基于发射几何的波束成形声速解析估计

大多数超声成像技术都需要将换能器阵元接收的时间信号转换为空间回声图这一基本步骤。该波束成形（BF）步骤需要已知成像介质中的声速（SoS）值。BF SoS 的错误假设会导致像差伪影，不仅使常规亮度模式（B-mode）图像的质量与分辨率下降，从而限制其临床可用性，还会损害弹性成像与空间 SoS 重建等其他依赖忠实波束成形图像作为输入的超声模态。本工作中，我们提出一种估计 BF SoS 的解析方法。我们表明，以假设 SoS 波束成形的各帧之间逐像素的相对位移是发射路径几何差异与该 SoS 假设误差的函数。利用此关系，我们建立了一个解析模型，其闭式解给出介质中假设 SoS 与真实 SoS 之差。基于此，我们校正 BF SoS，该方法亦可迭代应用。在仿真与实验中，与初始 SoS 假设误差 3.3%（50 m/s）相比，横向 B-mode 分辨率提升约 $\approx$25%，同时波束成形引起的定位伪影也得以校正。经过 5 次迭代，我们的方法在仿真中 BF SoS 误差低于 0.6 m/s，在实验体模数据中低于 1 m/s。32 个数值体模的波束成形残余时间延迟误差降至 0.07 $\mu$s，较初始不准确假设平均改善达 21 倍。我们进一步展示了所提方法在局部 SoS 图成像中的效用，其中使用我们的校正方法大幅降低了重建均方根误差，降至实际 BF SoS 下的下界。