一种随机空间采样的超快超声血流成像方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115990034A(43)申请公布日2023.04.21(21)申请号202111213838.5(22)申请日2021.10.19(71)申请人复旦大学地址200433上海市杨浦区邯郸路220号(72)发明人许凯亮郁钧瑾闫少渊他得安王威琪(74)专利代理机构上海德昭知识产权代理有限公司31204专利代理师郁旦蓉(51)Int.Cl.A61B8/06(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图5页(54)发明名称一种随机空间采样的超快超声血流成像方法及系统(57)摘要本发明提供一种随机空间采样的超快超声血流成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，利用超声探头向成像区域发射超声平面波；步骤S2，接收超声射频回波信号；步骤S3，基于概率密度分布函数对超声射频回波信号进行采样，并存储为三维时空矩阵；步骤S4，对三维时空矩阵进行矩阵重构，得到三维时空重构矩阵；步骤S5，对三维时空重构矩阵进行信号处理操作，得到目标区域的功率多普勒、彩色多普勒等动态血流变化图像及辅助分析的相关多模态超声融合图像。本发明还提供一种随机空间采样的超快超声血流成像系统。本发明在采样时间不变的基础上大幅度减少存储的超声成像数据量，提高后续计算处理效率，并且保证了与全数据量处理结果相当的成像质量。CN115990034ACN115990034A权利要求书1/3页1.一种随机空间采样的超快超声血流成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，利用超声探头向成像区域发射超声平面波；步骤S2，接收反射或背散射的超声射频回波信号；步骤S3，基于概率密度分布函数对所述超声射频回波信号进行采样，并存储为(nx×nz1×nt)的三维时空矩阵；步骤S4，对所述三维时空矩阵进行矩阵重构，得到(nx×nz×nt)的三维时空重构矩阵，其中，nz为线阵探头全通道数；步骤S5，对所述三维时空重构矩阵进行信号处理操作，得到目标区域的动态血流变化图像以及相关多模态超声融合图像；其中，所述步骤S3中，nz1为线阵探头经随机采样后实际激活采集数据的通道数，nt为单位采样时间内的帧数，nx为单帧图像总采样点数，具体表达式为：nx＝na×ns式中，na为角度数，ns为单个角度的平面波发射后所获回波的采样点数，所述概率密度分布函数为固定概率密度分布或血流强度分布，所述固定概率密度分布包括但不限于均匀分布、高斯分布。2.根据权利要求1所述的一种随机空间采样的超快超声血流成像方法，其特征在于：其中，所述均匀分布的概率密度函数f1(x)的表达式为：式中，x为函数变量，a，b为x的取值范围。3.根据权利要求1所述的一种随机空间采样的超快超声血流成像方法，其特征在于：其中，所述高斯分布的概率密度函数f2(x)的表达式为：式中，x为函数变量，a，b为x的取值范围，μ为数学期望，决定分布的位置，σ为标准差，决定分布的幅度。4.根据权利要求1所述的一种随机空间采样的超快超声血流成像方法，其特征在于：其中，所述血流强度分布的概率密度函数的具体表达式通过以下步骤得到：第一步，得到所述血流强度分布的离散概率密度函数P(i)的表达式为：式中，Aj为第i个通道上第j个采样点的概率幅度，Ii为第i个通道上所有采样点的信号的强度，nz为线阵探头全通道数，nz1实际激活采集数据的通道数，nx为第i个通道上的单帧2CN115990034A权利要求书2/3页图像总采样数；第二步，对所述离散概率分布进行多项式拟合得到所述血流强度分布的概率密度函数f(x,w)，当输入{1,2,…,nz}，得到输出采用多项式拟合时，得到输入和输出的关系式：m式中，w＝[w1,w2,…,wN]为多项式的系数集合，x为输入变量，x为变量x的m次方，M为给定的整数；第三步，为了达到最优的拟合效果，求下列函数的最小值，f(x,w)为w的线性函数，因此上述优化问题为一个凸函数，通过对目标函数求一阶导数，并设导数为0，得到所述血流强度分布的所述概率密度函数。5.根据权利要求1所述的一种随机空间采样的超快超声血流成像方法，其特征在于：其中，所述步骤S4包括以下步骤：步骤S4‑1，对每一帧图像，构建(nx×nz)的全零矩阵；步骤S4‑2，将采集存储的单帧回波数据矩阵(nx×nz1)分割为na个子矩阵，每个子矩阵大小为(ns×nz1)；步骤S4‑3，将所述每个子矩阵数据赋值到(nx×nz)全零矩阵的对应列，得到大小为(nx×nz)单帧全通道回波信号矩阵，其中，所述单帧全通道回波信号矩阵的nz列中除了随机选择的工作通道对应列上所采集到的数据，其余列为全零列；步骤S4‑4，得到大小为(nx×nz×nt)的三维时空重构矩阵。6.根据权利要求1所述的一种随机空间采样的超快超声血流成像方法，其特征在于：其中，所述步