專利名稱：基于特征空間分析和區(qū)域判別的醫(yī)學(xué)超聲波束形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)超聲工程技術(shù)領(lǐng)域，具體為基于特征空間分析與區(qū)域判別的醫(yī)學(xué)超聲波束形成方法。
背景技術(shù)：
超聲成像具有無創(chuàng)、實時、可重復(fù)性強、成本低廉等優(yōu)點，在醫(yī)學(xué)臨床診斷中得到了廣泛的應(yīng)用。波束形成器是整個系統(tǒng)中影響成像質(zhì)量的關(guān)鍵部分，傳統(tǒng)的延時疊加(delay-and-sum, DAS)法[I]雖然快速簡便,但獲得的圖像質(zhì)量十分不理想,主要體現(xiàn)在橫向分辨率和對比度差，這也是目前醫(yī)學(xué)超聲診斷面臨的主要難題。 為改善圖像質(zhì)量，近來基于最小方差(minimum variance, MV) [2]的自適應(yīng)波束形成方法被引入超聲成像領(lǐng)域。其中空間平滑最小方差[3]、前后向平均最小方差[4]雖然顯著改善了分辨率，但是對比度性能的提升并不明顯；主分量最小方差[5]和相干系數(shù)處理[6]雖然能夠有效提高超聲低回聲區(qū)與散斑背景的對比度，但是高強度目標(biāo)周圍易產(chǎn)生人工干擾和失真，原因來自于方法內(nèi)在的缺陷。針對上述問題，本發(fā)明通過進一步的特征空間分析，對成像目標(biāo)的低回聲區(qū)和散斑背景以及高回聲區(qū)加以判別，并對不同區(qū)域采用不同的處理方法，以結(jié)合傳統(tǒng)最小方差算法和主分量最小方差算法的優(yōu)勢。本發(fā)明為醫(yī)學(xué)超聲波束形成提供了一種的新的處理框架，能夠有效地實現(xiàn)高分辨率和高對比度，同時保持良好的散斑特性，降低人工干擾和失真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種可以有效改善超聲成像對比度并保持散斑特性和降低失真的醫(yī)學(xué)超聲波束形成方法。本發(fā)明提出的醫(yī)學(xué)超聲波束形成方法，其具體步驟為
1、對超聲回波數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣進行特征分解，根據(jù)特征矢量與導(dǎo)向矢量的投影關(guān)系，預(yù)估計期望信號子空間以及期望信號強度；
2、利用延時疊加法獲得的預(yù)掃描超聲圖像，根據(jù)圖像峰值和有效動態(tài)范圍計算出一個信號強度閾值；
3、將期望信號強度估計值與該閾值比較，對超聲低回聲區(qū)與一般散射區(qū)進行判別，兩類區(qū)域采用不同的波束形成方法低回聲區(qū)采用主分量最小方差算法，一般散射區(qū)采用傳統(tǒng)最小方差算法。醫(yī)學(xué)超聲波束形成器的工作原理如圖I所示，首先對探頭的不同陣元施加適當(dāng)?shù)难訒r，實現(xiàn)對成像點的聚焦，再對聚焦后的陣列信號以適當(dāng)?shù)臋?quán)重進行加權(quán)平均，輸出信號即聚焦點散射信號的估計，取其幅值作為該點的成像值，反映的是該點的散射強度。波束形成器的輸出可表示為
權(quán)利要求
1.基于特征空間分析和區(qū)域判別的醫(yī)學(xué)超聲波束形成方法，其特征在于具體步驟為 (1)對超聲回波數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣進行特征分解，根據(jù)特征矢量與導(dǎo)向矢量的投影關(guān)系，預(yù)估計期望信號子空間以及期望信號強度； (2)利用延時疊加法獲得的預(yù)掃描超聲圖像，根據(jù)圖像峰值和有效動態(tài)范圍計算出一個信號強度閾值； (3)將期望信號強度估計值與該閾值比較，對超聲低回聲區(qū)與一般散射區(qū)進行判別，兩類區(qū)域采用不同的波束形成方法低回聲區(qū)采用主分量最小方差算法，一般散射區(qū)采用傳統(tǒng)最小方差算法。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于特征空間分析和區(qū)域判別的醫(yī)學(xué)超聲波束形成方法，其特征在于步驟(I)中，所述對超聲回波數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣進行特征分解，根據(jù)特征矢量與導(dǎo)向矢量的投影關(guān)系，選取投影值較大的若干特征矢量構(gòu)成期望信號子空間，對應(yīng)的特征值均值作為期望信號強度估計值，具體步驟為 數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣W按下式特征分解
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于特征空間分析和區(qū)域判別的醫(yī)學(xué)超聲波束形成方法，其特征在于步驟(2)中，所述利用延時疊加法獲得的預(yù)掃描超聲圖像，根據(jù)圖像峰值和有效動態(tài)范圍計算出一個信號強度閾值，具體步驟為 首先，根據(jù)預(yù)掃描超聲圖像峰值推算整個成像區(qū)域的全局最大特征值，波束形成器的輸出能量表示為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于特征空間分析和區(qū)域判別的醫(yī)學(xué)超聲波束形成方法，其特征在于步驟(3)中，所述將步驟(I)得到的期望信號強度估計值與步驟(2)得到的強度閾值比較若估計值小于閾值，則認(rèn)為當(dāng)前成像點為超聲低回聲區(qū)；若估計值大于閾值，則認(rèn)為當(dāng)前成像點位于一般散射區(qū)； 對于一般散射區(qū)，采用傳統(tǒng)最小方差算法，即求解下面的最優(yōu)化問題
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)超聲工程技術(shù)領(lǐng)域，具體為基于特征空間分析與區(qū)域判別的醫(yī)學(xué)超聲波束形成。本發(fā)明一方面根據(jù)超聲回波數(shù)據(jù)特征矢量與導(dǎo)向矢量的投影關(guān)系，預(yù)估計期望信號子空間以及期望信號強度；另一方面利用延時疊加法獲得一幅預(yù)掃描超聲圖像，根據(jù)其峰值和有效動態(tài)范圍，計算出一個信號強度閾值；最后將期望信號強度估計值與該閾值比較，對超聲低回聲區(qū)與一般散射區(qū)進行判別，低回聲區(qū)采用主分量最小方差算法，一般散射區(qū)采用傳統(tǒng)最小方差算法。本發(fā)明適用于高幀率的平面波和合成孔徑超聲成像方式，能夠顯著改善成像對比度，同時較好地保持圖像的散斑特性，降低人工干擾和失真。
文檔編號A61B8/00GK102764139SQ201210240918
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者余錦華, 曾星, 汪源源, 陳呈 申請人:復(fù)旦大學(xué)