[发明专利]基于频域迁移的超声平面波成像方法、系统及存储介质

说明书

本发明提供了一种基于频域迁移的超声平面波成像方法、装置及存储介质，包括：获得在三个发射角度下接收到的回波信号；构建图像频域空间坐标所对应的回波信号频域空间坐标；针对各个发射角度下的回波信号沿空间方向进行快速傅里叶变换(FFT)，对得到的频谱信号沿时间方向进行非均匀傅里叶变换(NUDFT)，得到该回波信号在回波信号频域空间的坐标；非均匀傅里叶变换的计算基于利用切比雪夫多项式构建的低秩矩阵完成；对滤波后的信号进行逆快速傅里叶变换(IFFT)，将三个发射角度下的回波信号进行复合，然后进行逆快速傅里叶变换，得到复合后的超声图像。本发明极大地提高了超声平面波成像的速度，能够获得高质量图像，也可以保证较高的成像帧频。

技术领域

本发明涉及医学成像技术领域，特别是涉及一种基于频域迁移的超声平面波成像方法、系统及存储介质。

背景技术

超声成像具有非侵入、安全、便捷、实时性高等优点，广泛应用于胎儿、心脏和腹部成像，是临床诊断中最重要的影像模式之一。

传统的超声成像采用聚焦波逐线扫描成像模式，即通过一次发射聚焦波-接收回波信号，获得一幅图像的一列，因此需要几百次发射-接收过程才能形成一幅图像，其成像速度一般在20～100帧/秒，限制了传统超声成像的帧频。近些年，科研人员提出了平面波成像模式，通过发射平面波，一次发射即可获得一幅超声图像，从而使图像帧频大大提高，可以达到4000～15000帧/秒，因此可以检测到现有传统超声成像无法检测到的现象，为一系列新的临床应用铺平了道路，例如超快多普勒成像、剪切波弹性成像、大脑功能成像等。

为了提高超声平面波的成像质量，目前广泛采用将多个发射角度所获得的超声图像进行空间复合的方法。该方法虽然提高了图像质量，但是却大大降低了成像帧频。同时，超声平面波成像需要进行逐点延时叠加(DAS)计算，再加上需要实时处理多个角度(一般11～75个角度)的超声图像，导致计算量巨大，对数据处理性能提出了巨大的挑战。

得益于快速傅里叶变换(FFT)算法，频域波束形成可以大大降低计算复杂度。然而，目前频域超声成像中多采用线性频率插值，会产生误差从而降低图像质量。另外，基于min-max插值的非均匀傅里叶变换(NUDFT)虽然广泛应用于磁共振成像领域，但是在超声平面波成像时需要实时计算不同偏转角度下的插值函数，无法满足实时性要求。因此，如何进行快速、高质量地实现超声平面波频域成像，并使用较少角度的图像进行复合，从而获得高质量、高帧频的超声平面波图像，具有重要意义。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种基于频域迁移的超声平面波成像方法、装置及存储介质，通过快速非均匀傅里叶变换，将三个发射角度下的回波信号进行频域复合，从而获得高质量图像。由于仅仅需要发射三个角度的平面波，因此也可以保证较高的成像帧频。

为此，本发明提供了以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于频域迁移的超声平面波成像方法，所述方法包括：

步骤1、通过调整发射平面波的角度，获得在三个发射角度下接收到的回波信号；

步骤2、对各个发射角度的回波信号进行延时处理；

步骤3、构建图像空间坐标(Z，X)，并计算图像空间频率，根据所述图像空间频率进行频域迁移，计算图像频域空间坐标所对应的回波信号频域空间坐标其中，Z表示图像轴向坐标，X表示图像侧向坐标；k^img表示回波信号沿轴向的频域波数位置，表示回波信号沿侧向的空域波数位置；

步骤4、针对延时处理后的各个发射角度下的回波信号Si(t，x)，t表示时间，x表示空间，沿x方向进行快速傅里叶变换，得到频谱信号其空间频谱的位置通过频域迁移确定；对沿t方向进行非均匀傅里叶变换，得到所述回波信号在所对应的信号其时间频谱的位置k^img通过频域迁移确定；其中，i表示发射角度，i取1，2，或3；所述非均匀傅里叶变换的计算基于利用切比雪夫多项式构建的低秩矩阵完成；