層析成像(Computed tomography 簡稱 CT)技術是指通過從物體外部檢測到的數據重建物體內部(橫斷面)信息的技術,也叫計算機輔助斷層成像技術。該技術可以套用多種能量波和粒子束:如 X 射線、電子、質子、超音波等。當 CT套用的能量波為超音波時,就稱為超聲層析成像(UCT)。這一技術的早期研究完全是模仿 X 射線。即假設超音波和 X 射線一樣,在物體內部是以直線傳播的,然後利用發射器到接收器之間的時間延遲或振幅衰減,來重建物體內部的聲速(折射係數)或吸收特性參數。但事實上,超音波具有明顯的衍射特徵,在界面上折射、衍射顯著,因而傳播路徑比較複雜。這使得 U-CT 的理論研究和 XCT有所不同。
目前超聲 CT 成像主要有透射型和反射型兩種,而圖像重建也有射線理論(幾何聲學理論)和衍射理論(波動聲學理論)兩種。透射型 CT 的超聲發射器和接收器位於被測介質的兩側,根據接收透射的超音波來得到介質的信息;反射型 CT 的超聲發射器和接收器都位於介質的同一側,通過接收反射的超聲回波來得到圖像信息。同時,與 B 型超聲掃描不同,在掃描過程中,兩種方法都要求圍繞物體不斷地旋轉發射器和接收器來得到不同方向上的超音波。重建理論中的射線理論相當於在無散射條件下將超聲射線的傳播路徑看作直線,即忽略介質的不均勻性對聲場的影響;衍射理論(衍射斷層成像)則考慮到聲波的散射效應,研究在弱散射的條件下,介質的不均勻性對聲場的影響,建立介質的參量與散射聲場邊界值(即接收數據)之間的關係,來重建介質參量的分布圖像。
原理
反射式超聲層析成像(URCT)
1979 年 S. J. Norton 等人提出了單個感測器同時起發射和接收作用的反射式超聲層析成像(URCT)方法。該換能器作為發射時,以球面波前向前傳播,而作為接收時,是沿著彎曲波陣面的圓弧積分。該方法一方面可以克服 B 型超聲成像的不足(聲線傳播方向上排列在後方的物體在圖像中易形成陰影),且能同時得到高的縱向和橫向解析度;另一方面使得成像系統變得非常簡單,且易於實現,因而受到人們重視。M.Moshfeghi,K. A. Dines,T. K. Truong 和 J. Ylitalo等人先後探索將這一方法分別用於超聲無損檢測、生物組織成像、對行星的觀察以及對人腦的成像,並取得了一定的進展。超聲CT設備成像