信號輸出Y i (Wk);
[0105] (18)對有效帶寬外頻點(diǎn)以0填充，得到第i條掃描線上整個(gè)頻域的最優(yōu)波束合成 頻域輸出( ω );
[0106] (19)按掃描線波束合成次序，重復(fù)步驟（4)至步驟（18)，得到所有掃描線在整個(gè) 頻域的最優(yōu)波束合成的頻域信號輸出Υ(ω)，Υ(ω) = [Υι(ω) y2(co) ~yline(co)]T，其中， line為波束合成掃描線數(shù)，其取值一般為128~256 ;
[0107] (20)對Υ(ω)進(jìn)行逆傅里葉變換，得到整個(gè)造影微泡成像區(qū)域的射頻信號Y(t);
[0108] (21)對造影信號Y(t)進(jìn)行包絡(luò)檢波、對數(shù)壓縮、坐標(biāo)變換等圖像后處理得到高質(zhì) 量的平面波造影圖像。
[0109] 實(shí)施平臺為Sonix-Touch，選用128陣元線陣換能器為成像探頭，按脈沖逆轉(zhuǎn)模 式，發(fā)射中心頻率為3MHz的平面波，其負(fù)峰值聲壓約為178kPa，并在外觸發(fā)源的控制下，按 觸發(fā)頻率200Hz工作。參見圖2,實(shí)施對象一狹窄血管流動仿體，其正常直徑為5mm，按0. 2mL 的劑量對濃度為2. OX 10sMB/mL團(tuán)注。陣元數(shù)據(jù)被Sonix-DAQ采集約40s的數(shù)據(jù)。
[0110] 圖3結(jié)果顯示，CSBF與Regular方法所得PIH平面波造影圖像質(zhì)量相當(dāng)。
[0111] 圖4結(jié)果顯示，相比DAS與Regular方法，CSBF在橫向與軸向分辨率均取得最佳 結(jié)果。
[0112] 圖5結(jié)果顯示，相比基于DAS的PIH成像方法（PIH-DAS)與基于Regular的PIH 成像方法（PIH-Regular)，PIH-CSBF所得造影圖像的CTR最高可提高約2dB。而在取得與 PIH-Regular相當(dāng)圖像質(zhì)量（CTR)的同時(shí)，其分辨率更好，且運(yùn)算時(shí)間僅為PIH-Regular的 22. 5%。同時(shí)，在前期實(shí)驗(yàn)中，PIH-CSBF相比基于DAS波束合成的B模式成像方法，CTR大 幅度提尚。
[0113] 本發(fā)明通過壓縮感知自適應(yīng)波束合成方法（CSBF)大幅度剔除冗余數(shù)據(jù)，減少波 束合成計(jì)算量，并實(shí)現(xiàn)快速自適應(yīng)波束合成；同時(shí)，聯(lián)合脈沖逆轉(zhuǎn)諧波（PM)造影成像技 術(shù)，使得微泡非線性諧波分量更為靈敏地檢測出來，得到高CTR與分辨率的造影圖像，也使 得波束合成數(shù)據(jù)僅為壓縮采樣的陣元接收的造影回波的諧波頻帶，再一次減少波束合成數(shù) 據(jù)量。其中，方法基于近年興起的稀疏采樣理論，在遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣率的情況下，通過 非線性重建算法高概率的完美重建信號，可有效改善波束合成算法的計(jì)算性能；其壓縮采 樣比例僅為有效頻帶內(nèi)的回波信號的30%~40%，并通過最優(yōu)稀疏基與陣元加權(quán)系數(shù)計(jì) 算，快速頻域加和、時(shí)域重建造影回波信號。因此，本發(fā)明一種基于壓縮感知自適應(yīng)波束合 成的脈沖逆轉(zhuǎn)諧波（PIH-CSBF)平面波快速造影成像方法的提出，使得高CTR與分辨率的平 面波造影成像的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)成為可能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于壓縮感知自適應(yīng)波束合成的脈沖逆轉(zhuǎn)諧波平面波快速造影成像方法，其特 征在于，包括以下步驟： 1) 超聲陣列換能器交替發(fā)射相位分別為0°相與180°相的平面波，計(jì)算機(jī)采集超聲 陣列換能器陣元的0°相與180°相射頻造影回波信號Xjt)與X1S(](t); 2) 