一种带运动补偿的合成孔径超声成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及合成孔径成像领域，特别涉及一种带运动补偿的合成孔径超声成像方 法。
【背景技术】
[0002] 合成发射孔径通过单阵元发射，全孔径接收，经波束形成得到低分辨率图像 (LRI)，再通过将所有发射阵元得到的LRI相干相加得到高质量图像（HRI)。由于HRI对发 射和接收都实现了动态聚焦，所以其较传统的超声成像方法就有更高的分辨率。但是，这种 合成发射孔径成像方法面临三个主要问题：1)单阵元发射造成的穿透性差和回波信号信 噪比低；2)低分辨率图像间的运动会降低其相干性，从而影响成像质量；3)系统实现过程 中需要存储和传输大量的射频回波（RF)线，系统复杂度很高。
[0003] 对于合成发射孔径成像方法的上述三个问题，目前有多种改进方法。合成孔径序 列波束方法就是一种比较容易实现的方法。合成孔径序列波束方法由于不需要存储和传输 大量的单阵元接收的RF线数据，其实现复杂度较合成发射孔径方法大大降低。此外，由于 是多阵元发射，所以也不存在合成发射孔径方法单阵元发射造成的穿透性差和回波信号信 噪比低的问题。但是，合成孔径序列波束方法作为一种合成孔径方法，其中仍然存在运动影 响成像质量的问题。
[0004] 传统的运动补偿算法需要增加多次发射次数，然后利用增加的接收回波进行运动 估计，再进行补偿。这样的方法的缺点是降低了系统成像的扫描帧频，会造成图像不连贯， 高速运动物体成像不佳等问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于解决现有技术在存在轴向位移时成像质量较差的问题，从而提 供一种无需增加发射次数却能得到高分比率图像的方法.
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种带运动补偿的合成孔径超声成像方法，应 用于带有N个阵元的合成孔径超声换能器阵列中，各个阵元之间等间距，且各个阵元均能 发射信号与接收信号；该方法包括：
[0007] 步骤1)、采用发射、接收都是单焦点，且发射焦点与接收焦点相同的线性扫描方式 得到第一低分辨率扫描线；采用偏移阵元接收的方式得到运动估计扫描线；
[0008] 步骤2)、利用步骤1)得到的运动估计扫描线进行估计，所得到的估计值用于对步 骤1)所得到的第一低分辨率扫描线做补偿，从而得到第二低分辨率扫描线；
[0009] 步骤3)、将虚拟源开角内其它第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后 与虚拟源对应第二低分辨率扫描线上的相应采样点相加，得到高分辨率扫描线，进而得到 高分辨率图像；其中，所述虚拟源为合成孔径超声换能器阵列中各个阵元的发射焦点。
[0010] 上述技术方案中，所述步骤1)包括：
[0011] 采用合成孔径超声换能器阵列中的第1到第Μ个阵元发射信号，然后采用第i到 第Μ+i-l个阵元发射信号，以此类推，直到第N-M+1到第N个阵元发射信号，共N-M+1次发 射信号，其中，将第i次发射的阶段记为!\，1 <i<N-M+1 ;在接收信号时，则会依据阵列中 发射信号的阵元的位置来选取合适的接收阵元；具体包括：
[0012] 当i= 1，即第1\次发射时，用所述阵列中的第1到第Μ个阵元发射信号，发射焦 点为VSi;由所述阵列中的第1到第Μ+1个阵元接收信号，每个阵元的采样点数为Ρ，阵列中 的阵元在接收信号时需经历正常接收与右移接收两个阶段；
[0013] 正常接收：对第1到第Μ阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为VSi，得到 第1条第一低分辨率扫描线Li，该扫描线有P个采样点；
[0014] 右移接收：对第2到第M+1阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为VRi， VRi = VS^ △，得到第1条右移焦点扫描线LR1，该扫描线有P个采样点；
[0015] 当l〈i〈N_M+l时，即第?\次发射时，用所述阵列中的第i到第Μ+i-l个阵元发射 信号，发射焦点为VSi，由所述阵列中的第i-Ι到第M+i个阵元接收信号，每个阵元的采样点 数为P，阵列中的阵元在接收信号时需经历左移接收、正常接收与右移接收三个阶段：
[0016] 左移接收：对第i-Ι到第M+i-2阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为 VQ，VQ=VS「Λ，得到第i-Ι条左移焦点扫描线Lu，该扫描线有P个采样点；
