一种基于滞后的延时乘累加超声虚源波束形成方法技术

本发明专利技术提供一种基于滞后的延时乘累加自适应虚源波束形成方法。本发明专利技术将L

【技术实现步骤摘要】
一种基于滞后的延时乘累加超声虚源波束形成方法


[0001]本专利技术涉及波束形成方法的
，具体而言，尤其涉及一种基于滞后的延时乘累加超声虚源波束形成方法。

技术介绍

[0002]医学超声成像因其安全无创、无电离辐射、实时便携、低成本等众多优点，与X射线诊断技术，核共振成像(MRI)以及核医学成像并称为现代四大医学超声影像技术，成为现代医学影像技术中不可或缺的重要支柱。在超声成像系统中，波束形成是最关键最基本的一项技术，对成像质量起着决定性作用。
[0003]延时累加(Delay and Sum，DAS)是最经典波束形成算法，以其简单性和稳健性在近几十年来得到了广泛的应用，但DAS只是将各阵元接收到的的回波信号进行相应的延时后累加求和，通常不考虑回波数据的特点，因此就分辨率和对比度而言，其性能并不理想。近年来，Giulia M等学者提出了一种新的非自适应波束形成算法
‑‑
延时乘累加(Delay Multiply and Sum，DMAS)波束形成算法，DMAS利用信号的相干信息和相关运算来降低噪声和缩小主瓣，它在分辨率和对比度方面都优于经典DAS，与DAS相比，DMAS波束形成可以获得更低的旁瓣幅度和更高的分辨率。然而，其在高噪声的环境下其结果并不理想。为此，Song K等学者在文献Song K,Liu P,Liu D C.Combiningautocorrelation signals with delay multiply and sum beamforming algorithm forultrasound imaging[J].Medical&Biological Engineering&Computing,2019, 57(12):2717
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2729.中提出了一种基于滞后的延时乘累加(Lag
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based DelayMultiply And Sum,L
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DMAS)波束形成算法，在DMAS算法的基础上将具有不同滞后差异的信号进行重新组合，并再次利用DMAS波束成形的原理，进一步放大回波信号中相干信号与非相干信号的差异，因此能够有效抑制伪影的产生和噪声干扰，提高成像质量。
[0004]但是，L
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DMAS虽然能够有效抑制伪影的产生和噪声干扰，提高成像质量，但大量的耦合相乘运算也使得计算复杂度较大，对系统要求较高；而且随着成像深度增加，L
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DMAS的成像质量也会逐渐降低，在低信噪比的环境中没有额外考虑对噪声量的自适应处理，成像效果仍然不够理想，因此 L
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DMAS仍有进一步改进的空间。
[0005]近年来，受合成孔径雷达技术的启发，合成孔径波束形成方法也得到了广泛的研究，C.Passmann等学者在合成孔径波束形成的基础上提出了虚源 (Virtual Source,VS)的概念。随后，Frazier和Bae等学者进一步研究了合成发射孔径中的虚源成像，结果表明，虚源与声场的焦点重合，并且可以实现深度独立的成像分辨率。其中，Kortbek等学者在文献“Kortbek J,Jensen J A, Gammelmark K L.Sequential beamforming for synthetic aperture imaging[J]. Ultrasonics,2013,53(1):1
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16.”提出了一种次序波束形成合成孔径(Syntheticaperture sequential beamforming，SASB)成像，该方法将虚源的概念和经典的延时累加(Delay and Sum，DAS)波束形成相结合，并采用两阶段独立的聚焦波束形成，其中虚源成像的过程放在第二阶段波束形成中完成，在减少对系统要求的同时，仍然保
持了合成孔径波束形成的优点。
[0006]此外，还可以通过引入自适应波束形成因子进一步提高成像质量，目前已经提出了包括相干因子(CF)和广义相干因子(GCF)等多种自适应加权因子，以提高图像分辨率和对比度。最近Y Wang等学者在文献Wang Y,ZhengC,Peng H,et al.An adaptive beamforming method for ultrasound imaging basedon the mean
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to
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standard
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deviation factor[J].Ultrasonics,2018,90:32
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41.中提出一种新的超声成像自适应波束形成因子，称为信号均值标准差加权因子 (Signal Mean
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to
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Standard
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deviation Factor，SMSF)，用于在图像形成之前对 DAS波束形成的输出进行加权，经过合成孔径数据集的仿真和实验验证，与 CF和GCF相比，SMSF可以有效地提高成像分辨率和对比度。
[0007]而虚源次序波束形成合成孔径成像在第二阶段波束形成中对信号只是进行了简单的延时累加，然而实际应用中并非总能满足信号能够相干累加这一前提，非相干信号的累加会导致低回声区域伪影的产生，导致最终成像分辨率和对比度的下降，因此需要考虑增强信号的相干性，抑制其非相干性。

