用于乳腺三维超声层析成像的折射校正射线反演方法

过去十年中，由于超声和计算硬件的改进，超声层析成像重新引起了人们的兴趣，尤其是在乳腺成像方面。特别是，三维超声层析成像，一种将待成像介质由超声换能器包围的全息层析方法，已变得可行。本文针对半球形探测器阵列，全面推导并研究了一个鲁棒的三维大尺度弯曲射线超声层析成像框架。推导并比较了两种射线追踪方法。更重要的是，由于射线轨迹的自由度很高，在三维中连接发射器和接收器之间的射线是一个具有挑战性的问题，本文将其作为最小化问题和求根问题进行了分析。针对凸检测面参数化了射线连接问题，并构建和演示了三种鲁棒、精确且高效的射线连接算法。为了稳定这些方法，提出了新颖的自适应平滑方法，以控制更新矩阵的条件数，确保精确连接。将估计声速的非线性超声层析成像问题重铸为一系列线性化子问题，每个子问题都使用上述算法并在最速下降方案中求解。整个成像算法在使用全波声学模型和解剖学乳腺体模模拟的、并包含了实测数据中会存在的渡越时间拾取误差的真实数据上，被证明是鲁棒且精确的。该方法可用于提供低伪影、定量精确的三维声速图。除了其本身的应用价值外，这种三维声速图还可用于初始化全波形反演方法，或作为光声层析成像重建的输入。