本发明专利技术涉及一种采用多个线性阵列声传感器的三维超声干涉成像方法，包括以下步骤：步骤1、设置多个一维线性阵列超声传感器组成的二维发射器和接收超声传感器；步骤2、由某个一维线性阵列超声传感器发射器对成像目标发射多组不同方向的宽波束声波，同时将二维接收器收到的反射信号通道数据进行AD转换；步骤3、处理器对所述转换后的通道数据做Fourier变换，得到数据的各个频率分量，形成相干数据及闭环相干数据步骤4、采用优化求解目标函数J(I)的最小二乘解，得到散射强度的重建图像I；步骤5、将重建图像I进行扫描显示转换得到长宽比例的图像像素值，最后送显示装置进行显示。示。示。
【技术实现步骤摘要】
一种采用多个线性阵列声传感器的三维超声干涉成像方法
[0001]本专利技术涉及一种采用多个线性阵列声传感器的三维超声干涉成像系统和方法。
技术介绍
[0002]目前，超声成像系统多为采用一维线性阵列探头的二维成像系统，所谓的三维成像系统，都是由这些按不同时间得到的二维图像拼接得到的假三维图像。
[0003]另外，也由一些真正的三维超声成像系统，这些系统，是靠二维面阵探头，发射二位面波，进行三维成像得到的真三维图像。但是，制造二维面阵探头，因制造技术及工艺及其复杂，导致成本极其昂贵。另外，也有一些采用三个线性阵列的1.5维的探头的所为2.5维成像系统。但是，在与线阵探头的垂直方向，只有两个靠机械凌镜探头得到的两个固定聚焦点的2.5维成像系统。
[0004]关于相干干涉成像方法，在超声成像工业，典型的有美国专利(US21500342567A1)，该专利的方法是二维超声成像，当然，该专利也提到可以应用到三维，但是，该专利的方法是采用两次以上发射的宽波束得的发射通道的帧幅图像之间进行协方差测量，进而由测量的协方差计算出干涉得到干涉的图。
[0005]另外，在天体物理的观测中，也对相干成像进行过广泛的研究(https：//people.csail.mit.edu/klbouman/pw/papers_and_present ations/cvpr2016_bouman.pdf)，它们的理论基础是VanCittert
‑
Zernike理论，第一，该理论是基于远场近似，第二，成像辐射源是自然的天体物体，第三，接收到的信号是电磁或光。
技术实现思路
[0006]本专利技术设计了一种采用多个线性阵列声传感器的三维超声干涉成像方法，其解决的技术问题是现有超声成像系统是由按不同时间得到的二维图像拼接得到的假三维图像，并非真三维图像。
[0007]为了解决上述存在的技术问题，本专利技术采用了以下方案：
[0008]一种采用多个线性阵列声传感器的三维超声干涉成像方法，包括以下步骤：步骤1、设置多列的一维线性阵列超声传感器组成二维面阵列超声传感器；步骤2、由一个一维的线性阵列超声传感器对成像目标发射多组不同方向的宽波束声波，同时将由步骤1所设置二维阵列接收器收到的反射信号通道数据进行AD转换；步骤3、处理器对所述转换后的通道数据做Fourier变换，得到数据的各个频率分量，形成相干数据及闭环相干数据步骤4、采用优化求解目标函数J(I)的最小二乘解，得到散射强度的重建图像I；步骤5、将重建图像I进行扫描长宽比例尺寸转换得到用于显示的图像像素值，最后送显示装置进行显示。
[0009]本专利技术方法通过由某个线性声探头在探头主平面发射一宽波束声波，并通过由多个线性阵列探头组成的二维面的声波接收传感器基元接收到的通道信号，建立成像面的散射强度与其中的两个不同通道的频率信号的相干值的数学物理积分方程关系，通过直接离
散求解这一数学物理积分方程，而得到成像面的散射强度在每个显示像素上的重建值，对这些散射强度的重建值进行扫描显示格式及尺寸的转换，送给显示器进行显示。这只是完成了三维成像重建的一个二维成像面的图像重建。为得到三维的重建图像，通过在一个方向匀速的移动由多个线性阵列探头组成的二维面阵列探头，同时连续的采用前叙的图像重建方法即可重建得到的三维图像的其中一幅图像和整个被扫描目标的三维重建图像。
[0010]优选地，所述步骤1中沿一个任意方向匀速的移动二维面阵列超声传感器完成了对成像目标的扫描。
[0011]优选地，所述步骤2中所述二维发射器对成像目标的成像平面发射宽波束并且在与成像平面垂直方向发射由探头本身在该方向的几何透镜产生的聚焦波束的超声波。
[0012]4、根据权利要求1
‑
3中任何一项所述的采用多个线性阵列声传感器的三维超声干涉成像方法，其特征在于：步骤3中所述相干数据为：
[0013]V
ij
＝V(ω
l
，r
i
，r
j
)＝<U(r