技术实现思路

[0008]根据上述
技术介绍
中提到的技术问题，而提供一种基于滞后的延时乘累加超声虚源波束形成方法。本专利技术将L
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DMAS算法与SMSF相结合，进一步提升L
‑
DMAS算法的成像分辨率和对比度，同时利用虚源的思想，实现深度独立的成像分辨率，并降低对成像系统的要求。此外，L
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DMAS算法能够放大回波信号中相干信号与非相干信号的差异，增强信号的相干性，抑制其非相干性，因此也同时对虚源成像方法也起到了改善作用。
[0009]本专利技术采用的技术手段如下：
[0010]一种基于滞后的延时乘累加自适应虚源波束形成方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：在医学超声成像系统中，设定超声传感器的发射和接收模式为固定焦点聚焦；
[0012]步骤2：对各通道接收的回波信号进行延时相干累加，使用累加的结果构建并存储一组低分辨率的图像线；
[0013]步骤3：将所述固定焦点聚焦所设置的焦点作为发射一定角度球面波的虚拟声源，多个所述虚拟声源组成虚拟阵列，根据所述虚源阵列的几何关系，计算对于不同的虚源，声波到达各成像点的往返传播时间；所述的一定角度根据深度z设定为arctan(K(z)/2z)；
[0014]步骤4：根据所述虚源阵列的几何关系，计算不同深度或位置时，覆盖成像点的有效虚源声场个数K(z)；
[0015]步骤5：对于不同位置的成像点，根据所述步骤3中的公式计算对应各有效虚源的往返传播时间，得到特定的延时值，从所述低分辨率图像线中提取不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于滞后的延时乘累加自适应虚源波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在医学超声成像系统中，设定超声传感器的发射和接收模式为固定焦点聚焦；步骤2：对各通道接收的回波信号进行延时相干累加，使用累加的结果构建并存储一组低分辨率的图像线；步骤3：将所述固定焦点聚焦所设置的焦点作为发射一定角度球面波的虚拟声源，多个所述虚拟声源组成虚拟阵列，根据所述虚源阵列的几何关系，计算对于不同的虚源，声波到达各成像点的往返传播时间；所述的一定角度根据深度z设定为arctan(K(z)/2z)；步骤4：根据所述虚源阵列的几何关系，计算不同深度或位置时，覆盖成像点的有效虚源声场个数K(z)；步骤5：对于不同位置的成像点，根据所述步骤3中的公式计算对应各有效虚源的往返传播时间，得到特定的延时值，从所述低分辨率图像线中提取不同的散射信号数据l
k
(t(k,P))，其中，l
k
(
·
)表示第k个虚源对应的低分辨率图像线数据；步骤6：为简化运算，将所述散射信号数据l
k
(t(k,P))进行有符号的开平方运算，构造一个新的信号，并对新信号进行窗函数加权，结果记为L
k
(t(k,P))：步骤7：为了提高成像质量，在DMAS算法的基础上，根据不同的滞后差异将原始算法公式进行展开和重新排列；步骤8：将所述重新排列后公式中具有不同滞后差异的每一行作为新的信号，分别设为x1，x2，...，x
N
‑2，x
N
‑1；步骤9：为简化运算，对所述步骤8所得的新信号进行有符号的开平方运算；步骤10：将所述步骤9所得信号进行DMAS运算，得到输出信号y；步骤11：根据所述步骤6所得信号计算各成像点的自适应信号均值标准差加权因子SMSF，进一步提高成像质量，对于给定的成像点P，获取所述成像点P的自适应加权因子SMSF(P)；步骤12：将所述成像点P的自适应加权因子SMSF(P)与所述步骤10所得的输出信号结合，获取所述成像点P的最终成像结果VS
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LADMAS；步骤13：经过步骤1
‑
步骤12，再进行波束形成后处理，对每条扫描线的波束形成结果进行包络检波、对数压缩、扫描转换以及显示。2.根据权利要求1所述的一种基于滞后的延时乘累加自适应虚源波束形成方法，其特征在于，所述往返传播时间的计算公式为：其中，正负号分别表示成像点在虚源前或后，z
f

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑞麟，张石，王宝宇，张淼，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：