(Field II仿真)最小方差法波束合成

1. 超声波束合成作用:

• 将超声换能器转向或聚焦在来自特定点(通常称为焦点)的信号上
• 改善超声图像的对比度,空间分辨率和信噪比

2. 超声波束合成常见方法:

• 延时叠加法(delay-and-sum, DAS)

传统波束合成使用延时叠加法delay-and-sum, DAS,这种波束合成方法独立于回波数据,主瓣宽度过宽,旁瓣过高,得到的图像在分辨率和对比度上都存在缺陷。

传统DAS波束合成
• 最小方差法(minimum variance, MV)

自适应波束合成根据回波数据计算得到动态的加权值,充分利用了回波信号的特征,降低旁瓣信号,提高了图像的分辨率。目前最常用的自适应波束合成方法是Capon在1969年提出的最小方差法minimum variance, MV,其基本原理是通过保持期望方向上的增益不变,使阵列输出最小化。

自适应波束合成

3. MV波束合成

参考文献:Synnevåg, Johan-Fredrik, Austeng, et al. Adaptive Beamforming Applied to Medical Ultrasound Imaging.[J]. IEEE Transactions on Ultrasonics Ferroelectrics & Frequency Control, 2007.

3.1. 空间平滑 Spatial Smoothing
空间平滑

M:阵元个数
L:子阵长度,一般L≤M/2
M-L+1:子阵个数

3.2 对角加载 Diagonal Loading

△为常数,tr{·}计算矩阵的秩,采用△=1/L

3.3 计算权重

4. 仿真结果

tx:固定焦点60mm
rx:动态聚焦dynamic focus
96阵元,4MHz,18.5mm
散射点深度30-80mm,散射点间距2mm

DAS
MV
80mm成像深度处剖面图

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