一種超聲ct的成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲CT的成像方法。包括將成像區(qū)域網(wǎng)格化為M個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)；環(huán)形探頭以成像區(qū)域?yàn)橹行?60°旋轉(zhuǎn)，獲得Q*N*K組數(shù)據(jù)；然后獲得該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的渡越時(shí)間向量T0以及直線路徑向量L0；最后迭代計(jì)算，獲得所述M個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度分布V，并將所述速度分布V歸一化，完成成像。本發(fā)明通過優(yōu)化環(huán)形探頭中發(fā)射陣元以及接收陣元的采集次數(shù)和采集角度，并對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與圖像重建，從而使重建出來的速度分布更精確，以提高成像的信噪比，提高系統(tǒng)的成像質(zhì)量。
【專利說明】
一種超聲CT的成像方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于超聲斷層成像領(lǐng)域，更具體地，涉及一種超聲CT的成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲CT成像，即超聲斷層成像，具有超聲非侵入、無輻射和成本低的優(yōu)勢，以斷層 成像的方式進(jìn)行掃描，在乳腺癌等疾病早期診斷方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 超聲CT成像分為反射式成像和透射式成像，其中，采用聲速的透射式成像是通過 重建乳腺內(nèi)組織的聲速分布和衰減系數(shù)進(jìn)行成像。超聲CT聲速成像利用首達(dá)波到達(dá)時(shí)間， 重建乳腺內(nèi)組織的聲速分布，從而正確地區(qū)分良性腫瘤與癌。因?yàn)楹驼＝M織與良性腫瘤 相比，癌具有較高的聲速。
[0004] 目前由在乳腺癌早期檢測領(lǐng)域走在前列的美國Karmano s癌癥中心研制的環(huán)形陣 列的超聲CT成像掃描器CURE可以得到亞毫米級(jí)高分辨率的圖像。這種掃描器每次使用單陣 元向環(huán)形陣列的中心發(fā)射超聲波，所有陣元接收，直到每個(gè)陣元循環(huán)發(fā)射一次，所以可以接 收到多個(gè)角度的超聲信號(hào)，得到斑點(diǎn)噪聲少的高分辨率圖像。雖然這種掃描器實(shí)現(xiàn)了對(duì)成 像物體的360度掃描，但由于環(huán)形探頭之間存在間隙，從而無法獲取到更多的成像目標(biāo)的信 息，進(jìn)而聲速重建時(shí)由于方程組的解并非唯一，所以求解出來的聲速分布跟實(shí)際的聲速分 布差別很大，重建圖像的質(zhì)量不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種超聲CT的成像方法，其 目的在于優(yōu)化環(huán)形探頭中發(fā)射陣元以及接收陣元的采集次數(shù)和采集角度，并對(duì)獲得的數(shù)據(jù) 進(jìn)行處理與圖像重建，從而使重建出來的速度分布更精確，以提高成像的信噪比，提高了系 統(tǒng)的成像質(zhì)量。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種超聲CT的成像方法，包括以 下步驟：
[0007] (1)對(duì)成像區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化處理后獲得Μ個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)；
[0008] (2)環(huán)形探頭以成像區(qū)域?yàn)橹行?60°旋轉(zhuǎn)，獲得所述Μ個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Q*N*K組數(shù) 據(jù);其中，0 ，表示采集次數(shù)，N為環(huán)形探頭的發(fā)射陣元的數(shù)量，每個(gè)發(fā)射陣元 對(duì)應(yīng)的接收陣元的數(shù)量，[.]表示向下取整；
