[发明专利]超声三维成像方法和装置、计算机设备、存储介质

说明书

一种超声三维成像方法和装置、计算机设备，以及存储介质，解决了基于压缩感知稀疏成像策略得到的图像质量较差的问题。方法包括：从超声二维矩阵换能器中随机选择预定数量的阵元激活，得到多个初始稀疏阵列；基于阵列指向性确定多个初始稀疏阵列各自的次波瓣的最大电平值；基于优化算法更新上一代稀疏阵列中阵元的位置，得到下一代稀疏阵列；基于阵列指向性确定下一代稀疏阵列中的多个稀疏阵列各自的次波瓣的最大电平值；当次波瓣的最大电平值呈现收敛趋势时，确定收敛点对应的稀疏阵列为指向性最优的目标稀疏阵列；控制目标稀疏阵列发射和接收超声波；基于目标稀疏阵列接收到的超声波确定原始信号；基于原始信号形成超声影像。

技术领域

本申请涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种超声三维成像方法和装置、计算机设备、存储介质。

背景技术

为了获得足够的三维成像视野，超声二维矩阵换能器通常由数以千计的换能器阵元(以下简称阵元)组成。面对规模庞大的单元阵列，若采集通道与阵元一一对应，采集系统的硬件成本和电路复杂性将大幅度增加。同时，上千个通道的海量射频数据也对系统的数据传输、存储和计算造成巨大压力，导致矩阵探头三维成像的采集帧率和重建帧率严重下降。

近年来，压缩感知理论为简化采集系统、减少数据采集量提供了一种与众不同的思路，即在被采样信号的稀疏性假设下，就有可能以远低于奈奎斯特限制的采样数据非线性地恢复出完整的信号。采用压缩感知稀疏成像策略能够有效减少采集通道的数量，降低系统复杂度，并提高成像速度。

然而，目前的基于压缩感知稀疏成像策略得到的图像质量较差。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例致力于提供一种超声三维成像方法和装置、计算机设备，以及存储介质，以解决现有技术中基于压缩感知稀疏成像策略得到的图像质量较差的问题。

本申请第一方面提供了一种超声三维成像方法，包括：从超声二维矩阵换能器中随机选择预定数量的阵元激活，得到多个初始稀疏阵列；基于阵列指向性确定多个初始稀疏阵列各自的次波瓣的最大电平值，次波瓣的最大电平值等于方位向次波瓣的最大电平值和俯仰向次波瓣的最大电平值的加和；以及重复执行的如下步骤：基于优化算法更新上一代稀疏阵列中阵元的位置，得到下一代稀疏阵列，上一代稀疏阵列的初始值为多个初始稀疏阵列，下一代稀疏阵列包括多个稀疏阵列；和基于阵列指向性确定下一代稀疏阵列中的多个稀疏阵列各自的次波瓣的最大电平值；当次波瓣的最大电平值呈现收敛趋势时，确定收敛点对应的稀疏阵列为指向性最优的目标稀疏阵列；控制目标稀疏阵列发射和接收超声波；基于目标稀疏阵列接收到的超声波确定原始信号；基于原始信号形成超声影像。

在一个实施例中，基于阵列指向性确定多个初始稀疏阵列各自的次波瓣的最大电平值包括：基于二维矩阵换能器的属性参数确定每个初始稀疏阵列的阵列指向性的描述函数，属性参数包括二维矩阵换能器中每个阵元的激励幅度、方位向角度和俯仰向角度，方位向和俯仰向各自的阵元总个数，以及方位向和俯仰向各自的阵元间距；在方位向遍历描述函数得到多个方位向波瓣电平值，确定多个方位向波瓣电平值中的第二大的值为方位向次波瓣的最大电平值；在俯仰向遍历描述函数得到多个俯仰向波瓣电平值，确定多个俯仰向波瓣电平值中的第二大的值为俯仰向次波瓣的最大电平值；将方位向次波瓣的最大电平值和俯仰向次波瓣的最大电平值的加和作为次波瓣的最大电平值。

在一个实施例中，描述函数为：

其中，I(m,n)表示二维矩阵换能器中第(m,n)个阵元的激励幅度；M和N分别表示方位向和俯仰向的阵元总个数；d_y、d_z分别表示方位向和俯仰向的阵元间距；θ和分别表示方位向和俯仰向的角度。