在0°相與180°相射頻造影回波信號加和運(yùn)算得到射頻回波信號X(t)之后，依據(jù) 第i條待合成掃描線上的第d個(gè)目標(biāo)點(diǎn)空間位置與對應(yīng)的動態(tài)孔徑N，對N個(gè)有效陣元通道 數(shù)據(jù)延時(shí)后得到加和延時(shí)時(shí)域信號Xld(t); 3) 對加和延時(shí)時(shí)域信號Xld (t)通過傅立葉變換轉(zhuǎn)換為頻域信號Xld (ω)，并選取諧波分 量內(nèi)的頻點(diǎn)Xld(?k),進(jìn)行按比率的壓縮隨機(jī)采樣抽取，得到壓縮采樣后的造影諧波頻域頻 點(diǎn):4) 通過構(gòu)造所選頻點(diǎn)丨的穩(wěn)健自相關(guān)矩陣，計(jì)算該頻點(diǎn)所對應(yīng)的最小方差 自適應(yīng)波束合成的最優(yōu)加權(quán)系數(shù)wld(c〇k)，從而得到該頻點(diǎn)的最優(yōu)波束合成的頻域輸出5) 按照步驟4)遍歷第i條待合成掃描線上所有抽取的造影諧波頻點(diǎn)，并由多 點(diǎn)欠定系統(tǒng)聚焦求解算法重建諧波分量的頻域信息，然后重建第i條待合成掃描線的頻域 信息Υ?(ω); 6) 按掃描線波束合成次序，重復(fù)步驟2)~步驟5)得到所有待合成掃描線的頻域信息 Υ(ω)，將Υ(ω)通過逆傅立葉變換變換到時(shí)域，得到Y(jié)(t)，對Y(t)進(jìn)行圖像后處理得到平 面波造影圖像。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟1)具體包括以下步驟： 1. 1)超聲陣列換能器按脈沖逆轉(zhuǎn)模式交替發(fā)射中心頻率為&的一對相位相反的平面 波，其相位分別為0°相與180°相，f。范圍為2. 0MHz~5. 0MHz ; 1.2)計(jì)算機(jī)采集超聲陣列換能器陣元的0°相與180°相的射頻造影回波信號 與 Xl80 (t)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟2)具體包括以下步驟： 2. 1)將0°相與180°相的射頻造影回波信號心⑴與X1S(](t)在整個(gè)時(shí)域加和運(yùn)算得 到射頻回波信號X(t);2. 2)選定第i條待合成掃描線上目標(biāo)點(diǎn)并根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)與中心陣元垂直距離計(jì)算波束 合成的有效陣元數(shù)大小N，并選定有效陣元，待合成掃描線數(shù)量為128~256 ; 2. 3)根據(jù)第i條待合成掃描線上第d個(gè)目標(biāo)點(diǎn)與N個(gè)有效陣元相對位置，對N個(gè)陣元 通道接收信號計(jì)算每一個(gè)通道的信號延時(shí)時(shí)間τ ld;其中，為第j個(gè)有效陣元的延時(shí)時(shí)間，Dj為第j個(gè)有效陣元到第d 個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的距離，D。為目標(biāo)點(diǎn)中心陣元到第d個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的距離，c為組織中聲速，j = 1，2，3，· · ·，N ; 2.4)對N個(gè)有效陣元對應(yīng)射頻回波信號按Tid依次延時(shí)，得到加和延時(shí)時(shí)域信號 Xld(t) = X(t- τ id)其中，Xi (t)表示有效陣元中第j個(gè)射頻回波信號，j = 1，2, 3, . . .，N。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟3)具體包括以下步驟： 3. 1)對加和延時(shí)時(shí)域信號Xld(t)進(jìn)行傅里葉變換，得到頻域信號Xld(co);其中，χ"ω)是對應(yīng)于Xj(t)的傅立葉變換后的頻域信號，j = 1，2, 3,. . .，N ; 3. 2)對頻域信號Xld(co)進(jìn)行2f。