[发明专利]透射反射模态融合的超声层析成像方法

权利要求书

1.一种透射反射模态融合的超声层析成像方法，用于实现被测物场两相介质分布的重建和可视化表征，包含以下步骤：

(1)在被测场域外表面均匀的布置N个超声换能器，并使用四周期脉冲正弦波电压对发射探头进行激励，场域边界上的所有超声换能器均用于接收超声信号，采用循环激励的策略，场域内边界的每个超声换能器均分别用来进行激励，对于N个超声换能器构成的传感器阵列，共接收N×N个时变超声信号；

(2)采用数字正交乘法解调对所获得的超声时变信号解调，得到正交解调结果，即幅值A和信号滞后的相位

(3)根据正交解调采集信号每一点的幅值和相位信息进行每一点的幅值大小比较，即将前一时刻的数据点与下一时刻的数据点进行比较，最终保存的值为接收脉冲信号的最大幅值，停止刷新后，累加器的计数值为测量脉冲信号的最大幅值，最大幅值即为解调得到的边界电压测量值，其对应的时间即为解调得到的渡越时间；

(4)计算离散相介质边界点距超声换能器的距离并构建超声反射约束方程，方法如下：

[1]根据对每个超声换能器自发自收超声信号进行解调得到的渡越时间，计算被测场域内离散相介质边界点与超声换能器探头的轴线距离：

其中，d_t-r表示离散相介质边界点与超声换能器探头的轴线距离，TOF_t-r表示对应离散相介质边界点距离的渡越时间，c_w表示被测场域内连续相介质的声速；

[2]根据场域内每个换能器对应的离散相介质边界距离，构建超声反射约束方程，其计算方式表示为：

H(α)＝[α(p₁)-a₁·p₁,α(p₂)-a₂·p₂,…,α(p_n)-a_n·p_n]^T＝0

其中，α(·)表示衰减系数，p₂表示被测场域内的第二个像素，p_n表示被测场域内的第n个像素，a₁表示第一个像素的反射权系数值，以此类推，将离散相介质边界内部像素的反射权系数值取值为离散相介质边界外部像素反射权系数值的1000倍；

(5)计算透射模态下超声换能器接收信号的幅值衰减，方法如下：

[1]获取重建所需的投影衰减测量值V(t_i,r_j)，其计算方式表示为：

其中，f_c是激励信号的中心频率，A_s为空场下的边界电压测量值，A_r为存在离散相介质情况下的边界电压测量值，V(t_i,r_j)表示第i个换能器发射、第j个换能器接收时其投影路径对应的投影衰减值，ln表示对数符号；

[2]构建系数矩阵，即在不含离散相介质空场内根据激励探头和接收探头的相对位置计算其连线穿过场域内像素的情况，其计算公式为：

其中，表示坐标为(x,y)的像素点对应投影路径的系数矩阵取值，(t_i,r_j)表示第i个换能器发射、第j个换能器接收时其投影路径在系数矩阵中对应的行号，m表示投影路径与像素的重叠面积，l表示像素的边长；

[3]计算滤波系数矩阵其计算方式表示为：

其中，P_m表示系数矩阵中的最大值，NUM表示换能器数目，∑表示求和；

(6)计算透射反射双模态图像重建结果G(x,y)：

2.根据权利要求1所述的透射反射模态融合的超声层析成像方法，步骤(2)的方法如下：

[1]设模拟-数字转换器提供的采样率为f_s，对超声换能器接收到的正弦交流测量信号进行采样，得到的数字化的测量信号y(k)；

[2]将正弦和余弦标准正交参考信号分别与数字化测量信号相乘，得到两个相互正交的乘积信号p_i(k)和p_q(k)；

[3]将两个相互正交的乘积信号按整数周期累加，得到正交解调结果，即幅值A和信号滞后的相位