全數字B超成像基本步驟與方法(個人觀點整理)


     通過大量的論文文獻學習,概括B超成像基本步驟包括:波束形成、數字信號處理以及數字圖像處理

     數字波束合成是后期數字信號處理和成像的基礎,也是萬里長征第一步,波束合成的處理結果直接影像成像的好壞。

     數字波束合成一般需要經過聚焦技術、動態孔徑、幅跡變換等基本處理技術。波束形成之前需要對超聲回波信號進行信號放大並進行A/D轉換,過早的將超聲回波信號進行A/D轉換,有利於我們把數字信號移植到PC機中進行處理,減少硬件成本與開發難度。

     數字波束合成技術在數字 B 超成像系統中,歷年來都是研究的熱點技術,同時也是超聲系統數字化技術中最為重要的技術。該技術包括聚焦技術,幅度變跡技術和動態孔徑技術三個環節,每個環節的實現難度都非常大,而且不同的超聲系統結構對應的成像方式也有影響,合理的搭配各個環節將更加困難。如果能夠在超聲成像系統上,較好的實現數字波束合成技術,即可在現有的超聲系統硬件平台基礎上,顯著提高圖像的分辨率,增加動態范圍,降低隨機噪聲,獲得較佳的超聲圖像質量。

     數字波束合成中的聚焦技術包括三種,定點聚焦、動態聚焦、分段動態聚焦,分別研究這三種聚焦方式,比較它們的實現過程,以及所得到的超聲圖像質量效果。

     超聲信號的發射與接收形成的聲場中,波束中除了有決定圖像分辨率的主瓣之外,還會有部分的旁瓣。旁瓣是產生偽像的原因之一,其大小將會影響最終圖像的質量。抑制旁瓣的技術途徑就是采用幅度變跡技術。實現幅度變跡的方法是在發射(或接收)的陣元采用幅度加權,通常使中心陣元的發射強度最大,邊緣陣元的發射強度最小,具體的幅度函數可以不同。

     所謂動態孔徑,就是在接收模式下,開始時只有少數的位於中心的陣元開通,接收超聲信號,其它陣元處於關閉狀態,隨着接收深度的增加,越來越多的接收通道開啟,接收孔徑逐漸增大,直到深度增加到最大,所有接收陣元都開啟。

     在波束合成之后,超聲回波信號已經完成了聚焦、變跡、變孔徑的相關處理,在探測的空間中形成了較為理想的波束分布,隨后就要對這樣的回波信號進行若干處理,主要包括動態濾波、包絡檢測、對數壓縮三個環節。

      回波信號進過數字波束合成之后,就進入動態濾波這個環節,動態濾波是為了解決人體組織對不同頻率超聲能量的衰減不同而提出的。動態濾波技術實現的好壞,直接關系到數字化 B 超成像系統的成像分辨率,是成像系統的另一個關鍵組成部分。

      回波信號經過動態濾波之后,得到是一個幅度和相位都受調制的信號,為了進一步得到回波的幅度信息來進行成像,這里必須進行包絡檢測

      經過包絡檢測之后的超聲信號,得到的是一條超聲信號的幅度包絡線,該包絡線上的數值是不能直接進行成像的。因為通常的得到的包絡線在歸一化之后的取值區間在[0,1]之間,而超聲成像系統的顯像等級一般是[0,255]之間,需要將包絡線原始的取值區間映射到超聲成像系統的顯像區間。通常不會使用采用線性的方式進行映射,即2 1U =255   U,1U 為包絡線的原始取值,2U 為映射過后的顯像取值,這種線性映射的方式對非強聚焦區域的反射回波信號的超聲成像效果不佳。通常使用的映射方式是對數壓縮

     通過數字信號處理后,要應用數字圖像處理技術對數字信號進行成像處理與優化。該過程需要應用到數字掃描變換技術(坐標變換、線性插值)以及幀相關技術。凸陣探頭接收的超聲回波信號,是以極坐標形式排列的扇形區域超聲掃描。如果直接將該信號進行顯示掃面,用直角坐標形式顯示成像,結果必然是不正確的,因而需要進行坐標變換。通過坐標變換后的坐標點,不一定落在凸陣探頭的接收掃描線上,也不一定正好就在回波數據點對應的深度上。因此,需要通過線性插值的方式得到改點數值的大小,通常采用的是4點線性插值方式。 對於相對靜止的人體臟器做超聲掃描時,所得到的B超圖像進行多幅圖像疊加平均處理,使圖像上的噪聲得到抑制,這是幀相關的思想。


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