据世界卫生组织国际癌症研究中心最新统计数据显示,乳腺癌是威胁全世界女性健康的头号杀手,已成为当今社会的重大公共卫生问题。早期精确诊断可将乳腺癌患者5年生存率提高到95%以上,因此,早期发现和及时治疗尤为重要。目前,临床应用的X-钼靶、MRI、B型超声等影像手段都无法满足对乳腺癌早期筛查的需求。而超声CT技术具有不受断层面上下组织干扰、穿透特性好和成像分辨率高的优势,成为乳腺癌早期精确诊断最有希望的影像学手段。但是国外已见报道的超声CT设备,均采用传统的压电超声换能器。因此,为解决高密度环形阵列加工工艺难度大、成本高的问题,亟需发展一种低成本、舒适、安全、高灵敏度、高特异性的乳腺癌诊断设备以实现对乳腺癌的早期精确诊断,这也是乳腺癌诊断学研究的方向和趋势。超声换能器的配置方案和有效的图像重建算法是实现乳腺超声CT成像系统研制的基础。本文重点研究基于微机械压电超声换能器(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer,PMUT)阵列的新型超声换能器配置方案,开展新型的乳腺超声CT系统研制,以及相应的乳腺超声断层成像技术的研究,并获得高分辨率的乳腺超声成像。(1)针对乳腺软组织的特殊性,设计一种新型的基于PMUT线阵柱形运动的三维乳腺超声CT系统。其特点是将四个1×128 PMUT阵列垂直交叉90度安装在亚克力夹具上,其阵列长度与圆轴线平行,包围乳腺组织,实现柱面式、非接触式检测。该系统能够同时采集反射信号和透射信号,检测孔径为Ф18 cm×13 cm。搭建系统样机平台,依据系统平台的特点,提出基于圆周扫描的乳腺超声断层成像算法,利用乳腺模型I(有一个5 cm的肿块在中心处)进行实验分析,进行系统样机的初步测试。实验结果表明,能够检测到内部肿块大小、位置和轮廓,验证了系统的可行性和算法的有效性。(2)超声波与乳腺组织相互作用会发生复杂的散射机制,为此提出一种基于自适应时间增益补偿技术的乳腺超声断层成像算法,克服超声信号的衰减问题。在圆周扫描算法础上,采用频谱互相关法对衰减系数进行自动评估,结合TGC技术实现对脉冲回波信号的补偿。并利用Field II进行仿真分析,给出具体的算法流程。同时,利用乳腺模型I进行水平切片成像质量的量化与对比分析。实验结果表明,该算法PSNR提高了34.6%,RMSE降低了49.3%,有效地提升对内部肿块的检测能力。(3)为了克服二维超声图像序列不利于全面直观的观察病理组织的问题,提出一种基于柱形扫描的多视角乳腺超声断层成像算法。采用以FPGA为核心的动态聚焦技术,结合所设计的柱形扫描检测方案,以间隔2度为例,将超声换能器旋转90度,得到乳腺模型的体数据,并进行数据重组。结合B型扫描算法、圆周扫描算法和体绘制成像算法,实现垂直切片成像、水平切片成像和三维成像。利用乳腺模型II(内部有一个2 cm的肿块和六个1 cm的肿块分别在中心处和在浅表处)进行实验分析。实验结果表明,能够直观准确地检测到肿块的大小、位置、数量和轮廓,甚至可以看到注射针孔的影像。此外,从胸壁到乳头的整个乳腺轮廓清晰可见,系统的检测性能得到了进一步提高。(4)反射式成像有利于病变组织形态轮廓的检测,而透射式成像易于分辨病变组织内部信息的差异。为此,提出一种基于可旋转的相对PMUT线阵的直线轨迹乳腺超声断层成像算法,融合B型超声图像,获得更为丰富的乳腺病变组织信息。利用所设计的空间复合图像重建测试方案,建立沿PMUT线阵运动的等距扇形束成像坐标系。并利用MATLAB建立数字乳腺模型,包括脂肪、腺体、囊肿、纤维瘤、癌症和钙化点等组织类型,对不同重建方案下的成像质量进行量化与对比分析。仿真结果表明,该算法能够重建乳腺病变组织的数目、大小、形状、位置,并对内部结构和病变边缘进行评估,有效改善有限角度下重建图像沿深度方向存在的伪像干扰,提高感兴趣区域(ROI)的重构性能。