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一种高效的合成孔径超声成像方法技术

技术编号:29463675 阅读:49 留言:0更新日期:2021-07-27 17:37
本发明专利技术公开了一种高效的合成孔径超声成像方法,包括分两步的合成孔径超声波束形成。第一步类似地震数据的叠加,将合成孔径超声的原始三维通道数据进行延时累加得到自激自收的二维RF数据的估计,实现数据的压缩。第二步类似地震数据的叠后偏移,利用傅里叶域成像方法对第一步得到的二维RF数据进行第二次波束形成,得到最后的成像结果。本发明专利技术实现了传输数据的压缩,又降低了波束形成的计算量。

【技术实现步骤摘要】
一种高效的合成孔径超声成像方法
本专利技术属于医学超声成像领域,涉及一种降低合成孔径超声的数据传输量和成像计算量的方法,尤其涉及一种高效的合成孔径超声成像方法。
技术介绍
合成孔径超声技术能够实现发射单元和接收单元的动态聚焦,是一种有效提高超声图像分辨率和对比度的技术,例如在文献1(Jensen,J.A.,Nikolov,S.I.,Gammelmark,K.L.,&Pedersen,M.H.(2006).Syntheticapertureultrasoundimaging.Ultrasonics,44,e5-e15)即对该技术进行了详细介绍。合成孔径超声由一个阵元发射信号,全部阵元同时接收信号,全部阵元依次发射并接收所有信号后,最后利用波束形成技术将所有通道数据相加得到成像结果,所以面临需要传输的数据量巨大,成像计算量大的挑战,导致成像得到的超声视频的帧率低。针对上述问题,人们提出了不少的解决办法,主要包括三大类:1)基于图像压缩的方法。该方法是用图像(视频)压缩技术在传感器端(前端)对超声的原始通道数据进行压缩,从而降低传输的数据量。压缩后的数据传到成像端(后端)后,进行解压缩来得到原始通道数据,然后进行合成孔径超声成像,所以不能降低成像的计算量,同时压缩和解压缩操作会需要额外时间,并会带来成像图像的质量下降,例如文献2(Li,Y.F.,&Li,P.C.(2012).Ultrasoundbeamformingusingcompresseddata.IEEETransactionsonInformationTechnologyinBiomedicine,16(3),308-313)、文献3(Cheng,P.W.,Shen,C.C.,&Li,P.C.(2012).MPEGcompressionofultrasoundRFchanneldataforareal-timesoftware-basedimagingsystem.IEEEtransactionsonultrasonics,ferroelectrics,andfrequencycontrol,59(7),1413-1420)、文献4(Kim,J.H.,Yeo,S.,Kim,J.W.,Kim,K.,Song,T.K.,Yoon,C.,&Sung,J.(2018).Real-timelosslesscompressionalgorithmforultrasounddatausingBLuniversalcode.Sensors,18(10),3314)所描述的那样。2)基于压缩感知的方法。该方法通过改变采集方式来减少阵元发射次数,提高数据采集帧率,降低所采集的数据量。这类方法需要由压缩感知采集的数据来重构原始合成孔径通道数据,是一个欠定的病态问题,需要采用非线性优化技术求解,计算时间很长,目前还不能用于实时成像,例如文献5(Liu,J.,He,Q.,&Luo,J.(2016).Acompressedsensingstrategyforsynthetictransmitapertureultrasoundimaging.IEEEtransactionsonmedicalimaging,36(4),878-891)、文献6(Ramkumar,A.,&Thittai,A.K.(2020).CompressedSensingApproachforReducingtheNumberofReceiveElementsinSyntheticTransmitApertureImaging.IEEETransactionsonUltrasonics,Ferroelectrics,andFrequencyControl,67(10),2012-2021)中所描述的那样。3)基于虚拟源的方法。该方法分两步进行波束形成,第一步对每一次声波发射得到的二维通道数据,利用虚拟源到接收阵元的声波传播时间作为时延进行波束形成,得到经过虚拟源直线的一维RF信号。