高分辨高对比快速计算的发收时序同步超声被动空化成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高分辨高对比快速计算的发收时序同步超声被动空化成像方法及系统：同步聚焦超声换能器发射和超声成像换能器接收的时序并采集被动空化射频信号，根据延时叠加波束合成图获得聚焦超声换能器顶点定位坐标以准确地计算绝对渡越时间，根据实际中的参数和换能器空间设置构造被动阵列仿真信号，通过对根据被动阵列仿真信号所得的自适应权重进行主成分分析来构造维度转换矩阵，依据维度转换矩阵对被动空化射频信号进行快速特征空间自适应波束合成，得到发收时序同步超声被动空化成像结果。本发明专利技术通过对空化图像的高分辨率、高对比度和快速的重建，用于多种超声空化应用中空化时空动力学演变过程的监控。应用中空化时空动力学演变过程的监控。

【技术实现步骤摘要】
高分辨高对比快速计算的发收时序同步超声被动空化成像方法及系统


[0001]本专利技术属于超声检测与超声成像
，涉及一种高分辨高对比快速计算的发收时序同步超声被动空化成像方法及系统。

技术介绍

[0002]超声波作用于介质产生的空化效应是组织消融、组织毁损、血栓溶解、血脑屏障开放等多种治疗超声应用的物理基础，空化的检测对于澄清空化物理机制和调控优化超声发射参数有重要意义。超声成像具有成像帧率高、可进行深部成像、成本低等优势，在空化检测方面发挥着重要作用，其可分为基于发射接收模式的主动成像和基于不发射只接收模式的被动成像(即超声被动空化成像)。超声被动空化成像避免了传统主动成像存在的聚焦超声换能器发射的信号干扰成像和超声成像换能器发射的信号干扰空化活动的问题，可在聚焦超声作用的过程中对空化活动进行实时监控且不会对空化活动造成干扰，在多种治疗超声应用中具有广泛的应用前景。
[0003]超声被动空化成像最初采用基于相对渡越时间信息的延时叠加积分方法来重建空化图像，然而在使用线阵换能器或相控阵换能器等小孔径超声换能器进行成像时，该方法会产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高分辨高对比快速计算的发收时序同步超声被动空化成像方法，其特征在于：包括以下步骤：1)通过同步触发对聚焦超声换能器(3)发射和超声成像换能器(5)接收的时序进行同步，对由超声成像换能器被动接收的空化声辐射信号进行采集，得到被动空化射频信号；2)在成像坐标系下设置像素网格，计算聚焦超声换能器(3)顶点坐标的遍历集合中每一顶点坐标对应的像素网格中各像素点处的绝对渡越时间，根据该绝对渡越时间对从步骤1采集得到的被动空化射频信号中选取的多帧被动空化射频信号分别进行延时叠加波束合成处理，得到所述遍历集合中每一顶点坐标对应的各像素点处的延时叠加波束合成信号，对所述遍历集合中每一顶点坐标对应的各像素点处的延时叠加波束合成信号进行希尔伯特变换，得到所述遍历集合中各顶点坐标对应的延时叠加波束合成图，根据所述遍历集合中各顶点坐标对应的延时叠加波束合成图寻找所述遍历集合中的最优顶点坐标，根据在选取的不同帧被动空化射频信号下分别寻找到的最优顶点坐标计算聚焦超声换能器(3)顶点定位坐标；3)设置声源辐射仿真信号和被动阵列仿真信号规模并在成像坐标系下设置仿真声源群中各声源的坐标，根据聚焦超声换能器(3)顶点定位坐标计算仿真声源群中每一声源处的绝对渡越时间，根据该绝对渡越时间和声源辐射仿真信号构造超声成像换能器(5)各阵元的仿真信号，根据超声成像换能器(5)各阵元的仿真信号构造对应声源的阵列仿真信号，对各声源的阵列仿真信号进行叠加得到被动阵列仿真信号；4)根据聚焦超声换能器(3)顶点定位坐标计算所述像素网格中各像素点处的绝对渡越时间，根据该绝对渡越时间从被动阵列仿真信号中分别提取采样点，得到对应像素点处的全孔径采样信号，将对应像素点处的全孔径采样信号分割成多个重叠的子孔径采样信号并利用子孔径采样信号构造子孔径采样组合信号，计算子孔径采样组合信号的协方差矩阵并对该协方差矩阵进行对角加载，根据对角加载后的协方差矩阵计算对应像素点处的自适应权重，对各像素点处的自适应权重进行主成分分析，得到主成分向量，根据主成分向量构造维度转换矩阵；5)根据步骤4中计算的绝对渡越时间从步骤1采集得到的任意一帧被动空化射频信号中提取并分割得到对应像素点处的多个重叠的子孔径采样信号，利用由该子孔径采样信号构造的子孔径采样组合信号计算相应的协方差矩阵并对该协方差矩阵进行对角加载，利用所述维度转换矩阵对对角加载后的协方差矩阵进行降维处理，得到对应像素