[0009] (3)獲得所述Q*N*K組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的渡越時(shí)間向量To以及直線路徑向量L〇;
[0010] (4)選取初始慢速SQ，以To為初始渡越時(shí)間、L〇為初始傳播路徑，迭代求解方程組 Lf-wdSf = dTf，dTf = Tf - Tf-i，Sf = Sf-ddSf，直至dTf <渡越時(shí)間擾動(dòng)變化閾值ξ，獲得實(shí)際傳 播路徑Lf;
[0011] (5)獲得所述Μ個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度分布V，并將所述速度分布V歸一化，完成成像； 其中，速度分布V = 1 /s，實(shí)際慢速s = TQ/Lf。
[0012]優(yōu)選地，在所述步驟⑴中，所述網(wǎng)格點(diǎn)的邊長為εχ~ε ;其中，ε ε2)，￡丄為 超聲波的半波長，ε2為成像區(qū)域中病變組織尺寸的1/4,以保證成像速度的同時(shí)，保持成像 區(qū)域中的病變組織的清晰度。
[0013] 優(yōu)選地，在所述步驟（2)中，所述環(huán)形探頭旋轉(zhuǎn)的角度為#?，α為與Ν互質(zhì)的整 數(shù)。
[0014] 優(yōu)選地，在所述步驟(2)中，Κ為3~(Ν/2+1)。
[0015] 優(yōu)選地，在所述步驟(4)中，所述初始慢速為水中的聲速。
[0016] 優(yōu)選地，在所述步驟(4)中，所述渡越時(shí)間擾動(dòng)變化閾值ξ為eT2~eT4。
[0017] 優(yōu)選地，所述步驟(4)具體包括以下子步驟：
[0018] (4-1)令迭代次數(shù)f = 1，初始慢速Sf-i = So，初始渡越時(shí)間Tf-i = To，初始傳播路徑 Lf-i - Lo ；
[0019] (4-2)根據(jù)方程組 Lf-AdSFdThSFSf-i+dSndTFTf -Tf-!，獲得迭代渡越時(shí)間， 迭代慢速，迭代傳播路徑Lf以及傳播路徑渡越時(shí)間擾動(dòng)變化dTf;
[0020] (4-3)判斷所述渡越時(shí)間擾動(dòng)變化dTf是否小于渡越時(shí)間擾動(dòng)變化閾值ξ，是則獲 得實(shí)際傳播路徑為迭代傳播路徑Lf，否則f = f+l，返回步驟(4-2)。
[0021] 優(yōu)選地，在所述步驟(5)中歸一化的方法戈
，其中，G(i) 表示歸一化后的速度分布，V(i)表示網(wǎng)格點(diǎn)i的速度分布，i為1~M，min(V(i))為V(i)的最 小值，max(V(i))為V(i)的最大值。
[0022] 優(yōu)選地，在所述步驟(5)后還包括:將所述速度分布V歸一化，并將歸一化后的速度 分布映射為灰度值。
[0023] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下列有益效 果：
[0024] 1、由于本發(fā)明的成像方法，使得環(huán)形探頭從多角度采集超聲數(shù)據(jù)，從面能比傳統(tǒng) 超聲獲取更加全面的成像數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)了陣元間存在空隙而無法全面掃描到成像區(qū)域的問 題，有效緩解了聲速重建中逆問題的不適定性，從而提高了信噪比和速度重建的精度。
[0025] 2、由于環(huán)形探頭多次旋轉(zhuǎn)掃描的次數(shù)過多，會(huì)造成信息的冗余，重建時(shí)求解逆問 題的復(fù)雜度大大提高，重建效率較低等問題;而掃描次數(shù)過少，則會(huì)造成成像不清晰;本發(fā) 明根據(jù)求解慢速時(shí)的不適定性，獲得了最優(yōu)的采集次數(shù)，在提高重建精度的前提下，最大限 度地保持了數(shù)據(jù)的采集效率。
【附圖說明】
[0026] 圖1是實(shí)施例1的環(huán)形陣列示意圖；
[0027] 圖2是實(shí)施例1的基于環(huán)形陣列多次旋轉(zhuǎn)掃描模式的超聲CT聲速重建流程圖；
[0028] 圖3a是實(shí)施例1的環(huán)形陣列多次旋轉(zhuǎn)掃描前重建的超聲CT聲速圖像；