[0017] 正常接收：对第i到第Μ+i-l阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为VSp 得到第i条第一低分辨率扫描线Q，该扫描线有P个采样点；
[0018] 右移接收：对第i+Ι到第M+i阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为VRp VRi=VSJ△，得到第i条右移焦点扫描线LRl，该扫描线有P个采样点；
[0019] 当i=N-M+1时，即第TNM+1次发射时，用所述阵列中的第N-M+1到第N个阵元发 射信号，发射焦点为VSNM+1，由所述阵列中的第N-M到第N个阵元接收信号，每个阵元的采样 点数为P，阵列中的阵元在接收信号时需经历左移接收与正常接收两个阶段；
[0020] 左移接收：对第N-Μ到第N-ι阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为 VLNM+1，VLNM+1 =VSNΜ+「Λ，得到第N-Μ条左移焦点扫描线LUNM+1)，该扫描线有P个采样点；
[0021] 正常接收：对第N-M+1到第N阵元所接收的信号进行波束形成，接收焦点也为 VSNM+1，得到第N-M+1条第一低分辨率扫描线LNM+1，该扫描线有P个采样点；
[0022] 依次重复上述步骤，直至得到N-M+1条第一低分辨率扫描线；其中，第一低分辨率 扫描线LpL2,……，LNM+1构成一幅低分辨率图像LRI;所得到的左移焦点聚焦扫描线U2， LL3,……，LUnM+1)用于与右移焦点聚焦扫描线LR1，LR2，……，L_M)做运动估计处理。
[0023] 上述技术方案中，所述步骤2)进一步包括：
[0024] 步骤2-1)、计算第一条左移焦点聚焦扫描线与第一条右移焦点聚焦扫描线LRi 之间的时延，得到第一时延值Di;
[0025] 步骤2-2)、计算第i条左移焦点聚焦扫描线LUl+1)与第i条右移焦点聚焦扫描线 LRW之间的时延，得到第i个时延值Di;
[0026] 步骤2-3)、第一条第一低分辨率扫描线Q不做补偿，直接作为第一条第二低分辨 率扫描线，记作CQ;
[0027] 步骤2-4)、对于第二条第一低分辨率扫描线L2，利用第一时延值01进行延时处理， 得到补偿后的第二条第二低分辨率扫描线CL2;
[0028] 步骤2-5)、利用第1至第i时延值之和D1+D2+~+D1对第i+1条第一低分辨率扫 描线L1+1进行延时处理，得到补偿后的第i+1条第二低分辨率扫描线CLn+1，直至i的值达到N-M，得到补偿后的第N-M+1条第二低分辨率扫描线CLNM+1 ;
[0029] 其中，CL。CL2……CLNM+1称为第二低分辨率扫描线。
[0030] 上述技术方案中，所述步骤3)进一步包括：
[0031]步骤3-1)、对第一条第二低分辨率扫描线进行第二次波束形成，即将VSi开角内其 它第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与第一条第二低分辨率扫描线上相 应采样点相加，得到第一条高分辨率扫描线氏；
[0032]步骤3-2)、对第二条第二低分辨率扫描线进行第二次波束形成，即将￥&开角内其 它第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与第二条第二低分辨率扫描线上相 应采样点相加，得到第二条高分辨率扫描线H2;
[0033]步骤3-3)、重复上述处理，直到对第N-M+1条第二低分辨率扫描线进行第二次波 束形成，即将VSNM+1开角内其它第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与第 N-M+1条第二低分辨率扫描线上相应采样点相加，得到第N-M+1条高分辨率扫描线HNM+1。
[0034] 上述技术方案中，将虚拟源开角内其它第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以 加权值后与虚拟源对应第二低分辨率扫描线上相应采样点相加，得到高分辨率扫描线的具 体计算公式为 ：
[0036] 其中，CLXfc(td(fc))表示第二低分辨率扫描线CLXfc上延时td(k)对应的值，W为加 权函数，其值随深度Z和扫描线的水平位置xk而改变；K是深度z的函数，K(z)表示虚拟源 开角内的低分辨率扫描线数量；
[0037]Κ(ζ)的计算公式如下：
[0039] 其