[发明专利]用于脑部聚焦超声空化实时监控的三维无源成像方法及系统

摘要

本发明提供了一种用于脑部聚焦超声空化实时监控的三维无源成像方法及系统。在对颅骨遮挡导致的空化信号失真进行校准的基础上，对面阵两个方向的阵元做鲁棒的Capon波束合成以大幅度抑制来自其他方向的干扰和空化微泡间的相互作用；并基于空化信号相位间的差异引入相位相干系数对波束合成算法进行修正，从而在抑制成像伪影的同时提高成像分辨率；最后对三维空化体数据阈值化、平滑等处理。本发明可以克服传统磁共振和主动超声成像监控方法对空化的检测灵敏度不足、主动超声成像监控无法实现实时监控以及传统无源成像方法性能受限等问题，为临床提供了一种脑部聚焦超声治疗过程中空化效应的实时监控手段，使得脑部治疗的实时反馈与控制成为可能。

主权项

1.一种用于脑部聚焦超声空化实时监控的三维无源成像方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：计算超声面阵换能器每个阵元方向上超声波的有效声速；步骤二：利用拉格朗日插值法对超声面阵换能器接收的聚焦超声换能器焦点区域的空化信号进行插值，然后根据步骤一所得有效声速对空化信号进行延时；所述步骤二具体包括以下步骤：(2.1)设置超声面阵换能器的阵元变迹，使超声面阵换能器工作在不发射脉冲信号只接收信号的模式，同步触发聚焦超声换能器和超声面阵换能器，由超声面阵换能器采集聚焦超声换能器作用过程中的焦点处空化的三维射频信号pi,j，其中i＝1,2,...,M；j＝1,2,...,N；M和N分别为超声面阵换能器y和x方向的阵元数目；(2.2)根据以下拉格朗日插值多项式对每个阵元采集到的射频信号进行插值：其中，为插值后的空化信号，k_i,j(t_l,t)为拉格朗日基本多项式，p_i,j(t_l)为空化信号采样点，P为采样点个数；(2.3)根据三维成像区域和成像精度，对步骤(2.2)中所得信号进行延时处理，得到延时后的信号s_i,j(x,y,z,t)：其中di,j(x,y,z)为成像位置(x,y,z)到超声面阵换能器阵元位置的空间距离，ci,j为阵元方向上超声波的有效声速；步骤三：构造超声面阵换能器每列阵元经插值及延时后的空化信号的协方差矩阵，然后基于鲁棒的Capon波束合成方法计算最优加权系数；对所述每列阵元经插值及延时后的空化信号进行二值化并计算位相干系数；根据该最优加权系数以及相位相干系数，计算所述每列阵元的空化源强度波束合成信号；步骤四：根据步骤三计算的超声面阵换能器各列阵元的空化源强度波束合成信号构造协方差矩阵，然后基于鲁棒的Capon波束合成方法计算最优加权系数；对所述各列阵元的空化源强度波束合成信号进行二值化并计算相位相干系数；步骤五：根据所述各列阵元的空化源强度波束合成信号以及步骤四所得最优加权系数和相位相干系数计算超声面阵换能器所有阵元的空化源强度波束合成信号和每个成像位置的空化源能量，得到空化源三维体数据，然后进行脑部聚焦超声空化的三维显示。