[发明专利]一种基于射线理论相位修正的合成孔径波束形成方法

说明书

本发明提供了一种基于射线理论相位修正的合成孔径波束形成方法，用于解决复杂介质超声成像问题，包括如下步骤：步骤S1，以预定的采样频率依次发射超声波信号并获取采集信号；步骤S2，获取材料的结构与其中的声速；步骤S3，成像区域空间离散化为二维方形网格集群；步骤S4，根据离散化网格，计算阵元到每个网格端点的初至时间，得到超声初至时间矩阵；步骤S5，根据超声初至时间矩阵，替代常规波数形成所需的时间矩阵，进行图像重建处理。本发明的方法有效地提高了图像重建的分辨率，且能够保持不同探测深度分辨率的一致性。

技术领域

本发明属于超声聚焦成像领域，具体涉及一种基于射线理论相位修正的合成孔径波束形成方法。

背景技术

近年来，由于超声技术的诸多优点，广泛应用于无损检测、医学成像等领域。透过复杂介质的声屏障，进行超声聚焦成像以获取准确的结构信息较困难。例如声屏障与软组织的声速存在差异，导致超声波束合成的聚焦点偏移，进而导致颅骨内部软组织成像或脑功能成像出现误差。(可参考文献：Marsac L,Chauvet D,La Greca R,et al..Ex vivooptimisation of a heterogeneous speed of sound model of the human skull fornon-invasive transcranial focused ultrasound at 1MHz[J].Int J Hyperther,2017,33(1):635-645)

近年来，学者提出若干方法来解决相位畸变导致的超声图形质量下降的问题。例如在经颅成像领域，对超声接收信号做互相关处理，根据最小二乘法实现相位修正(可参考文献：Lindsey B D,Smith S W.Pitch-catch phase aberration correction ofmultipleisoplanatic patches for3-D transcranial ultrasound imaging.IEEE T UltrasonFerr,2013,60(3):463-480)，或者根据颅骨的CT或MRI数据进行全波仿真以预估相位误差(可参考文献：Almquist S,Parker D L,Christensen D A.Rapid full-wave phaseaberration correction method for transcranial high-intensity focusedultrasound therapies.J Thera Ultrasound,2016,4(1):30-41)。

现有的方法具有以下缺点：1：互相关法无法分辨成像区域中距离较小的散射体；2：全波仿真方法消耗时间长，不利于高效的时延修正。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于解决复杂介质超声成像问题的基于射线理论相位修正的合成孔径波束形成方法。

本发明提供了一种基于射线理论相位修正的合成孔径波束形成方法，具有这样的特征，包括如下步骤：

步骤S1，采用发射阵元总数为L的线性阵列，单个发射阵元以预定的采样频率向声屏障内部发射超声波信号，并通过全部L个接收阵元获取与发射阵元相对应的采集信号，L个发射阵元依次循环发射，然后进入步骤S2；

步骤S2，获取声屏障的结构与声速，然后进入步骤S3；

步骤S3，成像区域空间离散化为二维方形网格集群M×N，并将网格的端点作为成像的离散点，在成像区域内确定声屏障及其他介质所在区域Ω，根据声屏障以及其他复杂介质在空间结构及声速c(m，n)_{|m＜M，n＜N}，计算对应的空间慢度分布S(m，n)_{|m＜M，n＜N}＝1/c(m，n)_{|m＜M，n＜N}，然后进入步骤S4；