基于射线模型的超声声速层析算法研究进展∗

朱 翔 田 超

(中国科学技术大学工程科学学院 合肥 230027)

0 引言

超声层析成像是一种根据穿透物体声波信号反演物体内部声学特性的成像技术，其可以分为反射型层析成像和透射型层析成像[1−2]。反射型层析成像通过探测被组织反射的声波信号，可以重建组织的阻抗特性。透射型层析成像通过探测穿透组织的声波信号，可以反演出组织的声学特性如声速度和声衰减。1974年，Greenleaf等[3]利用透射型超声层析成像实现了组织声学吸收的定量表征。超声层析成像提供的生物组织声速分布信息可以帮助医生区分正常组织和病灶部位[4−6]，在乳腺癌早期诊断等方面有重要作用[7−8]。

生物组织声速图像的重建通常利用透射超声波信号，如图1所示。环形超声换能器包围待成像生物组织，换能器阵元依次发射超声波信号，对面换能器阵元接收穿过组织的超声信号，并进行数据分析和反演重建[2,9−10]。除利用透射信号外，也有同时结合反射信号和透射信号进行组织声速分布重建的相关研究[11−14]。目前超声层析成像图像重建方法主要分为两类，分别为基于射线模型[15−18]和基于全波模型[19−23]的重建算法。基于射线模型的重建算法利用超声波的高频近似[24]，忽略了超声传播过程中可能的衍射和散射过程，认为声波在组织内近似沿射线传播。基于全波模型的重建算法通过求解波动方程来代替射线模型的高频近似，前向过程考虑到了声波的反射、衍射以及散射等物理现象，可以得到较射线类重建算法更优的图像分辨率。……