Page 37 - 《应用声学》2022年第5期

第 41 卷 第 5 期 那雪璐等： 菲涅尔区域的乳腺三维超声成像技术 713

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图 4 柱面传感阵列示意图
Fig. 4 Schematic diagram of cylindrical sensor array

根据上述对于声速慢度成像的二维及三维成 图 7(a) 所示，声波传播如图 7(b) 所示，发射声信号
像理论分析，利用柱面传感阵列的优势，将三维问 波形如图7(c)所示。
题降维，分解为多个二维成像问题，能够从一定程
度上减弱三维成像相较二维成像的算法计算量大 ᣥКಏ᭧᫼ଌஆηՂ
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的问题。实现乳腺三维声速成像的具体流程如图 5 k ˔ဗॎ᫼ѵଌஆηՂ
所示。
ኄ k i ˔ဗॎ᫼ѵଌஆηՂ
图 5 中，首先根据柱面阵中环形传感阵列的分
布将乳腺划分为数个冠状面；然后基于 1.1 节菲涅 ᤩ࠱௑ᫎଢԩ
尔区域法实现乳腺冠状面的二维慢度成像；最后，结
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合柱面传感阵列的分布特征整合数据呈现乳腺组
织三维成像。
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2 仿真计算 ܦᤴਥएᤖ̽

本文采用声学工具箱 k-Wave 实现乳腺中声波 ա
时域仿真与信号采集。按照 1.2 节要求，设计如图 6 DT count > DT count-1 ⋆
所示的三维模型。定义乳腺病变标号如图 6(b) 所 ௧
示，与表1参数相对应，且全文病变标号一致。 δߛኄcount-1൓ᤖ̽ܦᤴਥएͻ˞ኄ k i ˔ဗॎ᫼ѵੇϸፇ౧
设置如表 2 所示的仿真参数：入射信号中心频
k i / k i ⇁
率为1 MHz，网格步长为0.4 mm，网格步长小于1/3
波长，满足了空间采样定理。时间步长设为0.075 µs， ௧
满足了时间采样定理：dt = (CFL × dx)/c max ，其 k i < k ?

中，CFL(Courant-Friedrichs-Lewy) 数设为 0.3，dt ա
表示时间步长，dx 表示网格步长，c max 表示乳腺组 k˔ဗॎ᫼ѵੇϸ஝૶ોऀଆѵ
织中最大的声速。本文依次将每个阵元作为发射
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端，位于发射阵元对立面的覆盖约270 的阵元作为
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接收信号，实现一发多收，满足环形传感阵列的成 图 5 三维成像流程图
像需求。组成柱面环形传感阵列的一个环形阵列如 Fig. 5 The flow chart of three-dimensional imaging