基于RF数据的超声系统声速优化实证研究

　　1. 简介

　　现在的超声系统一般认为组织介质是均一的，使用固定的声速1.54mm/μs做聚焦。然而超声在人体中真实的传播速度分布为：比较低的如乳房中的1.42mm/μs，高的如骨头中的3.70mm/μs;更甚者不同患者的同一组织也具有不同的声速。当系统声速偏离真实声速或者超声波经过了局部组织时，就会出现相位偏差，导致组织位置的偏移，点扩散函数的拓宽以及旁瓣的增加，影响图像的动态范围、对比度，严重降低图像的质量。

　　文章第二部分提出了基于点扩散函数的声速优化方法。第三部分描述了计算机仿真和系统的试验结果，最后对全文做了总结。

　　2. 声速优化

　　图像质量检测步骤如下：

　　*采用原始未经过任何的滤波和其它处理的RF数据。

　　*选择包含聚焦区域的感兴趣区域，接下来可以选择一些行做横向的傅里叶变换。选择的行需要覆盖不同的轴向分辨率单元，便于为了提高信噪比(SNR)而进行的平均。

　　*对得到的频率谱在所选择的行上做平均和归一化操作(利用谱的峰值)。

　　*横向的图像质量系数定义为频谱能量的总和，当然不考虑直流和噪声带来的影响。

　　*对于在不同系统声速下采到的一序列实验数据重复上面的操作。找出频谱能量最大时所对应的系统声速，用于进一步的成像。

　　本论文中我们对比了不同大小的感兴趣区域对结果的影响。小区域设置为2cm高，大区域为小区域的1.5倍。

　　3. 仿真和试验结果

　　在这个部分，我们利用计算机仿真的超声图像，动物肝脏组织来检测我们提出的方法。我们的基于点扩散函数的方法与平均能量方法进行了比较。

　　3.1 斑点图像

　　图1是计算机仿真的斑点图像，真实速度设置为1.70mm/us.从聚焦区域的斑点大小可以看出，系统速度与真实速度不匹配时，图1(a)的图像质量相对图1(b)是比较差的。图1(c)对比了大的区域(‘+’的虚线)和小的区域(‘0’的实线)对于算法的影响。从图1(c)看出，大的区域增加了信噪比，检测出的速度更接近于真实速度。小的区域检测到速度为1.73mm/us, 存在1.76%的误差，不过这个误差是可以接受的。

　　图1(d)将我们的方法(虚线)与平均能量的方法(实线)[5]做了对比，我们的方法得到了1.7mm/us，但是另外一种方法检测到的是1.65mm/us, 存在3%的误差.

　　3.2 囊肿图

　　临床成像中，如上面例子的孤立的点源是不存在的，实验证实基于点扩散函数的方法可以应用于其它的组织结构。这个部分，我们用计算机仿真了囊肿图像,图2，放置了5个不同大小的囊肿。