点处的低维域协方差矩阵，根据低维域协方差矩阵计算对应像素点处的低维域自适应权重并将该低维域自适应权重投影到所述低维域协方差矩阵经特征分解所得的信号子空间上，得到对应像素点处的低维域特征空间自适应权重，根据所述维度转换矩阵和子孔径采样信号计算对应像素点处的低维域子孔径采样平均信号，根据所述低维域特征空间自适应权重和低维域子孔径采样平均信号计算对应像素点处的快速特征空间自适应波束合成信号，对各像素点处的快速特征空间自适应波束合成信号进行希尔伯特变换，得到快速特征空间自适应波束合成图，对快速特征空间自适应波束合成图进行归一化及对数化处理，得到对应帧被动空化射频信号的发收时序同步超声被动空化成像结果。2.根据权利要求1所述一种高分辨高对比快速计算的发收时序同步超声被动空化成像方法，其特征在于：所述步骤2中，寻找所述遍历集合中的最优顶点坐标具体包括以下步骤：
2.1)统计所述遍历集合中每一顶点坐标对应的延时叠加波束合成图中像素值大于像素值阈值的像素点的数目，其中像素值阈值为该延时叠加波束合成图中最大像素值的0.1～0.5倍；2.2)重复步骤2.1，得到所述遍历集合中各顶点坐标对应的像素值大于像素值阈值的像素点数目，寻找这些像素点数目中的最小像素点数目，该最小像素点数目对应的顶点坐标为最优顶点坐标。3.根据权利要求1所述一种高分辨高对比快速计算的发收时序同步超声被动空化成像方法，其特征在于：所述步骤3中，声源辐射仿真信号为加Hanning窗的正弦信号，声源辐射仿真信号的时间长度与聚焦超声换能器(3)发射脉冲信号的脉冲长度一致，声源辐射仿真信号的频率由被动空化射频信号的频谱分布的质心频率确定，声源辐射仿真信号的采样频率与被动空化射频信号的采样频率一致，被动阵列仿真信号的规模与被动空化射频信号的规模一致；所述步骤3中，计算仿真声源群中每一声源处的绝对渡越时间所用的换能器空间设置与步骤1中聚焦超声换能器(3)和超声成像换能器(5)的空间设置相同；所述步骤4中，计算所述像素网格中各像素点处的绝对渡越时间所用的换能器空间设置与步骤1中聚焦超声换能器(3)和超声成像换能器(5)的空间设置相同。4.根据权利要求1所述一种高分辨高对比快速计算的发收时序同步超声被动空化成像方法，其特征在于：所述步骤3中，构造的任意一声源的阵列仿真信号中超声成像换能器任意一阵元的仿真信号表示为：其中，RF
iSimu,m
(k)为仿真声源群中第m个声源的阵列仿真信号中第i个阵元的仿真信号，i＝1,2,...,N
E
，N
E
为超声成像换能器(5)的阵元数目，k＝1,2,...,N
S
，N
S
为被动空化射频信号的采样点数，m＝1,2,...,N
A
，N
A
为仿真声源群中声源的数目，round{
·
}表示四舍五入取整，为根据聚焦超声换能器(3)顶点定位坐标计算的第m个声源处的绝对渡越时间，τ
Trig
为采集空化声辐射信号的触发延时，fs为被动空化射频信号的采样频率，s
ae
为声源辐射仿真信号，为声源辐射仿真信号的采样点数。5.根据权利要求1所述一种高分辨高对比快速计算的发收时序同步超声被动空化成像方法，其特征在于：所述步骤4中，对各像素点处的自适应权重进行主成分分析具体包括以下步骤：将根据被动阵列仿真信号计算的所述像素网格中各像素点处的自适应权重作为样本，计算自适应权重的协方差矩阵，然后对该协方差矩阵进行特征分解，从而得到对应于L个降序排列的特征值的L个特征向量，即得到L个主成分向量；所述步骤4中，维度转换矩阵的构造具体包括以下步骤：从L个主成分向量中选择最大特征值对应的前Q个主成分向量v1,v2,...,v
Q
‑1,v
Q
，并将主成分向量v
Q
替换为元素均为的直流向量dc，所得维度转换矩阵表示为：
C＝[v1,v2,...,v
Q
‑1,dc]。6.根据权利要求1所述一种高分辨高对比快速计算的发收时序同步超声被动空化成像方法，其特征在于：所述步骤2、步骤3和步骤4中，绝对渡越时间的计算具体包括以下步骤：S1以超声成像换能器(5)的中心为原点、以超声成像换能器(5)的横向和轴向分别为x轴和z轴，并以与超声成像换能器(5)的成像平面垂直的方向为y轴，建立三维位置坐标系；S2从所述三维位置坐标系中删除y轴，得到成像坐标系；S3建立聚焦超声换能器(3)顶点处切线或切面的方程：对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：路舒宽，苏瑞波，万春野，万明习，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：