[发明专利]一种超声CT阵列探头阵元指向性自适应评估方法及装置

说明书

本申请提供了一种超声CT阵列探头阵元指向性自适应评估方法及装置，利用多阵元探头通过全矩阵采集的方式在水中获取一发多收的透射数据。将发射阵元用权重可变的虚拟阵列代替，其余接收均采用接收点接收，通过有限差分方法或格林函数解析方法计算此时的阵列接收数据。再比较计算的接收数据和实际的观测数据之间的差值，利用梯度下降方法更新虚拟阵列的权重。更新结束之后，固定虚拟阵列权重，仿真计算环绕发射阵元相同距离不同角度的声压，即可得该阵元的指向性。

技术领域

本发明涉及医学超声技术领域，特别涉及一种超声CT阵列探头阵元指向性自适应评估方法及装置。

背景技术

医学超声成像领域的探头通过向目标体发射超声波，然后接收人体组织的反射回波进行声阻抗结构参数成像，或接收穿过人体组织的透射波进行声速、声衰减参数成像。超声重建的人体组织图像可作为辅助诊断的影像学依据。目前医用超声CT探头一般是由多个阵元组成的阵列(环形、弧形、柱面等)，以利于从多个角度利用超声波成像人体组织。

医用超声探头，尤其是高频探头，其单个阵元的尺寸和激励超声信号的中心波长相比往往难以忽略，再结合阵元上加载的激励声压具有不均匀性，这就使阵元发射的超声信号具有指向性。阵元发射的超声信号的理想状态是“阵元以点声源的方式发送超声波”，现实中的阵元会有指向性，而不是以理想状态发送超声信号。

对于超声CT成像技术而言，具备探头阵元指向性的知识是提高结构成像分辨率、增加参数成像准确度的关键。传统的阵元指向性评估方法，需要用水听器逐个测量以待测探头为圆心的一圈位置上的声压数据，对于多探头的阵列而言工作量巨大，且难以评估阵元指向性在设备多次使用后的变化。

发明内容

本申请的目的在于解决现有技术存在的缺陷。

本申请提出了一种快速、精确、自动的基于阵列观测数据的超声阵元指向性自适应评估方法，可用于超声CT成像等领域。

第一方面，本申请提供了一种超声CT阵列探头阵元指向性自适应评估方法，所述阵列探头包括N个阵元，其中，N为大于1的整数，所述评估方法包括：确定所述N个阵元中的待测阵元；利用所述待测阵元发射超声波，其余的M个阵元接收所述超声波，形成第一观测数据集，其中，M为大于零，小于等于N的整数；使用由多个可变权重的待测虚拟点组成的虚拟阵列模拟所述待测阵元，并仿真所述待测阵元发射的所述超声波，使用M个接收点阵列模拟所述M个阵元，并接收所述仿真发射的超声波，形成第二观测数据集；基于所述第一观测数据集和第二观测数据集，得到所述多个待测虚拟点的可变权重的目标函数；基于所述目标函数，得到所述多个待测虚拟点的可变权重对应的指向性权重；基于所述指向性权重，得到所述虚拟阵列的指向性评估结果，即为所述待测阵元的指向性评估结果。

在一个可行的实施例中，利用虚拟阵列的方法，测得所有阵元的指向性评估结果，并与非指向性的虚拟阵列进行了对比，可以认为本申请的虚拟阵列声源方法成功通过阵列自身的观测数据实现了发射探头的指向性评估。这样精确的声源建模模拟方法对毫米级乃至亚毫米级分辨率的超声CT图像重建具有重要意义。

在一个可能的设计中，在基于所述指向性权重，得到所述虚拟阵列的指向性评估结果，即为所述待测阵元的指向性评估结果之后，还包括：将所述阵列探头的N个阵元依次作为待测阵元，进而得到所述N个阵元的指向性评估结果，即为所述阵列探头的指向性评估结果。

在另一个可能的设计中，所述使用M个接收点阵列模拟所述M个阵元，并接收超声波，形成第二观测数据集，包括：使用M个接收点阵列模拟所述M个阵元；基于传播函数，计算所述M个接收点的接收数据，形成第二观测数据集。

在另一个可能的设计中，所述传播函数，包括：有限差分或格林函数。

在另一个可能的设计中，所述目标函数，包括：二范数比较函数、或称方差函数、或称逐差法函数、或称最小二乘法函数。