●何绪金

    基于多角度相干复合的超声平面波成像

    ●何绪金

    平面波超声成像采用平面波发射，单次发射即可覆盖整个成像区域，相较于传统的线扫聚焦超声，能极大的减少一帧图像的发射次数，从而显著的提升扫查帧率，但单次发射得到的平面波图像的分辨率和信噪比是严重下降的。本文提出的采用多角度平面波相干复合成像的方法，通过增加复合角度数目，可以有效提升图像的分辨率和信噪比，和常规聚焦波相比，在图像质量相当的情况下，帧率有极大提高。

    超声成像；平面波；信噪比；分辨率；帧率；相干复合

    1 引言

    超声成像以其无创性、安全、成像速度快、使用方便等优势在临床诊断中大量被采用，是临床诊断的重要工具之一。超声成像系统的数据获取速度主要受声波在组织内部的传播速度的限制，目前传统的超声系统中，形成一帧超声图像的发射次数直接受限于一帧扫查区域范围内包含的扫描线数。一帧图像包含的线数一般在100-200线左右，整个超声系统的帧率被限制在每秒钟20到50帧左右。而若能够提升整个超声成像系统的帧率，将大大的拓展超声成像在临床领域的应用前景，比如实时3D成像，能够提供足够的卷率；如心脏成像，高帧率能够改善在一个心动周期内对心肌运动的捕捉和跟踪能力；此外还能够实现组织内瞬变效应(如弹性成像中的剪切波的传播过程)的可视化。可见超高速超声成像的应用前景是非常广阔的。

    超高速超声成像的历史可以追溯到1978年，Delannoy等提出并行处理方法根据一次超声发射来得到一整帧图像，他们的系统在一帧图像有70条扫描线的情况下能够达到每秒钟1000帧的帧率[1][2]。Shattuck等在1984年实现了可用于相控阵扫描方式的并行处理方式，他们的系统采用一次非聚焦声束发射对应4个超声波束并行处理的接收模式，该方法的有效性得到了生物体内实验的验证[3][4]。在首次成功尝试以后，他们将整个成像方法的思路进一步拓展：假设单次发射脉冲能够照射到全部的感兴趣区域，这种并行处理方法理论上可以利用此次发射的回波信号对整个感兴趣区域进行成像，这正是平面波实现超高速超声成像的原理。1990年，Fink等成功应用了平面波理论，使得超声成像的帧率高于每秒钟5000帧[5][6][7]。进入20世纪以后，基于平面波发射实现高速超声成像的技术引起了广泛的关注和研究 ......