一种空时平滑相干因子类自适应超声成像方法
【专利摘要】本发明公开了一种空时平滑相干因子类自适应超声成像方法，包括以下步骤：（1）波束形成前处理；（2）波束形成处理，包括对各通道接收信号进行延时聚焦，根据延时处理后的通道接收信号计算空时平滑相干因子类的相干因子值，利用该相干因子对接收信号的相干和做加权处理，得到每条扫描线的波束形成输出；（3）波束形成后处理，包括对扫描线进行包络检测、对数压缩、扫描转换及显示。本发明能够抑制旁瓣和减少声杂乱，提高图像的对比度，并显著地消除伪影并提高成像质量，而且计算复杂度较低，易于在硬件中实现。
【专利说明】一种空时平滑相干因子类自适应超声成像方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超声成像技术，具体涉及一种空时平滑相干因子类自适应超声成像方法。
【背景技术】
[0002]超声成像作为现代医学影像技术的重要组成部分，在临床诊断与治疗中已得到了广泛的应用。与其他成像技术相比，其优势在于无创、无电离辐射、使用方便、实时性强以及价格便宜等。然而超声成像质量，如空间分辨率、对比度分辨率、帧率等，总的来讲并不理想，有待进一步改进。波束形成在整个超声成像系统中处于核心位置，对成像质量起着决定性作用。目前，在超声成像系统中被广泛采用的是延时叠加(delay-and-sum, DAS)波束形成技术。尽管它能简单而有效地实现超声图像的重建，然而其所形成的波束具有较宽的主瓣宽度和较高的旁瓣水平，导致了较低的空间分辨率和较弱的旁瓣干扰抑制能力。传统的变迹技术使用一组预先确定的权重(如汉明窗)来降低旁瓣干扰，但会加宽主瓣，即牺牲一定的空间分辨率。
[0003]近几年来，自适应波束形成技术已成为超声成像领域的研究热点，被用来同时降低旁瓣级和减小主瓣宽度。“自适应”是指其权重是通过从接收信号中提取的相关信息而确定的。一类方法是根据一些最优化准则来确定加权向量。如最小方差(minimum variance,MV)波束形成技术。这类方法可较好地提高空间分辨率和对比度，但具有较高的计算复杂度，其硬件实现比较困难。另一类方法是通过分析主瓣信号和离轴信号的特征来构建一个加权因子，从而抑制离轴 信号而加强主瓣信号。比如通过测量接收信号之间的相干性而设计的相干因子(coherence factor, CF),以及基于接收信号的相位信息的相干性而构建的相位相干因子(PCF)和符号相干因子(SCF)等。CF被定义为孔径中接收信号的相干和的能量与总的不相干能量的比值。其定义式如下:
「η Σ:—Xw
[0004]CF["]=:°-7,
or
[0005]其中，M是接收阵元(通道)总数，Xffl[η]是在应用了聚焦延时之后的第m个通道的接收信号，η是信号的时间索引(time index)，其值在[0，I]之间。在聚焦后，来自主瓣上散射点的轴上信号将是高度相干的，得到高的CF值，而来自旁瓣目标的离轴信号是不相干的，产生低的CF值。这样，通过CF对接收信号之和加权可以起到抑制旁瓣的效果。SCF的全称为sign coherence factor,可看成是PCF的一种特殊情形。它是基于接收信号的符号位的相干信息来设计的，定义为:
[0006]SCFp [η] = | 1-σ p, and
[0007]σ = jl-[丄S [ra]1 ,[0008]其中bm[n]是延时后接收信号xm[n]的符号位，即当xm[n]≥O时，bm[n]为I,当xffl[η] < O时为-1，指数P是可调参数。同样地，来自主瓣目标的轴上信号的相位(或符号)的离散度(标准差)为0，产生高的因子值，而来自旁瓣目标的离轴信号相位离散度增加，导致低的因子值。这类基于相干性测量的方法能较好的抑制旁瓣，且一般具有较低的计算量并可在成像系统上实时实现。
[0009]不幸的是，相干因子类成像方法所获得的图像会产生伪影(artifacts)，特别是在低信噪比及低信干噪比的情况下。如，在强散射体的周围会产生黑的空洞，均匀背景区域的斑点方差(speckle variance)会增大，图像整体亮度降低甚至部分纹理信息丢失等。伪影破坏了背景区域的斑点模式(speckle pattern)，同时也会降低图像质量。因此，在保证这类自适应加权因子抑制旁瓣提高对比度的效果下，如何增强它们对低信噪比的健壮性从而消除伪影，成为亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0010]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种空时平滑的相干因子类自适应超声成像方法。
[0011]按照本发明，提供了一种空时平滑相干因子类自适应超声成像方法，包括以下步骤:
[0012](I)波束形成前处理；
[0013](2)波束形成处理，包括对各通道接收信号进行延时聚焦，根据延时处理后的通道接收信号计算空时平滑相干因子类的相干因子值，利用该相干因子对接收信号的相干和做加权处理，得到每条扫描线的波束形成输出；