[0029] 圖3b是實(shí)施例1的環(huán)形陣列旋轉(zhuǎn)一次掃描后重建的超聲CT聲速圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0031] 本發(fā)明提供了一種超聲CT的成像方法，包括以下步驟：
[0032] (1)將成像區(qū)域網(wǎng)格化為Μ個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)；網(wǎng)格點(diǎn)的邊長越小，成像精度越高，然而會(huì)影 響其計(jì)算效率，因此網(wǎng)格點(diǎn)的邊長最小為超聲波的半波長，最大不超過超聲波的半波長和 成像區(qū)域中病變組織尺寸的1 /4的最大值；
[0033] (2)環(huán)形探頭以成像區(qū)域?yàn)橹行?60°旋轉(zhuǎn)，獲得所述Μ個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Q*N*K組數(shù) 據(jù);其中
，表示采集次數(shù)，N為環(huán)形探頭的發(fā)射陣元的數(shù)量，K為3~(N/2+1)，為 每個(gè)發(fā)射陣元對(duì)應(yīng)的接收陣元的數(shù)量，通常接收陣元優(yōu)選為以發(fā)射陣元的對(duì)面陣元為中心 呈V4~31多個(gè)陣元，以在保證成像精度的同時(shí)，盡可能的減少計(jì)算量，[.]表示向下取整;在 實(shí)踐中，通常令環(huán)形探頭以固定角度#?旋轉(zhuǎn)Q - 1次，α為與N互質(zhì)的整數(shù)，為操作簡易考 慮，可令α = 1;
[0034] (3)利用加權(quán)AIC(Akaike information criterion)渡越時(shí)間提取法、采用初至波 方法(the first break method)或AIC和歸一化相結(jié)合法獲得所述Q*N*K組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的渡 越時(shí)間向量Το以及直線路徑向量Lo;
[0035] (4-1)令迭代次數(shù)f = 1，初始慢速Sf-1 = So，初始渡越時(shí)間Tf-ι = Το，初始傳播路徑 LhiLo;初始慢速選取任意正數(shù)即可，為減少迭代次數(shù)，通常以水中的聲速為初始慢速；
[0036] (4-2)根據(jù)方程組 Lf-AdSf = dTf，Sf = Sf-i+dSf，dTf = Tf - Tf-!，獲得迭代渡越時(shí)間， 迭代慢速，迭代傳播路徑Lf以及傳播路徑渡越時(shí)間擾動(dòng)變化dTf;
[0037] (4-3)判斷所述渡越時(shí)間擾動(dòng)變化dTf是否小于渡越時(shí)間擾動(dòng)變化閾值ξ，是則獲 得實(shí)際傳播路徑為迭代傳播路徑L f，否則f = f+l，返回步驟(4-2);渡越時(shí)間擾動(dòng)變化閾值ξ 為eT2~eT4,要求的成像精度越高可將該閾值設(shè)置得越小；
[0038] (5)獲得所述Μ個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度分布V，完成成像;其中，速度分布V=l/s，實(shí)際 慢速 s = To/Lf;
[0039] (6)將所述速度分布V歸一化，并將歸一化后的速度分布映射為灰度值；歸一化可 利用公￥
其中，G(i)表不歸一化后的速度分布，V(i)表不網(wǎng)格點(diǎn) i的速度分布，i為1~111^11(￥(1))為￥(1)的最小值，111&以￥(1))為￥(1)的最大值;映射的方 法通常采用線性映射或動(dòng)態(tài)范圍壓縮法；以線性映射為例，對(duì)于一個(gè)灰度級(jí)為256的圖像， 則令max(G(i))對(duì)應(yīng)映射后的灰度的最大值255，11^11(6(1))對(duì)應(yīng)映射后的灰度的最小值，其 它的速度分布則按該比例映射；
[0040] 當(dāng)采用線性映射時(shí)，也可以直接將歸一化前的速度分布映射為灰度值，即灰度值
[·]表示向下取整。。
[0041 ] 實(shí)施例1
