[发明专利]基于高阶孔径自相关的环形多阵列超声被动成像方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于高阶孔径自相关的环形多阵列超声被动成像方法及系统：构建由K个超声阵列换能器组成的环形多阵列换能器组，建立成像坐标系并计算阵元坐标，然后划分成像网格；对其中任意一阵列换能器被动接收得到的超声被动射频信号进行时间移位，将被动时间移位信号转换为标准化信号后进行高阶孔径自相关处理，将阵元合成信号与高阶孔径自相关加权因子相乘，并将所得信号的模平方沿着信号采样点方向叠加，得到单阵列超声被动成像结果；对所有阵列换能器的单阵列超声被动成像结果进行累乘后计算K次算术方根，得到环形多阵列超声被动成像结果。本发明能够有效提高超声被动成像的分辨率和对比度，可用于超声空化效应的准确实时监控。

技术领域

本发明属于超声检测与超声成像技术领域，涉及一种基于高阶孔径自相关的环形多阵列超声被动成像方法及系统，可用于超声空化效应的准确实时监控。

背景技术

超声空化效应的有效利用和合理控制依赖于影像监控技术的发展。相比磁共振成像技术，超声成像技术可实现动态实时显像且对空化声回波信号更加敏感，更适用于监控动态变化的空化效应。根据超声阵列换能器的工作模式，可将超声成像分为超声主动成像和超声被动成像，相比前者，超声被动成像具有更好的空化检测灵敏度，且能在超声辐照过程中对空化效应进行实时监控。

一般而言，超声被动成像技术使用单个一维超声阵列换能器(例如，线阵或相控阵超声换能器)来进行成像。影响超声被动成像质量的主要因素是阵列衍射模式的限制，即成像质量受到超声阵列换能器的长度、声源发射频率大小或换能器接收带宽大小以及声源与超声阵列换能器之间的距离这三个关键参数的制约。在该限制下单个声源的超声被动成像结果往往呈现出沿超声阵列换能器轴向延伸的“X”型分布；该分布中心的亮斑尺寸较大，造成了低的成像分辨率(由于亮斑的轴向长度相比横向长度更大，且对于上述三个关键参数更为敏感，因此阵列衍射模式造成的低分辨率主要体现在轴向分辨率上)；亮斑四周则为不存在真实声源的干扰伪影区域，造成了低的成像对比度。而在实际应用中，这三个参数很难进行大范围的调节，从而导致超声被动成像的性能难以得到大幅度的提升。

此外，在医学超声成像中，成像质量往往会受到组织非均一性、超声阵列换能器缺陷以及多个声散射源的相互作用这三大因素的影响。一般而言，这些因素对于超声主动成像所造成的影响并不是特别突出，尚在可接受范围内。然而，超声被动成像独有的阵列衍射模式限制会加剧这些因素对成像质量的影响，使得干扰伪影更严重也更容易产生，进一步降低了超声被动成像的分辨率和对比度，导致无法对声源位置、声源数目以及声源能量做出准确的判断，不利于对超声空化效应的监控。

有研究通过采用鲁棒自适应波束合成等技术来优化超声被动成像算法，使得成像质量得到一定程度的改善；然而传统基于单个超声阵列换能器的超声被动成像的轴向分辨率远低于横向分辨率这一根本问题并未得到有效解决。中国专利201810573085.0公开了一种基于改进DMAS算法的超声平面波成像方法，该专利中利用了延时乘累加算法(即二阶孔径自相关处理)来提高超声平面波成像质量。一方面，该专利所针对的超声平面波成像属于基于脉冲发射-回波接收的超声主动成像技术，而非超声被动成像技术；另一方面，该专利所采用的二阶孔径自相关处理在应用于超声被动成像时，成像分辨率和对比度仍有待改善。

超声被动成像技术的性能直接影响对超声空化效应监控的准确性，要得到空化源在空间中位置和分布的准确信息，就必须提高超声被动成像的分辨率和对比度；这是超声被动成像领域一直以来研究的热点问题和待攻克的难点问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于高阶孔径自相关的环形多阵列超声被动成像方法及系统。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于高阶孔径自相关的环形多阵列超声被动成像方法，包括以下步骤：

1)按照环状图形将K个超声阵列换能器排布成一环形多阵列换能器组，并建立环形多阵列成像坐标系，然后计算环形多阵列换能器组中各超声阵列换能器的各阵元坐标，并对环形多阵列成像的成像网格进行划分；