[发明专利]一种前视3D内窥超声系统及成像方法

权利要求书

1.一种前视3D内窥超声系统，其包括主机、显示器、内窥导管、以及用于将所述主机与所述内窥导管相连接的连通器，其特征在于：所述的内窥导管包括同轴且相对转动设置的内部导管和外部套管，所述的前视3D内窥超声系统还包括设置在所述内部导管前端的超声换能器、设置在所述外部套管前端部的端板，其中所述超声换能器的工作面朝向所述端板，且靠近所述端板的内壁设置，所述端板上形成有条纹，自所述超声换能器所发出超声波穿过条纹区域的传输路径随着条纹的变化而变化，且形成相位延迟。

2.根据权利要求1所述的前视3D内窥超声系统，其特征在于：所述的超声换能器固定在所述内部导管前端，且与所述端板平行设置。

3.根据权利要求1或2所述的前视3D内窥超声系统，其特征在于：所述超声换能器的工作频率范围为1～60MHz，且直径小于3mm。

4.根据权利要求3所述的前视3D内窥超声系统，其特征在于：所述超声换能器为压电陶瓷、压电单晶、压电复合或者微电容式的传感器，其中传感器能够发射和接受超声波。

5.根据权利要求1所述的前视3D内窥超声系统，其特征在于：在所述的外部套管的后端还设有旋转柄。

6.根据权利要求1所述的前视3D内窥超声系统，其特征在于：条纹区域中的条纹所形成的声阻抗不同。

7.根据权利要求6所述的前视3D内窥超声系统，其特征在于：所述的条纹打印、喷墨、蒸镀、粘接、激光刻蚀、铸模形成在所述端板上。

8.根据权利要求7所述的前视3D内窥超声系统，其特征在于：在所述的端板上还设有将所述外部套管的内腔自前端部与外部连通的通孔。

9.根据权利要求1所述的前视3D内窥超声系统，其特征在于：在所述外部套管的前端部还设有金属标记物。

10.一种前视3D内窥超声系统的成像方法，该成像方法采用权利要求1至9中任一项权利要求所述的前视3D内窥超声系统，且该成像方法包括如下步骤：

1)、首先利用水听器进行前视3D内窥超声系统的声场测试和校准，具体的将置于条纹状端板后方的水听器正对处于激励状态的超声换能器，水听器与前视3D内窥超声系统的距离为z₀记录其切面每个位置的声场强度p₀(x,y,z₀,t)，利用角谱理论，计算其后方声场空间每个位置的声场强度：

其中，F_3D{}和是三维空间的傅里叶变换及逆变换，sgn(f)为取符号运算；

2)、根据散射子模型和声场线性传播理论，将得到的声场强度与水听器的脉冲响应h(t)进行卷积，得到该声场空间每个位置所对应的脉冲回波信号：

将得到的脉冲回波信号组成单次的空间测量矩阵转动条纹板，改变声场分布，重复上述过程得到多个单次空间测量矩阵将所有矩阵组成整体的空间测量矩阵：

3)、根据压缩感知理论，选用合适的稀疏矩阵Ψ，求得空间感知矩阵

H＝ΦΨ (4)

随后，使用3D成像装置获取待测目标的回波信号，具体操作如前文所述，得到N个角度的测量信号r_j(j＝1,2,2,N)，组成观测信号

4)、将观测信号和感知矩阵代入信号重构方程R＝Hx，选择合适的压缩感知重建算法求解重构方程，重建原始信号：

u＝Hv (5)

其中和θ是重建的和原始的稀疏信号，θ＝Ψv，|| ||₁和|| ||₂是1范数和2范数，ε是定义的可接受重建误差大小；

5)、根据互易定理，利用线性反演方法，将原始信号与空间像素分布进行映射，得到3D超声图像。