具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明一种基于超声环阵合成孔径接收的快速成像算法作具体阐述。

<实施例>

本实施例的基于超声环阵合成孔径接收的快速成像算法基于一个超声环阵换能器的信号发射、采集系统实现。

图1是本实施例中超声环阵换能器的信号发射、采集系统示意图。

如图1所示，系统具有水槽1、超声环阵换能器2、皮质骨仿体样3、信号发射及采集装置4。

将超声环阵换能器2固定在水槽1中，并将皮质骨仿体样品3的待成像区域放置于超声环阵换能器2的中心，向水槽中注入水以浸没样品及超声环阵换能器2。信号发射及采集装置4控制超声环阵换能器的所有阵元依次以固定的中心频率发射超声脉冲信号，并通过所有阵元接收超声脉冲信号的超声回波信号。

本步骤中，使用的超声环阵换能器为含有128个阵元的超声环阵换能器，环阵直径为50mm，阵元中心距离为1.23mm，阵元间距为0.2mm，中心频率为3.5MHz。脉冲信号为两个周期的高斯包络正弦波，系统采样频率为25MHz。完成超声回波信号采集后，可由超声回波信号计算得到每个阵元到待成像区域中任意位置的超声传播时间。

图2是本实施例中基于超声环阵合成孔径接收的快速成像算法的流程图，图3是本实施例中超声环阵换能器阵元分组的扇形区域示意图。

如图2、图3所示，基于超声环阵合成孔径接收的快速成像算法，包括以下步骤：

步骤S1，将超声环阵换能器的128个阵元按每组8个相邻阵元分成128个阵元组，计算包含阵元1～8的第1组阵元组与超声环阵换能器的圆心所组成的第1个扇形区域的索引矩阵D₁。一个阵元组构成的扇形区域的示意如图3中扇形区域a所示(图3中仅示意性地示出了三个扇形区域a、b、c，其余的扇形区域未示出)。

索引矩阵D₁具有多个与整个待成像区域内的点一一对应的元素，元素的取值为1时表示点位于第1个扇形区域内，元素的取值为0时表示点位于第1个扇形区域外。

步骤S2，设定循环值i＝1。

步骤S3，根据阵元i～(8+i-1)接收到的超声回波信号，使用赤池信息量准则算法从所得超声回波信号中提取第一到达波，然后用反演算法获取待成像区域中的声速分布模型，最后将声速分布模型带入程函方程，求解得到阵元i～(8+i-1)中每个阵元到索引矩阵D_i对应点的超声传播时间。

本步骤中还可以使用其他方法计算超声传播时间，例如，在获取声速分布模型一步中，可换成“采用贝叶斯估计方法重建待成像区域的声速分布模型”。

步骤S4，根据超声回波信号及超声传播时间，利用合成孔径算法计算索引矩阵D_i对应的第i个扇形区域的成像结果I_i，具体步骤如下：

对于第i个扇形区域内在索引矩阵D_i中对应的元素的值为1的任一点P(x，z)，依照如下公式：

计算该点P(x，z)的图像辉度值，第i个所述扇形区域内所有点P(x，z)的图像辉度值组成的矩阵即为成像结果I_i，

式中，s_j，k(t)为阵元k发射、阵元j接收到的信号在t时刻的幅度大小，t_j(x，z)和t_k(x，z)分别是阵元j和阵元k到P点的所述超声传播时间。

步骤S5，令i＝i+1，并将索引矩阵D₁按做旋转变换得到索引矩阵D_i，然后返回步骤S3，直到i＞128；

步骤S6，将扇形区域成像结果I_i，i＝1，...，128按其所在位置叠加融合，得到样品的最终成像结果。

图4是本实施例中待成像样品用基于超声环阵合成孔径接收的快速成像算法的阵元组的成像结果。

如图4所示，对于扇形区域成像结果如图4中a、b、c所示(图4中仅示意性地示出了三个扇形区域成像结果a、b、c，其余的扇形区域成像结果未示出)，通过步骤S6进行融合得到的最终成像结果如图4中d、e所示。

<对比例>

本对比例中，使用传统全孔径合成孔径成像算法对实施例中的待成像样品进行成像，并将该成像结果与实施例中的成像结果进行对比。

图5是本对比例中待成像样品用传统全孔径合成孔径成像算法的阵元组的成像结果及最终成像结果示意图。

使用传统全孔径合成孔径成像算法对实施例中的待成像样品进行成像，得到阵元组的成像结果及最终成像结果如图5所示。

如图4、图5所示，实施例中待成像样品用基于超声环阵合成孔径接收的快速成像算法的最终成像结果相比待成像样品用传统全孔径合成孔径成像算法的最终成像结果弧状伪影明显减少。

图6是本发明中基于超声环阵合成孔径接收的快速成像算法相较于对比例传统合成孔径成像算法的性能提升曲线图。

如图6所示，N和n在不同的与取值下，本发明基于超声环阵合成孔径接收的快速成像算法的效率均优于传统合成孔径成像算法。在本实施例中，当N＝128，n＝8时，本发明基于超声环阵合成孔径接收的快速成像算法与传统合成孔径成像算法的计算效率之比为3.7237。

本实施例所提供的基于超声环阵合成孔径接收的快速成像算法先计算1～n号阵元对应扇形区域的索引矩阵D₁，然后通过旋转变换获取阵元i～(n+i-1)对应扇形区域的索引矩阵D_i，与传统算法在每个阵元组均做一次完整索引值计算的操作相比，该方法有效地提升了算法性能。传统算法的时间复杂度为 而本发明所述算法的时间复杂度为 其中Nx×Ny为待成像区域的大小，f为计算图像中一个像素点辉度值时做一次信号幅值加法的时间复杂度，g为判断成像区域内的点是否位于扇形区域内的时间复杂度，h为矩阵做旋转变换的时间复杂度，f、g、h的取值分别为O(1)、O(n+1)、O(1)。

实施例的作用与效果

根据本实施例所提供的一种基于超声环阵合成孔径接收的快速成像算法，由于将待成像区域划分为N个扇形区域，利用合成孔径算法获得每个扇形区域的成像结果，保证在扇形区域内的成像结果准确，最后再将N幅扇形成像结果按其所在位置叠加融合，所以得到的成像结果弧状伪影明显减少，最终成像结果更准确、清晰。此外，由于本发明采用先计算一个扇形区域的索引矩阵，然后通过旋转变换得到其余扇形区域索引矩阵的方法，相比在每个阵元组均做一次完整索引值计算的操作相比，该方法有效地提升了算法性能。

进一步地，本实施例所提供的基于超声环阵合成孔径接收的快速成像算法可对多个扇形区域采用并行计算获取成像结果，提升性能。

综上，本实施例的基于超声环阵合成孔径接收的快速成像算法相对于传统全孔径合成孔径成像算法的成像效果好且算法性能有较大提升。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。