[0042] 本發(fā)明提出的探頭多次旋轉(zhuǎn)掃描模式的乳腺超聲CT的聲速成像方法，通過環(huán)形探 頭作一定次數(shù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以此來獲得美國Karmanos癌癥中心的超聲CT成像掃描器CURE無 法實(shí)現(xiàn)的陣元間間隙所對(duì)應(yīng)的成像物體的信息。同時(shí)通過規(guī)劃最優(yōu)旋轉(zhuǎn)次數(shù)，降低聲速重 建時(shí)逆問題的不適定性，重建出高質(zhì)量的乳腺超聲CT聲速圖像(本實(shí)施例中重建出的成像 目標(biāo)的聲速與實(shí)際聲速的相對(duì)誤差減小了一倍）。
[0043] -種基于環(huán)形陣列多次旋轉(zhuǎn)掃描模式的超聲CT聲速成像方法，其步驟包括最優(yōu)旋 轉(zhuǎn)掃描次數(shù)確定、環(huán)形陣列多次旋轉(zhuǎn)掃描下的數(shù)據(jù)采集、子孔徑數(shù)據(jù)選取、渡越時(shí)間向量和 初始路徑矩陣整合、折線路徑更新、聲速圖像評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、求逆問題，解速度分布以及圖像顯 示步驟。
[0044] (1)子孔徑數(shù)據(jù)的采集
[0045] (1-1)規(guī)劃最優(yōu)旋轉(zhuǎn)掃描次數(shù)
[0046] 由于多次旋轉(zhuǎn)掃描方法使超聲環(huán)形探頭覆蓋到更多的成像區(qū)域，因此，這種掃描 方法，不僅可以采集到更豐富的信息，而且可以抑制陣元間的稀疏性造成的偽信號(hào)，從而提 高圖像的重建質(zhì)量。理論上來說，只要每次旋轉(zhuǎn)的角度足夠小，旋轉(zhuǎn)掃描次數(shù)越多，采集到 的信息更全面、更豐富，但是如果掃描次數(shù)過多，會(huì)造成信息的冗余;采集時(shí)間過長，采集效 率比較低;重建時(shí)求解逆問題的復(fù)雜度大大提高，重建效率較低等問題。所以如何選取最優(yōu) 的旋轉(zhuǎn)掃描次數(shù)，是本發(fā)明優(yōu)先考慮的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本發(fā)明利用聲速重建中逆問題的不 適定性，基于最大程度地降低逆問題的不適定性來規(guī)劃最優(yōu)的旋轉(zhuǎn)掃描次數(shù)。
[0047] 因此為了準(zhǔn)確地求解成像物體的聲速分布，精確地重建圖像，我們盡可能地讓路 徑矩陣的秩等于慢度向量s的維數(shù)M，而通過多次旋轉(zhuǎn)環(huán)形探頭，可以產(chǎn)生更多地從發(fā)射陣 元到接收陣元的路徑，從而路徑矩陣的秩可以增大至或接近M。因此，獲得最優(yōu)的旋轉(zhuǎn)掃描 次數(shù)為:……，則采集的數(shù)據(jù)的次數(shù)為Q次；
[0048] 將成像區(qū)域網(wǎng)格化，分成M = (m-1) * (η-1)個(gè)網(wǎng)格。其中，Μ為成像區(qū)域剖分的網(wǎng)格 數(shù)。理論上剖分的網(wǎng)格尺寸可以無限接近0。雖然網(wǎng)格尺寸越小，求解出來的聲速分布越精 確，但是網(wǎng)格越密，計(jì)算量越大，所以最佳的Μ由成像區(qū)域和計(jì)算效率共同決定。一般地，病 變組織的尺寸較大時(shí)，剖分不要求那么密，網(wǎng)格數(shù)Μ可適當(dāng)降低，只要滿足網(wǎng)格尺寸小于病 變組織尺寸的1/4即可；當(dāng)未知成像區(qū)域中病變組織尺寸時(shí)，剖分的網(wǎng)格大小不超過(λ/2)* (λ/2)，λ為超聲波波長。Ν為環(huán)形探頭的陣元數(shù)量，Κ為子孔徑的陣元數(shù)量;本實(shí)施例中，Ν = 72，Κ = 9，Μ = 64*64。；因?yàn)槁曀僦亟ㄊ抢猛干湫盘?hào)成像，子孔徑即為發(fā)射陣元對(duì)面陣元的 鄰近陣元，子孔徑接收到的信號(hào)主要包含透射信息，理論上Κ最小為3,最大為(Ν/2+1)。如果 Κ過大，不僅圖像的旁瓣水平會(huì)很高，重建的計(jì)算量也會(huì)提高;但Κ過小，能夠利用到的信息 較少，降低重建的精度。[.]表示向下取整。
[0049] (1-2)數(shù)據(jù)采集
