基于曲光线跟踪算法的超声成像实时模拟研究

倪 东，陈思平，汪天富

医学超声关键技术国家地方联合工程实验室，广东省生物医学信息检测与超声成像重点实验室，深圳大学医学院，深圳518060

医学超声因具有无损、无辐射、实时、便捷等特点，被广泛应用于临床诊断、治疗和介入手术引导中. 在医学超声成像研究中，为优化超声探头设计，Jensen［1-3］提出一种用于任意形、不等指长换能器的脉冲压力场的模拟方法，在工业界和学术界均取得巨大成功. 该方法产生的超声模拟图像虽然较为逼真，但是往往需要几个小时才能产生一幅图像.

近年来，越来越多的研究者开始关注实时超声成像模拟，Maggie 等［4-5］提出从真实超声体数据中提取超声图像纹理来构建超声模拟图像. Henry［6］和倪东［7］等提出利用虚拟的超声探头，从已获取的宽视野三维超声数据中获取二维超声图像. 但是，构建宽视野三维超声数据需要鲁棒的图像配准和拼接算法，或者需要利用定位器来确定不同三维超声数据间的位置关系. Shams 等［8］提出通过合成离线获取的散射图和在线获取的反射图来获取超声图像，其中散射图通过Field II 软件获取. 这种方法的一个局限性是即使在一个有20 个CPU 的计算机服务器上，产生散射图也需约30 h. Song［9］提出用光线跟踪算法模拟声束，并用于心脏超声图像的模拟. 这种方法用理想化的光线模拟声束，光线不具有面积，降低了模拟图像的真实性. 文献［4-9］的另一个局限在于不能实时调整超声成像的重要参数，如声波频率……