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频域相位相干合成孔径聚焦超声成像研究 频域相位相干合成孔径聚焦超声成像研究 摘要:随着医学影像技术的不断发展,超声成像作为一种安全、无创、便捷的影像技术得到了广泛应用。然而,由于超声波在组织中的衍射和透射,传统超声成像技术存在着分辨率和深度限制。为了克服这些限制,频域相位相干合成孔径聚焦超声成像技术应运而生。本文将就该技术的基本原理、优势和应用进行探讨。 一、引言 超声成像是一种基于超声波传播和反射原理的影像技术。通过探头发射超声波,接收回波信号,然后将信号转换为图像展示给医生进行诊断分析。然而,由于传统超声成像技术在成像过程中受到组织衍射和透射的限制,存在着分辨率和深度限制。 为了提高超声成像的分辨率和深度,频域相位相干合成孔径聚焦超声成像技术应运而生。该技术通过使用相干激发和延迟线成像方法,实现对超声波的相干合成和聚焦,从而提高成像质量。 二、原理与方法 1.频域相位相干合成孔径聚焦技术的基本原理 频域相位相干合成孔径聚焦技术基于相干激发和延迟线成像原理。首先,传统的超声成像通过调制激发信号的幅度来控制超声波的聚焦深度,但同时也会影响到分辨率。而频域相位相干合成孔径聚焦技术则通过控制激发信号的相位来实现聚焦,从而既提高了分辨率,又减小了干扰。其原理如图1所示: 图1频域相位相干合成孔径聚焦技术原理示意图 2.频域相位相干合成孔径聚焦技术的方法与实现 频域相位相干合成孔径聚焦技术的关键是从回波数据中获取基于频率域的相位信息,进而通过相位调制方法实现相干合成和聚焦。通常的实现步骤如下: (1)数据采集与处理:利用超声探头采集组织的回波数据。首先,需要进行数据预处理,如滤波、标定等,以提高数据质量。 (2)频谱估计:通过频谱估计方法,如傅里叶变换,将时域数据转换为频域数据。这样可以得到回波信号的频谱分布。 (3)相位提取:对频域数据进行相位提取,得到相位信息。常用的相位提取方法有频域相位解调和相位差法。 (4)相位调制:根据需要调制相位,实现超声波的聚焦。通常使用线性相位调制或非线性相位调制方法。 (5)成像重建:根据相干合成和聚焦的原理,对调制后的频域数据进行逆变换,得到最终的超声图像。 三、优点与应用 频域相位相干合成孔径聚焦超声成像技术相对于传统的超声成像技术具有以下优点: 1.增强分辨率:由于该技术可以更精确地控制超声波的聚焦,因此可以提高成像的分辨率,使医生能够更准确地诊断疾病。 2.增大深度:相比传统的超声成像技术,频域相位相干合成孔径聚焦技术能够提供更大的成像深度,有利于观察深部组织结构。 3.减小噪声和干扰:该技术通过相位调制方法可以减小噪声和干扰,提高成像的清晰度和准确性。 频域相位相干合成孔径聚焦超声成像技术已经在临床上得到了广泛的应用。它被广泛应用于心脏、肝脏、肾脏等器官的结构和功能检查,并在乳腺癌、卵巢肿瘤、甲状腺疾病等疾病的早期诊断和治疗中发挥了重要作用。 结论 频域相位相干合成孔径聚焦超声成像技术作为超声成像领域的一项重要技术,可以提高超声成像的分辨率和深度,减小噪声和干扰,帮助医生更精确地诊断和治疗疾病。随着该技术的不断发展,相信它将在医学影像领域发挥更大的应用和推广价值。 参考文献: 1.Feng,J.,Zhao,G.,Tian,J.,etal.(2019).CoherentSynthesisApertureFocusingofFrequency-DomainUltrasoundImagingforImprovingtheResolutionofImagingDepth.IEEEAccess,7,157937-157948. 2.Liu,W.,Li,J.,Ye,J.,etal.(2020).Time-DomainandFrequency-DomainCollaborativeImagingforHigh-ResolutionandDeepPenetratingAcousticImaging.IEEETransactionsonUltrasonics,Ferroelectrics,andFrequencyControl,67(11),2426-2437. 3.Shung,K.K.(2002).Diagnosticultrasound:imagingandbloodflowmeasurements.BocaRaton:CRCPress.