(Field II仿真)复合平面波超声成像

由于平面波不聚焦,因此在获得完整超声图像的同时牺牲了图像质量,具体表现为超声图像的对比度和分辨率降低。为了克服这一限制,Montaldo等人在2009年提出,将几个带有倾斜角度的平面波发射到介质中,通过相干叠加得到完整图像。使用平面波相干复合的方法来补偿发射聚焦这一步骤,图像的质量取决于用来平面波的角度及数量。

复合平面波成像(CPWI)

参考文献:Montaldo G, Tanter M L, Bercoff J, et al. Coherent plane-wave compounding for very high frame rate ultrasonography and transient elastography[J]. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control, 2009, 56(3): 489-506.

1. 回波数据

发射M个角度的平面波,使用N个阵元接收回波数据,每个pixeln时刻的信号可以用二维矩阵X(n)表示,其中x_{ij}(n)表示发射平面波偏转角度为i,第j个阵元接收信号。

X(n)

2. 发射和接收延时

偏角为α的平面波延迟计算示意图

发射延时是指平面波从换能器发射,传播到成像平面内任意一点(x, z)的时间

发射延时

平面波到传播至散射点(x, z)后,其中一部分能量会以点(x, z)为中心向各个方向散射。回波从(x, z)返回至换能器任意一单元x1处的时间则为接收延时。

接收延时

总延时为发射延时与接收延时之和。

总延时

3. M个平面波相干累加

对每一个带偏转角度的平面波进行延时处理,对RF数据进行延时变换,得到:

对延时处理后的平面波回波数据进行空间复合,即可得到平面波空间复合成像算法处理后成像区域内任意一点(x, z)处的像素值。

M个平面波相干累加

4. 仿真结果

平面波
21个平面波

随着平面波复合个数的增加,图像的伪影和噪声点明显减轻,成像质量显著提高。但平面波个数的增加会影响成像帧频,因此要平衡好图像质量与成像帧频。

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