[0050]利用Ν陣元環(huán)形探頭，循環(huán)采集成像物體與環(huán)形探頭的陣元一一對(duì)應(yīng)的Ν組數(shù)據(jù)； 沿逆時(shí)針方向（或順時(shí)針方向）旋轉(zhuǎn)角度·^α，且a與Ν互質(zhì)，再采集成像物體的Ν組數(shù)據(jù);直 至沿逆時(shí)針方向采集第Q次數(shù)據(jù)，每個(gè)網(wǎng)格共獲得Q*N*K組子孔徑陣元接收到的信號(hào)。
[0051 ] (2)渡越時(shí)間向量和初始路徑矩陣整合：
[0052]將采集到的Q+1組子孔徑數(shù)據(jù)分別利用目前美國Karmanos癌癥中心使用的， Cuiping Li等提出的加權(quán)AIC(Akaike information criterion)渡越時(shí)間提取法(除此之 外，也可以采用初至波方法(the first break method)，Xiaolei Qu提出的AIC和歸一化互 相關(guān)結(jié)合的方法(AICNCC)等)計(jì)算每批數(shù)據(jù)的渡越時(shí)間向量，維數(shù)N*K，并按對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)掃 描的先后順序放在總的渡越時(shí)間向量矩陣To中，維數(shù)N*K*(Q+1 )，完成渡越時(shí)間向量的整 合。同時(shí)，每組子孔徑數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的初始路徑矩陣計(jì)算是借助成像區(qū)域網(wǎng)格化完成的。將成像 區(qū)域網(wǎng)格化，分成m行η列，這樣整個(gè)成像區(qū)域分為Μ個(gè)網(wǎng)格，M = (m-1) * (η-1)。由于每個(gè)網(wǎng)格 都對(duì)應(yīng)某一個(gè)速度，而速度的倒數(shù)是慢度，所以整個(gè)成像區(qū)域的速度分布可以由一個(gè)M*1的 慢度向量s來描述。計(jì)算環(huán)陣上每個(gè)陣元在網(wǎng)格中的位置(第幾行第幾列）；假設(shè)超聲信號(hào)從 發(fā)射陣元沿直線路徑傳播至接收陣元，根據(jù)路徑經(jīng)過的網(wǎng)格位置及在網(wǎng)格中的路徑長度表 示每個(gè)發(fā)射陣元到接收陣元的直線路徑，得到每組子孔徑數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的直線路徑矩陣，維數(shù) 為N*K行Μ列；最后將這Q+1個(gè)路徑矩陣也按對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)的先后順序放在總的直線路徑矩陣 Lo中，維數(shù)為N*K*(Q+1)行，Μ列，這里的直線路徑矩陣是步驟五中折線路徑更新的初始路徑 矩陣。
[0053] (3)計(jì)算速度分布V
[0054] (3-1)折線路徑更新：
[0055]超聲CT的聲速重建問題實(shí)質(zhì)為求解如下一類線性方程組:Ls = T，其中，s為M*1的 慢度向量，可反映整個(gè)成像目標(biāo)的速度分布，L是超聲波從發(fā)射陣元到發(fā)射陣元對(duì)面的子孔 徑的接收陣元的折線路徑矩陣，T為子孔徑中所有從發(fā)射陣元到接收陣元超聲波的渡越時(shí) 間向量。
[0056] 本發(fā)明由于規(guī)劃了最優(yōu)掃描次數(shù)，從而降低了線性方程組的不適定性，從而得到 方程組更準(zhǔn)確的解。因?yàn)槁曀俪上裰?，我們只利用到了子孔徑的信息，所以網(wǎng)格剖分充分密 的情況下線性方程組(1)是個(gè)欠定問題，即N*K<M。
[0057] 而由數(shù)值分析可知，設(shè)A為p階方陣，非齊次線性方程組Ax = b……（2)有唯一解等 價(jià)于系數(shù)矩陣A的秩rank(A)=p，即系數(shù)矩陣的秩等于方程組中未知數(shù)的個(gè)數(shù)。這里A對(duì)應(yīng) 重建中的路徑矩陣L，X對(duì)應(yīng)重建中的慢度向量s，b對(duì)應(yīng)重建時(shí)的實(shí)際的渡越時(shí)間向量To，系 數(shù)矩陣A的秩對(duì)應(yīng)線性無關(guān)的從發(fā)射陣元到接受陣元路徑的個(gè)數(shù)。
