合成孔径超声成像运动补偿方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104020463 A (43)申请公布日 2014.09.03 CN 104020463 A (21)申请号 201410272799.X (22)申请日 2014.06.18 G01S 7/52(2006.01) (71)申请人 中国科学院声学研究所 地址 100190 北京市海淀区北四环西路 21 号 (72)发明人 孟晓辉 理华 肖灵 (74)专利代理机构 北京亿腾知识产权代理事务 所 11309 代理人 陈霁 (54) 发明名称 合成孔径超声成像运动补偿方法 (57) 摘要 本发明涉及合成孔径超声成像运动补偿方 法。该方法包括 ： 采用发射接收单焦点且焦点相。

2、 同的线性扫描方式得到第一低分辨率扫描线 ； 对 所述第一低分辨率扫描线间运动进行估计和补偿 处理， 从而得到第二低分辨率扫描线 ； 将虚拟源 开角内其他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。本发明通过对成像平面轴向 运动进行有效的运动补偿， 有效地解决了合成孔 径方法存在运动影响成像质量的问题。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 。

3、CN 104020463 A CN 104020463 A 1/2 页 2 1. 一种合成孔径超声成像运动补偿方法， 其特征在于， 所述方法包括 ： 采用发射接收单焦点且焦点相同的线性扫描方式得到第一低分辨率扫描线 ； 对所述第一低分辨率扫描线间运动进行估计和补偿， 从而得到第二低分辨率扫描线 ； 将虚拟源开角内其他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。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 采用发射接收单焦点且焦点相同的线性 扫描方式得到第一低分辨率扫描线， 包括 ： 采用。

4、所述阵列中的第 1 到第一数量个 N1个阵元发射信号， 发射焦点为 VS1， 由所述阵列 中的第1到第N1个阵元接收信号， 每个阵元的采样点数为P， 对各个阵元所接收的信号进行 波束形成， 接收焦点也为 VS1， 得到第 1 条第一低分辨率扫描线 L1， 该扫描线有 P 个采样点 ； 采用所述阵列中的第 1 到第 N1个阵元发射信号， 发射焦点为 VS1， 由所述阵列中的第 1 到第 N1个阵元接收信号， 每个阵元的采样点数为 P， 对各个阵元所接收的信号进行波束形 成， 接收焦点也为 VS1， 得到第 2 条第一低分辨率扫描线 L2， 该扫描线有 P 个采样点 ； 采用所述阵列中的第2到第N。

5、1+1数量个N1+1个阵元发射信号， 发射焦点为VS2， 由所述 阵列中的第2到第N1+1个阵元接收信号， 每个阵元的采样点数为P， 对各个阵元所接收的信 号进行波束形成， 接收焦点也为VS2， 得到第3条第一低分辨率扫描线L3， 该扫描线有P个采 样点 ； 采用所述阵列中的第 2 到 N1+1 个阵元发射信号， 发射焦点为 VS2， 由所述阵列中的第 2 到第N1+1个阵元接收信号， 每个阵元的采样点数为P， 对各个阵元所接收的信号进行波束形 成， 接收焦点也为 VS2， 得到第 4 条第一低分辨率扫描线 L4， 该扫描线有 P 个采样点 ； 其中， 所述 VS1， VS2， VSN-N1+。

6、1称为虚拟源 ； 依次重复上述处理， 直至得到2(N-N1+1)条第一低分辨率扫描线(N为阵元总数) ； 其中 第一低分辨率扫描线 L1， L3， L2N-2N1+1构成一幅低分辨率图像 LRI ； 第一低分辨率扫描 线 L2， L4， ， L2N-2N1用于与 LRI 中对应相同阵元得到的第一低分辨率扫描线 L1， L3， ， L2N-2N1做运动估计处理。 3. 根据权利要求 2 中所述的方法， 其特征在于， 对所述第一低分辨率扫描线间运动进 行估计和补偿处理， 从而得到第二低分辨率扫描线， 包括 ： 计算第一条第一低分辨率扫描线L1与第二条第一低分辨率扫描线L2之间的时延， 得到 第一时。

7、延值 D1； 计算第 n-1 条第一低分辨率扫描线 Ln-1与第 n 条第一低分辨率扫描线 Ln之间的时延， 得到第 n/2 时延值 Dn/2， 其中 n 为偶数 ； 直至 n 的值达到 2(N-N1)， 得到第 N-N1时延值 DN-N1； 第一条第一低分辨率扫描线 L1补偿为零， 直接记作 CL1； 对于第三条第一低分辨率扫描线 L3， 利用第一时延值的二倍 2D1进行延时处理， 得到补 偿后的第二条第一低分辨率扫描线 CL2； 利用第 1 至第 n 时延值之和的二倍 2D1+2D2+2Dn对第 2n+1 条第一低分辨率扫描线 L2n+1进行延时处理， 得到补偿后的第n+1条第一低分辨率扫。

