超聲成像中波束形成算法研究.pdf

1、超聲成像因其具有安全、實(shí)時(shí)、便攜、無(wú)創(chuàng)及成本低等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于心血管、腹腔臟器、泌尿系統(tǒng)等疾病的臨床醫(yī)學(xué)診斷。波束形成處于核心位置，直接決定著醫(yī)學(xué)超聲成像質(zhì)量的好壞。在傳統(tǒng)的延時(shí)疊加波束形成中，動(dòng)態(tài)聚焦、幅度變跡和動(dòng)態(tài)孔徑是控制波束主瓣寬度與旁瓣幅度的常用方法。雖然上述三種方法在一定程度上改善了超聲成像的質(zhì)量，但傳統(tǒng)延時(shí)疊加的成像模式限制了分辨率的進(jìn)一步提高，具體表現(xiàn)在：
　　 ①動(dòng)態(tài)聚焦延時(shí)參數(shù)存儲(chǔ)容量大，很難實(shí)現(xiàn)高精度的動(dòng)

2、態(tài)聚焦。
　　 ②幅度變跡采月的加權(quán)值是固定的，雖然壓制了旁瓣，但代價(jià)是增加了主瓣寬度，降低了成像的空間分辨率。
　　 針對(duì)這兩個(gè)缺陷，本文進(jìn)行了如下研究工作：
　　 ①提出了一種聚焦延時(shí)參數(shù)的壓縮存儲(chǔ)方法。該方法首先把動(dòng)態(tài)聚焦延時(shí)參數(shù)分解為相鄰陣元的相對(duì)延時(shí)參數(shù)并進(jìn)行量化，然后通過(guò)存儲(chǔ)相鄰陣元的相對(duì)聚焦延時(shí)參數(shù)的初始值及發(fā)生變化所對(duì)應(yīng)的位置序號(hào)來(lái)完成對(duì)聚焦延時(shí)參數(shù)的壓縮存儲(chǔ)。最后，在動(dòng)態(tài)聚焦的過(guò)程中，實(shí)時(shí)解壓相

3、對(duì)延時(shí)參數(shù)，生成各個(gè)通道所需的聚焦延時(shí)參數(shù)。性能分析表明：該方法在保證波束合成質(zhì)量的前提下，大幅度減小了聚焦延時(shí)參數(shù)的存儲(chǔ)量。
　　 ②開(kāi)展了自適應(yīng)波束形成算法，希望由接收的回波數(shù)據(jù)計(jì)算得到動(dòng)態(tài)的加權(quán)值。同時(shí)，本文針對(duì)目前存在的自適應(yīng)波束形成算法在提高算法穩(wěn)健性以及圖像對(duì)比度方面的不足，提出了兩種改進(jìn)算法，分別為最小方差波束形成與基于最小方差相干系數(shù)融合算法(MV+HRCF)和基于特征空間的前后向最小方差波束形成算法(EIBFB

4、MV)。
　　 MV+HRCF算法是將最小方差波束形成的輸出取代相干系數(shù)中相干部分的能量和，得到加權(quán)系數(shù)，然后采用該系數(shù)加權(quán)最小波束形成的結(jié)果。仿真成像結(jié)果表明：該方法在分辨率、對(duì)比度方面都優(yōu)于現(xiàn)有的算法。
　　 EIBFBMV算法首先用前后向空間平滑取代傳統(tǒng)的前向空間平滑，得到更精確的協(xié)方差矩陣；然后計(jì)算最優(yōu)加權(quán)向量，并將該向量投影到由協(xié)方差矩陣特征空間構(gòu)造的信號(hào)子空間中；最后利用投影所獲得的向量與陣元數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算得到