[发明专利]一种基于射线理论的超声CT图像重建方法及系统

摘要

本发明属于功能成像技术领域，公开了一种基于射线理论的超声CT图像重建方法及系统，其中方法包括基于射线理论的超声CT声速重建方法及超声CT衰减系数重建方法；基于射线理论的超声CT声速重建方法包括：(1)渡越时间之差的提取；(2)计算声波从发射阵元到接收阵元经过的射线路径；(3)反问题的求解：通过采用拟牛顿法解路径‑慢度‑时间方程组，即可得到待测对象的速度重建值向量。本发明通过对方法的整体流程进行改进，尤其是通过对射线理论的优化，利用特定的射线计算处理方式，可实现快速、稳定的超声CT声速重建及超声CT衰减系数重建，进而实现了基于射线理论的超声CT图像重建。

主权项

1.一种基于射线理论的超声CT声速重建方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)渡越时间之差的提取：首先基于同一发射阵元和接收阵元，发射超声波后分别采集来自纯水和待测对象的超声透射波的数据，分别得到按通道一一对应的纯水数据、以及待测对象数据；然后采用AIC法提取纯水数据的渡越时间，记为tof_water；接着，确定匹配窗，以tof_water为窗起点，以纯水数据的最大幅值处时间t_{water_max}为窗终点，则，窗长度记为w，匹配窗内的窗数据记为W_water；随后在对应通道的待测对象数据上寻找窗长度保持为w的滑动窗，该滑动窗内的窗数据记为W_object；接着，将W_object和W_water互相关，计算得到互相关系数；调整所述滑动窗的窗起点，从而滑动所述滑动窗得到一系列互相关系数，选取这些互相关系数中数值最大的互相关系数对应的滑动窗作为滑动窗寻找结果，记该滑动窗寻找结果的窗起点为fof_object，则渡越时间之差Δtof＝tof_object‑tof_water；接着，调整通道，重复提取处理，最终得到一系列通道对应的一系列渡越时间之差Δtof；(2)计算声波从发射阵元到接收阵元经过的射线路径：记所述步骤(1)得到的一系列有效渡越时间之差Δtof的总数量为n_t，对成像区域进行剖分，使成像区域的网格数满足Σ×Σ；其中Σ为正整数，当为整数时，则Σ等于当为非整数时，Σ为按向上取整、向下取整或四舍五入取整得到的整数；所述成像区域是建立在发射阵元和接收阵元对应的二维平面直角阵元坐标系中，然后对于每一组发射阵元‑接收阵元组，从发射阵元在阵元坐标系中的坐标位置向接收阵元在阵元坐标系中的坐标位置作直线连线，得到该连线在该成像区域中每一个网格中的路径长度，进而得到关于每个网格中路径长度的、Σ×Σ的二维矩阵，接着将该矩阵向量化得到关于每个网格中路径长度的向量；最后，将每一组发射阵元‑接收阵元组得到的关于每个网格中路径长度的向量排列形成关于全部发射阵元‑接收阵元组的Σ²×Σ²的二维矩阵路径矩阵L；(3)反问题的求解：将所述步骤(1)得到的有效渡越时间之差Δtof进行向量化，得到ΔT；接着构建如式(3)所示的路径‑慢度‑时间方程组：LΔS＝ΔT       (3)其中，ΔS为待求解的慢度变化量；然后，采用拟牛顿法解方程组，求解得到一维含有Σ²个元素的向量ΔS；接着，用水中超声波的慢度加上慢度变化量ΔS，取倒数，即可得到待测对象的速度重建值向量。