i
，ω
l
)U
*
(r
j
，ω
l
)>＝U(r
i
，ω
l
)U
*
(r
j
，ω
l
)
[0014]优选地，步骤3中所述的闭环相干数据计算公式如下：
[0015]针对非均匀性导致相位偏差，对于在这些线性阵列组成的接收器中的第i和第j个接收器，分别引进一较正相位值和得到的实际测量的为：
[0016][0017]通过将三种不同接收器得到的相干值V
ij
，V
jk
和V
ki
相乘，得到一个对非均匀介质不变的表达，由于未知相位偏差被消除，得到：
[0018][0019]优选地，所述步骤4中的最小二乘解计算方法如下：
[0020]J＝||GI
‑
d||2→
Min
[0021][0022]其中β是权重因子(0≤β≤1)，或采用反投影方法求解方程，如下：
[0023][0024]或
[0025][0026]其中z
n
是g
kn
(1≤k≤K)的非零数，β是权重因子(0≤β≤1)。
[0027]优选地，所述步骤4中散射强度的重建图像I计算方法如下：
[0028]V(ω，r
i
，r
j
)＝∫I(R，ω)G(R，r
i
，r
j
，ω)dS
[0029]其中，V(ω，r
i
，r
j
)＝<U(r
i
，ω)U
*
(r
j
，ω)>＝U(r
i
，ω)U
*
(r
j
，ω)，V
ij
＝V(ω，r
i
，r
j
)，
[0030]I(R，ω)＝<P(R，ω)P*(R，ω)>
[0031]通过把上方程离散数子化，得到：
[0032](g
kn
)
KN
(I
n
)
N
＝(d
k
)
K
；
[0033]G I＝d
[0034]其中，N是成像平面的N个像数，n为第n个像数；K为总数据对，即(i，j)的组合数；若每次发射波束，共有L个接收器，有I
n
是I(R，ω)在第n个像数的值，g
kn
是对应于第k(i，j)对相干数据的G(R，r
i
，r
j
，ω)在第n个像数的值，d本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种采用多个线性阵列声传感器的三维超声干涉成像方法，包括以下步骤：步骤1、设置由多列一维线性阵列超声传感器组成的二维发射器和接收换能器；多列所述的一维线性阵列超声传感器组成二维面阵列超声传感器；步骤2、由某个一维发射器对成像目标发射多组不同方向的宽波束声波，同时将二维接收器收到的反射信号通道数据进行AD转换；步骤3、处理器对所述转换后的通道数据做Fourier变换，得到数据的各个频率分量，形成相干数据及闭环相干数据步骤4、采用优化求解目标函数J(I)的最小二乘解，得到散射强度的重建图像I；步骤5、将重建图像I进行扫描显示尺寸转换得到显示图像像素值，最后送显示装置进行显示。2.根据权利要求1所述的采用多个线性阵列声传感器的三维超声干涉成像方法，其特征在于：所述步骤1中沿一个任意方向匀速的移动二维面阵列超声传感器完成了对成像目标的扫描。3.根据权利要求1或2所述的采用多个线性阵列声传感器的三维超声干涉成像方法，其特征在于：所述步骤2中所述某个一维发射器对成像目标的成像平面发射宽波束且在与成像平面垂直平面发射由透镜产生聚焦波束的超声波。4.根据权利要求1
‑
3中任何一项所述的采用多个线性阵列声传感器的三维超声干涉成像方法，其特征在于：步骤3中所述相干数据为：V
ij
＝V(ω
l
，r
i
，r
j
)＝＜U(r
i
，ω
l
)U
*
(r
j
，ω
l
)＞＝U(r
i
，ω
l
)U
*
(r
j
，ω
l
)ω
l
，r
i
，r
j
分别表示第l个角频率，第i和第j个接收器的位置失量。5.根据权利要求4所述的采用多个线性阵列声传感器的三维超声干涉成像方法，其特征在于：步骤3中所述闭环相干数据计算公式如下：针对非均匀性导致相位偏差，对于在这些线性阵列组成的接收器中的第i和第j个接收器，分别引进一较正相位值和得到的实际测量的为：为：表示相位移值为通过将三种不同接收器得到的相干值V
ij
，V
jk
和V
ki
相乘，得到一个对非均匀介质不变的表达，由于未知相位偏差被消除，得到：6.根据权利要求1
‑
5中任何一项所述的采用多个线性阵列声传感器的三维超声干涉成像方法，其特征在于：所述步骤4中的最小二乘解计算方法如下：J＝||GI<...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹峰，
申请(专利权)人：尹峰，
类型：发明
国别省市：
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