Page 138 - 《应用声学》2022年第1期

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成像和散斑跟踪方法对颅内点目标进行成像和运 其中，延迟时间 τ 包含平面波到达时间和散射波返
动速度/位移估计，再利用由 CT 图像获取的颅骨声 回换能器阵元x k 的时间，即
参数先验模型，采用近似的射线声学理论方法校正
τ(θ, x k , x, z) = τ emit + τ rec , (2)
平面波经颅入射和反向散射波穿过颅骨时的相位
畸变。分别通过数值仿真和体模实验，分析颅骨对 其中，假设介质声速均匀，声速为 c 时，τ emit 、τ rec
目标点成像及位移/速度检测的影响，并验证相位 分别为
校正方法对成像结果的改善效果。 L i z cos θ + x sin θ
τ emit (θ, x, z) = = , (3)
c c
√
2
1 基本原理 L r z + (x − x k ) 2
τ rec (x k , x, z) = = . (4)
c c
1.1 平面波相干复合成像 将不同角度发射时得到的图像相干叠加，即可得到
平面波成像一次发射即可覆盖较大区域，与传 最终的复合成像结果。
统聚焦扫描方法相比具有成像帧频高的优势。非聚
Array
焦发射会带来图像分辨率与对比度下降的问题，本 θ
x
O
文采用多角度相干复合方法 [25] ，在提高扫查帧频的 x k
同时保证成像质量。
超声换能器所有阵元以一定初始相位发射脉 L i L r
冲信号，使超声波按照设定的偏转角度传播，在成像
目标区域内波阵面可近似看作平面波；声波在声阻
(x֒ z)
抗发生变化的位置发生散射，散射点可看作被动点 ங࠱ག
声源，产生的散射波以球面波形式传播，回到换能器 ੇϸӝ۫
并被各阵元接收，如图1所示。
z
Ϡᝈࣱ᭧ฉฉ᫼᭧ 图 2 偏角平面波声传播路径示意图
Fig. 2 Diagram of the path of declination plane
waves

1.2 散斑跟踪运动目标速度矢量成像
在平面波成像得到的图像序列基础上，应用散
斑跟踪方法，通过跟踪目标点回波信号特有的散射
ங࠱ག 子斑点信息，可以得到目标点位移，结合成像帧频信
息即可估算出运动目标的速度矢量。
图 1 偏角平面波发射接收示意图
假定散斑图像在短时间内除空间位置的变化
Fig. 1 Diagram of deflection plane wave transmis-
sion and reception 偏移外稳定无变化，如图 3所示，首先在超声图像上
选取适当尺寸的采样窗口作为参考窗，在下一帧图
偏角平面波声传播路径如图 2 所示，假设发射
像中取同一中心更大范围的窗口作为搜索窗。利用
平面波次数为 m，θ 1 , θ 2 , · · · , θ i , · · · , θ m 为平面波每
归一化的二维互相关匹配算法，在搜索窗内进行二
次发射的偏转角度；假设换能器沿 x 轴排列，n 为
维搜索，得出归一化互相关峰值所在位置，即参考窗
阵元总数，x 1 , x 2 , · · · , x k , · · · , x n 为换能器阵元的
与搜索窗的最佳匹配位置 [26] 。根据连续两帧图像
横坐标，则根据成像目标区域内某一空间位置(x, z)
之间数据窗与匹配位置的相对位移，以及获取两幅
与换能器阵元的距离关系，对各阵元的接收信号经
图像的时间间隔，即可计算出该处散射目标的运动
延迟叠加可得到该位置对应像素点的灰度值：
速度矢量。移动采样窗口并重复以上过程，对整幅
m n
∑ ∑
s(x, z) = RF(x k , τ(x k , x, z, θ i )), (1) 图像进行遍历，可得到整幅图像各点的运动速度。
i=1 k=1