基于行-列寻址阵列和全矩阵采集的3D f-k迁移波束成形在超声成像中的高效应用

　　本文综述了采用行-列寻址（RCA）阵列和全矩阵采集（FMC）数据进行三维（3D）超声成像的创新方法，提出基于频率-波数（f-k）迁移的波束成形算法，显著降低计算复杂度（从O(MH2N2)降至O(MH2log2(MH2))），并在点模拟、仿体实验和活体验证中证明其提升分辨率（侧向半高全宽/FWHM优化达20%）、对比度（CR/CNR/sSNR/gCNR改善11-28%）和成像效率（CPU处理提速数百倍）的综合优势。

　　

Highlights

方法

RCA探头由两个正交重叠的一维线性阵列（即行阵列和列阵列）组成，每个元件的长度等于线性阵列的长度（见图1）。RCA阵列的元件可由多通道系统独立控制，用于超声的发射和接收。使用FMC数据的全聚焦方法（TFM）概念源于采用一维阵列的合成孔径成像模式，其中每个元件依次发射超声，所有元件接收回波信号。

实验设置

通过模拟、线靶实验、仿体实验和活体实验验证所提方法的有效性。模拟中，RF信号通过Verasonics多通道系统（Vantage 256）的模拟模式获取。五个点散射体沿中心轴布置，深度范围15-55 mm（间隔10 mm）。十二个点散射体定位于15 mm、25 mm和55 mm深度。

点模拟

采用两种不同方法重建的模拟点目标三维图像如图3(a,b)所示。可见点散射体在两种方法中均准确定位。点图像几乎一致，但DAS在翼状伪影末端显示更宽宽度，而f-k在15 mm深度点处引入额外十字形伪影。截面图像（包括...

讨论

采用一维阵列FMC数据的二维超声成像至关重要且已被广泛研究[42]。本研究开发了基于RCA阵列FMC数据的相应三维体积成像模式，通过在发射和接收过程中实现各体积点的动态聚焦获取高质量图像。然而，由于元件数量增加，三维成像的计算负担显著更高。

结论

本文开发了使用RCA阵列采集FMC数据的三维超声模式。相应f-k迁移波束成形器的提出旨在降低与DAS算法相比的计算负担。使用模拟、实验和活体数据集评估波束成形器的成像性能。结果表明，与传统DAS方法相比，所提f-k方法可增强分辨率和对比度，同时抑制杂波和噪声。