8、描线CLn+1， 直至n的值达到N-N1， 得到补偿后的第 N-N1+1 条第一低分辨率扫描线 CLN-N1+1； 其中， CL1、 CL2CLN-N1+1称为第二低分辨率扫描线。 权 利 要 求 书 CN 104020463 A 2 2/2 页 3 4. 根据权利要求 3 中所述的方法， 其特征在于， 将虚拟源开角内其他第二低分辨率扫 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， 包括 ： 对第一条第二低分辨率扫描线进行第二次波束形成， 即将 VS1开角内其他第二低分辨 率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与第。

9、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 H1； 对第二条第二低分辨率扫描线进行第二次波束形成， 即将 VS2开角内其他第二低分辨 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； 重复上述处理， 直到对第 N-N1+1 条第二低分辨率扫描线进行第二次波束形成， 即将 VSN-N1+1开角内其他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-N1+1 条第二 低分辨率扫描线上相应采样点相加， 得到第 N-N1+1 条高分辨率扫描线 HN-N1+1。 5. 根据权利要求 4 中所述的方法， 其特征在于。

10、， 所述虚拟源开角内的低分辨率扫描线 数量为 K(z) ： 其中， zv为虚拟源深度， 为虚拟源的开角， L(z) 为深度 z 处的声场宽度， 为虚拟 源间距。 6. 根据权利要求 5 中所述的方法， 其特征在于， 所述虚拟源开角内其他第二低分辨率 扫描线上的相应采样点的延时计算公式为 ： 其中， zv为虚拟源深度，为 (x,z) 点到线上的虚拟源的距离。+ 号 表示 (x,z) 点深度大于 zv， - 号表示其深度小于 zv,c 为声速。 7. 根据权利要求 6 中所述的方法， 其特征在于， 所述将虚拟源开角内其他第二低分辨 率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与所述虚拟源对应第二低分辨率扫描。

11、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 ： 其中表示第二低分辨率扫描线上延时 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， 将 K 条线上对应的数 据加权累加， 得到高分辨率扫描线。 权 利 要 求 书 CN 104020463 A 3 1/4 页 4 合成孔径超声成像运动补偿方法 技术领域 0001 本发明涉及超声成像方法， 尤其涉及合成孔径超声成像运动补偿方法。 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 L。

12、RI 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，。

13、 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。 发明内容 0004 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， 进而得 到高分辨率图像。 0005 为实现上述目的， 本发明提供了合成孔径超声成像运动补偿方法。 该方法包括 ： 采 用发射接收单焦点且焦点相同的线性扫描方式得到第一低分辨率扫描线 ( 所谓低分辨率 扫描线是指单焦点发射单焦点接收的方式得到的扫描线 ) ； 对所述第一。

14、低分辨率扫描线间 运动进行估计和补偿， 从而得到第二低分辨率扫描线 ； 将虚拟源开角内其他第二低分辨率 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 ( 所谓高分辨率扫描线是指分辨率高于所述低分辨率扫描线的 扫描线 )， 进而得到高分辨率图像。 0006 本发明通过对第一阶段波束形成得到的低分辨率扫描线间运动进行估计和补偿， 在第二阶段波速形成得到高分辨率扫描线， 有效地解决了现有技术在存在轴向位移时成像 质量较差的问题。 附图说明 0007 图 1 为本发明合成孔径超声成像运动补偿方法的流程图 ； 0008 图 2 为本发明合成孔径。

15、超声成像运动补偿方法第一低分辨率扫描线及第二低分 辨率扫描线形成原理图 ； 0009 图 3 为本发明合成孔径超声成像运动补偿方法高分辨率扫描线形成原理图。 说 明 书 CN 104020463 A 4 2/4 页 5 具体实施方式 0010 下面通过附图和实施例， 对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 0011 图 1 为本发明合成孔径超声成像运动补偿方法的流程图， 如图所示， 本发明具体 包括如下步骤 ： 0012 步骤 101， 采用发射接收单焦点且焦点相同的线性扫描方式得到第一低分辨率扫 描线 ； 0013 具体地， 所述步骤 101 的具体处理方法如下 ： 0014 步骤 1011。

16、， 采用所述阵列中的第 1 到第 N1个阵元发射信号， 发射焦点为 VS1， 由所 述阵列中的第1到第N1个阵元接收信号， 每个阵元的采样点数为P， 对各个阵元所接收的信 号进行波束形成， 接收焦点也为VS1， 得到第1条第一低分辨率扫描线L1， 该扫描线有P个采 样点 ； 0015 步骤 1012， 采用所述阵列中的第 1 到第 N1个阵元发射信号， 发射焦点为 VS1， 由所 述阵列中的第1到第N1个阵元接收信号， 每个阵元的采样点数为P， 对各个阵元所接收的信 号进行波束形成， 接收焦点也为VS1， 得到第2条第一低分辨率扫描线L2， 该扫描线有P个采 样点 ； 0016 步骤 1013。

