Page 137 - 《应用声学》2022年第1期

第 41 卷 第 1 期 李倩岩等： 平面波经颅超声成像相位校正及散斑跟踪 133

the influence of the phase distortion on imaging and speckle tracking was studied by numerical simulation and
phantom experiment, and an approximate phase compensating method based on acoustic ray theory was used.
The numerical results show that the relative error of target velocity estimation is about 55% due to the presence
of skull, and the error is reduced to about 12% after phase correction. In the phantom experiment, the average
errors of target displacement size and angle estimation are about 16% and 28% respectively before correction,
and both are reduced to about 1% after correction. The research results can provide theoretical guidance
and technical support for the development of ultrasonic diagnosis and treatment equipment for craniocerebral
diseases.
Keywords: Plane wave imaging; Coherent composite; Speckle tracking; Transcranial ultrasound

内目标进行超声成像和速度检测时会出现误差大、
0 引言
信噪比低等问题。因此，经颅超声成像中需要对颅
骨导致的相位畸变加以校正，而颅骨厚度和内部声
利用超声对脑组织进行成像，并对脑血管中
学参数的非均匀性使相位畸变随声波入射位置和
的超声造影剂微泡进行速度检测，可以显示脑部
角度而变化，增加了校正难度。针对经颅超声成像
血流动力学特征，对阿尔茨海默症 [1] 、脑卒中 [2] 等
脑疾病的诊断具有重要作用。与目前临床脑血管 中的相位畸变校正，Vignon 等 [14] 提出一种声学自
成像中常用的计算机断层血管成像 (Computed to- 适应聚焦方法，利用颅脑两侧相对的超声换能器阵
[3]
mography angiography, CTA) 、磁共振血管成像 列结合时空反转滤波器，改善超声聚焦和成像效果。
(Magnetic resonance angiography, MRA) [4] 等手段 Guasch等 [15] 提出利用环绕整个颅脑的换能器阵列
相比，超声检测具有更好的实时性，且设备便捷、成 进行超声信号的全矩阵采集，并用全波形反演方法
像无创无损。 自适应更新颅骨声速模型，可实现颅脑高分辨率成
传统的临床经颅超声成像主要透过颞骨、枕骨 像。这些方法需设计新的换能器阵列，而基于通用
等颅骨较薄部位 “声窗” 进行，如经颅多普勒 (Tran- 的医学超声换能器进行经颅超声成像的研究中，基
scranial Doppler, TCD) 和经颅彩色多普勒 (Tran- 本采用了利用颅脑 CT 图像获取颅骨声学参数 [16]
scranial color-coded duplex sonography, TCCD) ， 并补偿相位的办法。Soulioti等 [17] 利用时间反转法
[5]
探测范围受限。Du等 [6] 提出利用超声发散波成像， 分别在聚焦发射和接收波束形成过程中校正经颅
可以扩大经颞窗的颅内成像范围。自 Bercoff 等 [7] 超声相位，实现高分辨率成像。Jones 等 [18] 在被动
利用超快速平面波相干复合成像方法检测血流以 声声像中、宋亚龙等 [19] 在平面波成像中分别对比
来，颅脑血流超声成像技术得到了快速发展。Macé 了射线声学理论方法与时间反转法的相位补偿和
等 [8] 利用多角度平面波发射结合能量多普勒成像， 成像效果，认为时间反转法精度更高，但计算耗时过
实现了具有良好时空分辨率的大鼠脑功能成像，并 长，而射线声学方法可以实现相对简单高效的成像
进一步扩展至三维实时成像 [9] 。国内中国科学院深 校正。Wang等 [20] 、Sukhoruchkin等 [21] 利用数值仿
圳先进技术研究院等单位也在动物实验中实现了 真验证了射线声学校正方法可显著改善经颅聚焦
二维血流成像 [10] 。通过对高帧频图像中微泡的特 扫描成像分辨率。Jiang 等在合成孔径成像中利用
征点定位和跟踪，Errico 等 [11] 提出了超声显微镜 射线跟踪法校正超声相位 [22] ，又提出一种分层介质
(Ultrasonic microscope, ULM)技术，可实现超高分 成像的全矩阵相位偏移成像方法 [23] ，通过数值仿真
辨率的微细脑血管成像。以上研究工作中为了增强 和体模实验验证了成像效果。以上研究均为对脑组
回波能量，需要将颅骨削薄 [12] ，或者在血管中注入 织结构成像中的超声相位校正，最近 Demené 等 [24]
超声微泡造影剂 [13] ，但并未考虑颅骨对超声传播中 采用 ULM 技术进行了人体经颅血流成像，利用时
相位变化的影响。 间反转法校正了颅骨对超声相位的影响。
一方面，颅骨声阻抗与其他组织差异大、骨组 准确的脑血流成像对临床诊断具有重要意义，
织声吸收强、内部存在多孔结构等原因，使穿过颅 针对颅内血流超声成像中的相位校正问题，本文将
骨的超声幅度发生衰减；另一方面，颅骨声速远高于 脑血管中的超声造影剂微泡看作随血液流动而运
附近其他组织，造成经颅超声的相位畸变，在对颅 动的散射点，首先采用超声平面波多角度相干复合