本发明属于超声成像，尤其涉及一种基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像方法及系统。
背景技术：
1、医学影像技术在临床诊断中具有重要作用，广泛使用的技术有x-ray,ct与mri等。对比这些医学影像技术，超声成像(ultrasound imaging)具有无创、安全、便携与价格低廉等优点，因此在临床中得到广泛应用。但是，超声成像的空间分辨率受衍射极限约束，其上限是所用超声波长的一半。
2、借鉴光学显微成像领域的相关技术，超声定位显微(ultrasound localizationmicroscopy,ulm)成像技术被提出，该技术通过对单个强超声散射源(超声造影剂，微泡)进行定位，可以在不牺牲穿透深度的同时，达到10μm量级的空间分辨率。具体而言，传统ulm成像是通过超声换能器发出超声波并接收来自微泡的背散射信号，重建得到b型超声图像序列，滤除组织和噪声信号后，逐帧对微泡进行检测和定位，再将微泡定位点叠加即可重建出超分辨超声图像。
3、但是，现有的ulm成像技术需要注射超声造影剂(微泡)以实现超声回波信号增强，使其面临应用场景受限、成像时间分辨率低与发射声压受限等问题，很大程度上限制了ulm技术的实际应用。具体而言，首先，超声造影剂作为一种需要注射的外源性成像标记物，可能存在一定的副作用风险，如过敏反应或微血管栓塞等。因此全球范围内，超声造影剂仅在40余个国家获批使用。其次，ulm成像技术一般基于单分子定位技术。一方面，该技术要求注射的微泡具有稀疏性以确定单个微泡的亚像素位置，因此注射微泡的浓度受到了限制；另一方面，微泡需要在血管系统内充分灌注以实现对微细血管系统的完整重建。这些限制降低了ulm成像技术的时间分辨率，使其难以用来检测快速生物活动，如检测血流动力学和脑部活动等。最后，为了维持微泡稳定，使其不致破裂，发射声压通常也受到限制，降低了超声图像的信噪比。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像方法及系统，实现基于红细胞的ulm成像，拓展ulm成像的应用范围，同时加快成像速度，有效提高了超分辨超声成像技术的时间分辨率。
2、本发明提供的技术方案为：一种基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像方法，包括以下步骤：
3、向目标对象发射多角度复合平面波，采集回波信号并进行波束合成得到红细胞b型超声图像序列；
4、通过径向对称单分子定位模型对所述红细胞b型超声图像序列进行滤波、检测与定位，得到红细胞定位点；
5、累积所有红细胞定位点重建得到超分辨超声图像。
6、优选的，通过径向对称单分子定位模型对所述红细胞b型超声图像序列进行滤波进一步包括，使用基于奇异值分解的时空滤波算法，将红细胞信号从组织信号和噪声信号中分离出来，得到高信噪比的超声图像序列：
7、形为s(x,z,t)的红细胞超声图像序列对应了nx×nz×nt的采样集合，其中，nx，nz和nt分别表示x方向的空间采样数，z方向的空间采样数和时间采样数，将s(x,z,t)转换为符合casorati矩阵形式的形状为(nx×nz,nt)的二维时空序列矩阵s后，对其进行如下的奇异值分解：s＝uδv*，式中，v是非方阵对角阵(nx×nz,nt)，u(nx×nz,nx×nz)和v(nt,nt)为标准正交矩阵；u和v的列分别对应s的空间和时间奇异向量；
8、对矩阵s的奇异值分解为一系列矩阵ak的有序加权和，且ak是可分的，其中，uk，vk分别为u和v的第k列；
9、通过计算形状为(nt,nt)的|uk|,k∈[[1,nt]]间的互相关矩阵c，可以确定不同的子空间：式中，和σn分别表示un索引的平均差和标准差，c为空间相似性矩阵；
10、可视化显示的空间相似性矩阵c中，组织和红细胞子空间的互相关方形区域边界代表最佳的svd截止阈值，可改写为：sf＝svifv*＝uδfv*，式中，sf表示滤波后的超声数据集，if表示矩阵滤波器，由此得到一个截断对角矩阵δf，其奇异值对应于所述最佳的svd截止阈值，以用于去除组织信号与噪声信号。
11、优选的，通过径向对称单分子定位模型对所述红细胞b型超声图像序列进行检测进一步包括，确定单个红细胞的点扩散函数所处区域：
12、对经滤波后的每一帧超声图像进行2×插值上采样；
13、根据红细胞信号的半峰全宽定义与其psf重合的区域，称为定位核，大小为5×5像素；
14、对每一帧经插值上采样的超声图像，找到所有的局部最大值点，降序排列后只保留前300个，若局部最大值点数量不足300个则全部保留；
15、对于保留的局部最大值点以其为中心，根据定义的定位核大小裁剪图像，所裁剪出的定位核内，若只存在1个或2个局部最大值点，则满足红细胞分离条件，进一步进行红细胞定位；若存在3个或更多的局部最大值点，则不在该定位核内进行定位。
16、优选的，通过径向对称单分子定位模型对所述红细胞b型超声图像序列进行定位进一步包括，在红细胞检测算法所得到的每个定位核内，利用rs定位算法求解出红细胞的中心位置：
17、在定位核内，以红细胞强度最大值点为中心的对称强度面上，每一点的强度梯度均指向该最大值点，将该最大值点至所述对称强度面上的等势线的距离最小化，以确定该最大值点坐标，从而确定红细胞的中心实现对红细胞的精确定位。
18、优选的，在红细胞检测算法所得到的每个定位核内，利用rs定位算法求解出红细胞的中心位置进一步还包括：
