虚拟相控阵超声散射CT成像中的散射面快速定位方法

虚拟相控阵超声散射CT成像方法不需要反投影重构,在一定程度上弥补了线性超声CT方法由于线性假设或弱散射假设带来的不足,提高了超声检测的空间分辨率。但是由于该方法需要综合考虑幅值和相位信息,所以需要对虚拟相控阵中的每一个阵元发射、其余阵元(包括发射阵元本身)接收到的所有信号进行处理,信息量较大,从而影响了成像的速度。为了快速而且准确进行超声CT成像,如何快速查找扫描区域(检测区域)内存在的散射源,是提高成像速度和成像质量的关键[1-2]。

笔者提出了一种利用时空压缩的方法,该方法可以快速地识别是否存在散射界面,并能确定散射面产生的信号在时间轴上的粗略位置,为提高CT成像速度奠定了一定的基础。

1　虚拟相控阵超声散射CT成像方法简述

1.1　试验系统方案设计

图1所示的钛合金CSK-IA试块为检测对象,图中标出了试块的尺寸以及阵列传感器的布置区域以及可能引起散射的界面。阵列传感器A具有49个阵元,阵元宽度为1 mm。传感器频率为6.25 MHz,在被检试块中的波长近似为1 mm。界面1为半径100 mm的圆弧界面,界面2为深度91 mm的水平界面,界面3为高度6 mm的竖直界面,界面4为深度85 mm,宽度2 mm的水平界面,界面5为高度15 mm的竖直界面,界面6为深度100 mm的水平界面。

1.2　虚拟相控阵超声散射CT成像方法

如图2所示,假设目标点P为探测区域内任意一个虚拟扫描点(散射点),有N个阵元的矩形阵列探头,当第i个阵元激励,第j个阵元接收(j=1,2,…,N),可以采集到的N个波列为[3-4]:

发射阵列在空间一点产生的声场,等于位于这一点的点声源在相同延迟或相移的接收阵列产生的信号总和。则对空间任意虚拟扫描点P(x,y),其声场近似可用下式计算:

    发射阵列在空间一点产生的声场,等于位于这一点的点声源在相同延迟或相移的接收阵列产生的信号总和。则对空间任意虚拟扫描点P(x,y),其声场近似可用下式计算:

根据需要对式(6)所表示的信号进行处理,取出成像参量,如最大幅值等,形成f(x,y),作为空间点P(x,y)的图像灰度值。对探测区域的每一点(按一定的空间分辨率进行虚拟扫描得到的点)进行上述计算,即可实现对探测区域的相位反演初步成像。上述方法由于多组信号求和,其统计平均效果消去了噪声,如果目标点没有散射信号到达探头,则合成信号的相对幅值几乎为0。

2　超声波列时、空压缩方法简述

对于有N个阵元的探头阵列,在探测区域内可获得N个如图3(a)所示的波列(时间序列集),每个波列由N个时间序列组成,全部点参与成像运算所需要的时间长,内存需求大,制约了成像速度。如果能实现散射源的快速定位,对于提高成像速度,减少伪像,提高成像质量至关重要[5]。为了提高成像速度,进行散射源的快速定位[6],首先要将波列的冗余信息进行压缩。