[0014](3)波束形成后处理，包括对扫描线进行包络检测、对数压缩、扫描转换及显示。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下的优点:
[0016]1、保留了相干因子类自适应成像方法(如CF、SCF)的抑制旁瓣和减少声杂乱(clutter)的优点,提高图像的对比度；
[0017]2、可以显著地消除伪影并提高成像质量；
[0018]3、计算复杂度较低，易于在硬件中实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]参照下面的说明，结合附图，可以对本发明有最佳的理解。在附图中，相同的部分可由相同的标号表不。
[0020]图1是应用本发明所提的空时平滑相干因子的一个典型的相控阵成像流程图；
[0021]图2是利用不同波束形成技术获得的囊肿体模仿真图像；
[0022]图3是基于本发明所提出的StS-CF的改进措施所获得的仿真图像；
[0023]图4是利用不同波束形成技术获得的geabr实验数据的图像。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及示例性实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的示例性实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的适用范围。
[0025]图1所示为基于本发明所提出的空时平滑相干因子类自适应波束形成技术的一个典型的超声成像流程图。在该特定实施例中，使用了相控阵成像模式。然而应当理解，本发明也可适用于其他成像模式，比如合成孔径超声等。不失一般性，该超声成像方法包括以下步骤:
[0026]( I)波束形成前处理，包括设定超声传感器发射和接收模式，对接收信号进行数字化、放大、滤波等；
[0027](2)波束形成处理，包括对各通道接收信号进行延时聚焦(一般进行动态接收聚焦)，根据延时处理后的通道信号计算该空时平滑相干因子类的相干因子值，通道信号的相干和经过相干因子加权处理后得到每条扫描线的波束形成输出；
[0028](3)波束形成后处理，包括对扫描线进行包络检测、对数压缩、扫描转换及显示等过程。
[0029]以下，首先对本发明中波束形成处理所涉及的空时平滑相干因子的成像原理进行分析和解释。
[0030]本发明提出的空时平滑相干因子(spatio-temporalIy smoothed coherencefactor, StS-CF)定义如下所示:
【权利要求】
1.一种空时平滑相干因子类自适应超声成像方法，包括以下步骤: (1)波束形成前处理； (2)波束形成处理，包括对各通道接收信号进行延时聚焦，根据延时处理后的通道接收信号计算空时平滑相干因子类的相干因子值，利用该相干因子对接收信号的相干和做加权处理，得到每条扫描线的波束形成输出； (3 )波束形成后处理，包括对扫描线进行包络检测、对数压缩、扫描转换及显示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述波束形成前处理包括设定超声传感器发射和接收模式，对接收信号进行数字化、放大、滤波。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述相干因子为空时平滑相干因子(spatio-temporally smoothed coherence factor，StS-CF)，定义如下:
4.根据权利要求3所述的方法，其中，L取为M/2。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，利用该相干因子对接收信号的相干和做加权处理，得到波束形成的输出具体为:
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述相干因子为空时平滑符号相干因子(spatio-temporally smoothed sign coherence factor, StS-SCF),定义如下:
7.根据权利要求6所述的方法，其中，利用该相干因子对接收信号的相干和做加权处理，得到波束形成的输出具体为:
8.根据权利要求3或6所述的方法，其中，利用该相干因子对接收信号的相干和做加权处理包括对最小方差(minimum variance, MV)波束形成的输出做加权处理。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述利用该相干因子对接收信号的相干和做加权处理还包括:先对所述相干因子值进行空间滤波(spatial filtering)，然后将滤波后的相干因子值用来对接收 信号的相干和做加权处理。
【文档编号】A61B8/00GK103536316SQ201310431709
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】尉迟明, 丁明跃, 许梦玲 申请人:华中科技大学