基于频域迁移的超声平面波成像方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术提供了一种基于频域迁移的超声平面波成像方法、装置及存储介质，包括：获得在三个发射角度下接收到的回波信号；构建图像频域空间坐标所对应的回波信号频域空间坐标；针对各个发射角度下的回波信号沿空间方向进行快速傅里叶变换(FFT)，对得到的频谱信号沿时间方向进行非均匀傅里叶变换(NUDFT)，得到该回波信号在回波信号频域空间的坐标；非均匀傅里叶变换的计算基于利用切比雪夫多项式构建的低秩矩阵完成；对滤波后的信号进行逆快速傅里叶变换(IFFT)，将三个发射角度下的回波信号进行复合，然后进行逆快速傅里叶变换，得到复合后的超声图像。本发明专利技术极大地提高了超声平面波成像的速度，能够获得高质量图像，也可以保证较高的成像帧频。

【技术实现步骤摘要】
基于频域迁移的超声平面波成像方法、系统及存储介质
本专利技术涉及医学成像
，特别是涉及一种基于频域迁移的超声平面波成像方法、系统及存储介质。
技术介绍
超声成像具有非侵入、安全、便捷、实时性高等优点，广泛应用于胎儿、心脏和腹部成像，是临床诊断中最重要的影像模式之一。传统的超声成像采用聚焦波逐线扫描成像模式，即通过一次发射聚焦波-接收回波信号，获得一幅图像的一列，因此需要几百次发射-接收过程才能形成一幅图像，其成像速度一般在20～100帧/秒，限制了传统超声成像的帧频。近些年，科研人员提出了平面波成像模式，通过发射平面波，一次发射即可获得一幅超声图像，从而使图像帧频大大提高，可以达到4000～15000帧/秒，因此可以检测到现有传统超声成像无法检测到的现象，为一系列新的临床应用铺平了道路，例如超快多普勒成像、剪切波弹性成像、大脑功能成像等。为了提高超声平面波的成像质量，目前广泛采用将多个发射角度所获得的超声图像进行空间复合的方法。该方法虽然提高了图像质量，但是却大大降低了成像帧频。同时，超声平面波成像需要进行逐点延时叠加(DAS)计算，再加上需要实时处理多个角度(一般11～75个角度)的超声图像，导致计算量巨大，对数据处理性能提出了巨大的挑战。得益于快速傅里叶变换(FFT)算法，频域波束形成可以大大降低计算复杂度。然而，目前频域超声成像中多采用线性频率插值，会产生误差从而降低图像质量。另外，基于min-max插值的非均匀傅里叶变换(NUDFT)虽然广泛应用于磁共振成像领域，但是在超声平面波成像时需要实时计算不同偏转角度下的插值函数，无法满足实时性要求。因此，如何进行快速、高质量地实现超声平面波频域成像，并使用较少角度的图像进行复合，从而获得高质量、高帧频的超声平面波图像，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供一种基于频域迁移的超声平面波成像方法、装置及存储介质，通过快速非均匀傅里叶变换，将三个发射角度下的回波信号进行频域复合，从而获得高质量图像。由于仅仅需要发射三个角度的平面波，因此也可以保证较高的成像帧频。为此，本专利技术提供了以下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种基于频域迁移的超声平面波成像方法，所述方法包括：步骤1、通过调整发射平面波的角度，获得在三个发射角度下接收到的回波信号；步骤2、对各个发射角度的回波信号进行延时处理；步骤3、构建图像空间坐标(Z，X)，并计算图像空间频率，根据所述图像空间频率进行频域迁移，计算图像频域空间坐标所对应的回波信号频域空间坐标其中，Z表示图像轴向坐标，X表示图像侧向坐标；kimg表示回波信号沿轴向的频域波数位置，表示回波信号沿侧向的空域波数位置；步骤4、针对延时处理后的各个发射角度下的回波信号Si(t，x)，t表示时间，x表示空间，沿x方向进行快速傅里叶变换，得到频谱信号其空间频谱的位置通过频域迁移确定；对沿t方向进行非均匀傅里叶变换，得到所述回波信号在所对应的信号其时间频谱的位置kimg通过频域迁移确定；其中，i表示发射角度，i取1，2，或3；所述非均匀傅里叶变换的计算基于利用切比雪夫多项式构建的低秩矩阵完成；步骤5、对沿kimg方向进行滤波处理，得到滤波后的信号步骤6、对沿kimg方向进行逆快速傅里叶变换，得到频谱图像步骤7、对三个发射角度下的进行复合，然后沿方向进行逆快速傅里叶变换，得到复合后的超声图像S(Z，X)。