[发明专利]一种基于压缩感知的超高分辨超声成像方法

说明书

本发明公开了一种基于压缩感知的超高分辨超声成像方法。本方法是：对成像区域进行超声平面波扫描，获取不同时刻的一组平面波超声图像；对获取的所有平面波超声图像进行滤波操作；计算得到图像中多个微泡的横向标准差与纵向标准差，进而得到所有微泡的平均横向标准差和纵向标准差；基于此，可以得到成像系统的PSF；基于得到的PSF，生成测量矩阵；根据超声图像和微泡分布信息之间存在的线性关系，将微泡的位置信息从超声图像中求解出来；最后，将所有超声图像的微泡位置重叠到一张图像中，就得到了最终的超分辨超声成像结果。本发明的方法不仅能够极大提高超声成像的空间分辨率，而且还能提高超声成像的时间分辨率，适用于快速的超分辨超声成像。

技术领域

本发明涉及一种基于压缩感知(Compressed Sensing，CS)的超高分辨超声成像方法。

背景技术

超声成像是现阶段主要的医学成像模态之一，已被广泛应用于临床实践，其优势在于可以非侵入地对大于10cm的组织实现无辐射成像。然而，受衍射理论限制，超声成像的空间分辨率不高，大约为发射波长的一半。从某种角度而言，这限制了超声在临床中的进一步应用。

基于CS理论的超分辨成像是一种新兴的成像技术。目前，这项技术已被成功应用于光学显微成像。简要而言，如果原始信号是稀疏的或者可稀疏的，则CS技术可以精确地将目标信号从噪声中提取出来。由于采集到的图像和待定位点之间存在一定的线性关系，即采集到的超声图像可以表示为待定位点分布和测量矩阵之间的线性关系。而超分辨成像的目的是在已知成像系统的点扩散函数(Point Spread Function，PSF)的情况下，从采集到的低分辨率图像中重建出高分辨图像。

考虑到，在基于造影剂(微泡)的超声成像过程中，微泡在成像区域中是稀疏分布的；致使，CS理论可以应用到超声图像中，实现对微泡的定位。基于此，在本发明中，我们拟将CS技术与超声成像相结合，以期突破超声衍射极限定理的限制，实现超高分辨率的超声成像。相比于其他定位方法，基于CS的重建方法能够对高密度下相互重叠的微泡进行有效定位。通过提高微泡在成像区域中的分布密度，能够有效减少超分辨定位的图像数量，提高成像的时间分辨率。此外，为了进一步提高成像的时间分辨率，在本发明中，使用平面波成像模态对成像区域进行扫描，以此实现超快的超声成像。

发明内容

本发明的目的在于针对现有超声成像技术中存在的不足，提出一种基于压缩感知的超高分辨超声成像方法，在实现超高图像空间分辨率的同时保持较好的时间分辨率。

为达到上述目的，本发明的构想是：

在超声造影剂(微泡)的介入下，对成像区域进行超声平面波扫描，获取不同时刻的一组平面波超声图像；对获取的所有平面波超声图像进行滤波操作，以去除平面波超声图像中包含的噪声；基于稀疏分布的单个微泡的超声平面波数据，计算得到图像中多个微泡的横向标准差与纵向标准差，进而得到所有微泡的平均横向标准差与平均纵向标准差基于此，可以得到成像系统的PSF；基于得到的PSF，生成测量矩阵；根据超声图像和微泡分布信息之间存在的线性关系，将微泡的位置信息从超声图像中重建出来；最后，将重建出的所有超声图像的微泡位置重叠到一张图像中，就得到了最终的超分辨超声成像的结果。本发明提出的方法不仅能够极大提高超声成像的空间分辨率，而且还能提高超声成像的时间分辨率，适用于快速的超分辨超声成像。

根据上述发明构想，本发明采用下述技术方案：

一种基于压缩感知的超高分辨超声成像方法，操作步骤如下：

1)在超声造影剂(微泡)的介入下，对成像区域进行超声平面波扫描，获取不同时刻的一组平面波超声图像；每帧图像包含多个点散射体(微泡)，随机分布在成像区域内；

2)对获取的所有平面波超声图像进行滤波操作，以去除平面波超声图像中所包含的噪声；

3)构建基于CS技术的重建模型；