一种基于阵列波的频域三维超声成像方法研究

Because of the advantages of intuitive image display, accurate measurement of the parameters of the biological organ, shortening the diagnosis time, and improving the accuracy of diagnosis, three-dimensional ultrasound imaging has high clinical value.. In order to solve the problem, that the current three-dimensional ultrasound imaging system is difficult to satisfy the resolution, frame rate, and the imaging area, this project presents a frequency domain three-dimensional ultrasound imaging method based on array beam, which can achieve sufficient effect.. This imaging method acquires the ehcoes by a one-dimensional array transducer, which transmits the waves weighted with array beam, and the area of interest is scanned by moving the transducer. Then the receiving signals are processed overall to construct the three-dimensional image. The new method has sevral main features as follows: 1. Unlike the conventional three-dimensional imaging method, in which the three-dimensional images are constructed with B-mode slice images, the new method processes the receiving signals overall to obtain the data of the three-dimensional image, which can improve the resolution. 2. Because of the use of array beam, the number to transmit is reduced, which increases the frame rate. 3. This method constructs the three-dimensional image in frequency domain, and the data can be processed with Fourier Transform, which can improve the computational efficiency. 4. In this method, the frequency spectrum of the three-dimensional image in the Cartesian coordinate is obtained directly from the original echoes, which avoids coordinate transformation of the images obtained by the conventional imaging with sec-scanning.. Therefore, this method has a certain academic and application value.

三维超声成像具有图像显示直观、可进行生物器官参数的精确测量，缩短诊断时间，提高诊断准确性等优点，具有很高的临床应用价值。. 针对当前三维超声成像方法在分辨率、帧率和成像区域之间难于同时提高的问题，本项目提出一种基于阵列波的频域三维超声成像方法，有效改进了该问题。. 该方法使用一维传感器发射阵列波加权声场，通过移动传感器实现对成像区域的扫描，最后对整个目标区域的回波信号进行综合处理实现成像。该方法具有如下主要特点：1、不同于现有切片图像合成的三维成像，它对整个目标区域的回波信号进行综合处理直接获取三维图像数据，提高了分辨率；2、发射声场采用阵列波加权声场，发射次数少，提高了帧率；3、采用了频域成像，数据处理采用Fourier变换，计算效率高；4、该方法由原始数据直接获取直角坐标系下图像的频谱，避免了通常扇形扫描需要的图像坐标变换。. 因此，该方法具有较高的研究价值和应用价值。

三维超声成像具有图像显示直观、可进行生物器官参数的精确测量，缩短诊断时间，提高诊断准确性等优点。但现有的三维成像由于受到工作方式影响、二维传感器工艺复杂和传统聚焦成像中声波传播时间的限制，成像分辨率和帧率都非常低，无法满足医学临床研究的要求。本项目主要研究一种扇形扫描方式下基于阵列波的频域三维超声成像方法及相关理论。此外，本项目还对线性扫描频域三维超声成像、基于阵列波和合成孔径的频域超声成像，以及基于声谱图的血流量测量进行了深入研究，取得的主要成果有：. 1、提出一种基于阵列波的扇形扫描频域三维超声成像方法。该方法使用一维线性阵列传感器围绕与传感器平行的轴进行旋转扫描，从而获取扇形扫描方式下的回波数据，通过对整个目标区域的回波信号采用合成孔径方式进行综合处理实现成像。研究表明，该方法可以有效提高扫描方向的分辨率，100mm成像深度范围内，分辨率可以达到2mm以内。此外，由于每个扫描位置只进行一次信号发射接收，提高了帧率。. 2、提出一种线性扫描方式下的三维超声成像方法，该方法使用非聚焦线性阵列进行扫描，扫描完成后，对所有回波信号进行傅立叶变换，通过频域处理进行成像。研究结果表明，该方法可以有效提高扫描方向的分辨率，并且由于每个扫描位置只进行一次信号发射接收，提高了帧率。. 3、本项目基于阵列波和合成孔径，从理论上分析了高帧率成像方法，并且对高帧率成像、使用一维阵列扫描成像和单阵元扫描成像在使用不同加权函数的情况下进行了理论上的统一，三种成像方法具有统一的信号处理流程。此外，三种成像方法的分辨率、帧率等进行了分析比较。. 4、本项目提出了一种基于多普勒声谱图的血流测量方法。在该方法中，血流量通过对多普勒血流声谱图进行二重积分计算获得，与传统测量方法相比，该方法不需要测量血管的横截面积。因此，本文的方法可以成为临床测量血流量的一种新方法。