[发明专利]基于带约束最小二乘法的超声衰减系数成像方法

权利要求书

1.一种基于带约束最小二乘算法的衰减系数评估方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将接收到的原始射频回波信号划分成若干个相互重叠的数据块；

（2）将FWHM值和误差作为指标，对窗长和窗宽参数进行最优化选取，使得超声衰减成像的评估精确度和空间分辨率综合目标下最优；

（3）在数据块内利用welch算法对功率谱进行评估，并利用平滑窗对回波功率谱进行平滑处理，以减少噪声对评估结果的影响；结合功率谱信息和约束条件，引入一个带三参数的数学模型并利用最小二乘算法对代价函数进行拟合，以同时评估数据块内的局部衰减系数和背散射系数；

（4）对每个数据块进行局部衰减系数评估，将评估值作为数据块对应区域的衰减系数，将所有数据块内的衰减系数进行成像，即得到超声衰减成像。

2.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于所述对参数进行最优化选取，其具体步骤为：

选取窗长的最优化参数：将FWHM值作为评估指标，其表达式为：

(1)

f_max和f_min分别为-20dB带宽范围内的频率最大值和最小值，f_peak为-20dB带宽范围内的中心频率，参数选取为使FWHM值稳定且最小的值；

为寻找使FWHM值稳定的最小值，以一个发射脉冲的长度作为步长，通过使数据块在纵向长度以一个步长进行迭代并计算FWHM值，从而观察窗长与FWHM间的关系；

选取窗宽的最优化参数：将观察评估结果与真实值之间的误差作为评估指标，其中误差的表达式为：

(2)

其中，为真实值，为评估值，参数选取为使误差值稳定且最小的值；

为寻找使误差值稳定的最小值，在选择窗宽的最优参数时，将扫描线数以步长为1进行遍历以观察窗宽与误差间的关系。

3.根据权利要求2所述的评估方法，其特征在于所述利用最小二乘算法对代价函数进行拟合的具体步骤为：

设在相同深度上目标回波信号功率谱与参考回波信号功率谱的比值可表示为:

(3)

其中，B为扩散因子，为衰减因子，下标s和r分别代表目标仿真和参考仿真，β表示衰减系数与频率间的斜率，b为常数，f为频率，z为感兴趣区域距离探头表面的距离，n表示背散射系数的频率依赖性；对(3)式左右两边取自然对数，得如下式：

(4)

为了简化式(4)，进行如下替换：

(5)

于是式(4)表达为：

(6)

式(6)中有三个未知数b、n、β，为求解式(6)，在频带范围内引入最小二乘拟合过程，即：

(7)

其中，K为用于评估未知参数的频率成分个数；同时引入了如下的约束条件：

(8)

根据该约束条件，可提高在背散射特性具有均一性的感兴趣区域内的衰减评估准确性。