[发明专利]一种基于费马原理的超声CT图像重建方法及系统

说明书

本发明属于功能成像技术领域，公开了一种基于费马原理的超声CT图像重建方法及系统，其中基于费马原理的超声CT声速重建方法包括步骤：(1)渡越时间的提取；(2)准备进入迭代；(3)根据有限差分方法计算从每个发射阵元出发到成像区域每个像素点的时间τ，并根据费马原理计算胖射线路径，其中胖射线路径的宽度随迭代次数的增加而收窄；(4)反问题的求解，并更新声速值；(5)判断迭代是否终止。本发明通过对方法整体流程进行改进，通过路径的优化，基于费马原理，尤其是变参数的、路径由宽至窄的变路径宽度的胖射线路径，使得本发明中超声CT声速及衰减系数重建方法及系统具有快速、稳定、成像效果更好的特点。

技术领域

本发明属于功能成像技术领域，更具体地，涉及一种基于费马原理的超声CT图像重建方法及系统，属于超声断层成像中透射式超声成像模式，可实现超声CT声速及衰减系数的重建。

背景技术

超声CT是一种断层成像模式，采用超声探头发射和接收信号，产生反射数据和透射数据，利用这些数据重建出不同模态的超声断层图像，以便更好地观测物体内部的参数信息。超声CT检测具有价格低廉、对人体无辐射等优点，随着探头加工工艺和计算机高性能运算的快速发展，近些年来超声断层成像技术又再次成为了工业领域和医学领域的研究热点。

利用超声CT系统采集的数据可以重建出声速、衰减、密度等多种参数信息，属于功能像的领域。在这里，我们采用透射数据。有研究表明，在病变初期，病变组织功能参数的变化要早于结构变化。因此，超声CT功能成像对病变的早期诊断具有重要辅助意义。

以声速这一功能参数为例，超声CT声速重建方法包括基于射线理论的重建算法和基于波动理论的重建算法。基于波动理论的方法成像分辨能力更好，但是容易受微小误差扰动，因而鲁棒性不高，并且运算量很大，对系统精度和数据的性噪比要求更高，目前还不适用于实际应用。基于射线理论的重建算法模型更简单，稳定性更高，并且运算量较小，目前来看是一类高效的、稳定的、适用于临床的声速重建方法。

近些年来国内外对超声CT声速重建方法的研究逐渐活跃起来。基于射线理论的研究领域，射线路径的追踪方法众多，针对不同应用场景适用性不同，成像效果也不同。有采用直线路径的，也有采用折线路径的。采用直线路径是模仿X线CT重建方法，理论上来说，超声的传播更近似于折线。但是，由于临床超声探头的带宽有限，实际上超声的传播路径也并非是一条折线。因而路径的追踪是该类方法的难点。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于费马原理的超声CT图像重建方法及系统，其中通过对方法的整体流程进行改进，通过路径的优化，基于费马原理，尤其是变参数的、路径由宽至窄的变路径宽度的胖射线路径，一方面，不仅考虑射线路径上的点对接收信息的影响，同时还考虑射线领域上的其它点对接收信息的影响，利用特定的路径追踪过程，使得本发明中超声CT声速及衰减系数重建方法及系统具有快速、稳定、成像效果更好的特点，另一方面，尤为重要的是，实现了低分辨率到高分辨率加深重建的方法，使重建过程更加稳定，重建分辨率更高，减少重建伪影。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于费马原理的超声CT声速重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)渡越时间的提取：

针对待测对象，采用环形阵列探头，按发射阵元预先设定的顺序，基于其中一个发射阵元，采集满足预先设定接收阵元角度要求范围内全部接收阵元接收到的透射波数据；接着，按接收阵元预先设定的顺序，对于其中每一条透射波数据，在透射波数据上预估的渡越时间点附近选取匹配窗，窗长度预先设定为N，接着，以当前检索点为分界点，将窗分为两段，利用公式(1)计算当前检索点的AIC值，然后，对窗内的点依次检索，记AIC值最小的点为渡越时间点；

AIC(k)--k*log(var(d(1,k)))+(N-k-1)*log(var(d(k+1，N))) (1)