面向稀疏阵元探头的超声图像重建方法及系统与流程

本申请涉及超声成像及医学图像处理，尤其涉及一种面向稀疏阵元探头的超声图像重建方法及系统。

背景技术：

1、便携式、手持式超声设备具有体积小、部署灵活和使用场景广等特点。受探头尺寸、功耗、散热能力及数据传输带宽限制，部分便携式探头采用数量较少或者间隔较大的接收阵元。阵元采样密度降低后，接收孔径所包含的空间信息减少，容易影响图像的横向分辨率、对比度和深部组织边界表现。

2、现有技术或者依赖高密度阵元硬件获取较完整的通道数据，或者在波束形成后的图像上执行插值、去噪和超分辨率处理。前一种方式不利于探头小型化，后一种方式难以恢复图像生成前已经缺失的通道信息，并且处理结果可能与探头实际采样响应不一致，容易产生伪影、边缘模糊或者局部细节失真。

3、此外，便携设备的端侧计算资源有限，不同探头之间还可能存在制造和响应差异。因此，如何在不增加实际阵元数量的情况下，利用有限算力获得与探头采样过程相协调的完整通道数据，是便携超声成像需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请提出了一种面向稀疏阵元探头的超声图像重建方法及系统，以期在不增加探头实际阵元数量的情况下，恢复缺失通道信息并提高重建结果与实际采样过程的一致性。有利于提高稀疏阵元便携超声设备的成像分辨率及对比度。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种面向稀疏阵元探头的超声图像重建方法，应用于超声图像重建设备，所述方法包括：

3、获取目标稀疏阵元探头的重建输入数据，所述重建输入数据包括探头物理特性数据、成像控制数据以及由所述目标稀疏阵元探头采集的稀疏通道回波射频信号，所述探头物理特性数据用于表征阵元采样结构和阵元响应特性，所述成像控制数据用于表征声传播条件和成像范围；

4、对所述稀疏通道回波射频信号进行预处理，得到稀疏射频信号；

5、根据所述探头物理特性数据和所述成像控制数据确定物理前向模型，所述物理前向模型用于表征全通道射频信号至所述稀疏射频信号的采样映射关系；

6、通过重建网络对所述稀疏射频信号进行多尺度特征提取、逐级解码和物理一致性修正，得到全通道高分辨率射频信号；所述物理一致性修正由所述物理前向模型约束；

7、对所述全通道高分辨率射频信号进行波束形成和图像后处理，输出高分辨率超声图像。

8、可以看出，本实施例先根据探头物理特性数据和成像控制数据形成物理前向模型，再在重建网络的处理过程中调用该物理前向模型修正候选重建结果。由此，通道补全过程不仅依据训练样本中的数据规律，还受到目标探头实际采样过程的约束，有利于减少缺失通道恢复所引起的伪影和细节失真。

9、第二方面，本申请实施例提供了一种面向稀疏阵元探头的超声图像重建系统，包括：

10、数据获取模块，用于获取目标稀疏阵元探头的重建输入数据，并对所述重建输入数据中的稀疏通道回波射频信号进行预处理，得到稀疏射频信号；所述重建输入数据包括探头物理特性数据、成像控制数据以及由所述目标稀疏阵元探头采集的所述稀疏通道回波射频信号；

11、模型确定模块，用于根据所述探头物理特性数据和所述成像控制数据确定物理前向模型；所述物理前向模型用于表征全通道射频信号至所述稀疏射频信号的采样映射关系；

12、信号重建模块，用于通过重建网络对所述稀疏射频信号进行多尺度特征提取、逐级解码和由所述物理前向模型约束的物理一致性修正，得到全通道高分辨率射频信号；

13、图像生成模块，用于对所述全通道高分辨率射频信号进行波束形成和图像后处理，输出高分辨率超声图像。

14、该系统通过各功能模块之间的数据传递实现前述方法，使物理前向模型的确定结果由信号重建模块实际调用，并使重建得到的全通道射频信号继续用于波束形成和图像生成，从而形成连续的超声图像重建处理链。

15、第三方面，本申请实施例提供了一种超声图像重建设备，包括处理器、存储器、通信接口，以及一个或多个程序，所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置由所述处理器执行，所述程序包括用于执行本申请实施例第一方面中的步骤的指令。

16、第四方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如本实施例第一方面中所描述的部分或全部步骤。

17、可以看出，本申请实施例中，相对于现有依赖高密度全通道采集或者仅在图像域进行后处理的超声重建方式，本申请能够在不增加探头实际阵元数量的情况下，在射频信号域恢复缺失通道信息。超声图像重建设备首先获取目标稀疏阵元探头的重建输入数据并形成稀疏射频信号，其次根据探头物理特性数据和成像控制数据确定物理前向模型，然后通过重建网络依次进行多尺度特征提取、逐级解码和物理一致性修正以形成全通道高分辨率射频信号，最后进行波束形成和图像后处理并输出高分辨率超声图像。由于物理前向模型表征了实际探头由全通道信号至稀疏通道信号的采样过程，使得逐级解码结果能够依据物理一致性偏差被持续修正，从而抑制通道补全引起的伪影、边缘模糊和细节失真，有利于提高稀疏阵元便携超声设备的成像分辨率及对比度。

1.一种面向稀疏阵元探头的超声图像重建方法，其特征在于，应用于超声图像重建设备，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述当前级候选重建特征进行物理一致性修正，得到当前级校正重建特征，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述物理前向模型对所述当前重建信号进行前向投影，得到预测稀疏射频信号，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述成像控制数据还包括成像深度；所述根据所述频率响应特性和所述传播特性数据对所述阵元采样信号进行传播响应处理，得到阵元响应信号，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述传播特性数据和所述成像深度确定各采样时刻对应的时序传播参数，包括：

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，在通过所述重建网络对所述稀疏射频信号进行处理之前，所述方法还包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将满足收敛条件的待训练网络确定为所述重建网络，包括：

8.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，在得到全通道高分辨率射频信号之后，所述方法还包括：

9.一种面向稀疏阵元探头的超声图像重建系统，其特征在于，包括：