[发明专利]一种超声空化的微秒级多尺度时空成像及特征图谱计算方法与系统

权利要求书

1.一种超声空化的微秒级多尺度时空成像方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)根据空化源位置，沿X方向、Y方向分别规划若干个感兴趣成像位置；

2)根据步骤1)规划的某一感兴趣成像位置到二维超声面阵换能器阵元位置的超声波传播时间，对二维超声面阵换能器检测的时空三维空化信号进行延时处理，将经过延时的空化信号沿阵元方向叠加，得到空化背向散射信号；对所得空化背向散射信号进行小波包分解，得到不同有效尺度下的空化背向散射有效尺度信号，根据所得任意有效尺度下的空化背向散射有效尺度信号及该有效尺度信号的希尔伯特变换结果，计算得到所述感兴趣成像位置在所述有效尺度下的空化瞬时强度；

所述空化瞬时强度按照以下公式计算：

其中，CIA_k(x,y,z,t)为某一感兴趣成像位置(x,y,z)在第k个有效尺度下的空化瞬时强度，CBE_k(x,y,z,t)为第k个空化背向散射有效尺度信号，CBEH_k(x,y,z,t)为第k个空化背向散射有效尺度信号所对应的希尔伯特变换结果；

3)通过重复步骤2)分别计算步骤1)中沿X方向和Y方向规划的各感兴趣成像位置在所述有效尺度下的空化瞬时强度，得到所述有效尺度下X方向和Y方向的微秒级空化时空成像结果。

2.一种基于微秒级多尺度时空成像的超声空化特征图谱计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)根据空化源位置，沿X方向、Y方向分别规划若干个感兴趣成像位置；

2)根据步骤1)规划的某一感兴趣成像位置到二维超声面阵换能器阵元位置的超声波传播时间，对二维超声面阵换能器检测的时空三维空化信号进行延时处理，将经过延时的空化信号沿阵元方向叠加，得到空化背向散射信号；对所得空化背向散射信号进行小波包分解，得到不同有效尺度下的空化背向散射有效尺度信号，根据所得任意有效尺度下的空化背向散射有效尺度信号及该有效尺度信号的希尔伯特变换结果，计算得到所述感兴趣成像位置在所述有效尺度下的空化瞬时强度；

所述空化瞬时强度按照以下公式计算：

其中，CIA_k(x,y,z,t)为某一感兴趣成像位置(x,y,z)在第k个有效尺度下的空化瞬时强度，CBE_k(x,y,z,t)为第k个空化背向散射有效尺度信号，CBEH_k(x,y,z,t)为第k个空化背向散射有效尺度信号所对应的希尔伯特变换结果；

3)通过重复步骤2)分别计算步骤1)中沿X方向和Y方向规划的各感兴趣成像位置在不同有效尺度下的空化瞬时强度，得到X方向和Y方向的不同有效尺度下的微秒级空化时空成像结果；

4)根据X方向和Y方向的不同有效尺度下的微秒级空化时空成像结果，计算X方向和Y方向的对应特征图谱。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述时空三维空化信号是通过二维超声面阵换能器被动接收的包含两个空间维度及一个时间维度的空化采样信号。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，空化背向散射信号表示为：

其中，CB(x,y,z,t)为空化背向散射信号，Nx和Ny分别为二维超声面阵换能器X方向和Y方向的阵元数目，ch_i,j(t)为所述时空三维空化信号，t为二维超声面阵换能器阵元接收时空三维空化信号的时刻，τ_i,j(x,y,z)为某一感兴趣成像位置(x,y,z)到二维超声面阵换能器阵元位置(xe_i,ye_j,0)的超声波传播时间。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，小波包分解的小波基选自小波消失矩阶数L较大的dbL小波或symL小波，L为6～10；小波包分解的有效尺度根据二维超声面阵换能器的接收带宽来确定：

其中，f₁和f₂分别为二维超声面阵换能器的接收带宽的下限和上限，f_Nyquist为Nyquist频率，ceil(·)表示向上取整，floor(·)表示向下取整，p为小波包分解层数。