进一步地，对各个发射角度的回波信号进行延时处理，包括：对各个发射角度的回波信号进行频域延时处理。进一步地，所述频域延时处理包括：对每个通道的信号进行一维傅里叶变换，根据延时参数Δt＝xsin(θ)/C0，C0为声速，θ为发射角度，x为超声探头每个阵元位置的x坐标，将傅里叶变换后的信号乘以e-j2πfΔt，f为信号沿深度方向的频率，再进行逆傅里叶变换得到延时后的回波信号。进一步地，所述非均匀傅里叶变换的计算基于利用切比雪夫多项式构建的低秩矩阵完成，包括：利用K阶切比雪夫多项式，构建低秩矩阵；将均匀傅里叶变换矩阵与离散傅里叶变换矩阵逐个元素相除后得到的矩阵近似为所述低秩矩阵；基于所述低秩矩阵和离散傅里叶变换矩阵完成所述非均匀傅里叶变换的计算。进一步地，对所述信号沿kimg方向进行滤波处理，包括：对所述信号和滤波器的频率响应执行乘法操作实现滤波处理。进一步地，对三个发射角度下的进行复合，包括：构建三个角度一组的滑动窗，对每一组的三个发射角度下的频域图像进行复合。进一步地，还包括：对所述复合后的超声图像进行取包络以及对数压缩，得到Bmode图像。进一步地，频域迁移的公式为：其中，Kz和Kx为图像空间频率，b＝0，...，Nz-1，其中L为探头孔径，Nz和Nx分别是图像轴向和侧向的维度，Zmax为最大成像深度。又一方面，本专利技术还提供了一种基于频域迁移的超声平面波成像装置，所述装置包括：采集单元，用于通过调整发射平面波的角度，获得在三个发射角度下接收到的回波信号；延时处理单元，用于对所述采集单元获得的各个发射角度的回波信号进行延时处理；频域空间构建单元，用于构建图像空间坐标(Z，X)，并计算图像空间频率，根据所述图像空间频率进行频域迁移，计算图像频域空间坐标所对应的回波信号频域空间坐标其中，Z表示图像轴向坐标，X表示图像侧向坐标；kimg表示回波信号轴向频域波数位置，表示回波信号沿侧向的空域波数位置；频域迁移单元，用于针对所述延时处理单元延时处理后的各个发射角度下的回波信号Si(t，x)，t表示时间，x表示空间，沿x方向进行快速傅里叶变换，得到频谱信号其空间频谱的位置由所述频域空间构建单元确定；对沿t方向进行非均匀傅里叶变换，得到所述回波信号在所对应的信号其时间频谱位置kimg由所述频域空间构建单元确定；其中，i表示发射角度，i取1，2，或3；所述非均匀傅里叶变换的计算基于利用切比雪夫多项式构建的低秩矩阵完成；滤波单元，用于对所述频域迁移单元得到的沿kimg方向进行滤波处理，得到滤波后的信号复合单元，用于对所述滤波单元得到的沿kimg方向进行逆快速傅里叶变换，得到频域图像对三个发射角度下的进行复合，然后沿方向进行逆快速傅里叶变换，得到复合后的超声图像S(Z，X)。又一方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有包括计算机程序，其中，计算机程序运行时，执行如上述任一种基于频域迁移的超声平面波成像方法。本专利技术的优点和积极效果：本专利技术提供了一种基于频域迁移的三个角度超声平面波复合成像方法，利用切比雪夫多项式构建低秩矩阵来近似准确矩阵，将NUDFT计算转换为极少几个FFT计算，极大地提高了超声平面波成像的速度，同时将正、负角度和零角度下的回波信号进行频域复合，从而获得高质量图像。另外，该方法仅仅需要三个角度的平面波进行复合成像，因此也可以保证较高的成像帧频。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于频域迁移的超声平面波成像方法，其特征在于，所述方法包括：/n步骤1、通过调整发射平面波的角度，获得在三个发射角度下接收到的回波信号；/n步骤2、对各个发射角度的回波信号进行延时处理；/n步骤3、构建图像空间坐标(Z,X)，并计算图像空间频率，根据所述图像空间频率进行频域迁移，计算图像频域空间坐标所对应的回波信号频域空间坐标

