍的高频信号；优选的，滤除的所述高频信号其频率值超过环形阵列超声换能器中心频率值至少4倍。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(5)中，所述包络检测，具体是对于各个成像点的所述滤波成像信号，检测其上包络，提取出其中的低频分量，即为被检测物信息数据；所述低频分量优选为频率为20KHz～2MHz的分量；所述对数压缩，具体是对于获得的被检测物信息数据取对数进行压缩，控制压缩后的数据在40dB至60dB之间；所述灰度映射，具体是对于获得的压缩后的数据，采用线性映射为0至255之间或0至511之间的灰度值，得到灰度值数据。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比(如ZPF-DMAS等)，通过计算组成滤波延时叠加算法中虚拟接收信号的两个信号的空间相干性，对虚拟接收信号进行加权，能够最终重建出高对比度，高对比度噪声比和低旁瓣水平的超声CT图像。超声信号的空间协方差(Spatialcovariance)表示了延时接收信号在空间中两点的相似性，是随接收信号的空间间隔变化的函数。它由VanCittert-Zernike(VCZ)定理定义为发射波形和散射函数的内积的平方的傅里叶变换(可参见：KakkadV,DahlJ,EllestadS,etal.Invivoapplicationofshort-lagspatialcoherenceandharmonicspatialcoherenceimaginginfetalultrasound[J].UltrasonicImaging,2015,37(2):101-116)。空间协方差函数除以归一化值(对应RF信号的方差)得到空间相干函数(Spatialcoherencefunction)。由于来自散射点p处的回波信号在各向同性的均匀介质中传播时声学特性并未发生改变，因此经过延迟聚焦后信号一致性很好，空间相干性较高。其他没有散射点的成像区域对应的回波信号可看作是噪声，而噪声信号空间相干性较差，因此采用空间相干性对p点的波束加权本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空间相干性的超声CT成像方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采集数据：对环形阵列中的各个阵元按顺时针方向或逆时针方向由1到N开始编号，所述环形阵列中的各个阵元均匀地分布在圆环上，所述N为该环形阵列中的阵元总数；接着，由编号为1的阵元开始发射超声信号直到编号为N的阵元；每个所述阵元发射超声信号时，该环形阵列中的各个阵元均接收并采集超声信号，获得原始回波数据；(2)数据预处理：对所述步骤(1)得到的所述原始回波数据进行滤波处理，滤除其中的一些干扰信号，得到一次滤波后的信号；(3)成像区域网格化：将成像区域按照直角坐标或极坐标进行网格化，使成像区域分为G个网格成像点；(4)针对每个所述网格成像点的基于空间相干性的DMAS计算处理，具体是针对每一个所述网格成像点：基于ZPF‑DMAS方法，记深度为n处，由第j号阵元和第(j+m)号阵元这两个阵元接收到的一次滤波后的信号分别为sj(n)和Sj+m(n)，则由Sj(n)和Sj+m(n)组成虚拟接收信号为

【技术特征摘要】
1.一种基于空间相干性的超声CT成像方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采集数据：对环形阵列中的各个阵元按顺时针方向或逆时针方向由1到N开始编号，所述环形阵列中的各个阵元均匀地分布在圆环上，所述N为该环形阵列中的阵元总数；接着，由编号为1的阵元开始发射超声信号直到编号为N的阵元；每个所述阵元发射超声信号时，该环形阵列中的各个阵元均接收并采集超声信号，获得原始回波数据；(2)数据预处理：对所述步骤(1)得到的所述原始回波数据进行滤波处理，滤除其中的一些干扰信号，得到一次滤波后的信号；(3)成像区域网格化：将成像区域按照直角坐标或极坐标进行网格化，使成像区域分为G个网格成像点；(4)针对每个所述网格成像点的基于空间相干性的DMAS计算处理，具体是针对每一个所述网格成像点：基于ZPF-DMAS方法，记深度为n处，由第j号阵元和第(j+m)号阵元这两个阵元接收到的一次滤波后的信号分别为sj(n)和Sj+m(n)，则由Sj(n)和Sj+m(n)组成虚拟接收信号为其中，m为正整数，具体为这两个阵元中较大的阵元编号与较小的阵元编号之间的差值；基于空间相干性计算权重因子其中，N为接收阵元总数，深度n1和深度n2为预先设定的用于计算空间相干性的一段信号的起始和终止位置，参数a为预先设定的用于调整空间相干性的敏感度的参数；基于空间相干性的权重因子加权后深度n处的信号为该ySC[n]即为所述网格成像点的初始成像信号；(5)数据后处理：对各个所述网格成像点的初始成像信号进行零相位滤波处理得到滤波成像信号，然后再依次进行包络检测、对数压缩和灰度映射，最终即可得到超声CT图像。2.如权利要求1所述基于空间相干性的超声CT成像方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述网格化是按照直角坐标进行的，具体是将所述成像区域分成p行q列，所述G满足G＝(p-1)×(q-1)，每个网格的中心取为成像点；若被检测物为已知病变区域尺寸的病变组织时，任意一个成像网格的面积小于该病变组织内最...

【专利技术属性】
技术研发人员：尉迟明，丁明跃，娄翠娟，王珊珊，宋俊杰，张求德，周亮，彭杨，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42