Field II 超声相控阵成像系列2—

Field II 超声相控阵成像系列1中使用Field II仿真了平面波成像，与平面波相比，聚焦成像像在焦点处分辨率、信噪比更强。平面波发射一次获取整个图像，而聚焦成像需要发射多条扫描线以成像整个区域，与平面波相比其成像帧率大大降低。理想上我们希望对每一个深度上的点进行发射聚焦，但由于声波传播需要时间，一副图像的形成包含N*M个点，需要上万次发射，无法实时成像。本文在这里只介绍单点聚焦成像。

聚焦扫描成像的波束合成采用目前常用的延时叠加 (delay and sum, DAS ) 算法。通过计算每条聚焦扫描线上每个像素点的总延时，从接收阵元中取出对应时间的回波采样数据，然后把不同阵元上反映同一像素点的数据进行相加，最终得到一个增强的幅值信号。

图1

图1为相控阵成像的成像空间坐标，X轴代表成像的Lateral方向，沿换能器阵列；Z轴代表Axial方向，与超声传播方向平行；Y轴代表Elevation方向。

图2

图2示意图为相控阵在成像时第一条扫描区域的位置，因此在对不同扫描线产生的数据进行波束形成时，其扫描区域要与之对应，这样才能正确重建Bmode影像。

仿真程序：

注：相控阵在聚焦成像时，发射中心位置永远在阵元中心位置处，且所有阵元通道均开放

1.参数设置

trans.fc=6e6;
trans.numele = 64;
trans.width =136.9e-6; % width in mm
trans.pitch = 171.1e-6;   % Spacing between elements in mm.
trans.kerf=trans.pitch-trans.width;
trans.heigh=14e-3;
trans.elevationFocus =60e-3; % nominal elevation focus depth from lens on face of transducer (spec)
trans.focus=[0 0 100e6]/1000;
trans.ElementPos = trans.pitch*(-((trans.numele-1)/2):((trans.numele-1)/2));
trans.c=1540; % speed of sound
xT=trans.ElementPos;

2 定义成像参数，聚焦参数

%% some necessary parameters defined by yourself
userset.theta = -pi/4;
userset.fs=100e6; % sampling frequency
userset.dep1=0e-3; % image start depth
userset.dep2=80e-3; % image end depth
userset.lat1=trans.ElementPos(1); %image start lateral position
userset.lat2=trans.ElementPos(end); %imade end lateral position
userset.txfocus=30e-3;
userset.Raynum=128;
userset.rayDelta = 2*(-userset.theta)/(userset.Raynum-1);
userset.aperture = 64*trans.pitch;
trans.radius = -(userset.aperture/2)/tan(-userset.theta);

3 计算仿真数据

%% calc scat spot
Angles= userset.theta:userset.rayDelta:(userset.theta + (userset.Raynum-1)*userset.rayDelta);
txfocus=userset.txfocus;
for i=1:userset.Raynumtxorigin=-(trans.radius*tan(Angles(i)));xorg(i)= txorigin;txsteer=Angles(i);[x_focus,z_focus]=calc_focal(txorigin,txsteer);%%tx_dd(i)=calc_delay(xT,x_focus,z_focus);xdc_apodization(emit,0,ones(1,trans.numele));xdc_apodization(rcv,0,ones(1,trans.numele));xdc_center_focus(emit,[0 0 0]);xdc_focus_times(emit,0,tx_dd);xdc_focus_times(rcv,0,zeros(1,trans.numele));
%% set point targetpoint_pos=[ 0 0 10;0 0 20;0 0 30;0 0 40;0 0 50;0 0 60;0 0 70]/1000;point_amp=20*ones(1,max(size(point_pos)));[v_temp,tstart(i)]=calc_scat_multi(emit,rcv,point_pos,point_amp');rf_data(1:max(size(v_temp)),:,i)=v_temp;end

4 波束形成

[xx,zz]=ImageRegion(userset.lat1,userset.lat2,userset.dep1,userset.dep2);
x=xx(Region.idx);
z=zz(Region.idx);
rf=hilbert(rf_data);
dasdata = zeros(size(xx,1),size(xx,2));
tic
for ii=1:userset.angnumrf_an=rf(:,:,ii);%% Do ImagingdTX =sqrt( (x(k)).^2+(z(k)-trans.radius).^2)+trans.radius; % TX distancedRX = sqrt((xT-x(k)).^2 + z(k).^2); % RX distancetau = (dTX + dRX) / trans.c+max(tx_dd(ii)); % TX+RX travel timedasdata(:,:)=das(rf_an,tau,trans)endFrameData = abs( dasdata);
DisplayData = FrameData;
maxd = max(abs(DisplayData(:)));
f1 = figure;
imagesc(X*1000,Z*1000,20*log10(FrameData/maxd),[-60,0]);colorbar;

5 成像结果

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