【技术特征摘要】
1.一种基于频域迁移的超声平面波成像方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、通过调整发射平面波的角度，获得在三个发射角度下接收到的回波信号；
步骤2、对各个发射角度的回波信号进行延时处理；
步骤3、构建图像空间坐标(Z,X)，并计算图像空间频率，根据所述图像空间频率进行频域迁移，计算图像频域空间坐标所对应的回波信号频域空间坐标其中，Z表示图像轴向坐标，X表示图像侧向坐标；kimg表示回波信号沿轴向的频域波数位置，表示回波信号沿侧向的空域波数位置；
步骤4、针对延时处理后的各个发射角度下的回波信号Si(t,x)，t表示时间，x表示空间，沿x方向进行快速傅里叶变换，得到频谱信号其空间频谱的位置通过频域迁移确定；对沿t方向进行非均匀傅里叶变换，得到所述回波信号在所对应的信号其时间频谱的位置kimg通过频域迁移确定；其中，i表示发射角度，i取1，2，或3；所述非均匀傅里叶变换的计算基于利用切比雪夫多项式构建的低秩矩阵完成；
步骤5、对沿kimg方向进行滤波处理，得到滤波后的信号
步骤6、对沿kimg方向进行逆快速傅里叶变换，得到频谱图像
步骤7、对三个发射角度下的进行复合，然后沿方向进行逆快速傅里叶变换，得到复合后的超声图像S(Z,X)。


2.根据权利要求1所述的基于频域迁移的超声平面波成像方法，其特征在于，对各个发射角度的回波信号进行延时处理，包括：对各个发射角度的回波信号进行频域延时处理。


3.根据权利要求2所述的基于频域迁移的超声平面波成像方法，其特征在于，所述频域延时处理包括：对每个通道的信号进行一维傅里叶变换，根据延时参数Δt＝xsin(θ)/C0，C0为声速，θ为发射角度，x为超声探头每个阵元位置的x坐标，将傅里叶变换后的信号乘以e-j2πfΔt，f为信号沿深度方向的频率，再进行逆傅里叶变换得到延时后的回波信号。


4.根据权利要求1所述的基于频域迁移的超声平面波成像方法，其特征在于，所述非均匀傅里叶变换的计算基于利用切比雪夫多项式构建的低秩矩阵完成，包括：
利用K阶切比雪夫多项式，构建低秩矩阵；
将均匀傅里叶变换矩阵与离散傅里叶变换矩阵逐个元素相除后得到的矩阵近似为所述低秩矩阵；
基于所述低秩矩阵和离散傅里叶变换矩阵完成所述非均匀傅里叶变换的计算。


5.根据权利要求1所述的基于频域迁移的超声平面波成像方法，其特征在于，对所述信号沿kimg方向进行滤波处理，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宾，李宁，郭宝珠，马壮，全希佳，
申请(专利权)人：大连东软教育科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21