[发明专利]一种相控阵超声二维阵列三维成像方法及其应用

说明书

技术领域：

本发明属于超声检测领域，尤其涉及一种相控阵超声二维阵列三维成像方 法。

背景技术：

相控阵超声技术是实现快速超声成像的关键技术，而相控阵超声二维阵列系 统是实现实时三维超声成像最好的方法。但是由于受到阵列探头设计因素的影 响，相控阵探头阵元之间的距离一般都比较小。对于一维阵列探头来说，阵元 形状是长条状的，阵元面积较大，如图1a所示。对于二维阵列探头来说，阵元 呈小的正方形或矩形，阵元面积很小，如图1b所示。对于超声换能器来说，接 收信号的强度跟换能器的面积成正比，对于二维阵列探头来说，由于每个阵元 的面积很小，其接收到信号的强度远远弱于一维阵列探头中每个阵元接收到的 信号(即信号的信噪比很差)。如何利用信噪比很差的信号进行波束合成，最终 得到较好的超声图像，是实现二维阵列三维成像的关键技术。

发明人通过多年研究并通过对现有科技文献的检索，发现针对上述问题， 没有发现有关相控阵超声二维阵列三维成像波束合成方法研究。

本发明的目的是针对二维阵列探头阵元面积小、回波信号弱、信噪比差， 以及阵列在加工和应用中不可避免地的造成部分阵元灵敏度变差或者失效的技 术问题。并结合邻近相关校正和集总相关校正的特点，提出一种相控阵超声二 维阵列三维成像的方法，且在方法中发明了一种适合的波束合成方法。

本发明的基本原理是基于相关相位校正的方法(根据参考信号的不同，相 关校正分为邻近相关校正和集总相关校正，邻近相关校正是以多路信号中的一 路为参考信号，集总相关校正是以多路信号的直接叠加之和为参考信号。)通过 相关检测来测量各通道信号之间的相位畸变，消除相位畸变后实现波束合成。

为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种相控阵超声二维阵列三维成像方法，且在所述三维成像方法中的波束 合成方法包括下述步骤：

(1)划分步骤：对二维阵列中的各子阵进行划分；即根据每个子阵阵元接 收到回波信号的信噪比进行划分。划分标准是使各个子阵内所有信号 直接叠加后所得信号的信噪比大于5dB

(2)集总相关校正步骤：

a，集总相关校正：在每个子阵内，各路信号Sn(n＝1，2，3...)跟参考信 号A做集总相关校正，求得各路信号的相位偏差；

b，消除相位偏差：对每路信号做的相位延迟后得到Sn′；

c，叠加：将每个子阵内的各路信号Sn′叠加得到每个子阵校正后的信 号Sum n′，即得到了各个子阵内部的合成波束。

(3)邻近相关校正：

a，邻近相关校正：对集总相关校正后各个子阵的信号Sum n′做邻近相 关校正，即各个子阵的信号Sum n′与参考信号B做邻近相关校正，求得各个 子阵之间的相位偏差；

b，消除相位偏差：对各个子阵进行的相位延迟；

c，叠加：将消除了相位偏差后各子阵的信号叠加，从而得到一条总的 波束的数据。

在具体的集总相关校正步骤中，参考信号A为所在子阵内所有信号的直接 叠加之和Sum n；

在具体的邻近相关校正步骤中，参考信号B为任一子阵合成信号Sum n′； 且在邻近相关校正前，子阵内合成信号的信噪比大于集总相关校正前合成信号 的信噪比。

在具体的相控阵超声二维阵列三维成像方法中还包括以下方法步骤：

A、发射聚焦步骤：针对空间中的某一点，计算二维阵列中的每个阵元实现发射 聚焦到该点所需要的延迟时间；通过控制二维阵列所有阵元的发射时间，完成 发射聚焦；

B、模数转换及延迟聚焦步骤：发射完成后，将所有阵元接收到的信号转换成数 字信号；并根据聚焦点的位置进行延迟聚焦；

C、，波束合成方法步骤：将各路信号根据上述提出的波束合成方法，先进行子 阵划分，完成子阵内的集总相关校正；再进行子阵间的邻近相关校正；后将各 路信号根据检测到的畸变做相应相位延迟后再相加，从而得到一条波束，即完 成了一条扫描线的扫描；

D、重复扫描步骤：针对预扫描空间中不同的点，重复A～C步，直至完成空间 所有点的发射扫描；

E、输出显示步骤：取出所有数据中的最大值，等值面阈值的选择定为比最大 值低1/4倍。将三维图像数据中是最大值1/4的数据连接成面，即完成三维图 像的显示。