[发明专利]一种基于超声基波和谐波的非线性成像方法和系统

权利要求书

1.一种基于超声基波和谐波的非线性成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据预设频率、相位连续发射检测脉冲波，并接收从待检测物体反射回的回波；

(2)对回波进行信号放大、模数转换、波束形成的处理，从而将回波处理为射频信号；

(3)将回波的射频信号经解调及包络检测处理，从而得到基波信号I₁以及二次谐波信号I₂，其中，I₁≈sech(C₀βV)，I₂≈tanh(C₀βV)，式中，β＝1+B/2A，表示介质的非线性参量，V为电压，k1和α分别为波数和衰减系数，C是初始条件被定义为z＝z₀时基波频率成分的幅度，z₀为轴向的初始距离，ρ₀是介质初始密度；

(4)将基波信号I₁和二次谐波信号I₂进行成像函数运算从而形成图像，成像函数Q为：Q≈-log(I₁/I₂)+Q₀；其中，Q₀为常数。

2.如权利要求1所述的基于超声基波和谐波的非线性成像方法，其特征在于，连续发射的检测脉冲波采用固定不变的预设频率、固定不变的相位；或者，

连续发射的检测脉冲波采用固定不变的预设频率，但相邻发射的检测脉冲波具有预设的固定相位差，相位差的范围为

3.如权利要求1或2所述的基于超声基波和谐波的非线性成像方法，其特征在于，步骤(3)中还包括对基波信号I₁和/或二次谐波信号I₂进行局部补偿的步骤；补偿方法为根据线性传播条件下的基波包络信号和二次谐波包络信号的幅度比值对基波信号I₁和/或二次谐波信号I₂进行调整。

4.如权利要求3所述的基于超声基波和谐波的非线性成像方法，其特征在于，步骤(4)之后还包括对形成的图像进行噪声抑制、帧相关处理、图像增强处理的步骤。

5.如权利要求4所述的基于超声基波和谐波的非线性成像方法，其特征在于，帧相关处理的公式为I'_n＝λI'_n-1+(1-λ)I_n，其中λ为由两帧之间的运动情况决定，其取值范围为0-1，I为帧相关处理前的图像数据，I′为帧相关处理后的图像数据，n为自然数。

6.如权利要求4所述的基于超声基波和谐波的非线性成像方法，其特征在于，图像增强处理为采用直方图均衡化法对图像进行拉伸；处理公式为：其中H和H′分别为图像增强前后的非线性图像，η为用户可调参数控制图像的平均灰度等级，O为增强系数，O前面的负号代表非线性系数较大的区域映射的灰度值较大。

7.如权利要求4所述的基于超声基波和谐波的非线性成像方法，其特征在于，图像增强处理为采用线性对比度增强方法，计算公式为J′＝a(J-μ)+G，其中，J和J′分别为图像增强前后的非线性图像，μ为增强前非线性图像均值，G为设定的显示图像灰度均值，a为用于调节对比度强弱的用户参数。

8.如权利要求5至7任一项所述的基于超声基波和谐波的非线性成像方法，其特征在于，根据成像函数值对应像素大小与非线性参量之间关系预定义的伪彩编码映射表将得到的灰度图像转换为彩色图像，最终将伪彩非线性图像叠加于基波或谐波图像上予以显示。

9.一种基于超声基波和谐波的非线性成像系统，其特征在于，包括依次连接的发射模块、波束形成模块、回波信号处理模块、非线性参数计算模块、图像后处理模块以及显示模块；

所述发射模块用于根据输入电压的不同而发射在介质中传播时产生非线性效应的脉冲波或，

在介质中传播时不产生非线性效应的脉冲波；

所述波束形成模块用于接收经待检测物体反射回的回波信号，并将回波信号经过波束形成处理生成射频信号；

所述回波信号处理模块用于将波束形成模块输出的射频信号经解调及包络检测处理提取基波、谐波信号，并对其进行补偿处理；

所述非线性参数计算模块用于将基波、谐波信号按照成像函数计算并成像，成像函数Q为：Q≈-log(I₁/I₂)+Q₀；其中，Q₀为常数，I₁≈sech(C₀βV)，I₂≈tanh(C₀βV)，式中，β＝1+B/2A，表示介质的非线性参量，V为电压，k1和α分别为波数和衰减系数，C是初始条件被定义为z＝z₀时基波频率成分的幅度，z₀为轴向的初始距离，ρ₀是介质初始密度；

所述图像后处理模块用于对已成像图像进行噪声抑制、帧相关处理、图像增强处理；

所述显示模块用于对图像后处理模块处理过的图像进行伪彩编码并显示。