[发明专利]超声二维面阵的三维宽波束小区域快速空化成像方法

说明书

技术领域

本发明属于超声检测与超声成像技术领域，具体涉及超声二维平面换能器阵列，以及基于二维面阵的三维宽波束和复合三维宽波束的小区域快速空化成像方法。

背景技术

三维超声技术的发展和进步，为非侵入性的诊断技术又开辟了一个新的领域，它能够克服二维超声空间显像的不足，成为二维超声技术的重要辅助手段。三维超声的进步体现在能够迅速地对容积图像数据进行储存、处理和显示其三维立体图像，并且能够得到多平面的图像。

目前三维超声成像系统实现的三维成像通常是由一维线阵或相控阵旋转而实现，即：先获得传统的二维图像，并记录这些图像；随后重建三维图像；产生矢状面、管状面和横截面图像，最终显示多个三维成像图。换言之，三维超声是将连续不同平面的二维图像进行计算机处理，得到一个重建的有立体感的图形。早期的三维重建一次必须采集大量的二维图像(10～50幅)，并将其存在计算机内，进行脱机重建和联机显示，单次三维检查的图像数据所需的存储空间达数十兆字节，成像需要数小时甚至数天时间。而采用二维阵列换能器可对声束实现三维控制，可以使成像探头不需要机械运动而能够实现实时的三维成像。

近年来三维超声与高速的计算机技术的联合使其具备了更多的临床实用性：表面成像在80年代首次应用于胎儿；90年代初期开始了切面重建和三个互交平面成像；容积成像则开始于1991年；1994发展了散焦成像；到1996年开始了实时超声束跟踪技术；而基于二维阵列的三维超声成像系统最早由美国Duke大学的Von Ramm和Smith教授研制成功，主要用于心脏的成像，并于1998年推出了世界上第一台商用实时三维超声成像系统；飞利浦公司于2002年推出xMatrix矩阵容积探头技术，该技术结合“子阵”和“微通道”可用于大规模阵元超声平面阵成像。但其每一个阵元后面都附加有一“微通道”模拟电路进行延时控制，技术复杂，成本较高。

二维阵列与一维阵列相比较，在功能上具有以下优点：能够获得任意平面的图像，并标明其在空间的方向和位置，有利于对图像进行仔细分析，减少主观因素干扰；具有精确的体积计算功能，基于一维阵列的超声只能获取一个组织结构的三个切面，通过三个切面的径线粗略地估测体积，当目标形态不规则时则无法估计，基于二维阵列的超声可处理多平面资料，模拟出组织的形状，利用特定的容积计算公式得出体积大小，使体积的测量更为精确，尤其对不规则形器官或病灶体积的测量更具优越性；能够对感兴趣结构重建三维立体图像，使结果直观。

值得注意的是，二维阵列成像探头受面阵规模限制，其视角范围通常较小，在大区域成像时会受到一定的限制。增加阵元数目可以增大成像范围，但通常以大规模增加物理数据通道为代价，其成像技术方案及系统复杂、成本较大。

但是，高强度聚焦超声(HIFU)作用时，对其感兴趣的监控成像目标通常主要集中在焦点区域，即在一个较小的范围内进行成像，因而可以发挥二维阵列对于小区域成像的优势。

另一方面，针对HIFU作用时焦点区域空化微泡等具有瞬态物理特性信息的活动，基于一维线阵的传统平移扫描方式，或切面重建的三维成像方法使得不同平面的图像存在时间差；此外，传统B模式成像不同扫描线之间也存在时间差，其帧率一般较低(<100Hz)，所以成像的异步性问题在瞬态物理信息成像中是不能接受的。法国的Fink小组作者成功地利用平面波发射的概念，即利用线阵所有阵元同时发射三维宽波束，使得超快速成像的帧频速度可以达到5000Hz。虽然单次平面波的声透射提供了快速的成像方案，但是，随机多样性噪声、回波伪像、阴影等的存在，却容易造成图像的质量下降。随后，该小组又提出基于一维线阵的平面波复合快速超声成像法用于空化成核的检测成像，其以不同角度相干波复合来提高成像信噪比，但以牺牲了部分成像帧率作为此成像方案的代价。

因此，如何能在现有超声成像设备基础上，并结合射频数据采集装置，针对具有瞬态物理信息的空化微泡等活动，进行小区域快速、高信噪比的时空分布三维成像，仍是本领域的难题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声二维面阵的三维宽波束小区域快速空化成像方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

1)二维面阵向空化区域发射与二维面阵垂直的单一方向三维宽波束或依次发射多个互相存在方向差异的三维宽波束；

2)根据目标点位置以及三维宽波束的方向，计算对应回波信号的时间延迟，然后对回波信号分别进行时间延迟校正，得到校正后的回波信号；