諧波濾波，將諧波分量ω k內(nèi)的頻點(diǎn)構(gòu)成維數(shù)為kXN 的諧波信號Xld (ω k)，諧波分量有效帶寬為1. 4f。~2. 6f。，k為有效帶寬內(nèi)的頻點(diǎn)數(shù)；3. 3)基于該頻點(diǎn)數(shù)k，構(gòu)造 k階的主對角線元素為1，其余為0的壓縮隨機(jī)抽取矩陣T， 抽取比例為30 %~40% ; 3. 4)對Xld(cok)按行進(jìn)行隨機(jī)抽取： ，得到壓縮采樣后的造影 諧波頻域頻點(diǎn)5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟4)具體包括以下步驟： 4. 1)通過構(gòu)造所選頻點(diǎn)的穩(wěn)健自相關(guān)矩陣，計(jì)算該頻點(diǎn)所對應(yīng)的最小方差自 適應(yīng)波束合成的最優(yōu)加權(quán)系數(shù)wid(c〇k); 4. 2)對于，丨中的頻點(diǎn)，把有效陣元數(shù)為N的陣列分為LXk、總數(shù)為Ν-L+l的子 陣4. 3)將所有子陣.與其對應(yīng)的最優(yōu)加權(quán)系數(shù)wld(cok)依次點(diǎn)乘求和并平均，得 到.中頻點(diǎn)的最優(yōu)波束合成的頻域輸出其中，的第1個(gè)子陣。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟5)具體包括以下步驟： 1) 計(jì)算第i條待合成掃描線上所有抽取頻點(diǎn)的最優(yōu)波束合成的頻域信號輸出 2) 構(gòu)建kXk的傅里葉基F作為稀疏基，k為有效帶寬內(nèi)的頻點(diǎn)數(shù)，利用下式：采用多點(diǎn)欠定系統(tǒng)聚焦求解算法和構(gòu)建的抽取矩陣T與傅里葉基F，從九(/?)中估計(jì) 出稀疏投影系數(shù)向量、（《丄 3) *yi(?k) iFbJcOk)計(jì)算陣元輸出所有有效帶寬內(nèi)的最優(yōu)波束合成的頻域信號輸 出 yi (ω k); 4)對所有諧波分量《，外的頻點(diǎn)替換為0點(diǎn)，得到第i條掃描線上整個(gè)頻域的最優(yōu)波 束合成的頻域信息yi ( ω )。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟6)具體包括以下步驟： 6. 1)按掃描線波束合成次序，得到所有掃描線在整個(gè)頻域的最優(yōu)波束合成的頻域信息 Υ(ω)其中，line為波束合成掃描線數(shù)； 6.2) 將Υ(ω)進(jìn)行逆傅里葉變換，得到整個(gè)成像區(qū)域射頻信號Y(t); 6.3) 對Y(t)進(jìn)行包絡(luò)檢波、對數(shù)壓縮以及坐標(biāo)變換后得到平面波造影圖像。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于壓縮感知自適應(yīng)波束合成的脈沖逆轉(zhuǎn)諧波平面波快速造影成像方法，使得高分辨率、造影組織比的平面波造影圖像實(shí)時(shí)成像成為可能。本方法僅對超聲陣列探頭陣元接收到的造影回波的2階諧波分量，進(jìn)行壓縮隨機(jī)采樣處理，大幅度剔除冗余數(shù)據(jù)，減少波束合成運(yùn)算量；進(jìn)一步采用壓縮感知理論對自適應(yīng)波束合成算法性能優(yōu)化，在保證圖像分辨率不降低的前提下，實(shí)現(xiàn)快速波束合成運(yùn)算；聯(lián)合脈沖逆轉(zhuǎn)諧波造影成像方式，換能器交替發(fā)射一對相位相反的平面波，高靈敏地檢測微泡的非線性諧波分量、大幅度改善圖像造影組織比的同時(shí)，使得快速合成一幅平面波造影圖像只需2次平面波發(fā)射，避免了微泡多次輻射造成的破壞，準(zhǔn)確地?fù)渥轿⑴莸乃矐B(tài)分布。
【IPC分類】A61B8/00, G01S15/89
【公開號】CN105266847
【申請?zhí)枴緾N201510567122
【發(fā)明人】萬明習(xí), 王弟亞, 柏晨, 鐘徽
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年9月8日
【公告號】CN105266847B