通过第一步对所有声波发射得到的通道数据进行波束形成后,将原始的三维阵列信号压缩成一个二维的RF信号;第二步,对第一步得到的二维RF信号,通过延时累加(例如文献7:Kortbek,J.,Jensen,J.A.,&Gammelmark,K.L.(2013).Sequentialbeamformingforsyntheticapertureimaging.Ultrasonics,53(1),1-16)或傅里叶域成像方法(例如文献8:Vos,H.J.,vanNeer,P.L.,Mota,M.M.,Verweij,M.D.,vanderSteen,A.F.,&Volker,A.W.(2015).F–kdomainimagingforsyntheticaperturesequentialbeamforming.IEEEtransactionsonultrasonics,ferroelectrics,andfrequencycontrol,63(1),60-71)进行第二次波束形成,得到最后的成像结果。虚拟源技术既实现了传输数据的压缩,又降低了波束形成的计算量。如文献8、文献9(Albulayli,M.,&Rakhmatov,D.(2018).FourierDomainDepthMigrationforPlane-WaveUltrasoundImaging.IEEEtransactionsonultrasonics,ferroelectrics,andfrequencycontrol,65(8),1321-1333)、文献10(Theis,D.,&Bonomi,E.(2020).SeismicImagingMethodforMedicalUltrasoundSystems.PhysicalReviewApplied,14(3),034020)、文献11(Ali,R.,Hyun,D.,&Dahl,J.J.(2020,September).ApplicationofCommonMidpointGatherstoMedicalPulse-EchoUltrasoundforOptimalCoherenceandImprovedSoundSpeedEstimationinLayeredMedia.In2020IEEEInternationalUltrasonicsSymposium(IUS)(pp.1-4).IEEE)所述,地震数据成像方法被广泛应用于超声成像领域。文献12(牟永光,陈小宏,李国发,刘洋,王守东编著,2007,地震数据处理方法,石油工业出版社)描述了一种将地震数据先叠加,然后再进行叠后偏移的地震成像思路。综上所述,现有技术中基于图像压缩的方法计算量大,且降低了图像质量;基于压缩感知的方法需要采用非线性优化技术求解,计算时间很长,目前还不能用于实时成像;而基于虚拟源的方法相对较有优势,但是如何既实现传输数据的压缩,又降低波束形成的计算量,为快速合成孔径超声成像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合成孔径超声成像方法,分两步对原始合成孔径超声的三维通道数据进行波束形成,其特征在于,包括以下步骤:/n步骤1:由第一阶段波束形成器采用延时累加方法,在传感器端形成波束;其中,记合成孔径超声采集的三维通道数据为d(x

【技术特征摘要】
1.一种合成孔径超声成像方法,分两步对原始合成孔径超声的三维通道数据进行波束形成,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:由第一阶段波束形成器采用延时累加方法,在传感器端形成波束;其中,记合成孔径超声采集的三维通道数据为d(xt,xr,t),其中,xt为发射阵元的坐标,xr为接收阵元的坐标,t为声波的双程传播时间;对于每一个发射-接收阵元对(xt,xr),从中心点坐标xm到发射阵元和接收阵元的距离h是相等的,即xm=(xt+xr)/2,h=(xt-xr)/2;
对每一个发射-接收阵元对(xt,xr),利用其对应的h和所给定的声波传播速度v计算延迟时间τ,进行延时累加得到自激自收的二维RF数据估计,即第一阶段波束形成器输出的结果l1(xm,t)=B1{d(xt,xr,t))},其中,B1{}表示第一阶段波束形成器;
步骤2:由第二阶段波束形成器在成像端形成波束;其中,利用给定的声波传播速度v,采用傅里叶域成像方法得到第二阶段波束形...

【专利技术属性】
技术研发人员:陆文凯
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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