[发明专利]一种基于射线理论的超声CT图像重建方法及系统

说明书

本发明属于功能成像技术领域，公开了一种基于射线理论的超声CT图像重建方法及系统，其中方法包括基于射线理论的超声CT声速重建方法及超声CT衰减系数重建方法；基于射线理论的超声CT声速重建方法包括：(1)渡越时间之差的提取；(2)计算声波从发射阵元到接收阵元经过的射线路径；(3)反问题的求解：通过采用拟牛顿法解路径‑慢度‑时间方程组，即可得到待测对象的速度重建值向量。本发明通过对方法的整体流程进行改进，尤其是通过对射线理论的优化，利用特定的射线计算处理方式，可实现快速、稳定的超声CT声速重建及超声CT衰减系数重建，进而实现了基于射线理论的超声CT图像重建。

技术领域

本发明涉及超声断层成像中透射式超声成像模式，属于功能成像技术领域，更具体地，涉及一种基于射线理论的超声CT图像重建方法及系统。

背景技术

超声CT是指通过超声探头对物体发射超声波并接收反射数据或者透射数据，利用这些数据重建出超声断层图像，以便观测物体内部的三维信息。超声检测具有价格低廉、对人体无害等优点，随着探头加工工艺和计算机高性能运算的快速发展，超声断层成像技术近些年来又再次成为了研究热点。

超声CT成像有两种成像模式，反射式成像和透射式成像。由于采集多方位的反射信息，超声CT的反射图像具有更高的图像分辨率，以便辅助医生看到更微小的病变组织。而通过透射数据可以重建出声速、衰减系数等功能参数，属于功能像的领域。有研究指出，在病变早期，病变组织先有功能参数的变化，后有结构变化。因此，透射式成像对病变的早期成像和诊断具有重要意义，能更早地诊断出病变。

超声CT声速重建和衰减系数重建的重建方法大致相同，以超声CT声速重建方法为例，超声CT声速重建方法包括基于射线理论的重建方法和基于波动理论的重建方法。基于波动理论的重建方法成像分辨率更高，但是受微小误差扰动影响较大，因而不够稳定，并且运算量极大，目前还不适用于实际应用。基于射线理论的重建方法模型更简单，鲁棒性更高，并且运算量更小，目前来看是一类高效的、稳定的、实用的声速重建方法。

目前国内外对超声CT声速重建方法的研究甚少。主要原因是该技术存在几个难点：超声CT系统的搭建难度较大，数据获取困难；超声CT声速重建方法涉及大尺度的矩阵运算，需要大量的计算开销；超声CT声速重建过程需要解决一个反问题，因而反问题的求解是一个难点。

基于射线理论的超声CT声速重建方法存在几个难点：渡越时间的准确提取难度较大，受噪声影响和系统误差影响较大；射线路径的计算方法众多，针对不同应用场景适用性不同；同样需要解决一个反问题，反问题的求解是一个难点。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于射线理论的超声CT图像重建方法及系统，其中通过对方法的整体流程进行改进，尤其是通过对射线理论的优化，利用特定的射线计算处理方式，可实现快速、稳定的超声CT声速重建及超声CT衰减系数重建，进而实现了基于射线理论的超声CT图像重建。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于射线理论的超声CT声速重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)渡越时间之差的提取：

首先基于同一发射阵元和接收阵元，发射超声波后分别采集来自纯水和待测对象的超声透射波的数据，分别得到按通道一一对应的纯水数据、以及待测对象数据；

然后采用AIC法提取纯水数据的渡越时间，记为tof_water；接着，确定匹配窗，以tof_water为窗起点，以纯水数据的最大幅值处时间t_watermax为窗终点，则，窗长度记为w，匹配窗内的窗数据记为W_water；