基于自适应波束形成的超声成像算法研究

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超声成像因其具有成本低、实时、便携以及对人体无伤害等优势,使得超声成像诊断设备广泛应用于各种疾病的临床医学诊断。但与CT、MRI等医学成像手段相比,超声成像的对比度、分辨率较差。近年来,为了提高超声成像的质量,研究人员将许多新方法,新技术应用于超声成像中。   在超声成像系统中,波束形成处于核心地位,对医学超声成像的质量起着决定性作用。在传统的延时叠加波束形成中,常用于控制波束的方法主要包括:动态聚焦、动态孔径和幅度变迹。但由于传统延时叠加波束形成的成像模式问题导致这些波束形成控制方程只能在一定程度上改善成像质量。首先,动态聚焦通过保持每条扫描下的所有点都在焦点上来提高成像质量,但由于超声物理特性限制通常只能采用接收动态聚焦。而幅度变迹则是对不同接收阵元施加不同的加权值来抑制旁瓣的幅度,但是由于未充分利用回波信号特性,使波束的主瓣变宽,成像的分辨率下降。   针对上述提出的问题,本文利用合成孔径成像技术实现双向动态聚焦提高系统成像的分辨率,并引入最小方差自适应波束形成技术算法应用于超声成像中的研究,通过对接收回波数据的计算得到动态的加权系数。同时,本文对当前存在的最小方差波束形成算法在成像对比度以及算法鲁棒性方面的不足,提出了前后向最小方差波束形成与相干系数相融合的超声成像方法。首先利用前后向空间平滑技术代替传统的前向空间平滑,可以更准确的估算自协方差矩阵,然后通过自协方差矩阵计算出最优加权系数;同时结合相干系数在减小方向性旁瓣,提高对比度以及鲁棒性的作用。   最后,仿真成像结果表明:与传统成像方法以及标准的最小方差自适应波束形成算法相比,该方法在不依赖对角加载参数的选取,在保持最小方差波束算法高分辨率的情况下,同时可以有效改善超声成像的鲁棒性以及对比度。
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