用于三维超声成像的拆分式行列寻址面阵设计

摘要

基于面阵探头的3D超声成像已经逐渐运用于临床诊断中。面阵的设计是3D超声成像研究中的热点。如何设计一个适当的面阵分布以在不牺牲图像质量的前提下简化系统前端复杂度是阻碍面阵广泛应用的最大困难之一。传统的全采样阵列虽然可以在特定发射接收模式中获得最好的超声图像质量，但是极大的加工复杂度使得其很难在工业中实现。稀疏阵列通过减少发射接收事件中阵元的使用数量，可在一定程度上减少系统的前端复杂度，但是其旁瓣水平随着稀疏程度的增加而增加，影响3D超声图像的成像效果。行列寻址的提出，极大的简化了系统的前端复杂度，使得一个N×N面阵探头的物理连接数从全采样时的N2下降至2N。但是由于该设计方法的连接特性而无法完成发射阵列在行（或者列）方向上的聚焦，从而降低了3D超声图像在该方向上的图像分辨率。
　　为了改善行列寻址的图像质量，本文在行列寻址设计方法的基础上提出了拆分式行列寻址设计方法。该方法通过将行列寻址中连接在一个通道上的阵元划分为多个模块，每个模块中的阵元连接到一个通道上以达到超声波束在通道连接方向上聚焦功能。实验结果表明，模块划分越多，图像分辨率越好，但是系统的前端复杂度越高，因此寻找合适的划分模块数是本文研究的重点。除此之外，连接方案的选择也会影响图像质量，本文给出了以32×32阵列为例的连接方案和主旁瓣水平之间的关系。本文还对32×32阵列的不同划分情况进行Field II仿真分析。结果显示，对于32×32阵列，划分为5个模块，且每个模块中的阵元数分别为4，6，12，6，4的连接方案为图像质量和系统前端复杂度的最佳折中方案。另外，本文还寻找出不同大小阵列在采用拆分式行列寻址时的最优折中方案。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作、创新之处和内容安排

2 基于面阵的三维超声成像的声学背景

2.1 连续波声场辐射模型

2.2 超声波束的时空控制

2.3 三维超声的声学特性

2.4 本章小结

3 面阵阵列设计方法

3.1 面阵阵列设计准则

3.2 面阵阵列性能分析

3.3 本章小结

4 拆分式行列寻址阵列设计

4.1 拆分式行列寻址阵列的设计方法

4.2 拆分式行列寻址阵列的连续波辐射声场模型

4.3 连接方案对三维成像的影响

4.4 拆分数量对三维成像的影响

4.5 不同大小阵列的拆分式行列寻址设计方法

4.6 本章小结

5 拆分式行列寻址成像仿真实验

5.1 发射-接收阵列模式设计

5.2 phantom设计

5.3 实验结果及分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1 主要缩略词表

附录2 攻读学位论文期间发表论文目录