导读：

近日，复旦大学智慧医疗超声实验室提出了一种频谱域超声平面波多层介质成像方法，该方法可应用超声平面波准确重建多层复合介质。同时，可精确定位介质中的微小损伤。研究成果以“Spectrum-domain Plane Wave Imaging: A Novel Approach to Studying Multilayered Medium”为题被国际权威期刊《IEEE Transactions on Industrial Informatics》发表。论文第一作者为李义方博士，通讯作者为他得安教授。

多层复合材料在工业领域被广泛使用，而孔洞或孔隙等微小损伤的存在可能导致其机械性能下降进而危及使用安全。基于全矩阵接收（FMC）的超声成像是一种成熟的成像和损伤检测手段。然而，超声阵列探头中阵元的顺序发射与全矩阵接收相结合的工作模式导致了其高计算复杂度和较低帧率，限制了实时成像和检测。此外，传统的FMC方法仅适用于单层介质，对于多层介质则会导致其结构重建的不准确。为了克服这些困难，该研究提出了一种高效的频谱域平面波成像方法（SD-PWI），适用于多层介质成像和损伤检测，所提出的方法通过将爆炸反射模型（ERM）调整为适用于平面波多层成像场景，可将多角度平面波接收波场精确外推至目标层的顶部，接着使用快速傅里叶变换（FFT）波束成形算法一次性重建整个目标层，同时实现对微小损伤的聚焦检测。实验结果证明了SD-PWI的有效性。与经典的FMC方法相比，如射线追踪合成孔径（RT-SA）和全矩阵相位迁移（EPSM），SD-PWI提供了更好的成像质量和更高的重建效率。介质中直径为1.0-2.5 mm的圆孔状损伤可以被精确检测，展示了该方法诊断微小损伤的能力。此外，SD-PWI方法使用192阵元超声相控阵换能器重建三层介质可达到15 Hz的成像帧率。研究表明，SD-PWI是一种准确且高效的多层介质成像和检测新方法。

图1. 水-亚克力-铝三层复合介质成像结果。(a) 声速模型；(b) SD-PWI；(c) RT-SA；(d) EPSM。铝层中的圆孔状损伤直径分别为1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm、2.5 mm。

论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10575918