Page 27 - 《应用声学》2021年第1期

第 40 卷 第 1 期 张经科等： 平面波超声成像中的波束合成方法研究进展 23

收并记录回波通道信号 (图 1(b))，最后根据感兴趣
0 引言
位置的超声飞行时间(Time of flight, TOF) 对通道
医学超声成像由于其无创、实时、性价比高 数据进行延时和叠加 (Delay-and-sum, DAS)，即对
的特点，在临床疾病诊断和治疗评估中得到了广 每个点进行波束合成，得到图像数据 (图 1(c))。由
泛的应用。传统 B 模式聚焦波成像帧频约 30∼40 于平面波成像通过一次发射、接收即可获取整幅图
帧/秒，可以满足观察组织的生理解剖结构的要求， 像，其帧频主要受成像深度影响，在一般医用超声成
如颈动脉斑块、腹部成像等。进一步提高成像帧 像条件下，帧频可以达到 1000帧/秒以上，在近年来
频将为大量的医用超声新应用带来可能，例如三 引起了研究人员极大的关注。然而，由于发射波束
维超声成像、心脏成像、剪切波弹性成像、功能超 的不聚焦，导致回波信号信噪比降低，并使图像的分
声成像以及超声定位显微 (Ultrasound localization 辨率和对比度变差。通过多角度相干复合技术对多
microscopy, ULM) 成像等。目前提高帧频的方法
个角度偏转发射并波束合成后的平面波图像求平
中，并行发射 (Multi-line-transmit, MLT) 成像所同
均，可以提升平面波成像的图像质量。然而，这将牺
时发射的多个波束可能带来串扰的影响；并行接收
牲平面波成像帧频。实际应用时，需要在图像质量
(Multi-line-acquisition, MLA) 成像所发射的宽波
和帧频之间取得平衡。图 2 是使用 3 种不同发射序
束将导致聚焦效果变差，进而影响图像质量；合成发
列的 B 模式图像对比。其中，单一角度平面波发射
射孔径 (Synthetic transmit aperture, STA)由于每
提供了接近 10000帧/秒成像帧频，但是图像质量较
次仅有单个阵元发射，图像信噪比 (Signal-to-noise
差、对比度较低；通过71角度的相干复合，在成像区
ratio, SNR) 较低。并且，上述方法对帧频的提高效
域的所有深度都获得了图像质量的提升。
果有限。平面波成像通过单次全孔径发射 -接收即
为了尽可能保留平面波成像高帧频的优势，研
可获取整幅图像，显著地将成像帧频提升至 1000
帧/秒以上，已应用在剪切波弹性成像 [1] 、脑功能成 究人员开始将新的先进波束合成方法应用于平面
像 [2] 以及超声定位显微成像 [3] 等方面。 波成像中，以减少达到同样图像质量所需要发射的
平面波成像的过程如图 1 所示 [4] 。平面波成像 平面波数量。这些波束合成方法可以分为自适应、
通过控制阵元激励延时，发射具有平面波前的超声 基于逆问题求解以及基于深度学习等 3 类，本文将
波以覆盖整个成像区域 (图 1(a))，然后用全孔径接 对其研究进展进行综述。

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图 1 单一角度平面波成像的流程图 [1]
Fig. 1 Schematic representation of the single transmit plane wave method [1]