[0058]原理是從發(fā)射與接收點(diǎn)之間的假想初始路徑開始，根據(jù)最小走時(shí)準(zhǔn)則對(duì)路徑進(jìn)行 擾動(dòng)，從而求出接收點(diǎn)處的走時(shí)及射線路徑。步驟四中計(jì)算的總的直線路徑矩陣Lo為這里 折線路徑更新的初始路徑矩陣。對(duì)由陣元i發(fā)射并且被陣元j接收的超聲波，它的傳播路徑 Lij，慢度向量Smxi和渡越時(shí)間Tij滿足:Lij(ixM)*SMxi = Tij......⑷；這樣所有的發(fā)射接收陣兀 組合的路徑矩陣L和渡越時(shí)間T滿足以下等式:L*s = T……（5);假設(shè)初始的慢度為So(任意 正數(shù)即可，但為了減少迭代次數(shù)，加快迭代速度，一般由聲波在水中的速度表示），將初始路 徑矩陣Lo和So向量相乘得到計(jì)算的渡越時(shí)間!^，然后將1^和實(shí)際的渡越時(shí)間向量作差，得出 渡越時(shí)間擾動(dòng)，即cmiMo。假設(shè)在慢度分布微小擾動(dòng)時(shí)，路徑矩陣沒有發(fā)生變化。解方程 組=cm，得慢度擾動(dòng)dSi，又由Si=So+dSi，得更新后的慢度Si。根據(jù)慢度Si，由最短路 徑算法重新規(guī)劃每個(gè)發(fā)射陣元到接收陣元的最短路徑，然后選取每個(gè)發(fā)射陣元到子孔徑中 陣元的路徑，組成N*K行，Μ列的路徑矩陣，記為U。再將LdPSi相乘得到計(jì)算的渡越時(shí)間T 2， 計(jì)算新的渡越時(shí)間擾動(dòng)，即dTsiTs-Ti，同樣利用在慢度分布微小擾動(dòng)時(shí)，路徑矩陣沒有發(fā) 生變化的假設(shè)，解方程組Lo*dS 2 = dT2，得慢度擾動(dòng)dS2，又由S2 = Si+dS〗，得更新后的慢度S2， 重復(fù)之前的計(jì)算，不斷更新折線路徑，不斷更新慢度分布。
[0059] (3-2):聲速圖像評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):該評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指的是步驟五中每次更新折線路徑時(shí)得到 的渡越時(shí)間擾動(dòng)變化dT f的范數(shù)上限ξ，計(jì)算的渡越時(shí)間和實(shí)際的渡越時(shí)間之差稱為渡越時(shí) 間的擾動(dòng)。渡越時(shí)間擾動(dòng)變化的上限是一個(gè)很小的數(shù)，ξ-般小于eT 2(在本實(shí)施例中| = e _2)，當(dāng)渡越時(shí)間擾動(dòng)變化不超過上限時(shí)，這時(shí)就認(rèn)為達(dá)到我們所要求的精度，就可以進(jìn)行下 一步圖像顯示;如果渡越時(shí)間擾動(dòng)變化超過規(guī)定的上限，則繼續(xù)更新折線路徑，更新f-Ι次， 直到擾動(dòng)變化dT f不超過上限，這時(shí)的折線路徑矩陣記為Lf，對(duì)應(yīng)的慢度為&。
[0060] (3-3)求逆問題，解速度分布:通過步驟五和步驟六中得到的最終的折線路徑矩陣 Lf和步驟四中得到的渡越時(shí)間向量Το，通過一種成熟的方法-TVAL3方法(其他還有非線性共 輒梯度方法，聯(lián)合代數(shù)重建算法等)求解逆問題:L f*S = T〇……（6)得出慢度分布s，利用V = 1/8，將8轉(zhuǎn)化成速度向量￥，維數(shù)為(111-1)*(11-1)。
[0061] (4)圖像顯示:該步驟包括將步驟七中得到的速度向量歸一化及灰度映射，最終得 到超聲CT圖像。為了提高圖像的對(duì)比度，我們采用將速度向量V歸一化。將V的最小值min (V)，最大值max(V)取出來，然后按照(7)中函數(shù)將其映射到[0，1]，并最終生成(m-l)*(n-l) 的超聲CT圖像?；叶扔成洳捎煤唵蔚木€性映射(其他還有動(dòng)態(tài)范圍壓縮法等），即成比例地 將最小的速度映射到〇,將最大的速度映射到255或511 (分別對(duì)應(yīng)圖像顯示中常用的256灰 度級(jí)或512灰度級(jí)的圖像）。
[0062]
[0063]從圖3中我們可以看出旋轉(zhuǎn)掃描一次對(duì)聲速重建圖像的影響，可以看出，經(jīng)一次掃 描，聲速重建后的圖像質(zhì)量即獲得了極大的提升。