19、定位核内每个像素处的强度为{iij(xij,yij)}，其中i为像素强度，i，j分别代表2维网格的行与列，对于4个索引为{(i,j),(i+1,j),(i,j+1),(i+1,j+1)}的像素，其中点(xk,yk)处梯度的斜率如下式计算：
20、
21、对于斜率为mk且过点(xk,yk)的直线表达式为：y＝yk+mk(x-xk)，对任意一点(xc,yc)，其与该直线间的距离dk由下式计算：
22、
23、对于所有中点(xk,yk)而言，需要确定最佳的一点(xc,yc)，使得总距离最小化，其中，wk可通过下式计算：
24、
25、通过设置χ2对xc与yc的导数为0，可以求出xc与yc如下：
26、
27、其中，δ可通过下式计算：
28、
29、计算出每个定位核内的红细胞中心，实现了对红细胞的亚像素定位。
30、优选的，向目标对象发射多角度复合平面波，采集回波信号并进行波束合成得到红细胞b型超声图像序列进一步包括：
31、根据所选角度计算每个阵元发射的延时，按照计算出的延时，依次激励换能器的各个阵元，使超声波形成多角度的平面波按预定角度发射出去；
32、每个阵元在发射后转入接收状态，采集并存储由红细胞反射回来的超声波回波信号；
33、采用延时叠加算法对采集到的回波信号进行处理，补偿发射和接收的延时差异，将不同角度得到的回波数据进行相干叠加；
34、对合成后的数据进行包络检检测得到红细胞b型超声图像序列。
35、优选的，累积所有红细胞定位点重建得到超分辨超声图像进一步包括：
36、基于精确的时间控制和空间对准将采集到的含有单个或少量红细胞定位信息的图像叠加起来得到超分辨超声图像。
37、基于相同的构思本发明还提供一种基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像系统，包括：
38、采集模块，用于向目标对象发射多角度复合平面波，采集回波信号并进行波束合成得到红细胞b型超声图像序列；
39、径向对称单分子定位模型，用于对所述红细胞b型超声图像序列进行滤波、检测与定位，得到红细胞定位点；
40、重建模块，用于累积所有红细胞定位点重建得到超分辨超声图像。
41、基于相同的构思本发明还提供一种电子设备，包括：
42、存储器，所述存储器用于存储处理程序；
43、处理器，所述处理器执行所述处理程序时实现所述的基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像方法。
44、基于相同的构思本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有处理程序，所述处理程序被处理器执行时实现所述的基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像方法。
45、本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
46、对比现有超声定位显微成像方法，本发明避免了对于超声造影剂的依赖，通过对血管系统中红细胞的准确定位，实现具有超高分辨率的ulm成像，改善了ulm成像技术的应用灵活性，拓展了其应用范围；此外，所采用的径向对称定位算法计算效率高，定位准确性好，可实现快速准确的重建；最后，由于红细胞在血管内密集分布，有效减少了累积定位点进行重建所需的帧数，提高了该方法的时间分辨率。
1.一种基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像方法，其特征在于，通过径向对称单分子定位模型对所述红细胞b型超声图像序列进行滤波进一步包括，使用基于奇异值分解的时空滤波算法，将红细胞信号从组织信号和噪声信号中分离出来，得到高信噪比的超声图像序列：
3.根据权利要求1所述的基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像方法，其特征在于，通过径向对称单分子定位模型对所述红细胞b型超声图像序列进行检测进一步包括，确定单个红细胞的点扩散函数所处区域：
4.根据权利要求3所述的基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像方法，其特征在于，通过径向对称单分子定位模型对所述红细胞b型超声图像序列进行定位进一步包括，在红细胞检测算法所得到的每个定位核内，利用rs定位算法求解出红细胞的中心位置：
5.根据权利要求4所述的基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像方法，其特征在于，在红细胞检测算法所得到的每个定位核内，利用rs定位算法求解出红细胞的中心位置进一步还包括：
6.根据权利要求1所述的基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像方法，其特征在于，向目标对象发射多角度复合平面波，采集回波信号并进行波束合成得到红细胞b型超声图像序列进一步包括：
7.根据权利要求1所述的基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像方法，其特征在于，累积所有红细胞定位点重建得到超分辨超声图像进一步包括：
8.一种基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像系统，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有处理程序，所述处理程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的基于径向对称单分子定位的非造影超分辨超声成像方法。
