一种基于声波时间反转法的超声扫描与检测方法

摘要

本发明提供一种基于声波时间反转法的超声扫描与检测方法，在预设焦点处放置一假想声源发射声脉冲，由介质结构计算出换能器各阵元接收的声信号；将得到的声信号进行时间反转处理，并将其作为激励脉冲加载到对应的换能器阵元上进行激励，使声场在预设焦点处聚焦；换能器各阵元再接收回波声信号，进行采集和存储；将回波声信号进行时间反转处理，通过相关计算得到上述预设焦点处的声信号，将这个声信号作为检测数据进行分析和判断；不断改变上述预设焦点位置，重复上述过程，从而对整个检测区域进行扫描和检测。本发明利用声波时间反转自适应聚焦及超声相控阵电子扫描方式实现多种波包同时聚焦的超声扫描与检测，且可得到较高的信噪比和图像分辨率。

主权项

1.一种基于声波时间反转法的超声扫描与检测方法，包括如下步骤：(a）首先，在待检测区域上的任意位置预设一个焦点A,并假设在该预设焦点A处放置一个假想声源发射声脉冲信号，然后，由介质结构计算出换能器各阵元接收的由该假想声源发出的声信号，假设将该声信号记为U_i(t)，其中下标i表示换能器各阵元的编号；(b)将计算出的各阵元接收到的所述声信号U_i(t)进行时间反转处理，即在时序上进行反序得到U_i(T-t)，其中T为一个相对较长的时间宽度，表示在时间反转处理过程中开窗所取的时间宽度，然后将这个时间反转信号U_i(T-t)作为激励脉冲加载到对应的换能器阵元上进行激励，使声场在预设焦点处聚焦，根据时间反转法原理，此时声场将自适应地聚焦于A点处，来自不同阵元和以不同速度传播的波包都同时到达A点，多种波包在A点同时聚焦；(c)然后，所述换能器各阵元再接收回波声信号，将回波声信号进行采集和存储，并记为U′_i(t)；(d)接着，将U′_i(t)进行时间反转处理得到U′_i(T-t)，然后假定将U′_i(T-t)作为激励信号f_i′(t)加载到换能器对应的阵元上使换能器所有阵元进行激励，通过计算得到A点处的声信号U_A(t)，该U_A(t)就是聚焦接收后的检测信号，作为检测数据进行分析和判断；(e)不断地改变A点的位置，重复进行上述(a)～(d)的处理过程，从而对整个检测区域实现聚焦、扫描和检测；所述步骤（a）中计算当该假想声源激励时换能器各阵元接收到的声信号U_i(t)的方法包括：射线近似法、有限差分法以及有限元法，当采用射线近似法时，假设该假想声源的激励脉冲为f(t)，在背景介质为均匀介质并只考虑纵波和横波的条件下，则U_i(t)写为：$U_i\left(t\right)=U_i^{P}f(t-r_i/v_p)+U_i^{S}f(t-r_i/v_s),$其中,下标i表示换能器各阵元的编号，和分别为第i阵元上的纵波和横波的幅度，r_i为该假想声源到第i阵元的距离，v_p和v_s分别为背景介质中纵波和横波的传播速度；所述步骤（d）中计算聚焦接收后的检测信号U_A(t)的方法包括：射线近似法、有限差分法以及有限元法，当采用射线近似法时，假设在背景介质为均匀介质且只考虑纵波和横波时,则$U_A\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{U}_i^A\left(t\right),$其中，$U_i^A\left(t\right)=U_i^{\mathrm{AP}}{f_i}^{\prime }(t-r_i/v_p)+U_i^{\mathrm{AS}}{f_i}^{\prime }(t-r_i/v_s),$N为换能器阵元的个数，f_i′(t)＝U′_i(T-t)，和分别为第i阵元激励时焦点处的纵波和横波的幅度，r_i为第i阵元到焦点的距离。