[0064]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超聲CT的成像方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 對(duì)成像區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化處理后獲得M個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)； (2) 環(huán)形探頭以成像區(qū)域?yàn)橹行?60°旋轉(zhuǎn)，獲得所述M個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Q*N*K組數(shù)據(jù);其 中，表示采集次數(shù)，N為環(huán)形探頭的發(fā)射陣元的數(shù)量，K為每個(gè)發(fā)射陣元對(duì)應(yīng)的 接收陣元的數(shù)量，[.]表示向下取整； (3) 獲得所述Q*N*K組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的渡越時(shí)間向量To以及直線路徑向量L0; (4) 選取初始慢速So，以To為初始渡越時(shí)間、Lo為初始傳播路徑，迭代求解方程組Lf-AdSf = dTf，dTf = Tf - Tf-! ,Sf = Sf-WdSf，直至dTf<渡越時(shí)間擾動(dòng)變化閾值ξ，獲得實(shí)際傳播路徑 Lf; (5) 獲得所述M個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度分布V，完成成像;其中，速度分布V= Ι/s，實(shí)際慢速 s = To/Lf 〇2. 如權(quán)利要求1所述的成像方法，其特征在于，在所述步驟（1)中，所述網(wǎng)格點(diǎn)的邊長為 ει~ε ;其中，E=Iiiax(EU2) J1為超聲波的半波長，ε2為成像區(qū)域中病變組織尺寸的1/4。3. 如權(quán)利要求1所述的成像方法，其特征在于，在所述步驟(2)中，所述環(huán)形探頭旋轉(zhuǎn)的 角度戈，α為與N互質(zhì)的整數(shù)。4. 如權(quán)利要求1所述的成像方法，其特征在于，在所述步驟(2)中，K為3~(Ν/2+1)。5. 如權(quán)利要求1所述的成像方法，其特征在于，在所述步驟(4)中，所述初始慢速為水中 的聲速。6. 如權(quán)利要求1所述的成像方法，其特征在于，在所述步驟(4)中，所述渡越時(shí)間擾動(dòng)變 化閾值ξ為e_2~e_4。7. 如權(quán)利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述步驟(4)具體包括以下子步驟： (4-1)令迭代次數(shù)f = 1，初始慢速Sf-i = So，初始渡越時(shí)間Tf-i = To，初始傳播路徑Lf-i = Lo； (4-2)根據(jù)方程組Lf-AiSf = dTf ,Sf = Sf-WdSf，dTf = Tf- Τη，獲得迭代渡越時(shí)間，迭代 慢速，迭代傳播路徑Lf以及傳播路徑渡越時(shí)間擾動(dòng)變化dTf; (4-3)判斷所述渡越時(shí)間擾動(dòng)變化dTf是否小于渡越時(shí)間擾動(dòng)變化閾值ξ，是則獲得實(shí)際 傳播路徑為迭代傳播路徑Lf，否則f = f+l，返回步驟(4-2)。8. 如權(quán)利要求1所述的成像方法，其特征在于，在所述步驟（5)中歸一化的方法為其中，G(i)表不歸一化后的速度分布，V(i)表不網(wǎng)格點(diǎn)i的速度 分布，i為1~M，min(V(i))為V(i)的最小值，max(V(i))為V(i)的最大值。9. 如權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的成像方法，其特征在于，在所述步驟(5)后還包括： 將所述速度分布V歸一化，并將歸一化后的速度分布映射為灰度值。
【文檔編號(hào)】A61B8/15GK105997153SQ201610559079
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月15日
【發(fā)明人】尉遲明, 丁明躍, 婁翠娟, 王珊珊, 宋俊杰, 李春雨, 方小悅, 彭?xiàng)?
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)