17、， 采用所述阵列中的第 2 到第 N1+1 个阵元发射信号， 发射焦点为 VS2， 由 所述阵列中的第2到第N1+1个阵元接收信号， 每个阵元的采样点数为P， 对各个阵元所接收 的信号进行波束形成， 接收焦点也为 VS2， 得到第 3 条第一低分辨率扫描线 L3， 该扫描线有 P 个采样点 ； 0017 步骤 1014， 采用所述阵列中的第 2 到 N1+1 个阵元发射信号， 发射焦点为 VS2， 由所 述阵列中的第2到第N1+1个阵元接收信号， 每个阵元的采样点数为P， 对各个阵元所接收的 信号进行波束形成， 接收焦点也为VS2， 得到第4条第一低分辨率扫描线L4， 该扫描线有P个 采样点 。

18、； 0018 其中， 所述 VS1， VS2， VSN-N1+1称为虚拟源 ； 0019 步骤 1015， 依次重复上述步骤， 直至得到 2(N-N1+1) 条第一低分辨率扫描线 (N 为 阵元总数 )。其中第一低分辨率扫描线 L1， L3， ， L2N-2N1+1构成一幅低分辨率图像 LRI ； 第 一低分辨率扫描线 L2， L4， L2N-2N1用于与 LRI 中对应相同阵元得到的第一低分辨率扫 描线 L1， L3， L2N-2N1-1做运动估计处理。 0020 步骤 102， 对第一低分辨率扫描线间运动进行估计和补偿， 从而得到第二低分辨率 扫描线 ； 0021 具体地， 所述步骤 10。

19、2 的具体处理方法如下 ： 0022 步骤1021， 计算第一条第一低分辨率扫描线L1与第二条第一低分辨率扫描线L2之 间的时延， 得到第一时延值 D1； 0023 步骤 1022， 计算第 n-1 条第一低分辨率扫描线 Ln-1与第 n 条第一低分辨率扫描线 Ln之间的时延， 得到第n/2时延值Dn/2， 其中n为偶数 ； 直至n的值达到2(N-N1)， 得到第N-N1 时延值 DN-N1。 0024 步骤 1023， 第一条第一低分辨率扫描线 L1不做补偿， 直接记作 CL1； 0025 步骤1024， 对于第三条第一低分辨率扫描线L3， 利用第一时延值的二倍2D1进行延 说 明 书 CN。

20、 104020463 A 5 3/4 页 6 时处理， 得到补偿后的第二条第一低分辨率扫描线 CL2。 0026 步骤1025， 利用第1至第n时延值之和的二倍2D1+2D2+2Dn对第2n+1条第一低 分辨率扫描线L2n+1进行延时处理， 得到补偿后的第 n+1条第一低分辨率扫描线CLn+1， 直至 n 的值达到 N-N1， 得到补偿后的第 N-N1+1 条第一低分辨率扫描线 CLN-N1+1； 0027 其中， CL1、 CL2CLN-N1+1称为第二低分辨率扫描线。 0028 步骤 103， 将虚拟源开角内其他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。

21、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 ； 0029 具体地， 所述步骤 103 的具体处理方法如下 ： 0030 步骤1031， 对第一条第二低分辨率扫描线进行第二次波束形成， 即将VS1开角内其 他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 H1； 0031 步骤1032， 对第二条第二低分辨率扫描线进行第二次波束形成， 即将VS2开角内其 他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； 0032 步骤 1033。

22、， 重复上述处理， 直到对第 N-N1+1 条第二低分辨率扫描线进行第二次波 束形成， 即将 VSN-N1+1开角内其他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-N1+1 条第二低分辨率扫描线上相应采样点相加， 得到第 N-N1+1 条高分辨率扫描线 HN-N1+1。 0033 所述虚拟源开角内的低分辨率扫描线数量为 K(z) ： 0034 0035 其中， zv为虚拟源深度， 为虚拟源的开角， L(z) 为深度 z 处的声场宽度， 为 虚拟源间距。 0036 所述虚拟源开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点的延时计算公式 为 ： 0037 0038 其中， zv为虚拟源深度，。

23、为 (x,z) 点到线上的虚拟源的距离。 + 号表示 (x,z) 点深度大于 zv， - 号表示其深度小于 zv,c 为声速。 0039 将所述虚拟源开角内其他第二低分辨率扫描线上的相应采样点乘以加权值后与 所述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 ： 0040 0041 其中表示第二低分辨率扫描线上延时 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， 将 K 条线上对应 说 明 书 CN 104020463 A 6 4/4 页 7 的数据加权累加， 得到高分辨率扫描线。 0042 以上所述的具体实施方式， 对本发明的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明， 所应理解的是， 以上所述仅为本发明的具体实施方式而已， 并不用于限定本发明 的保护范围， 凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含 在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 104020463 A 7 1/3 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 104020463 A 8 2/3 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 104020463 A 9 3/3 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 104020463 A 10 。